在噬菌體被發(fā)現一百年后，作為抗擊細菌感染的噬菌體療法第二次獲得了人們的關(guān)注，但是它的廣泛傳播與使用仍然缺乏堅強有力的臨床支持。
2011年7月，在與一種嚴重的細菌感染作斗爭一個(gè)月后，一位43歲的婦女走出了位于馬里蘭州貝塞斯達市的國立衛生研究院臨床中心。三個(gè)星期后，另外兩位病人在進(jìn)入該醫院檢查后被查出同樣的細菌菌株檢測陽(yáng)性。在接下來(lái)的四個(gè)月中，該病的病原體，一種肺炎克雷伯桿菌的多藥耐藥性菌株持續地傳播開(kāi)來(lái)，差不多每個(gè)星期就有一位住院病人受到了感染。
醫生們采取了物理和化學(xué)的方法來(lái)控制病原體。所有病人都被隔離并進(jìn)行監控。在收進(jìn)第四個(gè)病例后，感染的病人被安置在醫院的一個(gè)隔離病區，由專(zhuān)業(yè)的醫護小組使用專(zhuān)業(yè)的儀器進(jìn)行護理。在病區中，不僅醫護人員，而且來(lái)訪(fǎng)者都穿戴上專(zhuān)用的帽子、白大褂和手套，病房地板用漂白劑進(jìn)行日常清洗，重癥監護病房還定時(shí)供應
過(guò)氧化氫氣體對病房進(jìn)行凈化。但是，醫院里的病人還是持續地受到感染。在持續數月的疾病爆發(fā)以后，有18位病人受到了克雷伯桿菌感染，其中11人死亡。研究人員后來(lái)報道說(shuō)，從這些病人體內分離出來(lái)的細菌對于大多數已知的抗生素具有耐藥性，“使得一些病人沒(méi)有有效的治療選擇。”
在過(guò)去十年中，抗生素耐藥性已經(jīng)從一種關(guān)注發(fā)展到了一種危機。除了美國國立衛生研究院發(fā)生的死亡病例外，2011年還在英國一家新生兒醫院發(fā)生了12名嬰兒感染上甲氧西林耐藥性金黃色葡萄球菌（MRSA）的多藥耐藥性菌株。而就在2015年，碳青霉烯耐受性的腸細菌感染了7人并使加州洛杉磯市一家醫院的兩名感染者死亡。即使是抗生素對病情有效，它們也不總是最佳選擇，因為它們在殺死病原性細菌的同時(shí)，也清除了有益細菌，有潛在的長(cháng)期性健康影響。
研究人員一直在尋找更為有效的治療方法來(lái)保護健康的微生物組。近來(lái)，他們正在更加密切地關(guān)注許多不同的病毒來(lái)攻擊細菌。噬菌體可以在細菌外表面鉆出孔洞來(lái)、向其中注射入它們自己的
遺傳物質(zhì)，劫持細菌宿主的細胞機制來(lái)制造病毒拷貝，然后使用稱(chēng)為溶解素的蛋白質(zhì)爆炸式地打開(kāi)細胞，釋放出數以千計的新噬菌體。這樣的循環(huán)一直持續到?jīng)]有細菌存活以供其殺死。（據稱(chēng)）噬菌體是挑剔的捕食者，只攻擊特異類(lèi)型的細菌，所以它們不太可能傷害正常的微生物組或任何人類(lèi)細胞。而且，因為噬菌體已經(jīng)與它們的細菌受害者們共同進(jìn)化了數千年，不太可能出現一種導致耐藥性的生存競爭。這種簡(jiǎn)單的生物學(xué)機制恢復了令人們驚奇的
持久不衰的噬菌體療法醫療實(shí)踐的興趣：用（噬菌體這種）病毒感染病人來(lái)殺死它們的細菌性敵人。
目前，大多數此類(lèi)研究仍然處于臨床前期，數個(gè)試驗正在進(jìn)行，數目日益增加的公司正向這種治療戰略進(jìn)行投資。目前人們對噬菌體療法的關(guān)注多少有些類(lèi)似于抗生素發(fā)明以前的時(shí)代。那時(shí)，噬菌體療法非常盛行，但是缺乏臨床檢測和監管。美國猶他大學(xué)病理學(xué)家凱瑟琳·羅克－卡瑞羅（CatherineLoc-Carrillo）說(shuō)：“噬菌體療法將重現其昔日的輝煌，抗生素出現之前，它紅極一時(shí)，但是人們對其作用機理不甚了解。”
人們對噬菌體有百思不解的疑問(wèn)，經(jīng)常稱(chēng)之為“病毒暗物質(zhì)”，因為人們對它的生物學(xué)非常陌生，它們在主流醫學(xué)中的應用仍然面臨著(zhù)許多障礙。美國得州農工大學(xué)的噬菌體生物學(xué)家瑞蘭德·揚（RylandYoung）認為，在沒(méi)有更加穩健的研究和臨床證據的情況下推進(jìn)噬菌體療法的后果可能是毀滅性的，“如果我們沒(méi)有更為豐富的數據，正如20世紀20年代的情形那樣，成功使用它的方法將讓我們探索更長(cháng)的時(shí)間。”
一個(gè)世紀的治療方法
噬菌體療法的起源可以回溯到100多年以前，甚至在發(fā)現噬菌體之前。1896年，英國細菌學(xué)家歐內斯特·漢金（ErnestHankin）檢測了來(lái)自?xún)蓷l印度河流恒河及其支流亞穆納河的河水，當地人認為它們有治療疾病的功效，發(fā)現了其有抗細菌活性的證據。他使用瓷制濾器濾去河水，去除細菌和較大生物體，保留下的一種混懸液可以殺死霍亂弧菌。他懷疑水中有一些未知的物質(zhì)或病原體在限制當地霍亂流行病的傳播中有作用。在其后的幾年中，有報道說(shuō)在俄羅斯和世界其他地方的天然水中發(fā)現有類(lèi)似的抗細菌性能。
20年后，另一位英國細菌學(xué)家弗雷德里克·圖爾特（FrederickTwort）在研究微球菌培養物時(shí)發(fā)現了一種殺菌劑，但是他還心有疑慮、不敢假定它是一種病毒。20世紀初，法裔加拿大微生物學(xué)家菲力克斯·德希瑞勒（Felixd’Herelle）對取自感染志賀菌——一種痢疾病原物的士兵的糞便濾出物進(jìn)行了檢測，發(fā)現了支持圖爾特發(fā)現的證據。在向志賀菌培養物中加入糞便樣品之后幾天中，德希瑞勒觀(guān)察到在培養盤(pán)上的殺滅區中有某種東西大量殺滅了病原體。德希瑞勒比圖爾特更加大膽地推測和懷疑他正在觀(guān)察感染細菌的病毒的工作，從希臘語(yǔ)“吃掉”之意引伸，他創(chuàng )造了術(shù)語(yǔ)“噬菌體（bacteriophage）”來(lái)描述這種抗菌物。德希瑞勒在1948年一篇文章中回憶說(shuō)：“在一閃念之間，我明白了：導致培養皿中出現清潔斑點(diǎn)或區域的，事實(shí)上是一種看不見(jiàn)的微生物，一種可過(guò)濾的病毒，但是一種寄生在細菌內的病毒。”
德希瑞勒推測那名糞便樣品殺死了培養物中細菌的士兵病人很可能會(huì )康復，其原因來(lái)自于相同的殺微生物病毒，結果他對了。四年后的1919年，德希瑞勒使用這些從已經(jīng)康復的痢疾病人糞便樣品中分離得到的噬菌體，成功地治愈了受到同種細菌感染的病兒。
那時(shí)候，沒(méi)有人真正地看到過(guò)噬菌體。后來(lái)又過(guò)了20年，才有科學(xué)家抓拍到最早的噬菌體這種感染細菌的病毒的電子顯微鏡圖片。但是，噬菌體療法開(kāi)始被世界各地使用，來(lái)治療許多種感染。比利時(shí)科學(xué)家報道了注射從各種來(lái)源物中分離得到的噬菌體治愈了葡萄球菌皮膚感染；靜脈內噬菌體療法在印度被用來(lái)治療霍亂、在法國治療鏈球菌感染；在美國的研究則報道了治療敗血癥和腦膜炎。
華盛頓常青州立學(xué)院的伊麗莎白·庫特爾（ElizabethKutter）和同事合作在2011年發(fā)表了一篇關(guān)于噬菌體療法歷史的綜述，評論道：這個(gè)領(lǐng)域的快速發(fā)展，彰顯了“一個(gè)早期的、熱血澎湃的時(shí)期，人們的訴求往往是過(guò)分的、經(jīng)常是不現實(shí)的。但是同時(shí)，人們對噬菌體的病毒本質(zhì)知之甚少，也不太注意它們的效力和局限性。”盡管事實(shí)上一些
藥企早在20世紀20年代就開(kāi)始對這類(lèi)療法進(jìn)行標準化和市場(chǎng)化，但是美國食品藥品管理局還是不放任對它們發(fā)展的監管，因為彼時(shí)有極少的項目得到了對照臨床檢測，這也正是這個(gè)領(lǐng)域歷史上的弊端所在。
1934年，《美國醫學(xué)會(huì )雜志（JAMA）》發(fā)表文章分三部分首次對噬菌體療法進(jìn)行了客觀(guān)的評價(jià)。作者們評估了100多篇研究論文，總結認為該治療只對一些葡萄球菌感染是可靠的。由于缺乏雙盲試驗和臨床研究來(lái)評價(jià)其有效性和安全性，噬菌體療法在西方不幸失寵。人們的目光轉向了抗生素，它發(fā)現于1928年，比較起來(lái)更加易于制造和標準化。但是，噬菌體療法滲透到了世界許多角落，尤其是在東歐，在那里現代藥昂貴而且經(jīng)常難以找到。
這些天來(lái)，像格魯吉亞共和國伊里亞娃噬菌體、微生物學(xué)和病毒學(xué)研究所之類(lèi)的研究中心提供商業(yè)化噬菌體制備以用于特異性適應癥，如大腸桿菌和志賀菌引起的甲氧西林耐藥性金黃色葡萄球菌（MRSA）及其胃腸道感染。伊里亞娃研究所的研究人員還將噬菌體混合入按病定制的聯(lián)合用藥配方以治療許多種感染。這些混合物中的噬菌體分離自與一個(gè)世紀前相同的來(lái)源：下水道、醫院、河湖及其他病原體大量滋生的地方。分離自這些來(lái)源的提純物在實(shí)驗室內的細菌培養物中生長(cháng)以鑒定噬菌體來(lái)靶擊受研病原物。伊里亞娃研究所經(jīng)過(guò)多年的研究，已經(jīng)建立了仔細培育的儲藏庫，里面數百個(gè)藥水瓶裝有這樣的分離物，為科學(xué)家們進(jìn)行針對病人定制的組合治療做好了準備。
研究所現任所長(cháng)姆齊婭·庫塔特拉茲（MziaKutateladze）說(shuō)，她收到的治療請求人數在不斷增加，其中包括來(lái)自美國和西歐的病人。她說(shuō)：“在來(lái)之前，他們就給我們寄來(lái)了臨床材料，包括培養物或擦拭物。我們首先使用我們的商品化產(chǎn)品進(jìn)行測試，如果它們沒(méi)有療效，我們就在儲藏庫中鑒定噬菌體，制備和檢測最后的定制產(chǎn)品，然后才用于病人治療。”病人們可以前來(lái)診所就醫，伊里亞娃研究所也可以寄送噬菌體給病人以供他們自己使用。
庫特爾認為，伊里亞娃研究所和其他機構的成功故事將使人們更容易接受噬菌體療法、并使之進(jìn)入藥典。事實(shí)上，這些小組發(fā)表的噬菌體療法的回溯分析正在幫助研究人員們理解哪些感染會(huì )應答于這些治療。這些數據引起了一些卓越人士的關(guān)注。2014年，美國國立過(guò)敏與傳染病研究所（NIAID）報告，該研究所建立了抗菌素耐藥性研究項目。世界各地的多家公司也正在積極行動(dòng)，迎接噬菌體療法的第二次到來(lái)。
噬菌體的實(shí)驗室研究一般來(lái)說(shuō)要有賴(lài)于認識清楚的模式系統，如大腸桿菌及其病毒；治療人體感染的
雞尾酒療法中使用的巨量噬菌體正在得到深入研究。噬菌體被常規認為對人體細胞無(wú)害，部分因為它們在環(huán)境和人體內是普遍存在的，對于噬菌體如何與人體細胞相互作用還知之甚少，比如它對免疫系統的影響。例如，一項近期研究報道，噬菌體可能使用組織內的粘膜表面（內含物）來(lái)改善它們的捕食活性。
瑞蘭德說(shuō)：“幾乎所有的噬菌體生物學(xué)都聚焦于大腸桿菌內的λ噬菌體、T4噬菌體等成功的范例，大多數主要病原體的噬菌體還沒(méi)有得到很好的研究。噬菌體療法的基礎科學(xué)還遠遠落后于醫療實(shí)踐對它的要求。”
探索暗物質(zhì)
自從噬菌體療法誕生以來(lái)，治療胃腸道感染已經(jīng)成為噬菌體療法的最成功運用之一。盡管抗生素是目前的一線(xiàn)用藥，對于日益增加的藥物耐藥性及其對微生物組的破壞的關(guān)注，已經(jīng)使研究人員們重新使用殺菌病毒來(lái)替代抗生素。
在實(shí)驗室中評價(jià)噬菌體的殺菌活性是容易的：只要將已知數量的純化噬菌體注入皮氏培養皿內如同草坪樣滋生的微生物中，然后測量其所得的殺滅區域就可以了。但是，人體組織的某種感染看起來(lái)不像什么，只像培養皿中營(yíng)養良好的細菌的單一培植作物。在疾病組織中，病原體產(chǎn)生大量不同的蛋白質(zhì)和小分子，如同一片沼澤地，經(jīng)常形成3D打印的生物膜，并且存在于復雜的微生物群落內。在這樣的情形中，噬菌體如何與病原體相互作用，仍然是個(gè)謎。
對于那些有志于開(kāi)發(fā)噬菌體療法的人們來(lái)說(shuō)，這種認識上的缺乏已經(jīng)形成了明顯的障礙。一個(gè)問(wèn)題是噬菌體是否獨特地適合于治療特定的感染。例如，對于某種深度的局部病灶，噬菌體可能比抗生素的作用更好，但是很難通過(guò)血流來(lái)評估。庫特爾說(shuō)：“即使在細菌本來(lái)就對某種抗生素敏感的情況下，藥物也經(jīng)常不能達到感染部位（并形成充足的濃度）。”另一方面，一旦噬菌體到達這些部位，它們可以在病原體內部繁殖，很快上升到治療劑量的水平。
另一個(gè)開(kāi)放的問(wèn)題是，治療性病毒是如何與人體免疫系統相互作用的，它們是否有可能導致副作用。在波蘭科學(xué)院盧維德克·荷茲菲爾德免疫學(xué)和實(shí)驗治療學(xué)研究所，在病人們使用其他治療無(wú)法奏效的情況下，醫生們頗富同情心地對他們進(jìn)行了噬菌體療法，研究者安德?tīng)枬梢?middot;哥斯基（AndrzejGórski）正在分析多年的臨床數據來(lái)發(fā)現其中的奧秘。在一篇對2008至2010年間153人接受噬菌體治療免疫應答情況的回溯分析論文中，哥斯基和他的同事們報告稱(chēng)，有80%的病人對噬菌體療法反應良好。只有小量病人不得不停止治療，因為他們出現了副反應，比如腸道治療后出現惡心或疼痛、或者局部噬菌體應用后出現（腐蝕性）局部反應，在2015年7月馬里蘭州羅克維爾市由NIAID主辦的首屆噬菌體療法研討會(huì )上，哥斯基對這些情況作了報告。
哥斯基小組還評估了使用噬菌體治療金黃色葡萄球菌骨感染的37名病人中炎癥標記物如C反應蛋白和白血細胞計數，發(fā)現噬菌體療法降低了這些標記物的水平。事實(shí)似乎是噬菌體降低了細菌引起的炎癥反應，這種調整在幾乎一半的病人中與陽(yáng)性臨床應答有關(guān)聯(lián)。
通過(guò)更加仔細地觀(guān)察噬菌體療法激發(fā)的免疫應答，哥斯基和他的同事們發(fā)現，重復暴露于相同的噬菌體菌株可以激發(fā)一種適應性免疫應答，導致產(chǎn)生抗噬菌體抗體。在NIAID研討會(huì )上，他報告了當使用噬菌體的雞尾酒用藥方案時(shí)，這樣的抗體應答可以高于單個(gè)病毒菌株的使用。但是，這樣的抗體有助于還是有礙于噬菌體療法，仍然不清楚。在哥斯基和他的同事們的研究中，有122名病人和健康志愿者接受了噬菌體治療，給藥方式為口服或局部應用。他們發(fā)現，盡管有幾位病人產(chǎn)生了抗噬菌體抗體，這些抗體的存在與療法是否成功幾乎沒(méi)有什么相關(guān)性。哥斯基在會(huì )議上說(shuō)：“當你得到了針對噬菌體的抗噬菌體血清，并不一定意味著(zhù)噬菌體沒(méi)有產(chǎn)生作用。”
噬菌體還可能引起不同的免疫應答，這種不同取決于給藥方式：局部用藥、口服、靜脈注射或直腸給藥，還取決于它們靶向的是什么組織或器官。楊瑞蘭說(shuō)：“為了達到療效，噬菌體療法往往把每種治療混合在一起，使得人們無(wú)法認識這樣的細微差別，而事實(shí)上它們彼此不同，就如同螞蟻和大象的差別那樣。”
進(jìn)入主流醫學(xué)
一些公司正在探索使用提純的尾蛋白質(zhì)作為抗菌物
盡管噬菌體療法仍然面臨著(zhù)許多挑戰，多家研究公司目前正在試圖將這種治療方法應用到主流醫院。2015年9月，法國的研究人員啟動(dòng)了第一項多中心研究和臨床試驗來(lái)評估噬菌體療法。開(kāi)始于2013年的“燒傷噬菌體”項目已經(jīng)進(jìn)行了臨床前研究，使用滿(mǎn)足歐洲藥管局（EMA）制造標準的方法來(lái)生產(chǎn)兩種噬菌體雞尾酒藥方。目前，這兩種靶向于由大腸桿菌或綠膿桿菌引起的燒傷感染的治療方法，將對220名病人進(jìn)行注射給藥，其治療結果將與那些接受目前此類(lèi)感染一線(xiàn)藥磺胺嘧啶銀的病人進(jìn)行比較。
與伊里亞娃研究所使用的噬菌體雞尾酒藥方一樣，燒傷噬菌體療法是一種天然產(chǎn)生的病毒混合物，選擇標準是它們靶向特定細菌菌種的能力。綠膿桿菌雞尾酒藥方是由13種噬菌體組成的混合物，由巴黎郊外珀西軍事醫院的燒傷治療中心主任、“燒傷噬菌體”項目科學(xué)家帕特里克·杰爾特（PatrickJault）設計；大腸桿菌雞尾酒藥方則包含12種噬菌體。
數家美國公司也意在將噬菌體抽取物推進(jìn)到臨床試驗。2009年，位于馬里蘭州的Intralytix公司發(fā)表了其噬菌體療法I期臨床試驗結果，靶向糖尿病病人的靜脈性腿部潰瘍。接受噬菌體雞尾酒藥方治療的大約40名病人中沒(méi)有一人對治療產(chǎn)生任何副反應，但是該公司沒(méi)有對是否計劃進(jìn)行二期試驗做出答復。同時(shí)，位于弗吉尼亞州里士滿(mǎn)市的AmpliPhi生物科技公司于2015年11月宣布，將招募9名病人對天然噬菌體雞尾酒藥方的安全性進(jìn)行檢測，此藥方意在治療由金葡菌引起的慢性靜脈竇感染。
不僅這些，更多的試驗需要確定哪種噬菌體療法將對哪種適應癥效果最佳，以及如何擴大成功治療藥的生產(chǎn)規模。AmpliPhi公司CEO斯科特·薩爾卡（ScottSalka）說(shuō)：“我們還無(wú)法知道這種方法將如何進(jìn)入醫院、什么時(shí)候可以大規模制造。”
鑒于這些思想上的障礙，由合成生物學(xué)家克雷格·文特爾創(chuàng )辦的、位于圣地亞哥市的合成基因組學(xué)公司正在研究另外一種方法。與將天然的噬菌體混合在一起不同，該公司的研究人員正在嘗試對一種合成病毒進(jìn)行工程化處理，將多種噬菌體的性能組合進(jìn)入單個(gè)的基因組內。合成基因組學(xué)公司的研發(fā)副總裁博林·胡碧（BolynHubby）說(shuō)：這樣工程化的噬菌體比起將十多種噬菌體混合在一起的雞尾酒藥方來(lái)說(shuō)，更易于制造，“沒(méi)有非常大型的復合雞尾酒藥方使得這些產(chǎn)品可以與目前的良好制造工藝（GMP）標準相兼容。”
該公司目前正在應用生物信息學(xué)和病毒工程方法來(lái)認識各種噬菌體的天然宿主范圍，然后插入來(lái)自其他病毒的基因，將宿主范圍擴大到包括被靶向細菌的其他亞型。胡碧說(shuō)：“通過(guò)反復進(jìn)行這一過(guò)程，我們可以擴大噬菌體的宿主范圍，同時(shí)又保持其特異性，以免共棲細菌受到影響。”最后，研究人員們計劃進(jìn)一步研究噬菌體的生理學(xué)機制，比如對生物膜的穿透力或者與抗生素的協(xié)同相互作用。
除了研究噬菌體雞尾酒藥方和工程化病毒這兩種方法外，研究人員們還在研究噬菌體構件的工作機理。例如，位于紐約的Contrafect公司和位于荷蘭的Micreos公司使用分離得到的溶解素，也就是噬菌體酶類(lèi)來(lái)撕裂開(kāi)細菌衣殼，病毒趁勢向細菌細胞內注射入其DNA，然后病毒后代炸開(kāi)細胞體。其他實(shí)驗則研究噬菌體尾巴蛋白，被稱(chēng)為尾菌素。作為Contrafect公司的科學(xué)顧問(wèn)，洛克菲勒大學(xué)的文森特·菲斯切特（VincentFischetti）說(shuō)：此類(lèi)部件缺乏在宿主內繁殖的能力，所以它們沒(méi)有與攜帶DNA的噬菌體所固有的風(fēng)險，這樣的蛋白質(zhì)治療藥更為易于制造和投向市場(chǎng)。
但是，不管一種產(chǎn)品是否自然衍生還是工程化得到，也不管是整個(gè)病毒還是碎片，成功的門(mén)檻都是一樣的，而且很高。臨床試驗必須證明噬菌體療法，不論是單獨使用還是與其他藥物聯(lián)合使用，都優(yōu)于目前的標準治療方法。
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