同种异体造血细胞移植 (allo-HCT) 是治疗高危血液系统恶性肿瘤患者的一种有效方法。在过去的十年中，allo-HCT期间的肠道微生物群组成与患者的预后相关。治疗相关因素，特别是广谱抗生素的使用和预处理方案，常常诱发肠道菌群失调，这与免疫失调、毒性和不良预后相关，尤其是在allo-HCT之后。微生物代谢物进一步调节免疫反应和治疗效果。新兴的以微生物群为靶点的策略——包括抗生素管理、营养干预、益生菌、粪便微生物群移植和后生元——显示出在减轻移植物抗宿主病 (GVHD)、控制炎症和改善治疗反应方面的潜力。
1 引言
同种异体造血细胞移植 (allo-HCT) 仍是许多血液系统恶性肿瘤的标准治疗方法，也是唯一的治愈性选择。过去三十年来，人类白细胞抗原 (HLA) 分型、供体选择、支持治疗和免疫抑制策略的进步显著改善了移植结果，并将适应症扩大到老年患者和具有显著合并症的患者。allo-HCT的治疗效果源于两种互补机制：通过预处理方案实现的细胞减灭，以及由供体免疫细胞介导的免疫学上的移植物抗肿瘤 (GVT) 效应。预处理方案的强度存在连续变化，从清髓性到降低强度和非清髓性方案不等。清髓性预处理提供了强大的抗肿瘤细胞毒性，但与更大的早期毒性和非复发死亡率相关，而降低强度策略则更依赖于GVT效应，并使老年或体弱患者得以进行移植。预处理强度的选择反映了疾病风险、复发概率、患者年龄、合并症和总体移植适宜性之间的复杂平衡。
尽管具有治愈潜力，allo-HCT仍与显著的短期和长期并发症相关。其中，移植物抗宿主病 (GVHD) 是移植的标志性免疫毒性，也是发病率和死亡率的主要因素。急性GVHD (aGVHD) 通常累及皮肤、胃肠道 (GI) 和肝脏，由早期供体T细胞介导的炎症性损伤所致。慢性GVHD (cGVHD) 代表一种不同的、常为多系统的免疫失调综合征，具有自身免疫和纤维化特征，并且是晚期非复发死亡率和幸存者生活质量受损的主要原因。其他移植相关并发症包括与长期免疫功能不全相关的感染风险、预处理方案引起的器官毒性、移植物衰竭以及迟发效应，如继发性恶性肿瘤和代谢或心血管并发症。最后，原发疾病的复发仍然是allo-HCT失败的主要原因，尤其是在高危血液系统恶性肿瘤患者中。
为了实现安全持久的治疗效果，免疫系统以及GVT与GVHD之间的平衡在allo-HCT后至关重要。这种免疫反应的有效功能似乎与肠道微生物群密切相关。越来越多的证据指向细胞治疗后肠道炎症、肠道微生物组成和免疫稳态之间复杂的双向相互作用。特别是，特定细菌类群丰度的变化，无论是在治疗前还是治疗后，都可能作为潜在的生物标志物或治疗靶点。总体而言，数据支持肠道微生物组失调与allo-HCT后预后之间的关联；然而，微生物组是起因果作用还是仅反映疾病严重程度和临床状态，仍然存在争议。因此，需要更多机制性见解来支持其临床相关性。本文将阐述allo-HCT背景下宿主-微生物组相互作用的现有证据。首先，将回顾allo-HCT中微生物群的数据、其在肠道屏障功能中的作用及其与免疫系统的相互作用。其次，将回顾在这些患者中调节微生物群以改善其预后的潜在策略。值得注意的是，本综述侧重于成年患者，儿科患者的证据不在本文讨论范围内。
2 allo-HCT中的微生物群
2.1 allo-HCT及其对微生物群的影响
Allo-HCT是细胞疗法的基石，广泛用于各种血液系统恶性肿瘤。然而，移植过程常伴随着胃肠道 (GI) 黏膜屏障的破坏，这主要是由于预处理方案、饮食改变和广谱抗生素的使用所致。这些因素导致共生肠道微生物群定植受损，从而引起菌群失调和微生物多样性降低。预处理方案强度与肠道微生物多样性丧失直接相关，高强度预处理方案与最严重的损伤相关，而非清髓性方案的损伤程度较低。新兴证据表明，肠道微生物群的这种紊乱与一系列移植相关并发症密切相关，包括GVHD、感染和疾病复发，这些是allo-HCT后早期死亡的主要原因。
2.2 失调微生物群与allo-HCT后并发症之间的关联
在健康个体中，肠道微生物群的特点是多样性高、组成稳定。主要由厚壁菌门 (Firmicutes) 和拟杆菌门 (Bacteroidetes) 组成，它们共同约占总微生物种群的90%。allo-HCT后，尤其是在移植早期，患者经历显著的微生物多样性丧失，伴随微生物组成的显著改变。这种菌群失调的特点是潜在致病类群的过度出现，特别是芽孢杆菌纲 (Bacilli)，包括肠球菌属 (Enterococcus)、链球菌属 (Streptococcus) 和乳杆菌属 (Lactobacillus) 的成员，以及γ-变形菌纲 (Gammaproteobacteria)，如肠杆菌目 (Enterobacteriales) 和巴斯德菌目 (Pasteurellales)。相比之下，有益专性厌氧共生菌，特别是拟杆菌属 (Bacteroides) 和梭菌目 (Clostridiales) 成员，在此期间大量减少。
肠道微生物多样性降低与allo-HCT后的不良预后显著相关，包括总生存期 (OS) 降低、aGVHD和aGVHD相关死亡率风险增加、感染并发症发生率升高以及非复发死亡率 (NRM) 增加。特定病原菌的异常扩增常提示不良临床预后。值得注意的是，肠球菌 (Enterococcus) 的过度生长与多种不良预后密切相关，包括OS降低、aGVHD发生率增加、aGVHD相关死亡率升高以及血流感染风险增加。同样，葡萄球菌科 (Staphylococcaceae) 与胃肠道aGVHD的发生密切相关，链球菌科 (Streptococcaceae) 与感染并发症相关。
梭菌目 (Clostridiales) 的相对丰度较高已被确定为与改善OS相关的潜在保护因素。大量研究报告称，这些细菌与降低aGVHD风险和降低NRM显著相关。乳杆菌属 (Lactobacillus spp.) 也被认为与良好预后相关，这可能是由于其抗炎作用和促进黏膜修复的能力。此外，放线菌科 (Actinomycetaceae) 和梭杆菌属 (Fusobacterium spp.) 丰度的增加也被报道为改善预后的潜在指标。
值得注意的是，某些细菌类群的作用仍存在争议。例如，对拟杆菌目 (Bacteroidales) 的研究结果不一致：来自副拟杆菌属 (Parabacteroides) 的一些物种可能加重aGVHD，而其他如卵形拟杆菌 (Bacteroides ovatus) 似乎能预防aGVHD。脆弱拟杆菌 (B. fragilis) 表现出双重作用：阿奇霉素治疗后其过度生长与恶性肿瘤复发风险增加相关，而Sofi等人报告其可保护肠道完整性并减少aGVHD。同样，嗜粘蛋白阿克曼菌 (Akkermansia muciniphila) 也显示出矛盾的作用。这些矛盾的结果可能是由于不同研究应用的物种和测序方法不同。除了组成，最近的一项研究揭示了小鼠aGVHD中微生物组和相关肠道代谢物的位置特异性变化，并鉴定出苯基乳酸 (phenyllactate) 是胃肠道GVHD的新调控因子，为胃肠道aGVHD发病机制提供了新见解。
2.3 allo-HCT后微生物群介导的肠道屏障功能
在allo-HCT之前，受者通常接受化疗（伴或不伴放疗）进行预处理，以消除残留恶性细胞、抑制宿主免疫反应并促进供体造血细胞植入。然而，这些预处理治疗会导致肠上皮的显著损伤。特别是，它们会损害潘氏细胞 (Paneth cell) 并减少抗菌肽（如α-防御素）的产生，从而破坏肠道微生物生态系统。预处理还会损害上皮紧密连接，导致肠道通透性增加。此外，移植期间抗生素的广泛使用进一步扰动肠道微生物群，促进粘液降解细菌的扩张，并破坏由肠上皮维持的生理性缺氧环境，共同削弱了肠道屏障。这些改变促进了脂多糖 (LPS) 和其他微生物相关分子模式 (MAMPs) 和病原相关分子模式 (PAMPs) 穿过上皮屏障进入固有层，从而放大了固有免疫激活，加剧了炎症和aGVHD。
同时，肠道微生物群在维持肠道稳态和屏障完整性方面起着关键作用。例如，膳食纤维或多糖可被肠道微生物发酵产生短链脂肪酸 (SCFAs)，有助于稳定肠道上皮屏障。初级胆汁酸可被肠道微生物群转化为次级胆汁酸，通过受体介导的信号通路维持黏膜屏障完整性并促进上皮再生。此外，色氨酸可被肠道微生物代谢为吲哚衍生物，其中一些作为芳烃受体 (AhR) 的配体，从而调节黏膜免疫反应，有助于维持肠道稳态。
2.4 肠道微生物群与免疫系统的相互作用
2.4.1 急性和慢性GVHD的病理生理学
急性移植物抗宿主病 (aGVHD) 的病理生理学可分为三个阶段：启动阶段、T细胞活化阶段和效应阶段。在启动阶段，化疗和/或放疗等预处理治疗导致宿主组织损伤。这种损伤触发了危险信号的释放，包括损伤相关分子模式 (DAMPs) 和病原相关分子模式 (PAMPs)，以及炎症介质，如肿瘤坏死因子 (TNF)、干扰素-γ (IFN-γ) 和LPS。这些信号促进宿主抗原呈递细胞 (APCs) 的活化。同时，微生物多样性减少破坏了上皮完整性和免疫稳态。在T细胞活化阶段，活化的宿主APCs刺激供体来源的同种异体反应性CD4+和CD8+T细胞。最后，在效应阶段，这些活化的T细胞与促炎细胞因子一起，通过凋亡和坏死性凋亡等过程诱导靶器官（包括胃肠道、皮肤和肝脏）的上皮组织损伤，最终产生aGVHD的临床表现。关于cGVHD，B细胞信号传导和免疫球蛋白产生的失调、特定T细胞亚群的持续激活、调节性T细胞缺乏和组织纤维化是其病理生理学的核心机制。
2.4.2 微生物代谢物的作用
肠道微生物群发酵膳食多糖产生短链脂肪酸 (SCFAs)，包括丁酸盐、丙酸盐和乙酸盐。这些代谢物通过多种调节机制在维持肠道免疫稳态中起着至关重要的作用。在免疫学上，SCFAs可以调节调节性T细胞 (Tregs) 的频率和功能，促进T辅助 (Th)1细胞白介素 (IL)-10的产生，并刺激CD4+T细胞和先天淋巴样细胞 (ILCs) 产生IL-22，这有助于增强肠道上皮屏障的完整性。除了免疫调节，SCFAs还通过激活B细胞产生分泌型免疫球蛋白A (sIgA)、促进肠道粘蛋白MUC2的表达、增强上皮细胞的保护来增强黏膜防御。这建立了一道“免疫-物理”双重屏障来保护肠道。此外，丁酸盐在GVHD中显示出独特的保护作用。它可能通过Foxp3启动子的乙酰化扩增Treg群体、减少肠上皮细胞上MHC II类分子的表达以及调节代谢物传感器G蛋白偶联受体43 (GPR43) 来实现。这些综合作用有助于防止过度的免疫激活。
由肠道细菌产生的次级胆汁酸通过法尼醇X受体 (FXR) 信号通路帮助调节肠道细菌过度生长并维持黏膜屏障完整性。FXR拮抗剂熊去氧胆酸可以抑制T细胞增殖，并降低患者aGVHD相关死亡率的风险。此外，肠道微生物群组成的改变会影响胆汁酸代谢。韩等人报告，厚壁菌门介导的胆汁酸代谢可能降低接受allo-HCT患者aGVHD的发生率。
AhR配体通过肠道微生物代谢产生，乳杆菌属 (Lactobacillus)、梭菌属 (Clostridium)、拟杆菌属 (Bacteroides) 和粪杆菌属 (Faecalibacterium) 物种能够将色氨酸转化为AhR配体。在allo-HCT患者中进行的临床研究表明，AhR活性降低与aGVHD发生率升高和OS降低相关。积累的证据表明，AhR通过调节IL-22和其他信号通路来调节宿主-微生物相互作用，并可通过促进外周诱导的Tregs扩增来改善aGVHD。
氧化三甲胺 (TMAO) 是一种由肠道微生物利用膳食底物（如胆碱/肉碱）产生三甲胺 (TMA)，随后在宿主肝脏中氧化为TMAO而产生的元生物代谢物。几种肠道细菌（包括产氢厌氧球菌 Anaerococcus hydrogenalis、天门冬酰基梭菌 Clostridium asparagiforme、哈氏梭菌 C. hathewayi 和生孢梭菌 C. sporogenes）被报道有助于TMA的产生。吴等人证明，TMAO通过NLRP3激活促进M1巨噬细胞极化，增强Th1/Th17反应，并在小鼠模型中加剧aGVHD。
2.4.3 免疫细胞在GVHD中的作用
2.4.3.1 Th细胞和Tregs
肠道黏膜免疫稳态的维持依赖于促炎性Th细胞（包括产生IFN-γ的Th1细胞和产生IL-17A/IL-22的Th17细胞）与抗炎性Th细胞（如分泌IL-10的Th2细胞和Tregs）之间的精细平衡。aGVHD主要与Th1反应相关，其中Th1细胞产生的IFN-γ促进其自身分化，并可直接损伤肠黏膜。相比之下，cGVHD涉及Th1和Th17细胞之间的平衡。此外，allo-HCT后，不平衡的Treg/Th17比例也可能加剧炎症，增加aGVHD和cGVHD风险。相反，Th2细胞通过有效抑制aGVHD进展发挥保护作用。
Tregs作为天然存在的抑制性CD4+T细胞，在维持免疫耐受中起核心作用，并受肠道微生物群及其代谢物的调节。适应性Treg治疗可以在保留有益GVT效应的同时控制过度的免疫反应，显示出预防和治疗aGVHD的巨大潜力。另一方面，缺乏Treg会导致Th1/Th17的失控扩增，最终增加cGVHD的风险。
2.4.3.2 黏膜相关恒定T细胞 (MAIT)
黏膜相关恒定T细胞 (MAIT) 是先天性T细胞的一个独特亚群，能够识别来自多种细菌和真菌的核黄素代谢物。MAIT细胞通过调节肠道屏障完整性、降低供体Th1和Th17细胞频率以及产生黏膜保护性细胞因子如IL-17A来影响移植相关结局，从而塑造肠道微生物群的组成。在小鼠模型和患者中的研究表明，MAIT细胞可能对aGVHD具有保护作用。此外，较高的MAIT细胞计数与巨细胞病毒再激活率增加和晚期血流感染发生率降低相关。
2.4.3.3 γδ T细胞
γδ T细胞缺乏同种异体反应性，因此不会引发GVHD，但具有强大的GVT效应，在allo-HCT中起着关键作用。临床研究表明，allo-HCT后较高的γδ T细胞水平与更长的OS、更低的感染率和aGVHD发生率相关，并显示出针对巨细胞病毒感染细胞的靶向活性，突出了其抗病毒潜力。因此，γδ T细胞是调节免疫、控制感染和改善移植后预后的关键靶点。
2.4.3.4 树突状细胞 (DCs)
树突状细胞 (DCs) 作为关键的抗原呈递细胞 (APCs)，在先天免疫和适应性免疫中起着核心作用。一方面，CD11c依赖的DCs促进产生IFN-γ的Th1分化，从而驱动aGVHD的启动。在aGVHD期间，受损的DC抗原呈递进一步诱导Treg耗竭，加速cGVHD进展，并建立一个致病性恶性循环。另一方面，DCs也显示出保护特性。DC来源的IL-27 p28调节胸腺Treg/效应T细胞的平衡，减轻aGVHD的严重程度。移植后浆细胞样DCs (pDCs) 的重建降低了aGVHD发生率，提高了OS，并降低了感染风险。肠道微生物群调节DCs分泌IFN-I和IL-10，从而降低aGVHD风险，并通过调节IL-17和IL-22的产生增强肠道屏障完整性。
2.4.3.5 先天淋巴样细胞 (ILCs) 和B细胞
先天淋巴样细胞 (ILCs) 和B细胞对于维持肠道黏膜屏障完整性至关重要。移植前ILCs的存在和移植后ILCs的重建均与黏膜炎症和GVHD风险相关。此外，共生细菌，包括大肠杆菌 (Escherichia coli)、双歧杆菌属 (Bifidobacterium spp.) 和分段丝状细菌，通过调节IgA+B细胞来支持黏膜屏障功能，其水平与GVHD严重程度和临床预后密切相关。这些发现共同表明，肠道微生物群可能通过调节ILC和B细胞功能间接影响移植相关结局。
3 以微生物群为靶点的干预措施
上述研究表明，肠道微生物群可能代表改善allo-HCT后预后的一个可行靶点。当前以微生物群为靶点的治疗策略可以作用于微生物能源（如饮食、营养支持、益生元）、微生物群落本身（如抗生素管理、益生菌、粪便微生物群移植 [FMT]）或微生物来源的代谢物（后生元）。
3.1 抗生素管理
在allo-HCT患者中，大约20%–60%会发生全身感染。预防性和广谱抗生素在预防和控制这种情况下细菌感染方面起着至关重要的作用。特别是，随机研究支持在allo-HCT的预处理和植入前中性粒细胞减少期使用氟喹诺酮类抗菌药物进行预防，可一致性地减少发热性中性粒细胞减少症和菌血症。在此基础上，当代指南（ASCO/IDSA和ECIL）建议对预期会发生严重中性粒细胞减少（>7天）的患者进行氟喹诺酮预防，这包括大多数接受清髓性allo-HCT的患者在移植期间。然而，ECIL指出其对总死亡率缺乏影响，并且氟喹诺酮预防导致氟喹诺酮耐药或多重耐药菌株的定植或感染增加。因此，ECIL指出，氟喹诺酮预防应权衡其毒性影响和对当地微生物生态变化的影响。几项临床调查一致表明，使用强效、不吸收的抗生素（如利福昔明）进行强化肠道去污显著降低了allo-HCT后aGVHD的风险。有趣的是，与接受环丙沙星/甲硝唑的患者相比，服用利福昔明的患者显示出更低的1年移植相关死亡率 (p=0.04) 和更高的OS (p=0.008)。
除了预防性抗生素外，大多数患者在allo-HCT期间接受了广谱抗生素，这些药物严重扰乱了有益的肠道微生物群，导致共生厌氧菌的丧失和微生物多样性的减少。抗生素，特别是针对厌氧菌的抗生素，与aGVHD发生率以及aGVHD相关死亡率增加相关。因此，一些研究人员主张使用窄谱抗生素（如头孢吡肟或氨曲南），这可能有助于保护参与维持抗炎肠道环境的厌氧菌。抗生素给药的时机是另一个关键考虑因素。有证据表明，移植后而非移植前的抗生素使用可能降低NRM。此外，研究表明，在临床密切监测下，一旦怀疑感染立即进行治疗干预，其结局不劣于常规预防性抗生素使用所达到的结局。总之，感染预防和控制是造血HCT管理的关键组成部分，其核心在于合理和审慎地使用抗生素以优化患者预后。
3.2 益生元与营养支持
益生元是能够抵抗宿主消化但可以被有益肠道细菌代谢的底物。主要的益生元是抗性淀粉、果寡糖（包括菊粉）和低聚半乳糖。在肠道内，益生元被发酵产生多种代谢物，如短链脂肪酸 (SCFAs)，它们在维持肠道黏膜完整性和调节宿主免疫反应中起着关键作用。一些研究表明，抗性淀粉增加了丁酸盐和产丁酸盐细菌的丰度，从而增强了肠道屏障并改善了aGVHD的预后。类似地，果寡糖被报道可增强肠道微生物多样性，促进产SCFA细菌的增殖，并可能通过微生物群调节扩增Treg群体。在小鼠模型中，菊粉已被证明可改善肠道微生物组成并保护上皮屏障功能，突出了其作为HCT受者饮食干预的潜力；一项临床试验目前正在进行中 (NCT04111471)。此外，在小鼠中口服低聚半乳糖可减轻致命性aGVHD，相应的临床试验也在进行中 (NCT04373057)。
关于allo-HCT后中性粒细胞减少期患者的营养，为最大程度减少摄入微生物引起的感染，低菌中性粒细胞减少饮食仍是标准护理。最近在强化化疗、自体HCT或allo-HCT患者中进行了一项大型随机非劣效性试验，比较放宽饮食与中性粒细胞减少饮食。放宽饮食组患者被鼓励每天至少食用一份新鲜水果和/或蔬菜，并允许食用已消毒的酸奶，而中性粒细胞减少饮食不允许食用新鲜水果和蔬菜。该试验在入组了214名可评估患者后的第二次中期分析时被叫停，因为放宽饮食组的主要感染率为31.4%，超过了预定的停止界限，而中性粒细胞减少饮食组为20.2%。此外，放宽饮食组的热量摄入并未改善，在症状、生活质量或生存方面也无优势。因此，这项研究表明，在allo-HCT后的中性粒细胞减少期放宽饮食似乎不安全，需要替代策略来改善患者营养而不损害安全性。
重要的是，额外的营养支持可以通过肠内营养 (EN) 或肠外营养 (PN) 提供。几项研究报道，与PN相比，EN与aGVHD（包括胃肠道aGVHD）的发生率较低以及感染风险降低相关。这可能归因于营养通过肠道直接消化和吸收，促进了肠道蠕动，保护了屏障功能，并限制了细菌易位。相比之下，长期的PN可导致黏膜萎缩和肠道微生物群失调，从而增加对感染的易感性。最后，一项先导研究比较了allo-HCT后接受标准EN (n=10) 与益生元纤维EN (n=20) 患者之间的结局。两组临床结局无差异，微生物多样性均下降；然而，在益生元组中，鼠李糖乳杆菌 (Lactobacillus rhamnosus) 增加 (p=0.022)，而Faecalicatena gnavus减少。
