血液和肠道：肠道微生物群如何影响造血功能和血液疾病的治疗

原文阐述了肠道微生物群如何影响造血功能和血液疾病的治疗，现将原文翻译整理如下：

摘要：

在过去的十年里，对肠道微生物群和造血系统之间的相互作用的认识有了显著的增加。尽管它们在体内有明显的距离，但现在有大量文献支持正常肠道菌群与稳定状态血液生产的相关性，影响造血干细胞和祖细胞以及分化的免疫细胞。微生物代谢物进入循环，它们可以触发影响造血的细胞因子信号转导。此外，目前已认识到微生物群的状态会影响造血干细胞移植、免疫治疗和血液恶性肿瘤的细胞治疗的结果。在这里，我们回顾了微生物群在发育和成年过程中影响造血的机制，以及微生物群被认为影响干细胞移植移植、移植物抗宿主病以及细胞和免疫疗法疗效的途径。我们强调未来研究的领域，可能导致减少抗生素使用的不良影响和改善血液病患者的结果。

肠道微生物群与造血系统之间存在联系的早期证据来自于应用抗生素后出现血细胞减少的这一主要并发症的观察。目前有研究报道发现β-内酰胺类、糖肽类（万古霉素）、氟喹诺酮类存在血细胞减少副作用报道；但在作者对于儿童的一系列抗生素（β-内酰胺类、头孢菌素类、林可酰胺类、糖肽类和大环内酯类）应用的研究中并未显示出抗生素应用与血细胞减少的直接关系。既往有研究提示可能存在抗生素诱导的中性粒细胞减少症的免疫机制，也称为特发性药物诱导的中性粒细胞减少症(IDIN)。然而，所谓的自身抗体一直难以检测，这提示这种副作用的产生可能更多的是间接作用。作者在对小鼠模型中抗生素相关细胞减少症的研究中，发现直接将造血祖细胞与抗生素孵育不会损害它们的菌落形成能力，这表明其缺乏直接毒性。重要的是，对无菌小鼠应用相同的抗生素方案，造血祖细胞并没有进一步抑制。这些数据表明，抗生素抑制微生物在抗生素相关的细胞减少中起着重要的机制作用。

微生物群落维持的造血机制

哺乳动物的胃肠道(GI)存在一个复杂的共生微生物群落，可以调节宿主生理的各个方面。事实上，肠道屏障作为一种物理和免疫防御来对抗肠道微生物、病毒、食物抗原和环境毒素，同时具有选择渗透性，选择性的允许微生物代谢物从肠道进入循环，在循环中调节各种免疫细胞的发育和功能。

作者在最近的一项研究中使用小鼠模型证明，广谱抗生素治疗可消除肠道微生物群，减少IFN-I和下游STAT1信号转导，并抑制小鼠骨髓中的造血祖细胞和粒细胞的数量；同时，研究证明口服补充细菌细胞壁成分NOD1配体(NOD1L)可以恢复抗生素治疗小鼠的粒细胞计数。同样，细菌细胞壁产物可通过内源性PLCβ-3激活内皮细胞促进G-CSF的生成和骨髓生成。微生物来源的乳酸可以通过体循环到达骨髓，并通过LepR+细胞激活干细胞因子(SCF)表达，以gpr81依赖的方式促进造血。

肠道微生物也可能通过toll样受体(TLR)直接作用在造血祖细胞中，有研究表明，在缺乏外源性生长和分化因子的情况下，髓系祖细胞TLR的激活促进单核细胞和/或巨噬细胞的出现，这表明未分化祖细胞可以利用微生物分子信号刺激造血细胞的发育。Toll类受体接合蛋白，如MyD88、TIRAP、TRIF或TRAM，在被微生物群的分子信号激活时，可以调节细胞状态和特定功能。其他微生物信号，如NOD2、RIGI和STING途径也被报道可自主影响造血细胞。来自微生物组的信号对造血生长因子和细胞因子的诱导至关重要，如G-CSF、GM-CSF、SCF、IL-7、IL-3、IL-7、Flt3L和TPO，它们共同支持HSPC和骨髓细胞的维护。

同时，也有研究最近报道，来自微生物组的信号控制嗜碱性粒细胞和嗜酸性粒细胞稳态的各个方面。

肠道微生物群在T细胞的分化和功能中发挥重要作用，包括辅助性T(Th) 1、Th2、Th17和调节性T(Treg)细胞，例如：共生脆弱拟杆菌的细菌多糖(PSA)驱动系统CD4+ T细胞的成熟和淋巴器官的发育，肠道定植的梭状芽胞杆菌通过IFN-γ、IL-17、IL-13、IL-4、CD40L和IL-10的产生诱导了促炎T细胞和调节性T细胞，普雷沃氏菌定植也被证明与小鼠血清中Th17相关细胞因子IL-17A和IL-6的诱导以及随后结肠Th17细胞的积累有关。而且，Zeng等人最近报道，将幼龄小鼠粪便微生物菌群移植到老龄小鼠，不仅能提高ST-HSCs和LT-HSCs的绝对数量和再生能力，而且还能恢复老龄LT-HSCs的淋巴细胞分化。

同样，肠道微生物信号强烈影响B细胞的功能。TLR2和CD86可被多种微生物产物(如奈斯系列孔蛋白和肺炎球菌表面黏附素a)激活，TLR2和CD86的组合信号通过TLR2驱动静止的B细胞成熟。。同样，在革兰氏阴性共生菌细胞壁中发现的γ-D-谷氨酰胺-二氨基庚二酸已被证明在B细胞发育过程中激活Nod1信号通路，优先促进B细胞发育和持久性，同时增强对B细胞受体诱导的耐受性。见图1，表1

恶性造血前的肠道微生物群调节

一些研究证明，肠道微生物群对造血系统进展到克隆性白血病前状态存在影响。Meisel等人表明，在缺乏Tet2的小鼠中，肠道屏障的破坏、细菌易位和IL-6生成的增加可诱导白血病前骨髓增殖；Caiado等人证实，随着年龄增长，肠道微生物依赖性炎症细胞因子增加，导致IL-1信号转导增加，进而在Tet2+/−驱动的CHIP小鼠模型中驱动Tet2克隆扩展。

肠道菌群与造血干细胞移植

研究表明无菌小鼠模型具有更强的GVHD，而补充微生物群和保持多样性对于减轻GVHD的严重程度有密切关系，同时肠道共生菌代谢物对维持肠腔完整性至关重要。

最近的临床前和临床研究进一步描述了肠道菌群对HSCT临床结果的影响，如总生存期、移植相关死亡率(TRM)、移植物抗宿主病(GVHD)的发病率和严重程度、免疫重建、复发率等。

Taur等，对80例异基因造血干细胞移植患者的移植前后粪便标本分析发现，低微生物多样性受者的OS、TRM、移植物抗宿主病相关和感染相关的死亡率更差，而且在调整了移植前共病、疾病风险和抗生素使用后也是如此。研究对象的微生物群落多样性较低，通常以单个细菌属为主，包括肠球菌(Enterococcus)、链球菌(Streptococcus)、肠杆菌科(enterobacteraceae)或乳酸杆菌(Lactobacillus)。耐药细菌的定植尤其值得关注，因为它与较差的OS、较高的II-IV级aGVHD发病率和感染相关的死亡率有关。

肠道微生物菌群多样性的丧失和单一细菌类群的优势已涉及GVHD的发病机制;相反，特定的类群被注意到对它有保护作用，比如研究证明，Blautia和梭状芽胞杆菌可能都对移植物抗宿主病有保护作用。迄今为止报道的最大的allo-hsct受者队列之一的微生物群分析再次表明，多样性丧失、单一类群优势的TRM和移植物抗宿主病相关死亡率较高；多样性较低，主要为肠球菌、克雷伯菌、大肠杆菌、葡萄球菌和链球菌。

除了细菌种类，特定的微生物来源的代谢物也涉及移植物抗宿主病缓解。Mathewson等报道了SCT 7天后小鼠肠道组织中丁酸浓度降低，导致组蛋白乙酰化降低；外源性丁酸能恢复组蛋白乙酰化和肠上皮细胞连接，与对照组小鼠相比，移植前和移植前后灌胃产丁酸梭状芽胞杆菌菌株可降低移植物抗宿主病严重程度。

HSCT后复发风险与微生物群变化联系起来的研究很少。Schluter等人在一项临床试验中比较了接受和未接受FMT的同种异体造血干细胞移植受者的外周血计数发现，接受FMT治疗组，在前100天内中性粒细胞水平更高。

肠道微生物群的改善

了解肠道微生物群、宿主免疫和SCT之间的相互作用，可以为临床管理的修改铺平道路，目标是保护微生物群，预防HSCT发病率和提高生存率。为此，建议饮食改变与益生元管理相结合，以帮助保存SCT前后的微生物群。饮食中添加谷氨酰胺、纤维和低聚果糖可以减少移植后腹泻和粘膜炎的天数。同样，在饮用水中添加蔗糖可以改善肠道菌群减少小鼠BMT后的造血功能恢复。其他的治疗靶点包括短链脂肪酸和通过与G蛋白偶联受体或发酵酶相互作用来帮助短链脂肪酸产生的小分子。

严重免疫缺陷患者使用益生菌的安全性问题。初步研究已经证明植物乳杆菌作为一种益生菌在接受造血干细胞移植的儿童患者中的安全性和可行性。目前大量的临床前工作正在进行，以开发精确的益生元和共生菌，有利于肠道共生菌恢复和释放短链脂肪酸，并防止致病菌的过度生长。与此同时，旨在在充分治疗感染的同时保持微生物群落多样性的抗生素策略也正在研究中，包括保护与改善SCT结果相关物种的梭状芽胞杆菌-内酰胺等方案。

粪便微生物菌群移植(FMT)是另一种策略，以实现预先定义的成分，可能对病原微生物繁殖、移植物抗宿主病或其他主要并发症有保护作用。相较FMT，精确的益生元和聚合的微生物组产品是否能够有效地改变微生物组的多样性并改善结果，这是值得研究的问题。

肠道菌群与CAR-T治疗

CAR-T细胞治疗极大地改变了恶性血液病治疗的前景，最近的研究表明，抗生素和肠道微生物会影响CAR-T细胞的功效和毒性。一项研究表明，在小鼠中使用广谱抗生素与CD-19 CAR-T细胞持续时间及治疗效果延长有关。另一项关于CAR-T细胞治疗前抗生素暴露的回顾性研究发现，在治疗前4周暴露于哌拉西林/他唑巴坦、美罗培南和亚胺培南/西司他丁与较差的生存率和较高的神经毒性有关。总之，有显著的证据表明微生物组的组成可以影响CAR-T的结果，但细节和机制仍然不清楚。

目前认为微生物多样性是SCT预期和移植物抗宿主病预防和严重程度的决定因素，但仍需要进一步的研究来帮助建立机制和分子途径，证明肠道微生物群与血液恶性肿瘤治疗(如SCT、ICI和细胞疗法)反应之间的因果关系。然而，在SCT和CART细胞治疗无反应的复发性疾病中，微生物组的作用仍然不清楚。