病毒可能是对抗耐抗生素细菌的意想不到的盟友

实验性噬菌体疗法在抗生素失效时提供一线生机。前列腺感染幸存者格雷戈里·布里德就是证明。
Bacteriophage destroying antibiotic-resistant bacteria during phage therapy. Illustration.
噬菌体(如下图的计算机模拟图)能够清除抗生素有时无法清除的感染。NIAID

格雷戈里·布里德不记得自己确切何时开始出现慢性前列腺感染的症状。这位 62 岁的老人估计,症状在他 20 多岁时就开始了。到了 30 岁出头,他已经开始服用止痛药来缓解腰痛,这是该疾病的常见后果。多年来,他的医生给他开了又一轮又一轮的口服抗生素:复方新诺明和左氧氟沙星。但停药几个月后,他的感染就会复发。

前列腺感染或前列腺炎是成人中最常见的尿路问题之一,以复发著称,因为抗生素通常无法深入组织以杀死所有细菌。随着时间的推移,反复接触药物,引起布里德感染的大肠杆菌 正在变得越来越耐药,这意味着细菌产生了逃避和存活治疗的能力。更糟糕的是,布里德的免疫反应也越来越严重。在 2000 年至 2010 年间,他至少因败血症(一种危及生命的、由免疫系统对感染反应过度引起的状况)住院了五次。每次他康复后,又将再次面临另一轮的复发。

2018 年,布里德开始感到前列腺炎熟悉的症状。他开车去了卡斯珀的当地医疗机构,那里的医生给他开了新的口服抗生素:磷霉素。六个月后,他前列腺中的大肠杆菌也对他产生了耐药性。这是布里德能服用的最后一种口服药物;没有其他选择,他的医生在他的手臂上安装了导管,并教他自己注射静脉注射抗生素。

布里德开始了第一轮静脉注射抗生素治疗,但引起他感染的细菌很快对他产生了耐药性,然后又对他使用的第二种静脉注射抗生素产生了耐药性。当他的感染再次复发时,布里德的医生给他开了第三种静脉注射抗生素,他每天三次将药物注入体内。新药物只能暂时有效降低他前列腺中的大肠杆菌,但无法治愈感染。布里德的医生估计,他的病人每年大约有六个月的时间都在接受不同的抗生素治疗。

“格雷格一直在接受治疗,”伊兹梅尔·吉马达(Ismail Jimada)说,他曾是布里德 2018 年至 2022 年间的医生。“我们几乎用尽了所有办法。”

Phage therapy patient Greg Breed with three grandchildren at a playground
格雷戈里·布里德和他的三个孙子。他是少数尝试噬菌体疗法的前列腺炎患者之一。图片由格雷格·布里德提供

布里德的医疗费用常常超出他的健康保险上限,自付了数千美元。感染对他的亲人和工作生活都造成了严重影响。“我有一个非常支持我的家人,但这很难,”布里德回忆道。“那很多年,我都无法像我希望的那样多地陪伴我的家人。”有些日子,他难以起床,难以管理他销售石油钻井管道的小生意。在怀俄明州农村地区,他能获得的医疗选择有限,他曾寻求全国各地的传染病专家的帮助。但由于他前列腺中的大肠杆菌对许多常用抗生素已经产生耐药性,他们也拿不出多少治疗方案。

布里德的感染只是美国疾病控制与预防中心(CDC)每年记录的超过 280 万例耐药感染病例之一。对抗菌素、抗真菌药物或其他抗菌药物产生抵抗力的疾病,治疗起来非常困难,甚至根本不可能。每年有超过 35,000 名美国人死于耐药感染。在全球范围内,这个数字可能超过一百万。2021 年,世界卫生组织宣布,抗菌素耐药性是“威胁人类的十大全球公共卫生威胁之一”。抗生素是现代医学的基石;然而,随着大肠杆菌光滑念珠菌艾滋病毒等病原体对治疗产生耐受性,常见的感染、常规牙科手术和普通手术都可能危及生命。幸运的是,正是在这个时候,科学家和医生们正转向一种鲜为人知、已存在数十年的解毒剂,以控制耐药感染的蔓延。

一场取代抗生素的竞赛

抗菌素耐药性只是进化的又一个后果:细菌、真菌和其他微生物不断适应独特的生存机制,以跟上人类和不断变化的世界。尽管如此,研究人员认为,在医学和农业中对抗菌素的过度使用和滥用正在加速耐药性的出现和传播。能够杀死这些进化中的微生物的新药物可以缓解这一问题——但要推出这样的产品需要数百万美元和十多年的研发。自 20 世纪 80 年代以来,就没有出现过一类新型抗生素,部分原因是大多数大型制药公司已停止尝试发现一种

绝望之下,布里德开始在互联网上搜寻替代疗法。在 2017 年末或 2018 年初,他偶然看到了加州大学圣地亚哥分校的流行病学家斯特凡妮·斯特拉斯迪(Steffanie Strathdee)的一个TED 演讲。在演讲中,斯特拉斯迪描述了 2015 年一次不幸的埃及之行,她的丈夫汤姆·帕特森(Tom Patterson)在那里感染了一种由鲍曼不动杆菌引起的耐药感染。当他们回到加州的家时,帕特森陷入昏迷,器官开始衰竭。导致他感染的细菌已经对所有已知抗生素产生了耐药性。

斯特拉斯迪也求助于互联网,并找到了一丝希望:一种最早发现于 1917 年并已在苏联使用了几十年的疗法,但被世界其他地区在很大程度上忽略了。该方法利用噬菌体(一种感染和杀死细菌的病毒)来对抗感染。科学家们早就知道,地球上存在数十亿种不同的噬菌体,或称“噬菌体”。它们通常生活在污水和其它充满病菌的地方,具有高度特异性,只杀死一种或有时仅几种细菌,并且对人类没有记录在案的危害。

Bacteriophages fighting antibiotic-resistant Acinetobacter baumannii under a microscope
来自汤姆·帕特森的细菌分离株显示,抗生素耐药的鲍曼不动杆菌正受到美国海军医生识别出的噬菌体的攻击。帕特森成为美国第一位接受静脉噬菌体疗法并成功康复的患者。Charles Pope/美国国土安全部

斯特拉斯迪联系了当时发表噬菌体研究的科学家。她认为,如果他们能找到一种能够感染和杀死导致她丈夫感染的特定鲍曼不动杆菌菌株的病毒,那么他就有可能生存下来。得克萨斯农工大学的研究人员立即回复了她的紧急邮件,并开始寻找能够对抗罪魁祸首的噬菌体。仅仅几周后,他们就找到了几个候选样本,并将它们邮寄到了加州。据斯特拉斯迪说,当时在美国还没有已知的静脉噬菌体疗法病例,因此这次治疗将是实验性的——帕特森的临床团队向美国食品药品监督管理局(FDA)申请了紧急使用授权。FDA 在一天内就批准了。在加州大学圣地亚哥医学中心,医生们将噬菌体注射到帕特森的腹部,几天后又直接注入他的血液。治疗开始不到一周,帕特森就醒了过来,亲吻了女儿的手,并完全康复

开辟新道路

2018 年,斯特拉斯迪与他人共同创立了加州大学圣地亚哥分校的创新噬菌体应用与治疗中心(IPATH),以进一步开发用于耐药感染的噬菌体疗法。同年晚些时候,布里德给该团队发邮件,询问这种疗法是否也适用于他的慢性前列腺感染。IPATH 团队开始工作,将布里德的大肠杆菌样本发送给全国各地的噬菌体研究人员网络,在 2019 年大部分时间都在寻找有效的噬菌体匹配。最终,来自贝勒医学院TAILOR 实验室的噬菌体被提供。该实验室的创始人安东尼·马雷索(Anthony Maresso)说,它为“抗生素和标准疗法都失败的绝望病例”制造“定制噬菌体鸡尾酒”。然后,仅用一天时间就获得了 FDA 的同情使用授权。

Bacteriophages in petri dishes at German Collection of Microorganisms and Cell Cultures
德国微生物和细胞培养收藏中心的一名研究助理手中拿着两个装有噬菌体的培养皿。该设施位于德国不伦瑞克,已向数十个国家提供了可用于噬菌体疗法繁殖的样本。Hauke-Christian Dittrich/picture alliance via Getty Images

2020 年 1 月,布里德和他的妻子飞往圣地亚哥,开始接受 IPATH 免费提供的噬菌体治疗。“我既兴奋又非常紧张。当你想到将他们告诉你的噬菌体来源的物质注入体内时,这并不是一个好想法,”布里德说。(他指的是污水,这是最常见的有效噬菌体来源。)“尤其是在他们连接好你,说‘好了,我们要观察看看会发生什么’,而你知道之前做过这件事的人并不多。这真是一个非常可怕的处境。”

IPATH 团队将噬菌体注射到布里德的导管中。在接下来的两周里,他每天两次继续进行该疗程,根据传染病医生和 IPATH 的临床负责人赛玛·阿斯拉姆(Saima Aslam)的说法。布里德的症状——疼痛、发烧和泌尿问题——都消失了。六个月后,实验室检测证实他的前列腺中检测不到大肠杆菌。自那以后,情况一直如此,布里德也没有出现过任何不良反应。

需求旺盛

经过数十年的斗争,布里德终于康复了。越来越多的耐药感染患者也得到了治愈。噬菌体疗法在美国仍处于实验阶段,只能在极少数或没有其他治疗方案的情况下用于紧急或同情使用病例。描述其有效性和安全性的数据仍然有限:单例结果并不总是得到一致的报告,而且只有少数临床试验被进行过。此外,在少数几家提供噬菌体疗法的医疗中心,其给药方式——静脉注射、口服、局部或鼻腔给药——以及患者选择标准都存在差异。尽管存在这些挑战,不断出现的が研究一致认为噬菌体疗法是安全的。

然而,关于噬菌体疗法治愈感染的能力,结果喜忧参半。一项评估在 2022 年发布,总结了 2005 年至 2021 年间在全球进行的 13 项临床试验的安全性和有效性结果。所有试验,包括六项向健康儿童和成人施用噬菌体以与患病患者进行比较的测试,均独立得出结论:该疗法是安全的。在 13 项研究中,只有七项评估了接受噬菌体治疗各种疾病(从腿部溃疡到耳部感染)的患病患者的临床结果。只有两项研究一致报告了患者在噬菌体治疗后症状的改善;更广泛的评估作者指出,这可能反映了所选噬菌体与其目标细菌之间的匹配度不佳。

一项单独的研究在 2023 年发布,报告称在美国接受噬菌体治疗的 20 名感染分枝杆菌的患者中有 11 名取得了良好的临床反应。阿斯拉姆说,IPATH 团队在过去五年中已经治疗了包括布里德在内的 18 名患者,成功率达到了 82%。她和其他医生及噬菌体研究人员呼吁进行更多研究和临床试验,以更好地了解噬菌体疗法并制定最佳实践。目前,美国政府注册的正在进行中的临床试验超过 20 项——许多是针对囊性纤维化或假体关节感染患者的。

Bacteriophage that infects E. coli genetic material for phage therapy depicted by purple, pink, and green computer models
计算机模型显示噬菌体 T4(左图)如何攻击通常寄生在人类胃肠道中的大肠杆菌。T4 的入侵始于接触细菌细胞壁,并通过其管状尾巴(紫色)将病毒 DNA 注射到细胞中。噬菌体的“头部”和“尾部”(绿色、黄色、蓝色尖刺)之间的“包装机”(中图和右图)使双链 DNA(中图,红色)随时可用。Victor Padilla-Sanchez, The Catholic University of America, Washington, D.C.

目前将样本发送给全国研究人员以寻找噬菌体匹配的临时模式通常会延迟治疗时间。阿斯拉姆解释说,通常需要大约四到六个月的时间来搜寻储存库——或污水——以找到合适的噬菌体匹配,这意味着患者需要处于相对稳定的状况才能成为候选人。(FDA 通常在 24 小时内批准危重患者的噬菌体疗法,而对较稳定的患者则在 30 天内批准。)该方法也不适用于大规模使用。美国政府和世界各地的几所大学正在努力建立数据库,列出他们发现的噬菌体及其靶向的细菌菌株。近年来,多家拥有私人收藏的生物技术公司也应运而生;一些研究人员甚至在开发和申请基因工程噬菌体的专利,这些噬菌体具有储存稳定性或可以靶向一种以上的致病细菌。

虽然前路漫漫,但噬菌体疗法是为数不多的经受考验的耐药感染解决方案之一——而且未来有一天可能与抗生素的成本相当,甚至更便宜。阿斯拉姆设想,未来,不同的噬菌体产品将像其他药物一样在药房里有售。但目前,这种疗法对于像布里德和帕特森这样幸运的个体来说,已经证明是能够挽救生命并改变生活的。“我有三个年幼的孙子……我一度在想,我是否真的能享受与他们在一起的时光,”布里德说。虽然他由于长期使用抗生素仍有一些后遗症,但从生活质量上来说,“这比以前好了一千倍”,在噬菌体加入战斗之前。

 

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