粪菌移植供体和受体如何选择:——两项随机临床试验的结果

粪菌移植供体和受体如何选择:——两项随机临床试验的结果

谷禾健康

粪菌移植(FMT)这几年很热,表面看,它的逻辑很直白:将健康人的肠道菌群移植到患病者体内,期望借此改善肠道微生态,帮助缓解疾病症状。但是,同样是 FMT,为什么有些人效果明显,甚至症状得到了长期缓解,而有些人却反应并没有达到预期?

其关键在于供体菌群能否在受体肠道定植并长期维持

定植并不只是看移植后肠道菌群更像供体,而是看供体菌株是否能在受体体内站稳脚跟、稳定下来,并在长期的群落动态中维持。这个过程背后,涉及到很多因素——包括供体和受体肠道环境的相似度、供体菌群的多样性、移植方式等等。

目前,越来越多的研究开始聚焦于供体菌株的定植效率。换句话说,供体菌群是否真的能够在受体肠道环境中稳定生长,功能性地替代或补充原有群落。这是 FMT 成功的一个关键因素。

而定植的成败又受到多方面因素的共同影响,包括微生物物种之间的兼容性菌株之间的互补性,以及肠道环境本身的特性。在不同的疾病状态下,影响定植效率的因素可能截然不同。

近期的两项大型随机对照试验(FOCUS Trial 和 Gut Bugs Trial)对这两种疾病背景下 FMT 的效果进行了深入分析,其研究结果发表在《Gut Microbes》期刊上。


​研究表明,在溃疡性结肠炎的队列中,供体和受体菌群的相似性越高定植效果越好;而在肥胖的队列中,更大的相似性反而可能降低定植效率,反而更互补的供体-受体匹配可能更有利

本文我们将通过这两项试验的数据,探讨影响 FMT 定植效率的关键因素,并分析其如何在不同的疾病背景下产生不同的效果。随着对 FMT 机制的深入了解,未来我们也许能在个性化医疗的框架下,根据患者的疾病背景和微生物特点更精确地选择供体和设计治疗方案,从而提高 FMT 的疗效


01
就算没有供体配对表,也能用菌株把谁给了谁反推出来

许多FMT 研究会先用群落层面的指标(如 PCoA、α 多样性)说明受体菌群是否更像供体。但这类指标回答的仍是整体相似性问题。尤其在单供体 FMT 中,供体来源相对明确

在多供体 FMT 设计的实际应用中,还有更棘手更具体的问题:

  • 多供体 FMT 之后,从供体带来的菌株到底留下来了多少?
  • 留下来的那些又更可能来自哪个供体?

后面所有“哪些因素影响定植”的统计分析,都是围绕这个问题展开的。本章先把作者怎么定义与计算定植效率讲清楚。

多供体FMT第一道坎:究竟谁给了谁?

单供体 FMT 比较直观:受体出现一个新菌株,大概率来自那位供体。

但在溃疡性结肠炎(UC) 的 FOCUS 试验里,每次用的是 4–7 位供体混合。于是会出现两个麻烦:

  1. 受体里出现的某个菌株,到底来自哪位供体?
  2. 同一个物种在多个供体都有,但菌株不同;只看物种层面没法追来源。

所以作者先做了一个基础动作(逻辑很简单):

把受体治疗后样本里的菌株,拿去和每位供体的菌株做DNA 相似度比对,足够像就可以算供体匹配菌株(donor-matching strain)。

统计一个受体样本里,能匹配上的供体菌株有多少——这就是后面要用到的定植相关指标的基础。

怎么“用菌株匹配”拼出每个受体的供体来源

这一步相当于在反向破案。

先定一条线——多像才算同一菌株

作者用 StrainPhlAn3 估计每个样本在每个物种里的“主导菌株”,再算菌株间 DNA 距离,并做了归一化(不同物种的菌株差异天生不一样,不能直接比)。

下图对比了两类距离:

  • 同一个人不同时点的样本(粉色,应该更像)
  • 不同人之间的样本(灰色,通常更不像)

然后画了一条阈值线:0.2
作者把距离 ≤0.2 当成是“同一菌株/高度匹配”的层级。

注:这条线很重要,因为后续所有“某受体匹配到某供体菌株”的判断,都建立在这个阈值上。

不同队列/测序条件下最优阈值不同,且优化阈值能显著提升配对预测的整体表现

你可以把它理解成:作者先用数据告诉你,同一个人的前后样本(或者同来源)通常会落在怎样的距离范围,再在这个分布上划一个相对保守的界限,用它来决定是不是同一株

安慰剂组里也会出现看似匹配的噪音,所以要剔除模糊供体菌株

你会注意到一个事实:安慰剂组里也可能出现一些供体匹配菌株 ——这显然不能被解释为真的做了 FMT。这类匹配可能来自背景噪音、算法阈值的误差、或某些菌株本来就在群体里很常见导致碰巧接近

所以作者在 Figure 1b 做了关键一步:

把安慰剂组里出现的这些模糊供体菌株(ambiguous donor strains)当作噪音来源,从 FMT 组数据里移除,再重新画热图。这样就尽量避免把“背景共有菌株”误判成“FMT 导致的定植”。

这也是多供体、菌株匹配分析里比较严谨的一点:不是匹配上了就算,而是还要问一句,在没有 FMT 的情况下,这种匹配会不会也出现?

反推每个受体可能接到了哪些供体

剔噪后,下图统计每个受体匹配到的菌株分别来自哪些供体,用不同颜色表示不同供体贡献。

FOCUS 的 FMT 组里,28/32 名受体在 8 周能检测到“只在 FMT 组出现且基线不存在”的供体匹配菌株。
也就是说:大多数人确实能看到来自供体的新菌株信号

在结果里把定植拆成了两类:新增与替换

同样叫“定植”,机制可能不同

对每个发生定植的物种—菌株事件,看受体基线有没有这个物种:

  • 替换(replacement)基线就有这个物种 → 供体菌株可能替代了受体原来的同种菌株
  • 新增(novel)基线没有这个物种 → 供体带来的是受体原本缺失的成员

注: 这两类在生态学上差别很大:

替换意味着同物种内的菌株竞争、基因型差异、以及原有菌株的生态位被重新占据;

新增更像是受体原来缺失的成员被补齐,或者说受体生态系统里存在可被填补的空位。

这一步很必要,因为它会影响你怎么理解后面供受体相似/不相似:

  • 如果主要是替换,供受体在物种层面可能本来就更像;
  • 如果主要是新增,供受体的互补性(差异)可能更重要。

这也解释了为什么后面在不同疾病队列里,相似性指标的方向可能不一样。

那么,“定植效率”在本文里到底是什么

把“能住下来多少菌”变成一个数字。

当研究人员能数清,受体里到底出现了多少个“可追踪的供体匹配菌株事件”后,就能把它汇总成一个可建模的因变量:

供体的定植效率(engraftment efficiency)。

注:可以粗略地理解为供体带来的、能被追踪到的菌株,在受体体内“留下来”的程度。

后面所有模型(相关性、线性模型、线性混合模型)基本都是:用 定植效率 当结果,看看它和哪些因素有关。

到这里,作者先解决了“没配对表也能继续分析”的卡点。接下来进入论文真正想回答的核心:

哪些因素决定菌株能不能定植?

这种规律在不同疾病人群里是不是完全不同?

02
两项随机试验:UC 与肥胖队列验证“谁能定植、为什么”

两个队列:UC vs 肥胖

作者选了两项双盲、随机、安慰剂对照的多供体 FMT 临床试验:

  • FOCUS Trial(UC,溃疡性结肠炎)
  • Gut Bugs Trial(肥胖)

为什么要用两项试验来说?

这里研究人员认为,如果“哪些因素决定定植”是一条普遍规律,那么换一个疾病队列也应该差不多;如果规律会变,那说明定植机制是队列/疾病特异的

FOCUS:强干预、长疗程、但测序相对浅

FOCUS试验对象:患有溃疡性结肠炎(UC)的成年人。

FOCUS(UC)试验采用多供体粪菌制备的灌肠剂及胶囊,给UC患者的治疗方案很猛:

  • 先做一次结肠镜FMT灌注
  • 接着 8 周内做 40 次灌肠
  • 治疗前有肠道准备,但没有抗生素预处理
  • 每位受体一次治疗用 4–7 位供体混合(总供体 n=14),而且不同受体的供体组合并不相同。

采样与数据方面,作者为了让前后对比简单且可比,主要选了:

受体:基线 + 8 周(FMT 组与安慰剂组)

供体:个人供体样本 + 混合供体批次样本

对菌株来说,这是一个供体数量可变、竞争更复杂的输入环境。

Gut Bugs:供体数固定、胶囊给药、测序深

Gut Bugs Trial是另一种更标准化的多供体:

  • 连续两天,共28粒双层包裹耐酸胶囊
  • 同样做肠道清洁,没有抗生素预处理
  • 每位受体固定接受4位同性别匹配供体(供体总库 n=9),供体数不随受体改变

采样时间点:基线与6周(尽量对齐“即时干预后”)。

这些结构差异会怎么影响定植效率?

两项试验虽然都叫多供体,但 FOCUS 的结构更像供体数量可变的混合生态输入,Gut Bugs 更像供体数量固定的标准化输入

在 FOCUS 里,受体面对的是 4–7 个供体生态位的竞争,而且批次大小(batch size,即每位受体的供体数量)在模型里被作者作为固定效应单独纳入(因为它会影响每个供体成分能否留下来)。

在 Gut Bugs 里,供体数恒定为 4,所以作者明确说明:不把 batch size 当作固定效应。

这会让后面的相关性(比如β多样性与定植效率的方向)更可能呈现队列差异。

再看分析结构:为什么FOCUS能盲法预测配对,而Gut Bugs更多是验证

Methods 里还特别强调了一个分析流程上的差异:

FOCUS 试验:作者在一开始不知道真实供体—受体配对的前提下,先用供体菌株匹配去反推每个受体可能用了哪些供体(盲分析)。之后才从原试验作者处拿到真实配对,用于验证与后续分析。

Gut Bugs 试验:真实配对关系在此前已发表,因此无法再做同样的盲法预测;它在该文章中的角色更像是验证集,验证这套菌株匹配框架在另一种疾病队列里是否还能工作、结论是否一致。

FOCUS更偏向从0推断供体贡献,Gut Bugs更偏在已知答案下验证规律是否可迁移。

03
核心发现两队列不一样:FOCUS 更像兼容性,Gut Bugs 更像补缺口

FMT的定植不是供体越强越好,也不是受体越空越好,而是供体携带的菌株库受体基线生态位,以及两者的匹配关系共同决定。

同样是健康供体,有的人就是更容易送进去

很多人会以为:多供体混在一起,最后效果应该差不多“平均掉”。但原文首先用数据把这个想法打破:供体之间的平均定植效率差异显著(p<0.001)。

更直观的是 FOCUS(UC)队列里两个常见供体的对比:

  • D043 对其受体的平均定植效率约 15.73%
  • D031 约 4.92%

可以看到供体之间差异显著,比如说FOCUS里面:D043、D053 高,D033、D040 低;Gut Bugs里面:DF16 高、DF12 低。

而且这两位供体都被大量使用(分别对应 n=29、n=26 个受体)。这意味着:不是谁用得多谁就看起来强,而是供体本身确实存在可重复的可定植性差异 。

反转:用“匹配度”量化后,两队列规律不同

这个供体适不适合这个受体,它不靠主观印象,在这里研究人员用β 多样性把匹配变成可计算、可检验的量,并发现两队列的关键信号落在不同层面。

在 FOCUS(UC)队列中,供受体的功能谱越接近,供体菌株越容易留下来:

  • 供受体功能 β 多样性(COG 的 Bray-Curtis)对定植效率是显著负向影响(b = -68.7, p = 0.034)。换句话说:差异越大越不利,越相似越有利。

研究人员还进一步做了“按单个 COG 类别差异”去解释的线性模型,但没有找到某一个功能单独驱动的证据,因此提出更合理的解释:这更可能反映的是整体功能的互补性/匹配,而不是某一个功能类别单打独斗。

在 Gut Bugs(肥胖)队列中,功能 β 多样性并没有显著影响定植效率(下图显示相关性不显著)。也就是说,至少在这个队列与这套数据里,“功能越像越好”并不是主导信号


但 Gut Bugs 的匹配信号并不是不存在,而是体现在更接近缺口的指标上:

  • 物种层面的 Jaccard β 多样性(按“有/无”来算差异)在 LMM 中呈显著正向效应(b = 15.3, p = 0.031):供受体在“物种存在/不存在”层面越不一样,定植效率越高。

Jaccard更像在问:受体缺不缺这个物种席位。缺得越多,供体带来的成员越容易补进去

简单来说,就是UC 队列更像功能上别差太远更容易留下(兼容性/匹配)肥胖队列更像物种上更不一样反而更容易留下(互补性/空位)

这不是一句话能简化的供体筛选公式

到这里你已经知道为什么会被概括成相反规律:FOCUS(UC)更强调兼容性/匹配(尤其功能层面),Gut Bugs(肥胖)更像互补性/空位(物种有无层面的缺口)。

但这不等于能把它简化成一个选供体公式。下一章节的P/B模型会提示:供体强弱不仅是供体自身属性,还会受受体本身的影响(存在交互项)。换句话说,匹配本身就是关键变量

04
超级供体不只是人,更可能是一种菌群类型的信号

原文还提到 D043 有一个很醒目的特征:

它是所有供体里面唯一的一个,平均 Prevotella/Bacteroides(P/B)比 > 1(也就是 Prevotella 更占优势)的供体,这个特征在一些研究里被联系到所谓“超级供体”现象。作者在这里比较谨慎:他们并不武断地说D043 就是超级供体,而是提醒你,它被用得多,也可能本身更容易定植。

α多样性不是越高越好,更像一个最低门槛

很多 FMT 文章都喜欢讲多样性,但这篇文章的结论更接近真实世界:多样性有用,但不是线性万能解释

在 UC 的 FOCUS 队列里,作者观察到一个挺像门槛的现象:当供体 α 多样性(Shannon)比较低(大约 < 2.5)时,供体—受体配对更容易出现 0% 定植效率。

图中比例差异很明显:低于 2.5 时 86.5% 配对为 0%,高于 2.5 时下降到 44.9%.

也可以这样理解,供体群落太单薄,可输出的菌株本来就少,想在受体里留下来更难

关键是:当供体多样性在常见范围内时,供体多样性与定植效率并没有稳定线性相关(FOCUS:p = 0.955;Gut Bugs 也未显著)。研究人员还强调,两项试验里都出现过“受体 α 多样性反而高于供体”的情况。于是,简单用“供体更丰富→就更能定植”来解释就站不住了。

P/B 比:一个很能用的群落标签(供体端与受体端)

作者用了一个相对好理解、也常用于描述群落结构的指标:Prevotella/Bacteroides 比例(P/B 比) 。有的人肠道菌群里 Prevotella 占优势,有的人 Bacteroides 占优势。

在两项试验的线性混合模型(Figure 6)里,P/B 比给出了比较稳定的信号:

供体 P/B 比越高,定植效率越高 FOCUS(b = 6.28, p = 0.023),Gut Bugs(b = 3.83, p = 0.036)。

但 P/B 比并不是说,供体越偏 Prevotella 越好这么简单。

受体端与交互:同一供体,在不同受体身上不一定一样

模型同时显示:受体端的 P/B 比、以及供受体之间的组合关系,会显著改变这种供体优势的作用方式。

首先看 Gut Bugs(肥胖)队列:受体 P/B 比对定植效率是显著负向的(b = -0.424, p = 3.77×10^-3)。这意味着在这个队列里,受体本身越偏 PrevotellaP/B 越高),总体上越不利于供体菌株定植。可以理解为:当受体群落已经更偏向某一类“Prevotella 结构”时,可被外来菌株占据的生态位更少(或同类竞争更强),因此总体定植更难发生

再看 FOCUS(UC)队列:作者不仅看到供体 P/B 的正向主效应,还看到了一个显著的供体×受体 P/B 交互项(b = -0.899, p = 0.017)。

交互项为负的意思是: Prevotella 的供体并非对所有受体都同样有效;当受体本身也偏Prevotella 时,供体的这种优势更可能被抵消,甚至变成同生态位的竞争。

可以这样理解:供体端的某些群落结构会加分,但受体端也会把关,而且不同疾病背景下,把关方式不一样。

05
个性化 FMT 的落地方案

总体思路:对的人 + 对的生态位规则

肠道菌群检测报告可以作为个性化 FMT 的入门级决策与随访工具:一方面用于治疗前分层与配对,另一方面用于治疗后量化是否定植、改了什么,并将结果回收为下一轮配对的证据。

该研究作者甚至强调应建立针对每种疾病的特异方法学,并提出 FMT 的真正潜力应以个体化医学实现:根据疾病/亚型,把受体与一个或多个最可能带来有益菌定植的供体进行配对

这意味着:

同一份菌群报告,在不同疾病里“怎么解读、怎么用来配对”,规则不应相同。

个性化 FMT 的核心是两件事:

  • 先用检测把受体分型(生态位画像)
  • 再用检测把定植与改变量化(形成可复盘的证据)

这里的落地流程(四步闭环):

筛受体 → 筛供体 → 做匹配 → 评估与复盘

治疗前——患者分层(用哪套匹配方案)

一份肠道菌群检测用于分病种策略选择,同时缩小供体候选池:

  • 菌群平衡

把菌群平衡指标作为受体“微生态脆弱程度”的一个粗筛维度,用于确定是否需要更强的干预(如多次给药、路线选择、随访更密集等),以及作为后续是否改善的评估指标之一。

  • 菌群多样性

把多样性作为“受体可被改造程度/生态位可用性”的基础变量。前面的研究也讨论到,跨疾病的 Meta分析中受体 α 多样性与定植常存在关系,但在不同队列呈现不同交互与权重,所以不能只用一个阈值做所有病种的决策,更合理的是在某病种人群里建立自己的判读边界

  • 关键物种缺失

哪些常见核心菌群产丁酸相关菌黏液层相关菌、有益菌等缺位,决定了后续更偏向新增还是替换

简单来说,先别急着挑供体,用检测回答:这个受体的底盘是缺位型还是紊乱型,以及属于哪种疾病队列的生态规则。

供体筛选:从安全合格走向微生态特征可量化

传统供体筛选主要是安全(病原体/寄生虫等),而该研究认为,供体的物种组成、功能结构,以及与受体的互补/相似关系,会影响定植效率。

因此供体筛选至少要增加两层可量化标准:

基础质量指标:供体的 α 多样性、关键结构特征(例如 P/B 比在研究里被作为指标之一,也可以同时用其他的相关指标)。

报告列出多种有益菌(如 Lactobacillus、Bifidobacterium等)的丰度与检出情况,可作为供体是否具备可提供的功能模块的证据(例如 产丁酸相关菌群)。

有害菌总体是否过高、以及抗生素耐药风险评估等,可作为长期可用供体库管理的一部分。

供体稳定性:如果供体多次采样,观察其菌群波动(稳定供体更利于可复现)。

供体受体匹配:建立按疾病分轨的匹配规则

该研究给出的最重要启示,是同样的供受体差异度指标,在不同疾病队列里方向可能相反

炎症性肠病类疾病(更强调功能兼容)

匹配优先级:供受体在功能维度不要差太远(避免来者水土不服),同时供体能补足受体缺失的关键菌群。

可以用谷禾检测报告里的菌群平衡、多样性等指标先做受体分层。炎症类可考虑供体中抗炎/屏障模块相关指标更好的(例如肠道屏障、LPS等指标),并避免在受体本已存在风险提示的方向上进一步加重。

屏障不足者在方案上更强调先稳环境再引入,并把屏障改善作为疗效评估的一部分,而不只追求菌的变化。

如果条件允许,可以用宏基因组做供受体功能匹配。

代谢类疾病(更强调生态位空缺)

匹配优先级:在安全与稳定的前提下,供体应能提供受体缺失的菌群模块;供受体在物种组成上适度拉开差异,可能更利于新菌株进入。

对多供体方案,可进一步用供体间互补减少内耗,避免多个供体在同一生态位高度重叠、彼此竞争导致有效输出下降。

匹配不是一个公式,而是一个分病种的规则库。

当疾病队列的生态位规则复杂、且个体差异大时,多供体更像提高覆盖率的工程策略;但最终仍需靠检测把贡献拆开、把有效组合沉淀下来。

治疗后评估——用同一套指标呈现是否定植

随访时不只看整体更像谁,还可以拓展一些:

  • 供体匹配菌株出现了多少?来自哪些供体?
  • 主要是替换还是新增?
  • 定植效率与症状/指标改善是否同向?若不同向,提示“定植≠疗效”,需要转向“关键功能/关键菌株”视角优化方案。

这一步形成反馈:把这位患者用什么供体组合更容易定植沉淀为可复用规则,推动下一次配对更精确。

注:做前后评估要尽量保持同一检测平台与标准化流程。

06
结 语

  • FMT的关键不仅是移进去,还有能不能定植。
  • 供体确实有强弱差异,但强弱不一定等于多样性更高,可能与菌群结构类型(如P/B)有关。
  • 供受体关系可能需要按疾病分策略:溃疡性结肠炎更像看兼容性(尤其功能相似),肥胖更像看互补与缺口。
  • 未来更可能走向“分病种 + 个体化匹配”的FMT设计,而不止是一套供体标准通吃。

这项研究真正的价值,不只是告诉我们某个供体更强,而是把FMT推进到更精细的层面: 从看群落像不像推进到追踪菌株能不能留下来,并提示不同疾病人群的肠道微生态规则不同。

当我们开始用整个肠道微生态的思路去理解FMT, 就不仅是找一个最强供体,未来更可行的路径是:分病种建立可验证的匹配策略,把治疗做成一套可测量、可比较、可迭代的闭环:治疗前的受体分层,治疗中的供受体匹配,治疗后的定植追踪与反馈,从而让 FMT 更接近可计算的精准干预。

主要参考文献

Behling, Anna H., et al. “Cohort-specific determinants of donor strain engraftment following multi-donor faecal microbiota transplantation in two randomised clinical trials.” Gut Microbes 17.1 (2025): 2597628.

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