在噬菌體被發(fā)現(xiàn)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(wèi)生研究院臨床中心。三個星期后，另外兩位病人在進入該醫(yī)院檢查后被查出同樣的細菌菌株檢測陽性。在接下來的四個月中，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(xù)地傳播開來，差不多每個星期就有一位住院病人受到了感染。
醫(yī)生們采取了物理和化學的方法來控制病原體。所有病人都被隔離并進行監(jiān)控。在收進第四個病例后，感染的病人被安置在醫(yī)院的一個隔離病區(qū)，由專業(yè)的醫(yī)護小組使用專業(yè)的儀器進行護理。在病區(qū)中，不僅醫(yī)護人員，而且來訪者都穿戴上專用的帽子、白大褂和手套，病房地板用漂白劑進行日常清洗，重癥監(jiān)護病房還定時供應
過氧化氫氣體對病房進行凈化。但是，醫(yī)院里的病人還是持續(xù)地受到感染。在持續(xù)數(shù)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。研究人員后來報道說，從這些病人體內分離出來的細菌對于大多數(shù)已知的抗生素具有耐藥性，“使得一些病人沒有有效的治療選擇。”
在過去十年中，抗生素耐藥性已經(jīng)從一種關注發(fā)展到了一種危機。除了美國國立衛(wèi)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(yī)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(yī)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，也清除了有益細菌，有潛在的長期性健康影響。
研究人員一直在尋找更為有效的治療方法來保護健康的微生物組。近來，他們正在更加密切地關注許多不同的病毒來攻擊細菌。噬菌體可以在細菌外表面鉆出孔洞來、向其中注射入它們自己的
遺傳物質，劫持細菌宿主的細胞機制來制造病毒拷貝，然后使用稱為溶解素的蛋白質爆炸式地打開細胞，釋放出數(shù)以千計的新噬菌體。這樣的循環(huán)一直持續(xù)到?jīng)]有細菌存活以供其殺死。（據(jù)稱）噬菌體是挑剔的捕食者，只攻擊特異類型的細菌，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化了數(shù)千年，不太可能出現(xiàn)一種導致耐藥性的生存競爭。這種簡單的生物學機制恢復了令人們驚奇的
持久不衰的噬菌體療法醫(yī)療實踐的興趣：用（噬菌體這種）病毒感染病人來殺死它們的細菌性敵人。
目前，大多數(shù)此類研究仍然處于臨床前期，數(shù)個試驗正在進行，數(shù)目日益增加的公司正向這種治療戰(zhàn)略進行投資。目前人們對噬菌體療法的關注多少有些類似于抗生素發(fā)明以前的時代。那時，噬菌體療法非常盛行，但是缺乏臨床檢測和監(jiān)管。美國猶他大學病理學家凱瑟琳·羅克－卡瑞羅（CatherineLoc-Carrillo）說：“噬菌體療法將重現(xiàn)其昔日的輝煌，抗生素出現(xiàn)之前，它紅極一時，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，經(jīng)常稱之為“病毒暗物質”，因為人們對它的生物學非常陌生，它們在主流醫(yī)學中的應用仍然面臨著許多障礙。美國得州農工大學的噬菌體生物學家瑞蘭德·揚（RylandYoung）認為，在沒有更加穩(wěn)健的研究和臨床證據(jù)的情況下推進噬菌體療法的后果可能是毀滅性的，“如果我們沒有更為豐富的數(shù)據(jù)，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的時間。”
一個世紀的治療方法
噬菌體療法的起源可以回溯到100多年以前，甚至在發(fā)現(xiàn)噬菌體之前。1896年，英國細菌學家歐內斯特·漢金（ErnestHankin）檢測了來自兩條印度河流恒河及其支流亞穆納河的河水，當?shù)厝苏J為它們有治療疾病的功效，發(fā)現(xiàn)了其有抗細菌活性的證據(jù)。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或病原體在限制當?shù)鼗魜y流行病的傳播中有作用。在其后的幾年中，有報道說在俄羅斯和世界其他地方的天然水中發(fā)現(xiàn)有類似的抗細菌性能。
20年后，另一位英國細菌學家弗雷德里克·圖爾特（FrederickTwort）在研究微球菌培養(yǎng)物時發(fā)現(xiàn)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行了檢測，發(fā)現(xiàn)了支持圖爾特發(fā)現(xiàn)的證據(jù)。在向志賀菌培養(yǎng)物中加入糞便樣品之后幾天中，德希瑞勒觀察到在培養(yǎng)盤上的殺滅區(qū)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察感染細菌的病毒的工作，從希臘語“吃掉”之意引伸，他創(chuàng)造了術語“噬菌體（bacteriophage）”來描述這種抗菌物。德希瑞勒在1948年一篇文章中回憶說：“在一閃念之間，我明白了：導致培養(yǎng)皿中出現(xiàn)清潔斑點或區(qū)域的，事實上是一種看不見的微生物，一種可過濾的病毒，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(yǎng)物中細菌的士兵病人很可能會康復，其原因來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。
那時候，沒有人真正地看到過噬菌體。后來又過了20年，才有科學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，噬菌體療法開始被世界各地使用，來治療許多種感染。比利時科學家報道了注射從各種來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)表了一篇關于噬菌體療法歷史的綜述，評論道：這個領域的快速發(fā)展，彰顯了“一個早期的、熱血澎湃的時期，人們的訴求往往是過分的、經(jīng)常是不現(xiàn)實的。但是同時，人們對噬菌體的病毒本質知之甚少，也不太注意它們的效力和局限性。”盡管事實上一些
藥企早在20世紀20年代就開始對這類療法進行標準化和市場化，但是美國食品藥品管理局還是不放任對它們發(fā)展的監(jiān)管，因為彼時有極少的項目得到了對照臨床檢測，這也正是這個領域歷史上的弊端所在。
1934年，《美國醫(yī)學會雜志（JAMA）》發(fā)表文章分三部分首次對噬菌體療法進行了客觀的評價。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評價其有效性和安全性，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(xiàn)于1928年，比較起來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(xiàn)代藥昂貴而且經(jīng)常難以找到。
這些天來，像格魯吉亞共和國伊里亞娃噬菌體、微生物學和病毒學研究所之類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世紀前相同的來源：下水道、醫(yī)院、河湖及其他病原體大量滋生的地方。分離自這些來源的提純物在實驗室內的細菌培養(yǎng)物中生長以鑒定噬菌體來靶擊受研病原物。伊里亞娃研究所經(jīng)過多年的研究，已經(jīng)建立了仔細培育的儲藏庫，里面數(shù)百個藥水瓶裝有這樣的分離物，為科學家們進行針對病人定制的組合治療做好了準備。
研究所現(xiàn)任所長姆齊婭·庫塔特拉茲（MziaKutateladze）說，她收到的治療請求人數(shù)在不斷增加，其中包括來自美國和西歐的病人。她說：“在來之前，他們就給我們寄來了臨床材料，包括培養(yǎng)物或擦拭物。我們首先使用我們的商品化產(chǎn)品進行測試，如果它們沒有療效，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。”病人們可以前來診所就醫(yī)，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、并使之進入藥典。事實上，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應答于這些治療。這些數(shù)據(jù)引起了一些卓越人士的關注。2014年，美國國立過敏與傳染病研究所（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，迎接噬菌體療法的第二次到來。
噬菌體的實驗室研究一般來說要有賴于認識清楚的模式系統(tǒng)，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(guī)認為對人體細胞無害，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(tǒng)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）來改善它們的捕食活性。
瑞蘭德說：“幾乎所有的噬菌體生物學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(shù)主要病原體的噬菌體還沒有得到很好的研究。噬菌體療法的基礎科學還遠遠落后于醫(yī)療實踐對它的要求。”
探索暗物質
自從噬菌體療法誕生以來，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注，已經(jīng)使研究人員們重新使用殺菌病毒來替代抗生素。
在實驗室中評價噬菌體的殺菌活性是容易的：只要將已知數(shù)量的純化噬菌體注入皮氏培養(yǎng)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(qū)域就可以了。但是，人體組織的某種感染看起來不像什么，只像培養(yǎng)皿中營養(yǎng)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，仍然是個謎。
對于那些有志于開發(fā)噬菌體療法的人們來說，這種認識上的缺乏已經(jīng)形成了明顯的障礙。一個問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，但是很難通過血流來評估。庫特爾說：“即使在細菌本來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。
另一個開放的問題是，治療性病毒是如何與人體免疫系統(tǒng)相互作用的，它們是否有可能導致副作用。在波蘭科學院盧維德克·荷茲菲爾德免疫學和實驗治療學研究所，在病人們使用其他治療無法奏效的情況下，醫(yī)生們頗富同情心地對他們進行了噬菌體療法，研究者安德爾澤耶·哥斯基（AndrzejGórski）正在分析多年的臨床數(shù)據(jù)來發(fā)現(xiàn)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，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(xiàn)了副反應，比如腸道治療后出現(xiàn)惡心或疼痛、或者局部噬菌體應用后出現(xiàn)（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(shù)，發(fā)現(xiàn)噬菌體療法降低了這些標記物的水平。事實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性臨床應答有關聯(lián)。
通過更加仔細地觀察噬菌體療法激發(fā)的免疫應答，哥斯基和他的同事們發(fā)現(xiàn)，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研討會上，他報告了當使用噬菌體的雞尾酒用藥方案時，這樣的抗體應答可以高于單個病毒菌株的使用。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(xiàn)，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有什么相關性。哥斯基在會議上說：“當你得到了針對噬菌體的抗噬菌體血清，并不一定意味著噬菌體沒有產(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：“為了達到療效，噬菌體療法往往把每種治療混合在一起，使得人們無法認識這樣的細微差別，而事實上它們彼此不同，就如同螞蟻和大象的差別那樣。”
進入主流醫(yī)學
一些公司正在探索使用提純的尾蛋白質作為抗菌物
盡管噬菌體療法仍然面臨著許多挑戰(zhàn)，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(yī)院。2015年9月，法國的研究人員啟動了第一項多中心研究和臨床試驗來評估噬菌體療法。開始于2013年的“燒傷噬菌體”項目已經(jīng)進行了臨床前研究，使用滿足歐洲藥管局（EMA）制造標準的方法來生產(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名病人進行注射給藥，其治療結果將與那些接受目前此類感染一線藥磺胺嘧啶銀的病人進行比較。
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(yī)院的燒傷治療中心主任、“燒傷噬菌體”項目科學家帕特里克·杰爾特（PatrickJault）設計；大腸桿菌雞尾酒藥方則包含12種噬菌體。
數(shù)家美國公司也意在將噬菌體抽取物推進到臨床試驗。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名病人中沒有一人對治療產(chǎn)生任何副反應，但是該公司沒有對是否計劃進行二期試驗做出答復。同時，位于弗吉尼亞州里士滿市的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(guī)模。AmpliPhi公司CEO斯科特·薩爾卡（ScottSalka）說：“我們還無法知道這種方法將如何進入醫(yī)院、什么時候可以大規(guī)模制造。”
鑒于這些思想上的障礙，由合成生物學家克雷格·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行工程化處理，將多種噬菌體的性能組合進入單個的基因組內。合成基因組學公司的研發(fā)副總裁博林·胡碧（BolynHubby）說：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說，更易于制造，“沒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和病毒工程方法來認識各種噬菌體的天然宿主范圍，然后插入來自其他病毒的基因，將宿主范圍擴大到包括被靶向細菌的其他亞型。胡碧說：“通過反復進行這一過程，我們可以擴大噬菌體的宿主范圍，同時又保持其特異性，以免共棲細菌受到影響。”最后，研究人員們計劃進一步研究噬菌體的生理學機制，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，也就是噬菌體酶類來撕裂開細菌衣殼，病毒趁勢向細菌細胞內注射入其DNA，然后病毒后代炸開細胞體。其他實驗則研究噬菌體尾巴蛋白，被稱為尾菌素。作為Contrafect公司的科學顧問，洛克菲勒大學的文森特·菲斯切特（VincentFischetti）說：此類部件缺乏在宿主內繁殖的能力，所以它們沒有與攜帶DNA的噬菌體所固有的風險，這樣的蛋白質治療藥更為易于制造和投向市場。
但是，不管一種產(chǎn)品是否自然衍生還是工程化得到，也不管是整個病毒還是碎片，成功的門檻都是一樣的，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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