口服纯化微生物组疗法VOWST对胃肠道菌群的影响：ECOSPOR III期试验机制探索

本研究通过对ECOSPOR III期临床试验的探索性分析，揭示了高剂量口服微生物组疗法VOWST（VOS）通过改善药代动力学、增强菌种定植及调节微生物组与代谢物谱，显著降低艰难梭菌（Clostridioides difficile）感染复发的机制。该研究为微生物组靶向治疗提供了关键药理学依据，凸显了其在恢复肠道保护功能中的临床价值。

摘要

VOWST（VOS）是一种FDA批准的口服纯化厚壁菌门（Firmicutes）孢子制剂，用于预防复发性艰难梭菌感染（rCDI）。早期开放标签的Ib期研究显示，86.7%的患者在8周内未复发，但随后的双盲II期研究未显示出显著优于安慰剂的疗效（复发率分别为44.1% vs. 53.3%）。这一差异被归因于剂量不足。III期试验采用约十倍高的剂量后，VOS组复发率降至12%，显著低于安慰剂组的40%（相对风险0.32，P < 0.001）。本后续分析通过跨试验比较证实，高剂量VOS可显著提升孢子定植（即药代动力学指标），并驱动微生物组组成和功能代谢物的快速恢复，包括富集次级胆汁酸（如脱氧胆酸DCA和石胆酸LCA）及短链/中链脂肪酸（如丁酸盐、戊酸盐和己酸盐）。体外实验进一步验证了VOS批次可产生抑制^{C. difficile}生长的代谢物。这些发现阐明了VOS通过快速恢复肠道微生物组的关键保护功能，实现rCDI持久预防的机制。

引言

艰难梭菌感染（CDI）的腹泻症状由细菌毒素引发的炎症性结肠炎驱动。约20–30%的患者在抗生素治疗后出现复发，主要归因于肠道菌群的持续紊乱。复发性CDI（rCDI）的传统抗生素治疗方案伴随高复发风险，而微生物组干预策略旨在修复菌群功能。目前认为，微生物通过将结合型初级胆汁酸转化为次级胆汁酸（如DCA和LCA），抑制^{C. difficile}孢子萌发和生长；同时，短链脂肪酸（SCFAs）如丁酸盐和戊酸盐可直接抑制病原体增殖并维护肠屏障完整性。rCDI患者的肠道菌群特征为抗生素导致的共生菌耗竭、菌群多样性降低及次级胆汁酸与SCFAs浓度下降。尽管粪菌移植（FMT）可恢复菌群功能，但研究表明，纯化的厚壁菌门孢子足以重建对^{C. difficile}的定植抗性。

VOWST（VOS）是首个FDA批准的口服微生物组活体生物治疗产品。其通过乙醇灭活和过滤步骤纯化健康供体粪便中的孢子，去除营养体细菌（如变形菌门Proteobacteria）和病毒等风险成分，显著降低非孢子物质约200倍。在III期双盲安慰剂对照试验中，VOS在预防rCDI方面优于安慰剂，且耐受性良好。多数复发发生于抗生素停药后4周内，凸显快速恢复菌群功能的必要性。VOS开发过程中，药代动力学（以孢子定植为指标）和药效学（菌群与代谢物变化）的评估指导了关键决策。

结果

患者分布与样本特征

III期试验共纳入182例患者（59.9%女性，平均年龄65.5岁），所有患者均有≥3次CDI发作史。73.1%的合格复发 episode 接受万古霉素治疗。基线粪便样本（抗生素治疗后、给药前）和治疗后多个时间点（第1、2、8、24周）的宏基因组数据用于分析。排除抗生素暴露后的样本后，VOS组可用样本量高于安慰剂组，因后者复发率更高（8周时复发率分别为12% vs. 40%）。同时，研究纳入了I期和II期试验的共享时间点样本进行跨试验比较。

VOS定植动力学：剂量依赖性与跨试验一致性

将I期剂量递增研究和II期固定剂量研究分为“高剂量”与“低剂量”组后，发现III期试验的高剂量方案定植水平（以新出现剂量菌种数量衡量）与I期高剂量组相似，且显著高于II期低剂量组（P < 0.01）。VOS组定植在给药后迅速上升并持续至24周，而安慰剂组剂量菌种数量缓慢增加，反映孢子形成菌的自然恢复过程（图1）。此外，VOS组剂量菌种丰富度在治疗后与健康人群无显著差异，而安慰剂组始终低于健康水平（P < 0.001）。

年龄与抗生素亚组分析：定植无显著差异

按年龄（<65岁 vs. ≥65岁）和合格 episode 抗生素（万古霉素 vs. 非达霉素）分层后，基线剂量菌种丰富度在亚组间无显著差异。VOS治疗后，所有亚组均出现剂量菌种快速定植，且显著高于安慰剂组（图2）。非达霉素组基线菌种丰富度略高于万古霉素组，但VOS的定植优势覆盖了抗生素类型的影响，支持其疗效的普适性。

菌株水平定植验证与物种水平一致性

使用StrainPhlAn进行菌株水平分析显示，VOS组剂量菌株数量显著高于安慰剂组（P < 0.001），且与物种水平定植指标显著相关（VOS组R² = 0.64）。尽管菌株分析灵敏度较低（约半数物种无法分配菌株），但结果与物种水平结论一致。

微生物组组成变化：快速趋近健康状态

非度量多维尺度分析（NMDS）显示，基线样本远离健康人群聚类，且按抗生素类型聚集。VOS治疗后第1周，样本即向健康群簇移动，并保持至24周；安慰剂组样本变化缓慢，多数始终偏离健康状态（图3）。PERMANOVA证实组间群落结构和离散度差异显著（P < 0.001）。在门水平，VOS组厚壁菌门相对丰度迅速上升，变形菌门显著下降；拟杆菌门在两组中均逐渐恢复（图4）。属水平上，VOS组富集厚壁菌门 genera（如^{Ruminococcaceae}和^{Lachnospiraceae}），而安慰剂组^{Enterobacteriaceae}（如^Klebsiella和^{Escherichia coli}）和机会病原体（如^{Fusobacterium nucleatum}）更 prevalent（图5）。

胆汁酸与脂肪酸代谢物：关键功能恢复

靶向代谢组学显示，基线时初级胆汁酸（如胆酸CA和鹅脱氧胆酸CDCA）浓度高，次级胆汁酸（DCA、LCA）浓度低。VOS治疗后，CA和CDCA迅速下降，DCA和LCA显著上升，且与安慰剂组差异持续至第8周（P ≤ 0.02）；熊脱氧胆酸（UDCA）在VOS组浓度较低（P < 0.01）（图6a）。非靶向代谢组学进一步证实VOS组多种结合型初级胆汁酸（如甘氨胆酸GCA）下降，次级胆汁酸多样性增加。脂肪酸分析中，丁酸盐、戊酸盐和己酸盐在VOS组浓度快速上升，显著高于安慰剂（P < 0.05），而乙酸和丙酸盐无组间差异（图6b）。体外实验表明，上述脂肪酸在接近结肠pH（5.6–7.0）条件下可浓度依赖性地抑制^{C. difficile}生长，且抑制效力随碳链延长（己酸盐 > 戊酸盐 > 丁酸盐）和介质酸性增强而上升。

VOS批次体外代谢功能验证

来自4名供体的5个VOS批次在体外培养中均产生DCA、LCA、丁酸盐、戊酸盐和己酸盐，证实其代谢活性。患者按接受批次分组后，各代谢物浓度中位数均高于安慰剂组，但样本量限制未进行统计检验。

讨论

本研究通过III期随机对照试验的机制分析，确立了VOS在rCDI预防中的药理学基础。高剂量VOS驱动的快速孢子定植是药效核心，其通过恢复次级胆汁酸和SCFAs等抑制性代谢物，直接干预^{C. difficile}生命周期。与FMT相比，VOS的孢子纯化工艺显著降低非目标成分，提供更可控的治疗策略。年龄和抗生素类型不影响定植效果，支持其广泛适用性。菌株与物种水平分析的一致性验证了定植评估的可靠性。本研究的局限包括VOS组复发样本少限制关联分析，以及宏基因组相对丰度的绝对定量缺失。未来研究可聚焦绝对菌群负荷与宿主互作机制。综上，VOS代表了一种通过靶向恢复微生物组功能实现CDI持久预防的精准治疗模式。