原文:KerongLi,XiaoxiaoZhou,ZhijunZhong.Indicationsforcaninefecalmicrobiotatransplantation[J].ThaiJVetMed,2022,52(1):13-21.
图1.每种适应症治疗成功和失败的犬数量(柱状图上方标注治疗成功率)
1.艰难梭菌感染
2.急性出血性腹泻综合征
犬急性出血性腹泻综合征(AHDS)的特点是突然出现水样带血的腹泻、呕吐、体液流失和血液浓稠。到目前为止,AHDS的病因还不完全清楚。在许多AHDS病例中发现产气荚膜梭状芽胞杆菌过度生长,其毒素可介导肠黏膜坏死。此外,其它微生物的组成也发生了变化,梭杆菌门(Fusobacteria)增加,而放线菌门(Actinobacteria)和瘤胃球菌科(Ruminococcaceae)减少。病情不复杂的AHDS犬通过积极治疗,如补液,可在24-48小时内改善临床症状。然而,约30%患有AHDS的犬在以后的岁月里会出现慢性胃肠道疾病。因此,发生急性腹泻时,不应简单对症治疗,而应重点预防耐药慢性疾病的出现。目前,修复受损屏障,积极调节肠道菌群具有重要意义。研究表明,经益生菌治疗后,犬的肠道共生菌恢复正常加快,产气荚膜梭状芽胞杆菌的丰度显著降低。
3.炎症性肠病
犬炎症性肠病(IBD)是一种以过度炎症反应为特征的慢性胃肠疾病,包括溃疡性结肠炎、克罗恩病和不确定结肠炎。临床上,IBD表现为反复发作的症状,包括腹泻、结直肠出血和腹痛。淋巴浆细胞性肠炎是犬IBD的主要形式。犬IBD的发生与多种因素有关,如黏膜免疫系统、遗传易感性和肠道微环境。IBD患者肠道微生物多样性低于健康动物:IBD患者肠道内抗炎菌减少,促炎菌增加。肠杆菌科(Enterobacteriaceae)和梭状芽孢杆菌科(Clostridiaceae)在IBD犬的肠道中含量丰富,Paraprevotellaceae科和卟啉单胞菌属(Porphyromonas)在IBD犬肠道中的含量高于健康犬。治疗IBD的主要任务是抗炎,包括饮食治疗和药物干预,抗生素、益生菌和益生元调节微生物群。截至2021年,已有四项研究报告称,FMT对普通药物治疗无作用的IBD犬有效。
Bottero等人研究了16只患有特发性IBD的犬,它们对传统治疗没有反应。采用不同方法对犬进行FMT治疗:9只犬采用内镜下输注新鲜粪便(其中5只结合口服疗法),7只犬采用口服冷冻粪菌胶囊处理。结果14只犬临床症状改善,1只犬临床症状加重,1只犬因其他原因排除。然而,在这项研究中,大多数犬在FMT过程中使用了药物,这可能会对结果产生影响。Niina等人(2019)描述了一只IBD犬在6个月内接受了9次FMT治疗,在FMT后的221天内评价这只犬。微生物多样性分析显示,FMT后42日,变形菌门(Proteobacteria)的比例从52.2%下降到1.5%,而梭杆菌门从0增加到35%,厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)的比例也有所增加。在健康犬中变形菌门和梭杆菌门的比例分别为5-7%和23-40%。该案例表明,FMT可以使受体的菌群恢复到与供体相似的状态。因此,FMT可能对犬IBD有较好的治疗作用。
4.犬细小病毒腹泻
犬细小病毒(CPV)腹泻肠炎是高传染性的急性出血性肠炎,通常伴随较高的发病率和死亡率。未经治疗的幼犬细小病毒感染的死亡率超过90%。CPV侵入肠隐窝的生发上皮,导致绒毛缩短或闭塞。一方面,肠道损伤增加了细菌从肠道向血液循环系统转移的风险,从而增加了犬类死亡的可能性。另一方面,肠道上皮细胞的破坏导致肠道菌群紊乱。FMT作为一种改良菌群的治疗手段,对犬细小病毒腹泻有改善作用。Pereira等人(2018)将66只细小病毒感染犬分为两组:对照组(33只)接受标准治疗(STD),试验组(33只)接受STD+FMT治疗。结果表明,STD+FMT组的治疗周期缩短:61.5%的STD+FMT治疗犬在48小时内出院,而同时出院的STD治疗犬只有4.8%。STD+FMT治疗死亡率是21.2%,低于STD组(36.4%)。然而,在本研究中,由于缺乏菌群评估,因此对细小病毒感染犬肠道微生物的变化尚不清楚。从研究结果来看,FMT是CPV较好的辅助治疗选择。
5.断奶后腹泻
断奶通常会导致体重、营养吸收和免疫稳态下降,从而导致屏障功能受损、病原体易感性和腹泻。早期断奶动物的肠道菌群将发生重大变化,以建立独特且动态的微生态。微生物群失调是导致断奶后腹泻的主要因素之一。FMT可以通过减少肠道菌群失调,防止犬断奶后腹泻。Burton等人(2016)对23只断奶幼犬进行了FMT试验。11只犬单独接受FMT治疗,其余12只犬作为假治疗对照组,接受相同剂量2%的低脂牛奶。从断奶前3天开始,将健康的粪便菌群从母犬移植到这些幼犬身上,连续5天。处理后,分别于断奶前3天和断奶后3、10、24天收集幼犬和母犬粪便,进行16SrRNA扩增测序。结果表明,FMT后腹泻得到改善,而α多样性(Chao1指数)和β多样性(PCA)表明,受体幼犬的微生物群没有转变到与供体犬相似的状态。FMT治疗组与假治疗组健康评分差异无统计学意义。虽然本研究没有证明FMT对断奶后腹泻有更好的作用,但最近的一项研究证明FMT可以改善断奶仔猪的腹泻、减少结肠炎症和加强肠道屏障功能(Tang等,2020)。因此,FMT可能是一种潜在治疗断奶后腹泻的方法。可能需要更多的研究来确定FMT对断奶后腹泻幼犬的影响。
6.急性腹泻
7.讨论
微生物和代谢物组分析通常用于测定FMT对肠道疾病的影响。微生物组分析主要采用α多样性(包括Chao1和Shannon指数)和β多样性(包括PCA和PCoA),两者都能反映粪便微生物群落的多样性。通过定量PCR(QuantitativePCR,qPCR)计算粪便失调指数(DI),将总细菌和7个细菌类群的丰度汇总为一个数字,显示微生物群落紊乱的程度。Chaitman等(2020)在分析急性腹泻FMT时,对细菌总数、Faecalibacterium、Turicibacter、Escherichiacoli、Streptococcus、Blautia、Fusobacterium、Clostridiumhiranonis进行qPCR检测,得到其DI,用于微生物分析。DI值小于0为正常,0~2表示肠道菌群有轻微波动,大于2表示菌群变化较大。
由于有这些分析技术,科学家可以将肠道菌群和代谢物的变化可视化,这对于评价FMT治疗效果很重要。FMT恢复肠道微生物结构的机制主要是粪便共生菌:1)与病原体竞争营养和定植资源;2)通过产生细菌素直接杀死病原体;3)通过刺激肠细胞分泌粘蛋白、抗菌肽和IgA,防止黏液层被破坏;4)维持肠上皮细胞屏障,促进肠上皮细胞之间的紧密连接;5)通过调节性T细胞(Treg)抑制肠道过度炎症反应;6)调节短链脂肪酸(SCFAs)、次级胆汁酸和其他代谢产物达到正常浓度(短链脂肪酸为结肠上皮提供主要能量,次级胆汁酸被证明可以抑制艰难梭状芽孢杆菌的繁殖)。因此,FMT在治疗抗生素无效的并发症和疾病方面有很大的潜力。
与动物微生态制剂相比,FMT改变肠道微生物结构的机制具有一定的优势。动物微生态制剂,如益生菌、益生元和合生元,或许可以像FMT一样通过改变肠道菌群改善动物的健康。然而,目前的研究表明,益生菌治疗对IBD犬黏膜细菌的影响与标准治疗相似,且在组织病理学上都不能改善肠道炎症。相比之下,在我们上述的一项研究中,一只IBD犬的腹泻症状可以通过FMT得到改善,而益生菌效果不佳。与微生态制剂相比,FMT对IBD等疾病的治疗效果更好,可能是相对常规益生菌,移植后粪便中健康的肠道微生物能更好地适应受体肠道环境。粪便中的营养物质可以使肠道微生物在一起移植时有更好的生存环境。另一方面,肠道内的微生物作为一个全面的功能组织,相互依赖。单一种类的益生菌可能无法替代肠道内菌群的全部功能。此外,与动物微生态制剂相比,FMT可在移植过程中从供体引入宿主肠细胞、免疫因子、短链脂肪酸和次级胆汁酸。肠道细胞可以参与肠道环境的修复和重建,并作为细菌和宿主肠道组织之间的物理屏障。肠道免疫分子保护宿主细胞免受肠道病原体和毒素的侵害。
犬FMT的其他限制因素包括病原微生物共同转移和耐药基因传播风险。供体粪便在制样前期采集、储存和处理过程中,转运的粪便受到环境微生物的污染,可能使受体肠道疾病加重。受体犬在紊乱时肠道免疫力低下,易受感染。我们提到的每一种适应症的供体都经过了严格的筛选过程,以确认粪便供体不含肠道疾病病原体,粪便排出前3个月内未服用抗生素,未患传染病、营养代谢性疾病、免疫性疾病、肿瘤、肥胖、慢性疼痛等。此外,被选中供体的犬应每年接种疫苗,并每年进行两次驱虫。在收集粪便之前,供体应喂食商业饮食。临床和实验室检查结果,包括全血计数、血清生化分析、X线摄影、腹部超声和粪便病理检查(犬细小病毒、犬瘟热病毒、犬腺病毒II、犬副流感等病原体)应正常。除了需要对大量粪便供体进行纵向筛选外,还需要对粪便中益生菌、耐药基因、转座子等方面进行功能宏基因组研究。新鲜粪便收集后,需要经过一系列处理,最终变成颜色、味道和黏稠度更好的粪便浓缩液。浓缩液可立即用于移植,或在-80℃下保存1至8周。在此过程中,需要无菌环境。
综上所述,FMT在治疗犬CDI、IBD、犬细小病毒腹泻和急性腹泻方面具有优势,并能改善AHDS犬肠道菌群。从目前有限的报道来看,这也是一种预防犬断奶后腹泻、抗生素并发症和对抗生素无效疾病的有效方法。然而,FMT保护肠道的具体机制以及长期定植菌群在犬体内的作用仍需要大量的研究来揭示。