草根医生谈肠道微生物临床试验的短板

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广大的临床试验爱好者可能都有很高的学历，医学院药学院毕业以后可能要有硕士或者博士的训练，才能有效的理解临床试验。至于设计临床试验，就更需要实践经验了，其实一个设计优秀，结果清晰的临床试验和初中毕业去卖鱼的原则差不多。如果小明想证明他花1000块买的充氧机（intervention）物有所值。首先，我们要把这个充氧机用在缺氧容易死（complication）88块一斤的鲈鱼上而不是 6块钱一斤的鲶鱼上。其次我们要有明确的目标（outcome measurement），这个目标最好是容易观察的，比如直接用肉眼观察多少鲈鱼在仰泳。或者是可以量化的，比如测量养殖三天后鱼是否体重变小了，如果再能有一个血液生化指标来显示鲈鱼在充氧后很嗨那就完美了（biomarker）。至于增加参加实验的鲈鱼数量，邀请隔壁老王，老张，老陈一起参加多中心试验，设置一个无充氧鱼缸作为对照，对参加实验的鲈鱼进行迷惑，让他们不知道自己在吸氧等等手段那就属于临床试验的基本必须方法了，咱们不必讨论，我们下面就从complication，intervention，outcome measurement, biomarker这几方面说说肠道微生物群临床试验现在的状况。


再来说outcome measurement，这10年以来肠道微生物科学研究的发展，是基于高通量分子生物学的筛选技术出现的，一个成人体内大约有2公斤，1000个种，1000亿个单细胞的微生物共生，高通量的”疯子”生物学手段，没有办法观察这么复杂的系统，现在观察肠道微生物群体，主要靠二代测序技术。 观察代谢产物主要靠气-质谱连用，观察炎症因子等内分泌变化主要靠multiplex手段。产生的数据也是爆炸性的，往往单个病人的数据就是几个Gb。没有办法人工解读。举个例子最近我读到一篇文章[1]。

看到他最关键的Fig1 的时候，我几乎一口老血要喷在键盘上。大家请看panel A, 每一个小点都是一个种，作者观察到了上百种细菌的数量变化，但是这么复杂的数据带来作者的结论只有一句” Shifts in gut bacterial diversity and composition associated with iron treatment are pronounced in IBD participants”. 到底是疾病导致了肠道微生物群体的变化，还是肠道菌群变化的因果关系没有建立。这么多变化的物种，哪一些是对病理生理起到关键的作用也没有被建立。同时，由于高通量检测方法数据难以解读，费用高昂，分析结果耗时巨大，虽然得到海量数据，然而关键数据还是靠人工鉴别，导致现有的临床试验集中于几十人到100人的小型实验，个人差异带来的观察干扰难以被消除，就更给临床试验的结果解读带来困难。


另外一个重要考虑的因素是个人肠道微生物菌群的差异非常巨大，肠道菌群始终处于动态变化，人种，性别，年龄都会影响肠道微生物的构成[2]，虽然没有直接的人类生物学证据，从小鼠的研究我们不难预测个人的基因构成也会对共生微生物产生影响[3]，同样的生活环境，比如饮食，药物的使用，作息习惯都是肠道微生物的考虑因素。我们缺乏判断肠道菌群失调的生物标记物的金标准，如同判断乙型肝炎的两对半，判断肝功能的转氨酶。我们甚至于不知道正常肠道微生物的正常范围参考值。基于这样的原因，对肠道微生物生态的干预手段我们也处于探索的阶段。几乎没有特异性靶向于肠道微生物的药物被批准。即便是近几年引起高度关注的粪便微生物移植（FMT），因为供体粪便所含肠道菌群不尽相同，致使实验结果也难以解读，重复性差。也因为供体样品或是粪便胶囊的所含成分难以控制，这也是为什么这些治疗方法难以被FDA批准。到目前为止只有23个有关于FMT的临床试验进行到了3期。其中只有一个完成的（ClinicalTrials.gov Identifier: NCT02788071），而且还是在健康管理比较松的丹麦完成的。


下面咱们说说干预（intervention）， 我们翻开大家都喜爱的clinicaltrial.gov,输入gut microbiota，发现林林总总的临床试验七百多clinical trial.gov收录的临床试验，除了观察性的临床试验，有药物干预的，很多是对肠道把微生物干预作为其他药物辅助手段，所用的化学试剂，多是属于food supplement，在中国也就是所谓的保健品，大部分缺乏明确的药物靶点和分子机理。有一小部分是直接给病人使用活菌，通过体外发酵的菌种，物种，制剂都难以控制，基本处于早期临床试验的状态，在三期，四期临床试验的列表中，益生元，活菌的为主要干预手段的试验寥寥无几。


最后说说complication， clinical trial。gov收录的临床试验，相关的疾病从炎症肠病为代表的消化系统疾病（这个好理解）到心血管疾病，代谢疾病，免疫系统疾病，中枢神经疾病，甚至肿瘤。哇，肠道微生物包治百病啊。一瞬间似乎回到了当年没学医之前按照电线杆小广告找名老中医治疗疑难杂症的场景。这就是肠道微生物研究的现状，肠道微生物现在被认为有免疫调节和外分泌的功能，肠道微生物不仅仅是与我们共生的朋友，而几乎是承担着一个人体器官的复杂功能。学通肠道微生物既要懂消化科，又要懂微生物，还很可能要懂另一个系统的疾病知识。现代医学又是一个极度细分，高度专业化的学科。作为一个一天到晚忙的脚跟不着地的医生，怎么能深度理解理解本专业之外的知识呢。我的建议是两句话：”大力出奇迹”和 ”定个小目标”。21世纪第二个十年即将结束，我们都感觉我们比10年前有了太多的新知识，我们也都感觉我们的大脑跟不上知识的扩展和传播技术的进化了。即便在一个这样的知识爆炸的年代，要真的理解一个小领域的知识，依然是靠阅读和总结强灌进脑子的。大家可能听说过一万小时理论，就是说要成为任何一个领域的专家，需要花1万个小时总结学习，从打麻将到天体物理是这样，肠道微生物和疾病也不例外。此所谓“大力出奇迹”, 别无捷径可走。至于 “定个小目标”, 我们看见在clinicaltrial.gov列出的接近800个临床试验里，有大约280个是观察型的实验，是探索肠道微生物在疾病状况下肠道微生物改变的。在剩下的临床试验里。大部分是把微生物作为次要结果来观察的。可见我们对肠道微生物的理解还停留在探索微生物疾病病理生理的阶段，利用肠道微生物的疾病治疗还在探索阶段。肠道微生物知识体系还不完善，这既是一个困惑也是一个机遇，一座刚搭起框架的大厦，我们有更多的机会添砖加瓦。医生朋友们可以不急于在这些临床试验中学到” 我可以怎么用“的知识，而是留心于方法学的发展，思考”我可以观察到什么”的知识。甚至不急于思考我可以学到什么，而是思考我可以提出那些问题，去寻找哪些疑问是没有答案的。在等待时间慢慢向我们揭示肠道微生物的奥秘的同时，也可以为这一个学科的发展做出贡献。


一点愚见，与同行们共勉。


1.        Lee, T., et al., Oral versus intravenous iron replacement therapy distinctly alters the gut microbiota and metabolome in patients with IBD. Gut, 2017. 66(5): p. 863-871.
2.        Yatsunenko, T., et al., Human gut microbiome viewed across age and geography. Nature, 2012. 486(7402): p. 222-7.
3.        Zhang, C., et al., Interactions between gut microbiota, host genetics and diet relevant to development of metabolic syndromes in mice. ISME J, 2010. 4(2): p. 232-41.