2016 年，一家名為 Novome Biotechnologies 的初創(chuàng)公司在硅谷成立。它被視為微生態(tài)藥物領(lǐng)域的明星，憑借“工程化腸道共生菌”這一顛覆性概念迅速吸引了頂級(jí)資本和科學(xué)家的目光。短短幾年間，公司累計(jì)融資上億美元，甚至被外界認(rèn)為可能成為“下一個(gè)基因治療奇跡”。然而，故事的走向卻出乎意料——2023 年，Novome 在臨床轉(zhuǎn)化的重重阻力和資金困境中宣布倒閉，留下一地嘆息。

更有趣的是，他們的研發(fā)管線成果卻以題為“Controlled colonization of the human gut with a genetically engineered microbial therapeutic”的研究型論文形式登上了2025年7月17日的頂刊Science。研究展示了一種在人類體內(nèi)精準(zhǔn)調(diào)控工程菌定殖的策略：通過(guò)對(duì)普通腸道共生菌進(jìn)行基因編輯，使其依賴一種來(lái)自海藻的特殊多糖—卟啉，作為“生態(tài)位開(kāi)關(guān)”，從而實(shí)現(xiàn)了可控的體內(nèi)存活。實(shí)驗(yàn)結(jié)果不僅證明了這種系統(tǒng)的可行性，還為未來(lái)微生態(tài)療法打開(kāi)了全新的想象空間。

在論文發(fā)表后，Novome 的創(chuàng)始人也在 LinkedIn 上留下了頗為動(dòng)情的感慨。他既驚嘆于生命系統(tǒng)的復(fù)雜與精妙，也直言從基礎(chǔ)科學(xué)發(fā)現(xiàn)到真正走向臨床應(yīng)用之間存在著一道難以跨越的鴻溝。這項(xiàng)最終以論文形式呈現(xiàn)的工作，其背后投入了近十年的心血與接近一億美元的資金支持。它不僅是一篇凝聚巨大科研投入的研究，更是一段充滿希望與挫折的藥物研發(fā)歷程，映射出在醫(yī)學(xué)前沿，科學(xué)理想與臨床現(xiàn)實(shí)之間始終存在的張力與挑戰(zhàn)。

工程微生物減少大鼠尿草酸鹽

原發(fā)性高草酸尿癥（EH）由草酸鹽過(guò)度吸收引起，常致復(fù)發(fā)性腎結(jié)石。抗生素使用導(dǎo)致的草酸鹽降解菌群減少與其密切相關(guān)。目前擬桿菌科天然不具備草酸鹽代謝能力。為賦予普通擬桿菌（P. vulgatus）降解功能，研究者構(gòu)建了含5–7個(gè)關(guān)鍵基因的草酸鹽代謝通路。優(yōu)化后的工程菌株在體外可高效將草酸鹽轉(zhuǎn)化為甲酸鹽（最高15 mM/h），并保持良好生長(zhǎng)特性。選定的sZR0310通路在大鼠EH模型中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定定植（10^8–10^10 CFU/ml），使尿草酸鹽水平降低約47%。進(jìn)一步在Roux-en-Y 胃旁路手術(shù)模型中，該工程菌完全阻止了術(shù)后尿草酸鹽的升高。

圖1. 擬桿菌科與工程草酸降解減少尿草酸在大鼠EH模型

必要的基因調(diào)控可以實(shí)現(xiàn)可逆的移植

研究者為實(shí)現(xiàn)可控清除，在降草酸功能的 P. vulgatus 上構(gòu)建了治療菌株 NB1000S，其生長(zhǎng)依賴飲食卟啉。通過(guò)將必需基因 argS 的啟動(dòng)子替換為卟啉誘導(dǎo)型元件，NB1000S 在撤去卟啉時(shí)可被有效清除。小鼠實(shí)驗(yàn)顯示，NB1000S 在多數(shù)宿主中消失，少數(shù)出現(xiàn)因突變導(dǎo)致的反彈，但長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)未見(jiàn)逃逸削弱的情況。相比對(duì)照菌株，NB1000S在宿主腸道中的可控性顯著提高。這一策略證明了利用飲食分子作為“生態(tài)位開(kāi)關(guān)”實(shí)現(xiàn)工程菌的可逆定植，在保障安全性的同時(shí)為臨床應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

圖2. 結(jié)合卟啉的利用和必要的基因調(diào)控，可以實(shí)現(xiàn)可逆的植入

工程微生物在健康志愿者體內(nèi)的定植受到控制

在一項(xiàng) I/IIa 期臨床試驗(yàn)中，39 名健康志愿者接受 NB1000S和不同劑量卟啉。結(jié)果顯示：在質(zhì)子泵抑制劑輔助下，NB1000S 能實(shí)現(xiàn)劑量依賴性定植，并在停用卟啉后多數(shù)個(gè)體中被完全清除。少數(shù)受試者出現(xiàn)因基因突變導(dǎo)致的持續(xù)定植，抗生素治療未能有效清除。NB1000S耐受性良好，不良反應(yīng)輕微，且對(duì)腸道菌群整體多樣性無(wú)顯著影響。這表明飲食分子驅(qū)動(dòng)的可控定植策略在人體內(nèi)具有可行性與安全性。

圖3. 治療菌株NB1000S對(duì)健康志愿者卟啉的劑量依賴性定植

冗余機(jī)制可防止條件減毒逃逸突變體的產(chǎn)生

在臨床試驗(yàn)及人體化小鼠中觀察到條件減毒菌株逃逸后，作者構(gòu)建恒定培養(yǎng)器模型驗(yàn)證機(jī)制。全基因組測(cè)序顯示，逃逸株95%源自HTCS點(diǎn)突變恒活化，其余5%由必需基因啟動(dòng)子重排驅(qū)動(dòng)。為降低逃逸概率，作者設(shè)計(jì)三重條件減毒系統(tǒng)，將卟啉糖感應(yīng)域驅(qū)動(dòng)三個(gè)必需基因，通過(guò)三個(gè)正交啟動(dòng)子實(shí)現(xiàn)控制。該系統(tǒng)在恒定培養(yǎng)器及常規(guī)飼養(yǎng)小鼠中顯示顯著清除效果，菌株豐度下降至檢測(cè)下限，并在大多數(shù)個(gè)體中無(wú)法復(fù)蘇。盡管如此，在特定微生物群背景下仍存在有限復(fù)蘇現(xiàn)象，且全基因組及功能分析未發(fā)現(xiàn)遺傳突變，提示其體內(nèi)持續(xù)存在可能依賴非遺傳機(jī)制。

圖4. 通過(guò)嵌合卟啉傳感器的附加條件衰減層改善了衰減

臨床2期顯示遺傳交換明顯

在二期研究中，NB1000S在接受RYGB或BPD-DS手術(shù)的高草酸尿患者中口服后定植不穩(wěn)定且菌密度較低，可能與高草酸環(huán)境下菌株適應(yīng)性缺陷或既有卟啉利用菌株占據(jù)有關(guān)。qPCR分析顯示，多數(shù)患者樣本卟啉PUL拷貝數(shù)高于草酸代謝途徑。全基因組測(cè)序揭示，兩株NB1000S發(fā)生大段HGT（667–724 kb），替換草酸途徑及條件減毒模塊；另三株原生Phocaeicola通過(guò)HGT獲得NB1000S卟啉PUL。引入ICE可增強(qiáng)外向HGT，而拉大兩個(gè)關(guān)鍵卟啉基因間距200 kb可將HGT頻率降低>10,000倍。尿草酸/肌酐比值分析顯示定植個(gè)體較非定植或安慰劑下降顯著（P=0.03）。兩期研究中未見(jiàn)嚴(yán)重產(chǎn)品相關(guān)不良事件，耐受性良好。

圖5. 在EH患者中發(fā)現(xiàn)了大的HGT事件，而在健康志愿者中沒(méi)有

綜上所述，這項(xiàng)研究揭示了通過(guò)多層次條件性減弱策略調(diào)控微生物定植與代謝功能的可能性，為微生態(tài)藥物干預(yù)高草酸尿提供了實(shí)驗(yàn)和理論依據(jù)。NB1000S管線的開(kāi)發(fā)歷經(jīng)多年探索，從分子機(jī)制、基因工程到患者臨床試驗(yàn)，折射出微生物治療從基礎(chǔ)研究走向臨床應(yīng)用的復(fù)雜路徑。盡管在頂尖學(xué)術(shù)期刊上獲得了突破性的成果，這一管線最終未能轉(zhuǎn)化為可持續(xù)的商業(yè)化產(chǎn)品，也凸顯了從實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)到臨床療效驗(yàn)證之間存在的巨大技術(shù)與實(shí)踐鴻溝。整個(gè)過(guò)程雖然耗費(fèi)了巨額資金，但積累了豐富的科學(xué)經(jīng)驗(yàn)，展示了生命體系的高度復(fù)雜性和不可預(yù)測(cè)性。對(duì)研究者而言，這既是一段關(guān)于創(chuàng)新藥物研發(fā)的真實(shí)故事，也是一種警示：基礎(chǔ)科學(xué)發(fā)現(xiàn)與臨床落地之間，仍需要更多系統(tǒng)性研究、優(yōu)化策略和耐心等待才能實(shí)現(xiàn)真正的療法轉(zhuǎn)化。

原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adu8000

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