造血干细胞移植重塑年龄相关的肠道菌群特征：一项跨越儿童与成人受者的研究

本刊推荐：为解析allo-HSCT（异基因造血干细胞移植）对肠道菌群（GM）的年龄特异性影响，研究者开展了一项前瞻性队列研究，发现移植后GM多样性显著降低，年龄相关特征消失，形成“移植特异性菌群特征”。低GM多样性预示急性移植物抗宿主病（aGvHD）风险升高。该研究强调了GM在移植预后中的关键作用，为菌群干预策略提供新依据。

　　

在医学领域，异基因造血干细胞移植（allo-HSCT）是治疗血液系统恶性肿瘤和某些非恶性疾病的重要手段，然而其过程中并发的急性移植物抗宿主病（aGvHD）和感染等并发症仍严重影响患者生存。近年来，越来越多的研究表明，肠道菌群（Gut Microbiome, GM）在移植后的免疫调节和预后中扮演着关键角色。成人研究显示，移植前较高的菌群α多样性与更好的总生存率和更低的aGvHD相关；而在儿童群体中，菌群与预后的关联则呈现出更大的异质性。此外，健康人群的肠道菌群组成会随年龄增长发生显著变化，例如婴幼儿体内富含双歧杆菌，而老年人则可能带有更多的潜在致病菌。那么，一个核心科学问题随之产生：在接受allo-HSCT这种巨大外部压力冲击时，不同年龄患者固有的肠道菌群特征是否会遭到破坏？移植后的菌群变化是否还受年龄影响？这些问题对于开发精准的、年龄特异性的菌群干预策略至关重要。

为了回答这些问题，由Davide Leardini、Marcello Roberto和Sara Roggiani等人领导的研究团队在《Bone Marrow Transplantation》上发表了一项创新性研究。他们前瞻性地收集了在同一家医院接受移植的儿童和成人患者的粪便样本，利用16S rRNA测序等技术，深入分析了移植前和中性粒细胞植入时两个关键时间点的菌群动态变化，揭示了移植如何“抹平”年龄带来的菌群差异，并形成了一个共同的、“移植特异性”的菌群特征。

本研究主要采用了以下几项关键技术方法：研究前瞻性纳入了88例在博洛尼亚大学医院接受allo-HSCT的患儿（<15岁）和成人（≥15岁）患者，收集其移植前和中性粒细胞植入时的粪便样本；通过16S rRNA基因V3-V4区扩增子测序（使用Illumina MiSeq平台）对样本进行菌群分析，并采用Kraken2和Bracken流程进行物种注释和多样性计算；运用多种生物信息学和统计学方法（包括α/β多样性分析、主坐标分析PCoA、k-means聚类、随机森林特征选择等）来解析菌群结构与临床结局（如aGvHD）的关联。

Allo-HSCT alters GM diversity similarly among pediatric and adult recipients

通过Faith‘s Phylogenetic Diversity和Shannon指数两种指标评估，研究发现移植后所有患者的α多样性均出现显著下降。尤为值得注意的是，年轻患者（<15岁）在移植前和移植后的生物多样性始终低于年长患者。β多样性分析（基于Bray-Curtis距离）则显示，移植前，儿童和成人患者的菌群组成存在显著差异；然而到了中性粒细胞植入时，这种年龄相关的差异消失了，两者的菌群组成变得相似。这表明，移植过程本身强大的选择压力覆盖了年龄的影响，导致菌群结构趋于一致。

Compositional shifts occur after HSCT, depleting the age-related signature

在物种组成上，移植前观察到的年龄相关特征在移植后大幅减弱。成年患者移植前富含的丁酸产生菌（如Butyricicoccus、Anaerostipes）和一些潜在条件致病菌（如Escherichia-Shigella）在移植后其丰度差异变得不显著。相反，儿童患者中高丰度的双歧杆菌（Bifidobacterium）等有益菌也在移植后减少。菌群在移植后整体呈现出有益菌（如Lachnospiraceae, Ruminococcaceae）减少，而潜在致病菌（如Enterococcaceae, Staphylococcaceae）增加的趋势，形成了不利于健康的“移植特异性”特征。

Clustering highlights the loss of age-related GM signatures

无监督的k-means聚类分析进一步证实了上述发现。移植前，样本根据年龄清晰地聚集在不同的簇中，例如儿童样本显著富集于以双歧杆菌为特征的Cluster 5。移植后，来自不同年龄患者的样本则混杂分布，共同聚集于以肠球菌（Enterococcus）、链球菌（Streptococcus）等为特征的簇中。这从宏观结构上证明，移植迫使不同年龄个体的肠道菌群收敛于几种有限的、与移植状态相关的生态型。

GM diversity is associated with graft-versus-host disease regardless of age

本研究的一个重要临床发现是，移植前肠道菌群的α多样性是预测临床显著aGvHD（II-IV度）的独立风险因素，这一关联超越了年龄差异。多变量Cox回归分析显示，只有抗胸腺细胞球蛋白的使用和移植前菌群低多样性与aGvHD发生显著相关。移植前高多样性的患者，其100天内II-IV度aGvHD的累积发生率显著更低，2年无移植物抗宿主病无复发生存率（GRFS）显著更高。

GM age-related features in aGvHD patients

进一步细化分析发现，尽管年龄差异被覆盖，但发展为aGvHD的患者在菌群特征上仍有一些细微的年龄特异性。例如，成年aGvHD患者其菌群中条件致病菌（如Enterobacteriaceae）的丰度更高，而儿童aGvHD患者则主要表现为有益共生菌和短链脂肪酸（SCFA）产生菌（如Eubacterium hallii group）的显著耗竭。这表明，不同年龄患者可能通过不同的菌群生态失调途径最终导致相同的临床结局。

Microbiota features across age subgroups

研究者还将患者细分为婴儿(0-3岁)、儿童(4-14岁)、青少年及年轻成人(15-39岁)和成人(40-70岁)四个亚组进行更精细的分析。结果显示，丁酸产生菌（如Faecalibacterium, Subdoligranulum）在所有年龄组移植后均普遍减少，而葡萄球菌（Staphylococcus）则在所有年龄组中均增加。一些与年龄密切相关的菌属，如婴儿体内高丰度的双歧杆菌（Bifidobacterium）和韦荣球菌（Veillonella），在移植后也出现下降，凸显了移植对早期生命菌群的巨大破坏力。

讨论与结论

该研究的讨论部分指出，allo-HSCT对肠道菌群的影响是剧烈且普遍的，其造成的菌群多样性下降、有益菌耗竭和致病菌扩张构成了一个典型的“移植相关菌群失调”特征。尽管年龄在移植前显著塑造着菌群组成，但移植的强大压力（包括化疗、抗生素、免疫抑制、营养变化等）压倒性地掩盖了这些先天差异，促使不同年龄患者的菌群向着一个共同的、功能可能受损的“移植特异性”结构演变。

本研究最重要的临床意义在于证实了移植前肠道菌群多样性是一个超越年龄的、强大的预后生物标志物。无论患者是儿童还是成人，移植前拥有一个丰富且平衡的肠道菌群生态系统，都能显著降低aGvHD的风险并改善生存。这强调了在移植前评估和干预菌群（例如通过营养支持、谨慎使用抗生素、或未来可能的菌群移植FMT）对于改善所有年龄层患者预后的潜在价值。

总之，这项研究首次在同一机构内直接对比了儿童与成人allo-HSCT受者的肠道菌群动态，揭示了移植如何重塑并最终“同质化”年龄相关的菌群特征。它为我们理解移植环境下菌群-宿主互作提供了新的视角，并为未来开发基于菌群的、可能适用于所有年龄段的精准干预策略奠定了坚实的理论基础。