Kaneko T, Nakatsuka K, Tsuneda S. Phage Cocktails: State-of-the-Art Technologies and Strategies for Effective Design. FEMS Microbiol Rev. 2025 Dec 8:fuaf061. doi: 10.1093/femsre/fuaf061. Epub ahead of print. PMID: 41358816.
随着抗微生物药物耐药性(AMR)危机的日益严峻,噬菌体疗法作为一种新型的治疗替代方案备受关注。特别是噬菌体鸡尾酒(Phage Cocktails),即多种噬菌体的组合,相比单一噬菌体应用提供了更广泛的抗菌谱,并可能抑制耐药细菌的出现。本综述系统地审查了设计噬菌体鸡尾酒的尖端技术和有效策略。重点关注了识别不同受体的噬菌体组合、基于噬菌体-细菌感染网络分析的设计以及与抗生素的协同效应。此外,通过对大规模临床研究的分析,指出了实际实施中的挑战,包括确保鸡尾酒的稳定性和解决免疫反应问题。这些见解有望为设计更有效的噬菌体鸡尾酒和建立应对AMR的新型治疗策略做出贡献。
关键词 :噬菌体疗法;噬菌体鸡尾酒;噬菌体耐药性;ESKAPE;AMR;细菌病毒;临床应用
01
引言 (Introduction)
近年来,抗微生物药物耐药性(AMR)危机持续升级,迫切需要开发新型传染病治疗手段。世界卫生组织(WHO)已将AMR确认为一项关键挑战,并积极推动应对措施。特别是被称为“ESKAPE”的一组致病菌( Enterococcus faecium [屎肠球菌]、 Staphylococcus aureus [金黄色葡萄球菌]、 Klebsiella pneumoniae [肺炎克雷伯菌]、 Acinetobacter baumannii [鲍曼不动杆菌]、 Pseudomonas aeruginosa [铜绿假单胞菌] 和 Enterobacter species [肠杆菌属])已经获得了严重的多重耐药性,在临床环境中构成了严重问题。此外, Escherichia coli [大肠杆菌] 虽然不属于最初的ESKAPE分类,但也因其广泛的抗生素耐药性和临床相关性而成为另一个关键的优先病原体。2024年发表的一项综合分析估计,2021年AMR与471万例死亡相关,其中114万例直接归因于AMR,并预计到2050年,归因于AMR的年死亡人数将增加至191万。此外,预测2025年至2050年间,归因于AMR的累计死亡人数将接近3910万。
在这种情况下,利用噬菌体(Bacteriophages)——即感染细菌的病毒——治疗传染病引起了广泛关注。正如Skurnik等人最近指出的,随着抗生素的广泛采用,噬菌体疗法曾一度黯然失色。然而,随着AMR危机的加剧和现代技术的进步,噬菌体疗法因其特异性的抗菌作用和极小的副作用,正在更科学的基础上被重新评估。
在噬菌体疗法中,使用噬菌体鸡尾酒(多种噬菌体的组合)相比单一噬菌体应用具有诸多优势。首先,可以实现更广泛的抗菌谱。鉴于某些噬菌体表现出极窄的宿主特异性,组合多种噬菌体能够有效对抗各种菌株。其次,噬菌体鸡尾酒可以抑制噬菌体耐药细菌的出现。一种众所周知的方法涉及组合识别不同受体的噬菌体,从而降低细菌同时获得对所有噬菌体耐药性的概率。
然而,为了确保设计出有效的噬菌体鸡尾酒,需要考虑多种因素。虽然噬菌体通常被认为是安全的,但某些噬菌体可能会刺激宿主免疫系统并诱发炎症反应。此外,针对噬菌体的抗体产生可能会影响其治疗效果,这凸显了制定应对措施的重要性。此外,构成鸡尾酒的单个噬菌体的特性表征、噬菌体与噬菌体之间的相互作用以及最佳组合数量仍有待探索。实际实施中的技术挑战,如鸡尾酒的稳定性和质量控制也依然存在。因此,建立标准化的指标来评估噬菌体鸡尾酒是可取的。
针对各种致病菌的噬菌体鸡尾酒研究已有报道。针对ESKAPE细菌群的噬菌体鸡尾酒开发尤为活跃,其在从体外到体内的各种实验系统中均得到了验证。这些研究提出了关于构成鸡尾酒的噬菌体的选择标准及其组合方法的各种建议。
本综述系统地整理了当前关于噬菌体鸡尾酒设计的知识,并全面总结了其配方标准。特别重点关注了构成噬菌体的选择标准,并详细审查了每种方法的特点、优势和挑战。同时也讨论了实际实施的技术挑战和前景。本综述旨在通过提供对有效噬菌体鸡尾酒设计的见解,为推进噬菌体疗法做出贡献。
02
噬菌体获取与表征 (Phage Acquisition and Characterization)
2.1 从环境样本中的分离方法
2.1.1 分离来源的选择及其重要性
噬菌体鸡尾酒制备的第一步是获得合适的噬菌体。虽然噬菌体在自然界中无处不在,包括极端环境和人类栖息地,但选择合适的来源对于高效分离至关重要。来源选择的一个关键点是选择目标致病菌存在或可能存在的环境;从进化的角度来看,这样的环境更有可能包含对目标细菌具有高裂解活性的噬菌体。从多种环境中分离噬菌体增加了获得多样化噬菌体的可能性。
即使在同一环境中,噬菌体的多样性也可能随季节波动。对于组合多种噬菌体的鸡尾酒,仔细的分离和来源选择对于确保噬菌体特性的多样性是必要的。作为一个案例点,医院和医疗环境被证明是针对临床分离株具有优越裂解活性的噬菌体来源。一项研究表明,医疗污水产生的噬菌体能够感染高达96.3%的耐碳青霉烯类肺炎克雷伯菌。
动物废物处理场所,包括牛和水牛养殖场的污水,代表了高效的来源,因为从这些废物以及奶牛场废水中分离出的噬菌体是针对肠道致病菌具有广泛宿主范围的多样化噬菌体的丰富来源。城市污水系统持续提供具有快速裂解活性的噬菌体,而医院来源的样本则提供专门适应临床相关耐药菌株的噬菌体。对于食源性病原体,新鲜食品样本,特别是海鲜,可以作为病原体特异性噬菌体的直接来源,尽管成功与否取决于目标细菌是否以相对较高的浓度存在。
2.1.2 筛选方法
在噬菌体筛选中,宿主细菌的选择直接影响噬菌体的多样性和治疗效果。选择临床分离株还是实验室菌株作为筛选的宿主细菌各有优缺点。使用临床分离株可能产生更多样化的噬菌体,因为每个菌株具有独特的受体结构和防御机制。临床分离株还增加了获得与实际感染相关的噬菌体的可能性。从临床分离株中分离出的噬菌体表现出分类学多样性,并对类似的临床分离株具有高裂解活性。
相比之下,实验室菌株易于处理,可重复性好,且在全球研究机构中普遍可用。虽然仅使用实验室菌株不能涵盖临床问题病原体的多样性,从而可能限制临床疗效,但研究报告称,即使使用实验室菌株,利用多种筛选来源也可以保持噬菌体的多样性,这些噬菌体对临床分离株表现出部分有效性。
理想情况下,在初始筛选阶段应使用多样化的宿主菌株(包括标准实验室菌株和当地临床分离株)。特别是,使用具有不同遗传背景和表型特征(例如耐药模式、生物膜形成能力和荚膜类型)的多种宿主菌株有助于有效分离各种噬菌体。当设施条件受限时,在专注于实验室菌株的同时利用尽可能多的多样化筛选来源,能够获得具有广泛特性的噬菌体。
适当的浓缩方法和分离方法对于高效的噬菌体分离至关重要。聚乙二醇(PEG)沉淀法广泛用于从环境样本中浓缩噬菌体。该方法对于从大量环境水中浓缩噬菌体特别有效。具体而言,通过离心从环境样本中去除固体后,加入PEG 6000(10% w/v)和NaCl(4% w/v)。在4°C过夜孵育后,通过离心回收噬菌体沉淀,并重悬于少量缓冲液中。最后,使用氯仿处理去除环境细菌。然而,某些噬菌体可能会在此过程中失活。例如,有包膜的噬菌体对氯仿敏感。过滤方法对于分离此类噬菌体是有效的。此外,过滤方法在分离巨型噬菌体(Jumbo phages)方面也很有效,这些噬菌体有望拥有各种功能。
双层琼脂法可以有效地从筛选来源中分离噬菌体。这种用于可靠分离单噬菌体克隆的标准方法包括以下步骤:最初,含有噬菌体样本和宿主细菌的软琼脂(约0.5%)覆盖在下层琼脂培养基上。过夜孵育后,根据大小、透明度和形状等特征选择所需的噬菌斑,重复分离程序2到3次以获得纯噬菌体克隆。液体培养分离法是传统平板培养法的替代方案。这些方法对于在琼脂培养基上形成菌落较差的细菌(例如硝化细菌)或生长过于密集使得单个噬菌斑形成困难的细菌特别有效。可以通过测量培养物浊度的时间变化来检测噬菌体。
最近,基于液滴的方法已被报道为有效的筛选技术。油包水液滴被用作反应室,用于在单个液滴中共培养噬菌体和宿主细菌。这种方法有望实现比传统方法更高的通量,并且对于筛选针对难以在琼脂培养基上生长的细菌的噬菌体特别有效。结合荧光染色,可以同时计数和分离活噬菌体颗粒。
2.2 噬菌体库的利用
噬菌体库是提供质量保证和多样化噬菌体的重要资源。当直接从环境中分离噬菌体困难或需要具有已知特性的噬菌体时,它们特别有用。目前,全球存在多个主要的噬菌体库,如加拿大的Félix d'Hérelle细菌病毒参考中心、格鲁吉亚的Eliava研究所、德国的DSMZ和美国的ATCC。
噬菌体库的一个优势是可用性经过质量控制的标准菌株。尽管并非适用于所有噬菌体,但每种噬菌体的基本信息(如宿主范围和生长特性)已被确定,便于根据特定研究或治疗目标选择合适的噬菌体。
然而,噬菌体库也有一定的限制。保存的菌株是针对特定标准宿主分离和维护的,需要单独测试其对目标临床分离株的活性。此外,需考虑由于长期保存导致的滴度降低或特性变化的可能性。
2.3 纯化方法
“Phage on tap”方案是一种高效的噬菌体纯化方法。该方案的基本流程涉及高滴度噬菌体溶液的分步纯化。首先,浓缩的噬菌体溶液经过超滤以有效去除杂质,如内毒素。对于更高级的内毒素去除,有多种策略可用,包括使用辛醇的有机溶剂萃取。市售的亲和柱,如EndoTrap HD,与超滤结合使用时可提供高效的内毒素去除。
氯化铯(CsCl)密度梯度离心是一种代表性的方法,特别适用于需要高纯度噬菌体的应用,如结构分析,尽管该方法耗时且需要昂贵的超离心设备。离子交换层析也可用于噬菌体纯化,该方法基于噬菌体颗粒表面电荷的差异。
2.4 表征方法的标准化
准确评估构成噬菌体的特性对于有效的噬菌体鸡尾酒设计至关重要。
2.4.1 宿主范围评估
宿主范围的确定是最基本的特性评估之一。直接点样测试(DST)或成斑效率(EOP)用于确定宿主范围。DST被广泛使用,被认为是最直接的宿主范围评估方法。然而,由于“无裂解性吸附”(Lysis from Without)或流产感染等机制,可能会出现假阳性。EOP用于防止宿主范围的高估,并实现更定量的评估。
2.4.2 裂解活性评估
多种定量方法可用于评估噬菌体的裂解活性。毒力指数(Virulence Index, VI)通过比较噬菌体感染组和未感染对照组的生长曲线来量化裂解活性。PhageScore提供了基于细菌减少曲线量化噬菌体裂解活性的标准化方法。抑制指数(Suppression Index)评估固定时间段(研究中为30小时)内的细菌生长抑制情况。
2.4.3 全基因组分析
噬菌体基因组分析对于鸡尾酒中使用的噬菌体的安全性评估和表征至关重要。分析涉及宿主识别的基因区域(例如尾纤维)为设计识别不同受体的噬菌体组合提供了关键信息。Pharokka、RAST和DFAST是有价值的工具。
2.4.4 质量和安全性评估
对于噬菌体鸡尾酒的临床应用,确认不存在毒素基因、抗生素耐药基因和与溶原性相关的基因至关重要。VirulenceFinder和ResFinder等专门的数据库和工具可用于进行此评估。
2.4.5 稳定性评估
噬菌体稳定性的评估是另一个关键要素。针对环境因素(如温度、pH和离子强度)的稳定性直接关系到储存条件和在各种应用场景中的有效性。
03
噬菌体鸡尾酒的设计原则 (Design Principles of Phage Cocktails)
3.1 噬菌体鸡尾酒配方的益处
对于临床应用,噬菌体鸡尾酒主要有两种概念:“成衣”(prêt-à-porter,即用型)和“定制”(sur-mesure,个性化)。
Prêt-à-porter(成衣/即用型)方法 :利用预先制备的固定鸡尾酒。为了确保噬菌体对特定细菌有效,混合具有不同感染谱的噬菌体以裂解各种细菌菌株。这种方法能够实现快速给药,降低制造成本,并便于相对简单的质量控制。
Sur-mesure(定制/个性化)方法 :涉及针对从患者身上分离出的细菌单独选择噬菌体,并在使用前进行敏感性测试。该方法通过针对特定菌株的专门化提供高疗效,并最小化耐药细菌的出现。
图 1. 噬菌体混合物设计的基本概念 1809 两种主要噬菌体混合物设计策略的示意图:即用型(ready-to-use)和定制型(sur-mesure)方法。即用型方法强调将具有不同宿主范围的噬菌体进行组合,以实现对多种细菌菌株的广泛覆盖;而定制型方法则侧重于设计针对特定临床分离株的个性化混合物,通过识别不同受体的噬菌体来防止耐药性产生。该示意图展示了这两种不同方法如何满足不同的临床需求。
3.2 构成噬菌体的选择标准
除了安全性要求外,还需要解决多个重要的评估标准。首先,详细评估每种噬菌体对各种菌株的有效性至关重要。此后,必须确认所选噬菌体具有足够的裂解活性。应使用毒力指数等定量指标来评估单个噬菌体的裂解活性并选择有效的组合。此外,当混合多种噬菌体时,必须仔细评估噬菌体之间的相互作用,以避免拮抗抑制或稳定性降低。
3.3 噬菌体组合策略
为了在鸡尾酒配方中组合噬菌体,已经开发了各种策略,每种策略都有独特的原理、优势和技术要求。下表总结了这些策略的比较。
表 1 噬菌体鸡尾酒设计策略比较
策略原理优势劣势技术要求目标病原体基于受体的方法 (Receptor-based approach)组合靶向不同细胞表面受体的噬菌体高耐药抑制性,明确的机制基础,可预测的有效性需要受体识别,仅限于研究充分的细菌耐药菌株生成,全基因组测序,比较基因组分析E. coli O157:H7, Salmonella Typhimurium, P. aeruginosa基于感染谱的方法 (Infection spectrum-based approach)组合具有不同宿主范围和裂解特性的噬菌体利用现有数据,基于网络的优化,可应用机器学习数据集依赖性:需要多样化的菌株库,对窄谱噬菌体准确度降低宿主范围矩阵构建,PBIN分析,统计建模工具E. coli, 各种临床分离株基于生理特性的方法 (Physiological characteristics-based approach)组合具有不同生理特性的噬菌体减少对菌株库的依赖,整合噬菌体特异性特征,与基因组或靶受体分类兼容需要详细的噬菌体表征,耗时的评估,标准化有限生理特性评估,如爆发量和裂解动力学E. coli噬菌体耐药菌株利用 (Phage-resistant strain utilization)使用适应或针对耐药细菌分离的噬菌体增强细菌抑制,延长有效时间,历史验证(Appelmans方案)耗时的分离/训练,较高的制造成本噬菌体训练方案,耐药菌株分离,共进化监测E. coli, P. aeruginosa, K. pneumoniae基于基因组多样性的方法 (Genomic diversity-based approach)组合基因组序列差异显著的噬菌体简单的选择标准,系统发育验证,减少受体依赖可能缺乏机制理解,需要基因组测序,优化潜力有限全基因组测序,系统发育分析,序列比较工具E. coli, Aeromonas salmonicida, Enterococcus spp.噬菌体-抗生素组合 (PAC)组合噬菌体鸡尾酒与抗生素以产生协同效应协同抗菌活性,耐药性抑制,潜在的抗生素再敏感化机制依赖性相互作用,拮抗效应风险,复杂的剂量优化药代动力学分析,机制评估阐明S. aureus, E. coli, A. baumannii, P. aeruginosa
3.3.1 组合不同噬菌体的策略
3.3.1.1 基于受体的方法
防止噬菌体耐药性发展的最广泛认可的策略是组合识别不同细胞表面受体的噬菌体。例如,组合针对大肠杆菌OmpC外膜蛋白和脂多糖(LPS)的两种噬菌体已被证明能显著延缓耐药菌株的出现。然而,识别目标受体需要生成耐药细菌,随后进行全基因组分析或与野生型菌株进行比较基因组分析,这既费时又费力。
图 2展示了识别噬菌体靶向细菌受体的实验流程。过程始于噬菌体耐药细菌突变体的分离,随后进行全基因组测序以识别突变基因。通过比较野生型和耐药菌株的基因组分析,可以识别潜在的受体基因。该图突显了此方法的技术挑战,包括生成耐药突变体的湿实验专业知识和序列分析的生物信息学技能。
3.3.1.2 组合不同感染策略的噬菌体
噬菌体感染范围为鸡尾酒设计提供了有价值的信息,而无需详细的受体识别。噬菌体-细菌感染网络(PBIN)分析揭示了噬菌体宿主范围广度与裂解活性之间的权衡关系。考虑到这种权衡,将宿主范围广但裂解活性相对较弱的噬菌体与宿主范围窄但裂解活性强的噬菌体相结合,可以有效抑制耐药细菌的出现。此外,基于生理特性(如裂解时间、裂解模式和爆发量)的分类结果几乎与基于全基因组的系统分类完全吻合。
图 3比较了两种主要的噬菌体分组方法:基于生理特性的分类(左,基于感染特征如爆发量、潜伏期和裂解模式)和基于基因组信息的分类(右,如全基因组分析和尾纤维的分子系统发育分析)。这两种不同的分组方法在某些情况下产生相似的结果,表明任一方法都可以有效地用于确保将多样化的噬菌体组合到鸡尾酒配方中。
3.3.1.3 利用噬菌体耐药菌株的设计
自噬菌体疗法早期以来,积极利用噬菌体耐药菌株的设计方法就已得到开发。Appelmans方案(1920年代开发)是一个特别重要的方法,现已演变为被称为“噬菌体训练”(phage training)的方法。这涉及通过噬菌体与噬菌体耐药细菌的持续共培养,使噬菌体适应感染耐药细菌。例如,经过约一个月训练的噬菌体表现出的细菌抑制能力比未经训练的祖先菌株强约1000倍,并将这种效果维持的时间延长了3-8倍。
图 4展示了噬菌体训练方法的工作流程。该图说明了通过与噬菌体耐药细菌连续共培养进行噬菌体适应的步骤。最初,噬菌体与敏感和耐药细菌一起培养,随后通过持续暴露于这些耐药菌株进行噬菌体适应。最后,生成能够克服细菌耐药机制的经过训练的噬菌体。
3.3.2 组合噬菌体与抗生素的策略
3.3.2.1 抗生素组合策略
噬菌体-抗生素组合(PAC)疗法是一种很有前途的方法,预期具有协同效应。对大肠杆菌感染的系统分析表明,PAC的疗效强烈依赖于抗生素的作用机制。特别是,细胞壁合成抑制剂(如头孢唑林)的组合产生高度协同效应,而与DNA旋转酶抑制剂(如环丙沙星)的组合偶尔会导致拮抗效应。
图 5阐述了噬菌体-抗生素组合(PAC)疗法中观察到的关键相互作用类型:协同作用(左,增强的联合效应)、无能/拮抗作用(右,组合时有效性降低)和权衡效应(中下,对一种药物的耐药性增加对另一种药物的敏感性)。该图突显了这些不同的相互作用模式如何影响细菌对联合治疗的反应。
3.3.2.2 受体选择与药物敏感性之间的关系
最近的报告提供了关于噬菌体靶受体与药物敏感性之间关系的详细分子分析。例如,在P. aeruginosa中,伴随噬菌体耐药性获得的广泛基因组缺失(在BigD区域)可以改变氟喹诺酮类抗生素的敏感性。BigD区域包含编码药物外排泵的基因。这些发现表明噬菌体耐药性与抗生素敏感性之间存在权衡。
3.3 鸡尾酒设计策略
3.3.1 顺序感染与同时感染类型
从噬菌体给药的时间顺序来看,鸡尾酒设计涉及两种主要方法:顺序给药和同时给药。数学模型分析表明,顺序感染类型在抑制耐药细菌出现方面更有效,这归因于耐药性获得的适应性代价和逐步的选择压力。然而,最近的研究表明,在抑制耐药细菌出现方面,同时给药优于顺序给药。这表明最佳给药策略可能因实验条件而异。
图 6左侧面板比较了两种主要的给药方法:顺序噬菌体递送(上)和多种噬菌体的同时给药(下)。右侧面板说明了鸡尾酒规模优化的重要性,显示必须仔细确定鸡尾酒中包含的噬菌体数量,以平衡广谱覆盖与潜在的稳定性问题及制造复杂性。
3.3.2 鸡尾酒规模优化
必须在考虑有效性和平衡副作用的基础上确定鸡尾酒中包含的噬菌体数量。虽然多噬菌体鸡尾酒有望增加抗菌谱广度和耐药性抑制能力,但挑战包括潜在的拮抗抑制、对微生物群的更大影响、潜在的基因转移风险和稳定性降低。例如,在PhagoBurn试验中,施用了12种类型的噬菌体,鸡尾酒的不稳定性对治疗效果产生了负面影响。相比之下,在治疗K. pneumoniae和E. coli感染时,分别使用2-10种和8种噬菌体获得了稳定的效果。
3.4 临床应用的制造工艺和知识产权策略
临床应用需要建立符合良好生产规范(GMP)的标准化制造工艺。这包括建立主种子库(Master Seed Bank),优化培养工艺(如生物反应器培养),以及建立严格的质量控制和稳定性评估体系。PhagoBurn试验表明,尽管单个噬菌体保持稳定,但混合后总滴度显著下降,强调了对最终混合鸡尾酒进行稳定性测试的重要性。在知识产权方面,由于自然产生的噬菌体可能面临专利适格性挑战,策略包括为人工修饰的噬菌体或特定的鸡尾酒组合申请专利。
04
临床应用与获得的见解 (Clinical Applications and Insights Gained)
本章介绍了噬菌体鸡尾酒设计原则在临床和应用环境中的实施案例。
4.1 针对重点耐药细菌病原体的应用
4.1.1 A. baumannii 感染:个性化鸡尾酒的应用
在一例由MDR A. baumannii 引起的坏死性胰腺炎病例中(Schooley et al., 2017),使用了个性化噬菌体鸡尾酒进行治疗。基于患者分离出的菌株(TP1),选择了四种噬菌体(AB-Navy1, AB-Navy4, AB-Navy71, AB-Navy97)组成初始的“ΦIV”鸡尾酒。治疗过程中,当出现耐药菌株(TP3)时,分离出了一种新的噬菌体(AbTP3φ01)并与原有噬菌体组合构建了新的鸡尾酒“ΦIVB”,成功控制了感染。这展示了利用噬菌体耐药菌株进行设计(即根据耐药性的出现迭代更新鸡尾酒)的有效性。
4.1.2 P. aeruginosa 感染:临床评估试验的教训
PhagoBurn试验是欧洲首个符合GMP标准的噬菌体鸡尾酒临床试验,旨在治疗烧伤伤口的铜绿假单胞菌感染。该试验配制了一种包含12种噬菌体的鸡尾酒(PP1131)。然而,制造过程中遇到了重大挑战:尽管单个噬菌体稳定,但混合后总滴度在15天内下降了约1000倍。这导致给药浓度远低于预期,最终导致试验提前终止。这凸显了鸡尾酒稳定性评估的重要性。相反,在另一项针对椎体脓肿的个性化治疗案例中,通过学术合作开发了针对患者特定菌株的三噬菌体鸡尾酒,成功控制了感染。
4.1.3 S. aureus 感染:预评估和监测的重要性
一项对100名患者进行的综合回顾性观察研究分析了针对难治性感染的噬菌体疗法。针对金黄色葡萄球菌的鸡尾酒主要基于噬菌体ISP,并根据裂解活性的多样性和靶受体的差异进行选择。结果显示77.2%的患者临床症状改善。统计分析表明,噬菌体疗法联合抗生素比单一噬菌体疗法具有显著更高的细菌根除率。
4.1.4 E. faecium 感染:免疫反应对治疗效果的影响
在治疗复发性屎肠球菌菌血症的案例中,使用了双噬菌体鸡尾酒(Φ9184和ΦHi3)。虽然最初抑制了菌血症,但在治疗约五个月后,出现了针对噬菌体的中和抗体,显著降低了鸡尾酒的活性,导致治疗失败。这强调了在鸡尾酒设计中考虑宿主免疫反应的重要性,特别是对于长期或重复治疗。
4.1.5 E. coli 感染:给药途径的优化
一项II期临床试验(ELIMINATE)检查了六噬菌体鸡尾酒(LBP-EC01,包含CRISPR-Cas3增强的噬菌体)治疗大肠杆菌尿路感染的效果。该试验比较了静脉注射和尿道内给药。结果显示,尿道内给药结合低剂量静脉注射表现出最佳的耐受性和噬菌体浓度维持。这表明优化给药途径对于维持感染部位的有效噬菌体浓度至关重要。
表 2 个性化噬菌体疗法的代表性临床试验
研究病原体感染部位噬菌体(鸡尾酒)给药途径剂量持续时间结果值得注意的发现Schooley et al. 2017 [96]A. baumannii (MDR)播散性 (胰腺脓肿等)总共9种噬菌体 (如 AB-Navy1,4,71,97; AbTP3Φ01)局部 (ΦIV) + 静脉 (ΦIV, 后为 ΦIVB)局部: ~10^9 PFU/次; 静脉: 5 × 10^9 PFU/剂总共 ~18周恢复针对耐药性迭代设计鸡尾酒。短尾噬菌体对荚膜缺陷突变体有效。Jault et al. 2019 (PhagoBurn) [91]P. aeruginosa烧伤伤口感染PP1131 鸡尾酒 (12种噬菌体: 短尾/肌尾噬菌体)局部 (通过藻酸盐敷料)~1 × 10^2 PFU/mL (实际递送剂量,因稳定性问题)7天细菌减少慢于标准护理制造后噬菌体滴度严重下降导致剂量不足。强调了噬菌体鸡尾酒稳定性和体外敏感性测试的重要性。Ferry et al. 2022 [148]P. aeruginosa (泛耐药)脊柱脓肿 (脊柱盘炎)vBPaeP4029, 4032, 4034局部 (病灶内) + 静脉 (顺序)局部: 10^6 PFU/mL; 静脉: 10^6 PFU/mL局部: 2剂; 静脉: 21天临床治愈顺序局部+静脉给药。出现了小菌落变异体 (SCV) 但仍对噬菌体敏感。Stellfox et al. 2024 [151]E. faecium (VRE)菌血症Φ9184, 后添加 ΦHi3 (顺序)静脉 + 口服初始: 1×10^9 PFU/剂; 鸡尾酒: 2×10^9 PFU/剂~6个月积极治疗初始清除并缓解4个月,然后复发约5个月后出现中和性抗噬菌体IgG抗体,消除了噬菌体活性。Kim et al. (进行中/ELIMINATE) [95]E. coli单纯性尿路感染 (UTI)LBP-EC01 (CRISPR-Cas3增强的6噬菌体鸡尾酒)尿道内 + 静脉 (并发)尿道内: 2×10^12 PFU; 静脉: 1×10^10 PFU尿道内: 2天; 静脉: 3天快速减少E. coli 并在第10天症状消退CRISPR增强噬菌体的人体首秀。静脉剂量依赖性全身暴露和耐受性。Terwilliger et al. 2021 [153]E. coli (产ESBL)复发性UTI/前列腺炎HP3, HP3.1, ES17, ES19 (合理设计的4噬菌体鸡尾酒)静脉 + 静脉厄他培南1 × 10^9 PFU/剂, 每日两次2周 (噬菌体)症状消退; 随访时无症状菌尿合理设计的鸡尾酒包含溶粘液噬菌体和进化的“守卫”噬菌体。未完全根除但微生物演替导致临床治愈。
05
未来展望与挑战 (Future Prospects and Challenges)
5.1 评估标准的系统化
5.1.1 建立体外评估系统
目前,使用毒力指数等指标评估初始裂解活性是常见的。然而,这些方法偏向于短期评估。未来的系统需要纳入长期效果评估标准(如连续培养系统中的持续抗菌效果)和鸡尾酒特异性相互作用的评估(量化协同和拮抗效应)。
5.1.2 建立体内评估系统
体内评估需要从疗效和安全性两个角度进行。包括标准化疗效评估(考虑药代动力学和给药途径)和系统化安全性评估(特别是与免疫系统的相互作用,如中和抗体产生动力学、炎症细胞因子测量)。
5.1.3 噬菌体鸡尾酒抗生物膜活性的评估
评估噬菌体鸡尾酒对抗细菌生物膜的功效是当前方法学中的一个关键空白。噬菌体鸡尾酒通过多种机制(如延迟耐药细菌出现、提供补充性抗菌元素如解聚酶)表现出优于单一噬菌体的抗生物膜活性。未来的体外生物膜评估需要区分生物膜去除与防止新生物膜生长,并采用动力学分析而非仅终点分析。
5.2 技术挑战与未来展望
技术挑战主要包括制造工艺的标准化(GMP合规、内毒素管理)和质量控制的建立(维持鸡尾酒中各成分的比例稳定性)。
未来展望包括利用新技术,如PBIN的数学分析和人工智能(AI)应用,以实现更高效的噬菌体鸡尾酒设计。合成生物学方法(如CRISPR-Cas增强噬菌体)也引入了新的可能性。建立基于监管科学的评估标准是实际实施的重要一步。
06
结论 (Conclusion)
本综述全面审查了噬菌体鸡尾酒的设计标准,特别是从抑制噬菌体耐药细菌出现的角度。迄今为止,研究已经确定组合靶向不同受体的噬菌体以及与抗生素联合使用是有效的治疗策略。然而,正如PhagoBurn试验和大规模分析所示,在确保鸡尾酒稳定性和抑制耐药细菌出现方面仍存在挑战。未来的期望包括通过利用AI和合成生物学等创新技术,以及建立更系统的评估体系来克服这些挑战。特别是,实现考虑个体患者状况和感染部位特征的高度个性化鸡尾酒设计是可取的。
参考文献
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