Gut Microbes：粪菌移植中肠道菌群组成变化及克隆定植机制新解
7小时前 熊佳仪 MedSci原创 发表于上海
本研究采用高分辨率基因组测序和加权逻辑分类器，明确界定并追踪粪菌移植中细菌的克隆定植，建立了微生态疗法药代动力学分析新框架。
人体肠道微生物群由多样化微生物组成，在维护肠上皮屏障完整性、调控免疫反应及抵抗病原菌入侵中发挥关键作用。4大主要细菌门中，Bacteroidia与Clostridia类细菌在健康肠道内占主导地位。rCDI患者则表现出明显菌群失调（dysbiosis）：菌种多样性大幅降低，Bacteroidia和Clostridia的丰度显著减弱，极易被致病C. difficile侵占并引发复发感染。抗生素治疗虽是主流，但经常导致菌群进一步破坏并疾易复发。为此，多种基于微生物组的疗法被提出，以恢复菌群结构和功能，帮助形成对C. difficile的拮抗环境。
其中，活体微生态制剂作为程序化产品，通过移植稳定、高效的多菌株组合，替代传统随机性强的粪菌移植（FMT）。然而，活菌产品的药代动力学特征尚未建立，即不清楚产品中哪些菌株能成功存活、繁殖并定植于患者肠道，形成稳定优势群落，又如何与宿主微环境交互，驱动治疗效果。目前研究多聚焦于整体菌群或宏观代谢物谱的变化，缺乏菌株/克隆水平的明确追踪与定量，难以支持机制性PK/PD分析，制约活菌疗法的发展和监管评估。
2025年6月，发表在国际微生态学权威期刊Gut Microbes上的一项临床研究报告，Claypool等人基于美国多中心三期临床试验PUNCH™ CD3，系统分析了在应用美国FDA首个批准的微生态疗法产品RBL（fecal microbiota, live-jslm）治疗复发性Clostridioides difficile感染（rCDI）患者中的肠道微生物组动态及微生物克隆定植情况。研究通过深度宏基因组二代测序，结合定制生物信息学工具，首次从菌株水平追踪并量化了粪菌制剂中细菌克隆群在患者体内的迁移与存活情况。
结果表明，RBL治疗可迅速恢复患者肠道菌群多样性与结构，定植的Bacteroidia类菌株成为关键“施治菌群”，定植数量和程度与治疗有效率显著相关，多数定植菌群在接受后可持续6个月或更长时间存续。该研究不仅阐明了活体微生态制剂的体内动力学特征，也为未来活菌治疗的药代动力学（PK）及药效学（PD）评价提供了范式样板。
研究结果
（1）肠道微生物组组成恢复
临床共收集177名患者粪便样本，均于治疗前及1、4、8周及3、6个月随访采样，进行深度宏基因组测序。结果显示RBL组患者肠道菌群结构在治疗1周即快速转向供体菌群形态，主要表现为Bacteroidia和Clostridia丰度显著上升，与健康人的肠道配置相似；而安慰剂组虽有一定恢复，Bacteroidia类恢复不及RBL组。
此外，物种丰富度（多样性）于治疗后各时间点均优于基线，且RBL组物种丰富度始终显著高于安慰剂。新出现的物种数量亦高于安慰剂组，说明菌群快速植入新菌种。
图1. 患者肠道菌群NMDS分析展示基线及治疗后各时点相较于RBL供体的多样性趋同
图2. RBL组和安慰剂组患者肠道不同菌类占比变化，Bacteroidia组显著升高
图3. RBL治疗后物种丰富度与新出现物种数量显著优于安慰剂
（2）克隆群定植特征及其临床相关性
创新研发的用于菌株定植判别的加权逻辑回归模型，可基于至少50个位点的多态位点（PMPs）序列相似度，精准区分RBL中菌株与患者体内菌株是否同源，确保高达98%以上分类特异度。
临床中位9种物种（0~78范围）克隆定植于1周时间点，且随访6个月仍维持接近水平，显现菌株的长期定植能力。安慰剂组样本在模拟匹配中几乎无误判，提示模型准确。
定植数量统计显示RBL治疗有效者中菌株定植显著多于无效者（中位10 vs 4，p=0.013），男性定植数量多于女性，其它因素如年龄、抗生素治疗类型及既往发作数无显著差异。
超过70%的Bacteroidia类细菌种类成功克隆定植，而Clostridia类尽管种类繁多，但定植率相对偏低。
图4. RBL与安慰剂组患者随访时克隆定植种类数量对比
图5. 不同患者亚组定植数量差异，疗效应答者定植数量更高
图6. 类群中定植菌种在患者样本中的占比情况，Bacteroidia表现最佳
（3）菌株定植效果与潜在功能基因的关联
研究进一步统计了≥1次检测到克隆定植的所有物种中，菌株定植效果（检出数占所用RBL剂量中含该菌种次数的比率）。Bacteroidia中多种物种定植效果明显优于Clostridia。多剂量均包含物种中，Phascolarctobacterium faecium、Alistipes putredinis、Bacteroides caccae、B. thetaiotamicron及Parabacteroides distasonis的定植效果最优（近60%及以上）。这些菌种均携带关键脱结合胆盐水解酶bsh基因及胆酸代谢相关操作子基因，具备丰富次级胆酸转换功能。患者菌株定植总数与次级/初级胆酸比值显著正相关，提示菌株定植促进胆酸代谢平衡恢复，协同驱动临床疗效。
图7. 不同细菌类的菌株定植效果分布
图8. 重点定植物种的定植效果与相关胆酸代谢基因谱
（4）菌株定植持久性
33例给药患者全时点样本分析显示，多数定植菌株在6个月及长期均可持续检出，其中国际性核心菌如Parabacteroides distasonis、Bacteroides uniformis及B. caccae持续定植率高达80%甚至以上，支持RBL能够实现功能菌群的长期共生。
图9. 多个主流定植物种克隆定植持久性分析
讨论与意义
本研究开创性地将克隆定植概念导入粪菌移植领域，借鉴造血干细胞移植中“定植”定义，以克隆群判定替代传统物种级别的模糊追踪，实现了菌株层面高灵敏度和高特异性的定植识别技术。这为活菌微生态疗法的药代动力学研究奠定了科学基础，促进了疗效与菌株动态的因果联系的建立。
研究发现Bacteroidia类菌株是RBL中高效定植菌群，定植程度与临床上复发率下降密切相关。而广谱克劳斯特里迪亚菌虽多样性恢复显著，但更多来自于患者自身菌群的顽强残留或外界环境，定植率低提示产品策略中或需优化定植性。活菌制剂中多菌株组合确保多种潜在有效定植菌的存在，可降低个体化差异影响，增强治疗成功率。
菌株定植群的长期存续为产品持续性作用提供了微生物学证据基础，亦可能支撑临床中抗复发疗效的长期维持。定植菌株中的胆酸代谢相关基因与胆酸代谢物的恢复显著关联，为RBL缓解rCDI疾病机理提供了微生态和代谢层面支持，极具转化医学价值。
本研究的生物信息学策略和临床数据将为未来研发特点更明确的活菌制剂提供关键参数，推动精细化、机制驱动的微生态药物研发，并助力相关新药审评和临床应用规范化。
原始出处
相关资料下载：
Microbiome compositional changes and clonal engraftment in a phase 3 trial of fecal microbiota live-jslm for recurrent Clostridioides difficile infec.pdf
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