从粪便菌群移植到下一代有益菌:Anaerobutyricum soehngenii为例

从粪便菌群移植到下一代有益菌:Anaerobutyricum soehngenii为例

谷禾健康

我们知道,肠道微生物群对人类健康和福祉很重要,调节宿主代谢,塑造免疫系统并防止病原体定植。

通过粪便微生物群移植(FMT)恢复平衡多样的微生物群,已成为研究疾病发病机制中微生物群因果关系的潜在治疗策略和有前途的工具

然而,FMT 带来了后勤方面的挑战和潜在的安全风险,如病原微生物的转移、不期望的表型(如肥胖)的潜在转移,或在生命后期发展疾病的风险增加。

因此,一种更可控更个性化的培养有益微生物混合物可能是更好的选择。

这些有益微生物中的大多数将是宿主的内源性共生体,没有长期安全有益的使用历史,因此通常被称为下一代益生菌(NGP)或活生物治疗产品(LBP)。

植物乳杆菌菌株,其益生菌和功能特性及其促进健康的作用脱颖而出,可以很好地调节肠道菌群组成。

一项FMT研究发现共生产丁酸菌Anaerobutyricum spp.(以前称为Eubacterium hallii)与代谢综合征受试者胰岛素敏感性的提高有关。因此,着手进一步研究和开发这种潜在的有益微生物,并将重点放在Anaerobutyricum soehngenii L2-7等,因为它的特征最好。

在小鼠模型中使用Anaerobutyricum soehngenii 完成临床前试验后,在受控条件下生产菌株,并进行了几项临床研究,以评估其在人体中的安全性和有效性。

本文将以植物乳杆菌为例,介绍其益生菌特性;以A.soehingeii为例,介绍用于临床的的开发,为下一代益生菌的开发和测试提供了实践指导

01
下一代益生菌和活生物治疗产品的定义

传统的益生菌被定义为“活的微生物,当给予足够的量时,会给宿主带来健康益处”。这些微生物使用历史悠久,被认为是安全的。

注:在美国具有公认安全(GRAS)状态,在欧盟具有合格安全推定(QPS)状态。

益生菌的使用可能代表一种调节肠道微生物群和改善人类疾病的治疗策略。

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相比之下,下一代益生菌(NGP)是一种没有长期安全有益使用历史的微生物,与传统益生菌一样,当以足够的量给药时,下一代益生菌对宿主健康有益

2012年,美国食品和药物管理局引入了活生物治疗产品(LBP)一词,定义为“一种生物产品”,其:

(1)含有活生物体,如细菌

(2)适用于预防、治疗或治愈人类疾病或病症

(3)不是疫苗

LBP在《欧洲药典》(Ph.Eur.)中被定义为“含有活微生物(细菌或酵母)的供人类使用的医药产品”。然而,由于LBP除了微生物外还包括最终产品的配方,并且被定义为药物产品,因此不应系统地使用该术语来替代NGP。

NGP一词更为广泛,包括LBP中存在的微生物和目前正在研究的、尚未在最终产品中配制的微生物。此外,NGPs既可以用作传统益生菌食品补充剂,也可以用作预防、治疗或治愈疾病的医药产品。最后,转基因微生物也可以被视为NGP,尽管最有可能作为LBP上市。

下图示意性地描述了各种定义。

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02
植物乳杆菌作为益生菌特性

植物乳杆菌是乳杆菌中最重要的成员之一,由于其出色的益生菌特性(良好的 GI 耐受性、粘附性、抗氧化性和抗菌性),它通常被用作益生菌。

✔ 抵抗胃肠道疾病

将微生物视为益生菌的一个基本特征是能够在人类胃肠道的恶劣条件下存活

植物乳杆菌MA2菌株B23菌株表现出良好的耐受性,可以在低pH值(2.5-3)下存活。植物乳杆菌KU15149 具有胃和胆汁盐耐受性。

✔ 对肠粘膜和/或细胞外基质成分的粘附能力

粘附到上皮细胞的粘膜或粘附到肠道细胞外基质的成分是益生菌微生物的理想特征,因为它们将有利于益生菌在宿主中的定植和持久存在。

两种植物乳杆菌菌株DKL3 和 JGR2 分别显示出 82.8% 和 79.6% 的粘附程度。

植物乳杆菌菌株 KACC11451 和 Wikim0112 的肠上皮粘附率约为 60–62%.

✔ 抗氧化活性

一些益生菌已被证明具有抗氧化活性,可减少氧化反应造成的损害。

  • 植物乳杆菌DMDL 9010具有优异的抗氧化能力
  • 植物乳杆菌N-1 的完整细胞中存在抗氧化化合物
  • 植物乳杆菌Wikim0112 和 KACC11451 表现出超过 70% 的活性类似于超氧化物歧化酶 (SOD)
  • 植物乳杆菌 KU15149 具有高丰度的抗氧化剂
  • 植物乳杆菌 MA2 具有高抗氧化能力

✔ 细菌素生产

细菌素可以在食物和宿主中发挥各种益处,因为它们可以分别延长保质期防止不必要的定植。许多植物乳杆菌菌株已被证明能够产生细菌素,赋予这种微生物益生菌特性。

植物乳杆菌产生通常称为 plantaricin 的细菌素。

KLDS1.0391、ZJ5、TN635、B23 和 AA135 菌株分别是细菌素 Plantaricin MG、Plantaricin ZJ5、细菌素 ST28MS 和 ST26MS、细菌素 BacTN635、细菌素 Lac-B23 和 Plantaricin AA135 的生产者,它们具有对几种革兰氏阴性菌的抗菌作用。

✔ 抗菌活性

益生菌的特点是抑制病原微生物的生长、发育和定植。

在植物乳杆菌的发酵代谢过程中,它会产生多种抗菌化合物(除细菌素外),其中可能包括有机酸,例如乳酸、柠檬酸、异丁酸和乙酸、乙醇、双乙酰和 H2O2. 植物乳杆菌还可以产生具有天然抗真菌活性的胞外多糖

  • 植物乳杆菌WiKim0112 和 KACC11451的无细胞上清液显示出抑制六种食源性病原体(即大肠杆菌)的能力
  • 植物乳杆菌DMDL 9010 具有有效的抗菌成分,包括针对 4 种不同病原体的多种有机酸
  • 植物乳杆菌SJ14中测定了对致病菌和机会性细菌(革兰氏阴性和阳性)的抗菌能力以及对 8 种真菌的抗真菌能力

✔ 本土肠道调节

构成肠道微生物组的不同物种的生态平衡,对于预防传染性和非传染性疾病以及阻止微生物群平衡的紊乱至关重要。益生菌具有调整肠道菌群组成和纠正免疫系统异常反应的能力,从而对宿主产生不同的有益作用。

植物乳杆菌ZJ316 在体外肠道模型中发挥了微生物群的调节作用,增加Veillonella的生长,这可以提高人体呼吸系统和消化系统的免疫力。同时减少了 Blautia 的存在。

注:Blautia与肥胖儿童的肠道炎症有关。

此外,ZJ316 菌株减少了肠杆菌科,包括共生生物和原发性和机会性病原体。

注:这些病原体很容易在发炎的肠道中繁殖,从而导致微生物群失衡。

不同植物乳杆菌菌株对肠道菌群的影响

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更多关于植物乳杆菌的介绍详见:客观认识植物乳杆菌 (L. plantarum) 及其健康益处

03
Anaerobutyricum soehngenii 的发现与分离

随着全球肥胖流行病的恶化,代谢综合征的发病率急剧增加,比较容易患上心血管疾病和2型糖尿病。肠道微生物群的动态变化代谢综合征的出现相关。

进一步研究肠道微生物群在代谢综合征中的因果作用 ↓↓↓

研究人员先前向患有代谢综合征的男性受试者输注了来自健康供体的粪便微生物群。输注供体微生物群6周后,与自体FMT组相比,外周胰岛素敏感性随着丁酸产生菌的水平而增加

在这些产生丁酸的细菌中,厌氧产丁酸菌在小肠中更为丰富,这表明其在通过丁酸产生调节胰岛素敏感性方面具有潜在作用。

由于胰岛素抵抗代谢综合征受试者的特点是产短链脂肪酸水平降低,口服丁酸盐可改善饮食诱导的肥胖小鼠的胰岛素抵抗和血脂异常。

因此研究人员得出结论,A.soehingenii可能是一种有前途的下一代益生菌,可改善胰岛素抵抗

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1996年,从婴儿粪便中分离出的A.soehngenii菌株L2-7,以前被命名为E.hallii,是一种严格厌氧革兰氏阳性过氧化氢酶阴性Lachnospiracae科细菌。A.soehngenii菌是人类胃肠道核心菌群的一部分。与其他已知的丁酸盐生产物种(如RoseburiaFaecalibacterium spp.)不同,A.soehingenii有能力在乙酸盐存在下利用D-和L-乳酸盐。此外,基因组中含有胆汁酸钠共转运蛋白和胆碱水解酶基因,表明A.soehngenii 可以影响宿主胆汁酸代谢

学习要点和方向

下一代益生菌的开发通常采用两种策略。

第一种方法是将特定菌株的存在健康表型相关联,并探讨该菌株是否对疾病表型有因果影响。

迄今为止,已经使用测序技术确定了许多NGP候选株,以选择患病受试者中丰度耗尽的菌株或与FMT治疗成功相关的菌株。

第二种策略是采用具有良好特征的益生菌菌株,并对该菌株进行基因修饰,例如通过生物活性分子的生产和递送,从而赋予健康益处。

后一种方法将导致转基因生物(GMO)在世界各地受到特定法规的约束,如欧盟。

无论用于识别或生成NGP的策略如何,在体内研究任何健康益处之前,需要在体外充分表征候选菌株。

下图总结了除了菌株的基因分型和表型外,必须评估的最重要特征

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此外,必须记录菌株的起源和随后的操纵基因修饰。如果存在任何抗微生物耐药基因或毒力基因,则应评估人体微生物群向其他微生物传播的可能性,并采取措施减轻这种风险。

当下一代益生菌用于患有免疫抑制的上皮屏障损伤的患者时,应确定细菌易位的风险。彻底的菌株特征评估对于在健康或患病人群中使用NGP的潜在安全问题至关重要。

04
Anaerobutyricum soehngenii 临床前发展

在对A.soehngenii进行体外测试后,研究人员转向动物模型,以评估该菌株对胰岛素敏感性的安全性和有效性

首先,在厌氧条件下生产了一批临床前的A.soehngenii

简而言之,培养物在厌氧条件下生长至指数阶段结束,通过厌氧离心浓缩,用磷酸盐缓冲盐水(PBS)洗涤,最后用10%甘油稀释至100μl的106、108和1010菌落形成单位(CFU)浓度。

通过16S rRNA测序和细胞形态学的显微评估来评估纯度

通过最可能数(MPN)分析评估生存能力,并通过显微分析确认。样品直接储存在−80°C下,并在生产6个月内使用,在此期间生存能力稳定。

此外,其中一些样品在2年内进行了稳定性测试,以支持临床试验的产品开发。

接下来,研究人员在雄性糖尿病(db/db)小鼠中进行了一项剂量发现研究,以测试口服A.soehingeii对胰岛素敏感性和脂质代谢的全性有效性

每天用A.soehingeii或安慰剂(10%甘油)治疗小鼠达4周,期间未观察到不良事件(正常生命体征)。在胰岛素耐受试验期间观察到胰岛素敏感性的显著改善,这在108CFU剂量下最强。这伴随着肝脏脂肪的减少和Fasn和Acc1基因的表达减少,两者都参与脂肪生成

为了证实这些发现并进一步剖析A.soehingeii的治疗机制,Bäckhed教授的实验室对db/db小鼠进行了第二项研究。

用10CFU的A.soehingeii或热灭活A.soehingeii处理小鼠4周。当体重保持不变时,在活跃的A.soehingeii治疗后观察到静息能量消耗增加。此外,与热灭活的A.soehingeii相比,活性A.Soehingeii增加了粪便丁酸水平,并改变了胆汁酸代谢。

这两项小鼠研究表明,用 A.soehingeii 进行治疗是安全的,并对代谢产生有益影响,这可能由丁酸盐的产生胆汁酸代谢的变化介导。这些数据用于获得我们在人类中进行的临床研究的伦理批准。

最近,对A.soehingeii CH106(一种来自A.soehingei菌株L2-7T的四环素敏感衍生物)进行了毒理学安全性评估,表明以推荐剂量摄入是安全的。

根据欧洲食品安全局(EFSA)和美国食品和药物管理局(FDA)对新的不可吸收食品成分进行安全评估的要求,对A.soehingeii进行了遗传毒性亚慢性毒性评估。细菌反向突变和体外哺乳动物细胞微核试验均未显示出遗传毒性作用。

此外,大鼠的90天亚慢性毒性没有发现与A.soehingeii 喂养相关的任何不良事件,即使在最高剂量(5×1011 CFU/kg体重/天)下,也没有发现超过人类建议每日摄入量100倍以上的不良事件。

这些研究结果支持口服A.soehingeii 作为食物补充剂是安全的。

学习要点和方向

在临床前开发期间,应提供足够的药理学和毒理学信息,以支持拟议的临床试验。

NGP的安全性和毒性研究具有挑战性↓↓

由于该产品通常不会到达全身循环,但其代谢产物或其活性可能直接间接影响身体的生理功能,因此疗效和毒性不一定与剂量有关。

人体生理学和微生物群组成等其他因素可能会影响安全性和疗效。

由于大多数NGP与人类宿主(全生物概念)共同进化,很难将动物研究的结果转化为人类环境

因此,强烈建议将体外、离体和体内模型结合起来,以建立适应预期人群风险的全球安全性概况。

通常根据经济合作与发展组织(OECD)的良好实验室规范(GLP)原则进行安全性毒性研究。然而,由于需要创新的方法和模型(例如,人类胃肠道的人工模型),而这些方法和模型可能既无法验证,也无法在GLP水平上验证,因此这可能很困难

对于食品成分和膳食补充剂,EFSA建议采用毒理学研究的分级方法

该分级方法评估NGP的毒代动力学、遗传毒性、亚慢性和慢性毒性、致癌性和致畸性,平衡数据要求和风险。该方法也用于A.soehingeii CH106毒理学安全性评估。如果NGP打算用作患病人群中的药物产品,则必须证明目标人群的安全性

前面的图总结了必须解决的最重要的问题,例如治疗剂量持续时间对毒性反应的影响,以及致畸、致癌遗传毒性的可能性。

05
生产适用于临床试验的 A. soehngenii

在能够口服 A. soehngenii 给人类之前,必须制造出适合临床试验的产品

在独立伦理委员会批准时(2014年),A.soehngenii被视为益生菌,必须遵守荷兰“Warenwet”,这符合欧盟膳食补充剂法规。这意味着必须根据危害分析和关键控制点(HACCP)标准进行生产。可根据HACCP标准进行临床干预研究。

生长培养基

首先,为了大规模生产食品级产品,进一步优化了生长培养基。该组合物基于先前的经验:

(1)实验室化学物质转化为食品级来源

(2)仅使用无动物成分(无血红素或肉蛋白胨)

(3)复杂性降低(微量矿物质、维生素、碳源和有机酸的去除/减少)

(4)生物量产量进一步提高。原材料来源于经过审计的可靠供应商,以确保高质量。发酵前,在大型发酵罐系统中制备并消毒生长培养基,通过氮气(N2)冲洗使其完全厌氧。

发 酵

发酵分四个连续步骤进行,如下图所示:

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首先,用精心准备的A.soehngenii 冷冻种子储备接种少量食品级培养基。动物研究中使用了相同的菌株,因此,该菌株具有良好的特性,是可行的、纯净的,没有任何细菌或病毒污染物。在37°C下发酵24小时后,使用培养物接种1 L培养基,再次发酵18小时。

然后,使用该二级种子培养物在小型发酵罐中接种30 L培养基。该发酵罐发酵17小时,作为大规模发酵的试车。

最后,用10L小发酵罐的接种物接种大发酵罐中的290L培养基。控制小型和大型发酵罐的温度、pH和氧气水平,并使用培养物的光密度(OD)确定发酵时间(14至18小时)。在大型发酵罐中发酵16小时后,A.soehngenii生长至OD约为10.

浓缩和洗涤

使用中空纤维膜(Koch膜系统;HF3043-25-43-PM500;HF3043-16-106-PM500)和PBS渗滤浓缩并洗涤细胞。将发酵液冷却至10°C,泵送通过厌氧膜装置,并在3小时内浓缩至40–50 L。

在第二阶段进行渗滤降低培养基成分和发酵产物的水平。使用超高温对洗涤缓冲液进行灭菌、脱气并直接添加到返回的细胞流中进入发酵罐。6小时后,将细胞浓缩约20倍至15升,99.8%的培养基化合物被丢弃成废物,最终浓缩物中只剩下2.9%的培养基组分。

最后,可将9L产品从系统中收获到10L的无菌N2冲洗容器中。

最终产品的制备

为临床研究生产了四个不同的批次,包括600个试管和一个安慰剂批次,其中PBS中含有浓度为106、108和1010 CFU/mL的10mL A.soehngenii,PBS+10%甘油,PBS中只有10%甘油。

对于每一批,用甘油和PBS制备7L瓶用于进一步稀释,将其高压灭菌、冷却并用N2冲洗。从9L收获的浓缩液中,向这些瓶中加入必要的体积以获得正确的浓度。在连续搅拌和N2冲洗下,将瓶子置于冰上。

首先用N2填充10mL管,然后用定量管泵填充10mL产品。立即关闭试管,贴上标签,并在灌装后10分钟内将其置于−30°C的冰箱中。所有填充均在消毒层流柜内进行。

质量控制

在制造过程中,持续监测温度、pH值和氧气水平。此外,在过程中的每一步都测定细胞计数和OD,以及是否存在任何污染物。由于厌氧菌很难在琼脂平板上定量计数,因此在厌氧条件下进行MPN分析以获得活细胞的数量,并用显微镜评估细胞形态。所有上述质量控制均针对符合人类消费标准的包装小瓶进行。

Anaerobutyricum soehingeii 中间体和最终产品规范

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随后,每6个月测试生产的小瓶的稳定性。生产完成后,这些小瓶的“保质期”为6个月,这是荷兰法律要求的食品。如果满足生存能力和纯度标准,有机会延长小瓶的有效期。

下表显示了在3年时间段内具有最高剂量 A. soehngenii 的小瓶的效力和纯度。

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学习要点和方向

▸ 工业规模生产是技术挑战

与实验室规模培养相比,以工业规模生产菌株对菌株和培养基的要求不同。因此,当一种菌株符合潜在NGP的条件时,应采取措施,看看该菌株是否可以在工业规模上培养。

培养NGPs所需的严格条件是技术挑战之一,例如需要特定的营养、缺氧、稳定的温度和合适的pH。此外,更长的保持时间、泵送的绝对压力、下游净化过程和储存可能会对细菌细胞的生存能力产生负面影响

▸ 将菌株加入产品后需要有效策略,将其输送到作用部位

接下来,必须将菌株加入产品中,如胶囊、粉末或液体悬浮液。由于大多数NGP是严格的厌氧菌或兼性厌氧菌,因此应尽量减少接触氧气。为此,应降低容器中的氧气渗透性,并可添加抗氧化剂以降低氧化还原电位。

摄入产品后,NGP必须在胃肠道的恶劣环境中生存。肠溶胶囊和微胶囊是保护细菌并将其运送至其作用部位的有效策略。

▸ 有效期之前,足够量的递送剂量

最终,制造需要产生一种强健、稳定的产品,该产品将允许在有效期之前以足够数量的NGP递送有效剂量。

▸ 质量控制和质量保证计划需要到位

对于医药产品或LBP,需要按照良好生产规范(GMP)进行生产。对于食品和膳食补充剂,HACCP认证工厂的生产是标准。无论如何,质量控制和质量保证计划需要到位,以确保成分和最终产品的一致质量,并确保可靠的生产过程。

应从所用原材料、细胞库系统、细胞生长和收获、纯化和下游加工到过程中测试,应清楚记录菌株的制造过程

▸ 彻底描述最终产品的制造

同样,必须彻底描述最终产品的制造,包括生产记录和配方、填充、标签和包装说明。对于菌株和产品制造,必须评估与同一房间或同一接触设备生产的其他产品交叉污染的风险

▸ 必须描述菌株和产品的规格

包括采样程序验证测试方法的说明。这些规范应描述身份、效力、纯度、污染、外观,如果适用,还应描述活细胞百分比、颗粒物、热原、pH和残留水分的附加测试。

▸ 必须生成稳定性数据

证明产品在计划的使用期限内,在效力和污染方面是稳定的。

对于冷冻产品,应评估多次冻融循环的影响,而对于冻干产品,应探讨重构后的保质期

▸ 需要评估该产品对环境的影响

特别是当该菌株经过基因修饰、致病、生态上比野生型更适合或难以根除时。

06
Anaerobutyricum soehingeii 的临床试验

安全性/剂量发现试验

为了验证人类环境中的小鼠数据,研究人员建立了一项单盲、I期/II期剂量递增试,以确定Anaerobutyricum soehingeii 在肥胖、胰岛素抵抗受试者中的安全性有效性

在这项研究中,27名患有代谢综合征的肥胖高加索男性被纳入并分配接受soehngenii,剂量为107、109或1011个细胞/天,持续28天。

当受试者对其各自的治疗剂量进行盲测时,前9名受试者必须在剂量增加到更高浓度之前成功完成最低剂量的研究方案。

受试者在家中的−20°C温度下储存冷冻瓶,每天解冻一个10mL瓶,与100mL牛奶混合并口服。添加牛奶以增加胃中的pH值,从而在胃肠道通过期间保护活细胞。主要结果是安全性,此外,治疗4周后评估了对胰岛素敏感性和脂解的影响。

使用高达1011个细胞/天的A.soehngenii治疗耐受性良好,无任何严重不良事件。

当所有治疗组合并时,A.soehngenii 粪便丰度改善的外周胰岛素敏感性相关,并伴有胆汁酸分布的有益变化。

出乎意料的是,没有观察到粪便丁酸盐水平的增加,这可以通过短链脂肪酸的挥发性和化验的检测限来解释,这使得丁酸盐难以测量。

A.soehngenii 丰度的增加是短暂的,大多数在停止后2周消失。给药菌株的生存能力受到胃酸氧气负面影响

然而,如接受最高剂量的受试者粪便中的最高复制信号所示,A.soehngenii部分能够在胃肠道中存活。通过包封和/或冷冻干燥更好地保护菌株免受酸性和含氧环境的影响,可以进一步提高生存能力(和治疗效果)。

不同的管理方法和行为方式

为了进一步阐明A.soehngenii在人体中的作用模式,进行了一项随机安慰剂对照交叉试验,在该试验中,直接在十二指肠中施用该菌株,从而避免胃酸并减少氧气暴露。

由于小肠在葡萄糖增敏、调节胰岛素敏感性/分泌和葡萄糖稳态中起着核心作用,因此假设十二指肠直接输注A.soehngenii 可以进一步提高治疗效果。

同样,患有代谢综合征(N=12)的肥胖受试者被纳入并随机接受单次鼻十二指肠输注,输注最高剂量的A.soehngenii(1011个细胞)或安慰剂(PBS中的10%甘油)。6小时后,进行十二指肠活检和混合膳食试验。

此外,受试者监测了24小时血糖,并收集了一些粪便样本。经过4周的冲洗期后,受试者转为另一个治疗组,在第一次试验中,该治疗组被确定为足够长的时间来减轻压力。

再次,这项研究表明,A.soehngenii 给药安全耐受性良好。该菌株的治疗增加了促胰岛素激素胰高血糖素样肽1(GLP-1)的餐后漂移,伴随着葡萄糖变异性的降低

鉴于A.soehngenii 具有产生丁酸盐的能力,并且在A.soehngenii处理后,粪便中的丁酸盐水平趋于较高,GLP-1分泌增加可能是丁酸盐激活肠L细胞上的G蛋白偶联受体43(GPR43)的结果。

由于A.soehngenii表达胆汁酸钠共转运蛋白和胆汁酸水解酶,并且二级胆汁酸的血浆水平升高,GLP-1表达增加也可能是TGR5被二级胆汁酸类激活的结果。

注:TGR5是G蛋白偶联受体超家族成员,TGR5不仅是胆汁酸受体,也是多种选择性合成激动剂的受体,调节不同信号通路的衍生物。参与能量稳态、胆汁酸平衡及葡萄糖代谢。

此外,用A.soehingeii治疗导致十二指肠核法尼素X受体(FXR)及其靶基因OSTa的表达降低,这也可能是GLP-1可用性增加的原因。

最后,葡萄糖变异性的改善可以通过GLP-1丁酸盐的胰岛素增敏作用来解释。

此外,A.soehingeii改变了73个基因的十二指肠转录,最显著的是诱导REG1BREG1A的表达,后者编码生成胰岛衍生蛋白1A/B。

注:Reg1A和Reg1B在肠隐窝底部的Paneth细胞中强烈表达,在管腔中分泌,可能通过诱导祖细胞或L细胞增生局部发挥作用。

此外,发现REG1B的诱导与施用A.soehngenii后24小时GLP-1分泌增加葡萄糖变异性降低相关。单剂量A.soehingeii 的治疗不会影响微生物群的组成或多样性,正如之前的研究中所见。

此外,粪便A.soehngenii的丰度没有随时间变化排除了交叉时微生物群介导的遗留效应。

学习要点和方向

第一次临床研究的主要目的是确定安全性,并根据产品的耐受性确定适当的剂量范围方案。这包括确定最小有效剂量或最佳有效剂量范围,如果可能,还包括最大安全剂量。

除给药外,重点应是获取安全数据,以识别常见的产品相关不良事件。这些早期临床研究通常在健康志愿者中进行,但纳入患者可能更合适,例如当NGP应纠正生物失调时。应考虑确保研究参与者安全的风险缓解措施,如连续入组、剂量递增和独立数据监测委员会的监测。

此外,监测易位、炎症和感染以及确定NGP的持久性及其在最终给药后的作用是有利的。

重要的是考虑影响微生物群功能或组成的其他混杂因素,如年龄、饮食、生活方式和环境因素。在这方面,采用安慰剂对照交叉设计的研究非常有用,因为它们可以限制这种外在和内在混杂因素的影响,从而允许更小的样本量。不用说,盲板非常重要,应仔细考虑冲洗期。

越来越多地,基线微生物群组成也被纳入筛选标准,例如寻找特定肠道类型中特定细菌群的存在或集群。这将导致更具可比性的研究组,并且当特定的菌群参与作用机制时,可以优化干预的效果。

07
监管框架下一代益生菌

根据粮农组织和世界卫生组织对益生菌的定义,益生菌可分为膳食补充剂药物,但两者在监管上存在着巨大的差异。同样,含下一代益生菌的产品可以作为食品、膳食补充剂或药物进入市场,具体取决于预期用途

在欧盟,食品由欧洲食品安全局监管,药品由欧洲药品管理局监管,而在美国,食品和药物管理局负责这两类产品。当预期用途与预防、缓解或治疗疾病有关时,该产品将被视为医疗产品医疗器械

增强生理功能或降低疾病风险因素有关的口服摄入产品可被归类为功能性食品食品补充剂。此外,具有纯美容功能的局部应用产品可被评定为化妆品。为了确保法规遵从性,在临床前研究和制造之前,必须决定缩进的用途和随后的法规分类。

功能性食品或膳食补充剂

在欧盟,“食品” 被定义为“任何物质或产品,无论是加工的、部分加工的还是未加工的,旨在或合理预期被人类摄入”。根据标签、展示和广告的一般要求和规定,对每一类进行了相应的管理。

当NGP被用作食品或膳食补充剂时,它们很可能被认为是一种新型食品。然而,如果NGP经过了基因改造,它将作为转基因食品受到监管。为了使NGP作为一种新型食品进入市场,它需要获得授权并列入欧盟名单。

最重要的条件之一是NGP不会对人类健康造成风险,这必须得到科学证据的支持。这包括一项综合风险评估,结合预期人类接触的生物和毒理学研究,评估对人类健康的潜在风险。此外,申请应包含NGP、制造工艺、产品成分、使用的分析方法、标签和预期用途条件的详细说明

安全性外,该产品不得促进食品链或环境中抗微生物耐药性的传播,需要对抗微生物耐药性进行表型和基因型评估。

即使“含有益生菌/益生元”的声明在欧盟也被视为健康声明。为了接受健康声明,需要对NGP进行适当的描述,并通过高质量的研究证明其对健康有益的影响和因果关系。

活体生物治疗产品

自2012年和2019年以来,FDA和EDQM明确了LBP的质量要求,其中LBP被描述为含有供人类使用的活微生物的医药产品。除这些质量要求外,目前没有具体的LBP法规。

然而,由于LBP含有活微生物,它们被视为生物医药产品,因此必须遵守立法和监管框架。如果没有特定的LBP子类别,开发商将不得不依赖其他子类别生物医药产品的监管概念。

其中一个概念是基于从临床前和临床研究中获得的质量、安全性和疗效数据进行彻底的风险效益分析

临床前和临床研究设计的其他相关指南包括:

  • 国际人用药品技术要求协调理事会(ICH)关于临床试验一般考虑的指南(ICHE8);
  • 人用药品委员会(CHMP)关于识别和减轻试验性药品首次人体和早期临床试验风险的策略指南;
  • CHMP关于人类细胞基药品的指南。

迄今为止,没有LBP进入欧盟市场,这部分是由于缺乏明确的监管框架。在缺乏明确指导方针的情况下,尽早与主管当局进行互动,以讨论不确定性和减少风险的重要性。

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结 语

随着对我们肠道微生物群的了解越来越多,将发现和开发越来越多的潜在下一代益生菌。本文以A.soehingeii为例,介绍了将其开发为下一代益生菌的经验。

重要的是,这些新菌株具有良好的特性、高质量安全性。对NGPs进行彻底的安全评估非常重要(虽然很复杂),特别是因为疗效和毒性不一定与剂量有关。

由于这个领域相对稚嫩,目前还没有具体的LBP监管,因此在开发的早期阶段与监管机构进行沟通有助于降低风险澄清任何不确定性。这需要在开发初期对市场(食品或药品)的路线有明确的看法。

在FMT干预后,A.soehingeii 这种微生物被确定为潜在的有益微生物,在临床前的体外和体内研究以及人类研究中都显示出很有前景的结果。它在改善胰岛素敏感性增加GLP-1分泌降低葡萄糖变异性方面显示出良好的效果。

这些效应可能通过丁酸次生胆汁酸的产生介导。通过更好地保护菌株免受酸性和含氧环境的影响,例如通过冷冻干燥封装,可以潜在地提高生存能力,从而提高治疗效果。

主要参考文献:Wortelboer K, Koopen AM, Herrema H, de Vos WM, Nieuwdorp M, Kemper EM. From fecal microbiota transplantation toward next-generation beneficial microbes: The case of Anaerobutyricum soehngenii. Front Med (Lausanne). 2022 Dec 5;9:1077275.

Kumari M, Singh P, Nataraj BH, Kokkiligadda A, Naithani H, Azmal Ali S, Behare PV, Nagpal R. Fostering next-generation probiotics in human gut by targeted dietary modulation: An emerging perspective. Food Res Int. 2021 Dec;150(Pt A):110716.

Echegaray N, Yilmaz B, Sharma H, Kumar M, Pateiro M, Ozogul F, Lorenzo JM. A novel approach to Lactiplantibacillus plantarum: From probiotic properties to the omics insights. Microbiol Res. 2022 Dec 22;268:127289.

Garcia-Gonzalez N, Battista N, Prete R, Corsetti A. Health-Promoting Role of Lactiplantibacillus plantarum Isolated from Fermented Foods. Microorganisms. 2021 Feb 10;9(2):349.

Seegers JFML, Gül IS, Hofkens S, Brosel S, Schreib G, Brenke J, Donath C, de Vos WM. Toxicological safety evaluation of live Anaerobutyricum soehngenii strain CH106. J Appl Toxicol. 2022 Feb;42(2):244-257.

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