噬菌体特异性抗体是成功治疗的障碍吗？

免疫系统清除噬菌体的研究已经有几十年了。噬菌体因其复杂的蛋白结构作为免疫原可诱导产生多种多样的抗体，针对噬菌体-细菌相互作用区域的中和抗体会显著影响噬菌体抗菌活性，靶向头部的非中和抗体可通过巨噬细胞的吞噬调理作用使噬菌体从体内快速清除（图1），这使个性化治疗案例的结果更加充满了不确定性。

本文总结了噬菌体治疗过程中噬菌体特异性抗体的产生及其对临床结果的影响和进一步改进噬菌体治疗方案的措施[1]。

图1 噬菌体特异性抗体的产生。（A-C）噬菌体作为抗原诱导机体产生抗体的过程。（D）特异性抗体与噬菌体结合并通过吞噬作用促进噬菌体的摄取和降解，使噬菌体从体内快速清除。（E）特异性抗体中和噬菌体，使活性噬菌体滴度降低。

01 噬菌体特异性抗体天然存在于人体内吗？

噬菌体广泛存在于环境中，是人类病毒组的主要组成部分[2]。因此，即使我们以前从未接受过噬菌体治疗，我们也可以通过暴露的噬菌体自然地诱导产生噬菌体特异性抗体，即天然噬菌体特异性抗体。大量研究表明，细菌感染患者体内的天然噬菌体特异性抗体滴度高于未感染的患者。噬菌体的免疫原性是多样的，血清可中和的噬菌体类型因人而异。因此，在噬菌体治疗前确认患者血清中噬菌体特异性抗体的存在并选择不被天然噬菌体特异性抗体识别的噬菌体可能是有益的。

02 噬菌体治疗中何时诱导哪种类型的噬菌体特异性抗体？

为了研究使用噬菌体后特异性抗体的产生，对血清中各类型的抗体进行检测，多项研究结果均表明在口服噬菌体的早期IgM首先到达峰值（约5-10天），随后在其水平下降的同时IgG水平迅速上升并达到稳定水平，且可维持较长时间。IgA产生时间较晚，停止噬菌体给药后，其水平会逐渐下降，一旦第二次给药，IgA滴度会立即增加。该现象与感染其它病毒（如流感病毒PR8）后的抗体产生形式类似（图2）。

图2 噬菌体或病毒感染小鼠后抗体的产生。( A ) 小鼠口服后产生Coliphage T4 特异性抗体。( B ) 小鼠鼻内病毒感染后产生抗体。

03 给药途径和诱导噬菌体特异性抗体

研究表明，口服给药后从小鼠各器官回收的噬菌体量均低于注射给药方式[3]。少次的口服给药会产生低水平的噬菌体特异性抗体或检测不到。往往需要连续口服超过15天才能开始诱导IgG产生[4]。虽然口服给药诱导噬菌体特异性抗体的能力较低，但胃的酸性环境会导致噬菌体失活，会显著影响噬菌体递送至感染部位。

有研究表明通过饮用水口服2周后未能诱导噬菌体特异性抗体，但通过腹腔注射一针即可产生大量特异性抗体。腹腔注射或静脉注射后在各器官中均检测到了噬菌体，且在脾脏中的噬菌体数量最多，表明脾脏在抗体产生中起着主要作用。腹腔注射和静脉注射往往会诱导更高滴度的噬菌体特异性抗体；然而，噬菌体会立即分布到全身，较适用于移植后感染或菌血症。

针对金黄色葡萄球菌或铜绿假单胞菌的雾化噬菌体治疗中，治疗10天后患者血浆获得了噬菌体中和活性，表明雾化给药也会诱导噬菌体特异性抗体的产生。但雾化可以有效地将噬菌体递送至肺部，用于治疗囊性纤维化或肺部感染。

考虑噬菌体有效递送到感染部位和噬菌体特异性抗体产生之间的平衡，并选择合适的给药途径，是噬菌体治疗成功与否的关键因素。

04 哪些噬菌体蛋白可以作为抗原或中和靶标？

噬菌体是包含许多蛋白质的复杂结构，在噬菌体的体液免疫反应过程中可充当免疫原。如T4噬菌体的Hoc、gp12蛋白和葡萄球菌噬菌体的Mcp、TmpH蛋白等均会诱导高水平特异性抗体的产生，而拷贝数较低的gpORF096抗体并未诱导显著反应，表明病毒粒子中结构蛋白的拷贝数可能会影响免疫原性。

尽管噬菌体疗法可诱导多种噬菌体特异性抗体，但并非所有抗体都表现出噬菌体中和活性，如针对头部的特异性抗体不会促进噬菌体中和，对涉及噬菌体-细菌相互作用区域具有特异性的抗体可以作为中和抗体显著降低噬菌体的抗菌活性。

05 噬菌体特异性抗体会影响噬菌体治疗的结果吗？

噬菌体特异性抗体的诱导与治疗结果之间的关系已在动物模型和临床试验中进行了大量研究。动物模型研究表明在细菌感染前进行噬菌体免疫可加快其在体内的清除速度、不能减少粪便中细菌数量或延迟伤口闭合，表明噬菌体特异性抗体对治疗效果有影响。有临床试验表明中和抗体可能会阻碍噬菌体杀死细菌，导致临床失败[5]。然而，在Pirnay等人的研究中显示了100例个性化噬菌体治疗的结果，尽管13名患者中有5名的血清能够中和噬菌体，但其中的4名实现了目标细菌的根除[6]。

虽然噬菌体特异性抗体与临床结果之间的关系仍不清楚，但通过选择合适的给药途径、剂量或免疫原性低的噬菌体，可以最大限度地减少噬菌体特异性抗体的影响。

06 能否保护并延长噬菌体在人体内的循环时间？

机体可通过抗体介导实现噬菌体的快速清除，可能会影响临床试验结局。通过采用适当的药物输送系统或噬菌体修饰/改造可有效地降低免疫原性、逃避机体免疫应答、延长在体内的循环时间，将有助于噬菌体疗法在临床试验上的成功应用（图3）。

图3 保护并延长噬菌体在人体内循环时间的策略。(A)衣壳修饰（如糖基化）可以充当针对噬菌体特异性抗体的屏障。（B）带有免疫逃逸突变的工程噬菌体。(C)包被噬菌体可缓慢释放噬菌体、使抗体产量降低、在血液中滞留时间延长。（D）在仿生药物递送中，由PMN和携带BCP的工程噬菌体组成的噬菌体-血小板混合纳米颗粒可使噬菌体循环时间延长且免疫原性降低。

小 结    

决定噬菌体治疗结果的因素很复杂，其中，噬菌体特异性抗体可介导噬菌体的快速清除或减弱其杀伤活性，进而可能会影响治疗效果。由于许多因素，如噬菌体类型、患者的免疫状态、给药途径、剂量和给药方案，噬菌体特异性抗体的诱导是多种多样的。中和抗体可通过与噬菌体结合来降低噬菌体活性数量，非中和抗体也可通过调理作用和促进巨噬细胞的吞噬作用在噬菌体的快速降解中发挥作用。另外，给药途径在抗体诱导中起着重要作用，腹腔注射和静脉注射往往比口服或局部给药产生更高水平的抗体。然而，关于噬菌体特异性抗体是否影响噬菌体治疗的临床结果尚未达成共识。寻找延长噬菌体循环时间的策略可以提高噬菌体治疗的效果，包被、仿生药物递送系统和噬菌体蛋白修饰可能是有前途的方法。

参考文献

[1]Washizaki A, Sakiyama A, Ando H. Phage-specific antibodies: are they a hurdle for the success of phage therapy? Essays Biochem. 2024, EBC20240024.

[2]Manrique P, Bolduc B, Walk ST, et al. Healthy human gut phageome. Proc Natl Acad Sci U S A. 2016, 113(37):10400-10405.

[3]Geier MR, Trigg ME, Merril CR. Fate of bacteriophage lambda in non-immune germ-free mice. Nature. 1973, 246(5430):221-223.

[4]Majewska J, Beta W, Lecion D, et al. Oral Application of T4 Phage Induces Weak Antibody Production in the Gut and in the Blood. Viruses. 2015, 7(8):4783-4799.

[5]Dedrick RM, Freeman KG, Nguyen JA, et al. Potent antibody-mediated neutralization limits bacteriophage treatment of a pulmonary Mycobacterium abscessus infection. Nat Med. 2021, 27(8):1357-1361.

[6]Pirnay JP, Djebara S, Steurs G, et al. Personalized bacteriophage therapy outcomes for 100 consecutive cases: a multicentre, multinational, retrospective observational study. Nat Microbiol. 2024, 9(6):1434-1453.