综述：粪便微生物群移植和免疫检查点抑制剂治疗过程中的微生物植入与免疫调节

《Nature Communications》：Microbial engraftment and immune regulation during fecal microbiota transplantation and immune checkpoint inhibitor therapy

　　

肠道微生物群是癌症免疫治疗中免疫检查点抑制剂（ICIs）疗效和免疫相关毒性的关键决定因素。粪便微生物群移植（FMT）已成为引入有益微生物功能的策略，但临床结局仍然多变。在本综述中，研究人员整合了近期将FMT与ICIs联合使用的临床试验证据，构建了一个基于机制的框架来理解这种变异性，并指导更安全的临床应用。研究人员讨论了特定微生物功能程序如何缓冲或降低免疫失调的阈值，并概述了对肿瘤学中供体选择、纵向监测和试验设计的启示。

**引言**
共生微生物群包括多样的细菌、古菌、真菌和病毒群落，执行对宿主生理至关重要的代谢和免疫功能。由于微生物群具有广泛的功能库和影响远隔器官的能力，其被概念化为一个独特的宿主“器官”——可被扰动、损伤或治疗性恢复。粪便微生物群移植（FMT）将健康供体微生物群引入菌群失调的受体，类似器官移植。FMT最早用于治疗复发性艰难梭菌感染（rCDI），通过恢复微生物多样性和群落结构实现约90%的持久缓解，已成为微生物生态学临床转化的基准。在肿瘤学中，肠道微生物群被证实可调节化疗和免疫检查点抑制剂（ICIs）的抗肿瘤疗效及宿主耐受性。ICIs（如抗PD(L)1或抗CTLA-4药物）广泛用于实体瘤和淋巴瘤，但免疫相关不良反应（irAEs）限制了剂量强度、治疗持续时间和患者适用性。不同ICI方案毒性谱不同，抗PD-1单药常见结肠炎、肺炎等，而含CTLA-4的联合方案（如伊匹木单抗联合纳武利尤单抗）中3-4级毒性发生率约30-40%。irAEs的管理依赖广泛免疫抑制，可能损害抗肿瘤免疫。FMT被探索用于减轻治疗相关毒性并恢复免疫能力。目前FMT-ICI研究主要集中于黑色素瘤、肾细胞癌（RCC）和非小细胞肺癌（NSCLC），TACITO试验提供了首个随机安慰剂对照证据。本综述基于微生物生态学原则，阐述供体来源微生物的持久性和功能活性如何影响ICI治疗中的治疗获益和irAE易感性，聚焦于PERFORM、TACITO、FMT-LUMINate、MIMIC及早期研究（Baruch和Davar）中的可转移原理。

**受体与供体生物学如何塑造FMT结局**
FMT的临床效应反映受体特异性生物学和生态学特征与供体微生物群功能特性之间的协调相互作用，共同决定FMT植入效率、全身和肿瘤特异性免疫重塑以及下游对ICIs的反应和毒性。

**影响植入和FMT结局的宿主因素**
宿主特异性微生物、免疫和代谢特征通过两个相互关联但不同的层面影响FMT：供体微生物植入和下游临床结局。植入指供体来源微生物或功能的生态整合，包括菌株获得、供体-受体微生物组相似性、受体物种置换及供体来源代谢活性的持久性。临床结局指客观反应、疾病控制和免疫相关毒性等患者层面终点。区分这两层很重要，因为植入可能发生而无临床获益，而临床反应或毒性可能取决于供体微生物组影响宿主的免疫和代谢背景。

**与供体植入相关的受体因素**
受体微生物群作为生态过滤器限制供体整合并影响植入效率、耐久性和稳定性。在FMT-ICI试验中，基线肠道微生物α-多样性（诊断后、FMT准备前测量）与供体菌株植入呈情境依赖性关联，但与临床结局无一致关系。例如MIMIC试验中较低基线多样性与更高供体菌株植入相关，而PERFORM中基线α-多样性与≥3级irAE无关。干预前微生物群还可能塑造植入发生的免疫背景，如Segatella copri、粪肠球菌等与炎症反应和Th17偏向免疫程序相关，可能促进CD8⁺ T细胞功能障碍并降低抗肿瘤活性。

**与临床结局相关的植入特征**
尽管单一FMT前α-多样性不能一致预测结局，但FMT后微生物重编程的程度和质量与治疗反应和irAE相关。在PERFORM、MIMIC和FMT-LUMINate中，受体微生物群持久性在无反应者和严重ICI毒性患者中观察到，而反应者中受体物种显著丧失。这些发现表明受体微生物持久性是功能重编程和临床获益的制约因素。此外，炎症状态可重塑黏膜微生物生态系统，如ICI诱导结肠炎中微生物密度和多样性急性降低，而富含SCFA产生菌的宿主支持上皮屏障完整性和调节性免疫反应。

**代谢组学作为机制桥梁**
代谢组学将生态重塑与免疫反应联系起来。在FMT-ICI试验中，两条代谢轴一致出现：组氨酸相关应激韧性特征伴随皮质醇动力学（RCC中），以及色氨酸-犬尿氨酸通路（与黑色素瘤和NSCLC中ICI无反应和免疫失调相关）。第一条代谢轴表明组氨酸相关代谢的保留反映宿主-微生物状态，维持ICI治疗中的免疫调节；皮质醇作为情境依赖性调节信号。在PERFORM中，未发生≥3级irAE的RCC患者维持较高循环皮质醇和组氨酸、半胱氨酸等氨基酸水平，而严重毒性患者这些代谢物进行性下降。相反，色氨酸-犬尿氨酸通路持续激活标记炎症易感性和抗肿瘤免疫受损，FMT-LUMINate中无反应者犬尿氨酸和喹啉酸水平升高，而反应者这些代谢物随时间降低，伴随Treg频率减少和CD8⁺ T细胞可利用性增强。

**宿主生态系统的条件处理和代谢可塑性**
FMT前的临床干预（如肠道准备和抗生素暴露）可影响供体功能建立和持久性。现有FMT-ICI试验中，条件处理通常为FMT前立即进行肠道准备，使用聚乙二醇（PEG）制剂。抗生素预处理可能有利于克服定植抗性，但也可能引起宿主-微生物群扰动，包括功能通路改变和循环免疫细胞变化。在转移性黑色素瘤的随机试验中，抗生素预处理导致SCFA生物合成通路丧失和氧化应激、炎症信号通路富集，且后续微生物群联合给药未能完全恢复。因此，条件处理策略应根据治疗意图和受体基线炎症状态优化。

**植入持久性的宿主生理决定因素**
受体生理学进一步影响供体来源微生物群的持久性、稳定性和功能植入，包括生物学性别、年龄、体力活动状态、饮食相关的生态位可用性、肠道转运动力学和肠道微生物群的空间组织。性别差异通过雌激素和雄激素信号通路影响微生物结构，但FMT反应不因性别一致差异。年龄相关变化包括放线菌和双歧杆菌科减少，但rCDI中FMT短期疗效在各年龄组基本保留。体力活动和代谢状态（如肥胖）可改变微生物群结构，MIMIC试验中较高体重指数（BMI）与更高供体菌株植入效率相关。饮食和肠道生理学通过塑造代谢生态位影响FMT植入，如可发酵纤维、抗性淀粉等支持不同微生物类群。肠道空间生态学中，微生物密度、氧张力、营养可用性沿胃肠道变化，分段移植实验显示特定肠道段微生物优先定植相应受体生态位。转运时间通过改变供体-受体接触时间和底物暴露影响植入。

**跨癌症类型共享的供体特异性微生物特征**
尽管肿瘤类型不同，但黑色素瘤、RCC和NSCLC的临床研究表明供体来源微生物功能容量可重复性地塑造植入轨迹和免疫表型。两项独立I期研究显示，从先前对PD-1治疗有持久临床获益的黑色素瘤患者获取的FMT，在一部分抗PD-1难治性受体中引起临床反应，伴随SCFA产生菌如Faecalibacterium和Akkermansia muciniphila富集。后续使用健康供体FMT的试验（PERFORM、MIMIC、FMT-LUMINate）使用同一批供体，发现个体供体与受体中特定的免疫激活和调节模式一致，相同微生物群移植在不同患者队列和癌症类型中引发类似免疫效应。健康供体FMT在RCC和NSCLC中增加微生物多样性并富集SCFA产生菌，同时伴随增强的Teff反应和较低的高级别irAE发生率。在TACITO试验中，供体来源菌株（如Bifidobacterium adolescentis、Ruminococcus bromii）与治疗反应和无进展生存期相关。重要的是，供体微生物特征也与免疫相关毒性相关，如S. copri富集和SCFA生物合成通路减少的供体与更高毒性相关联，伴随受体中CD38⁺HLA-DR⁺ CD4⁺和CD8⁺ T细胞激活增加、Th17炎症反应增强和Treg区室收缩。

**跨FMT-ICI试验的统一生态-功能模型**
基于上述发现，提出一个假设性的两阶段生态-功能模型。第一阶段称为“生态清除”，受FMT-LUMINate观察支持，临床获益与FMT前受体中有害微生物的选择性清除相关，TACITO试验中FMT后1周内受体物种的清除与12个月无进展生存期改善相关。第二阶段称为“功能稳定化”，受PERFORM和MIMIC纵向观察支持，持续的供体相关功能活性与降低的毒性和改善结局相关。PERFORM中未发生≥3级irAE的患者逐渐获得并维持供体样功能活性和代谢物谱，而严重毒性患者随时间功能谱偏离供体。该模型仍需直接机制验证，但提供了整合当前临床观察的框架。

**FMT剂量和ICI强度对临床结局的影响**
不同试验中FMT给药策略和途径未独立与植入效率、临床反应或毒性相关联。在RCC中，反复FMT整合到持续检查点阻断中提供持续微生物暴露；而在黑色素瘤中，单次FMT（结肠镜或口服）也观察到持久临床获益，前提是患者保留供体来源功能程序。检查点方案强度进一步塑造微生物功能如何转化为临床表型：在PD-1单药下可耐受的微生物配置在含CTLA-4联合治疗下可能放大T细胞激活并增加高级别irAE风险。

**全群落FMT与定义微生物联合体**
全群落FMT引入复杂生态系统，能长期功能持久，但存在内在风险。合成微生物治疗药物在重现性、安全性和监管标准化方面有理论优势，但临床转化仍有限，因为尚不清楚哪些菌株、功能或相互作用是关键。共生微生物存在于相互依赖的网络中，例如SCFA产生菌与双歧杆菌之间交叉喂养。简化联合体可能无法完全复制体内稳定功能所需的生态广度。全群落FMT可能保留功能多样性和冗余性的优势，需要与定义联合体进行直接比较。

**ICI治疗下微生物介导的irAE调控**
FMT通过重塑微生物来源功能通路改变irAE风险和抗肿瘤疗效。irAE与ICI方案密切相关，CTLA-4阻断和联合治疗产生更高严重毒性率。CTLA-4在维持免疫稳态中的生物学作用提供机制背景，如免疫相关结肠炎（irColitis）以变形菌富集为特征，而健康供体FMT可快速缓解难治性irColitis。重要的是，微生物介导的调节控制恢复不意味着逆转CTLA-4阻断的抗肿瘤T细胞免疫，而是重建与检查点抑制平行的局部调节回路。在TACITO试验中，接受帕博利珠单抗加阿昔替尼的患者中，供体FMT与安慰剂组的≥3级irAE率相当，表明微生物依赖性免疫耐受调节在CTLA-4被药理学破坏时变得最为关键。

**保护性功能获得与有害功能丧失**
FMT的治疗获益不依赖于单个类群引入，而是供体和受体微生物重塑群落功能。在ICI诱导结肠炎获得完全临床缓解的患者中，FMT后粪便微生物α-多样性增加，调节代谢相关类群（如Collinsella、Bifidobacterium）富集，Tyzzerella减少。跨八种疾病的整合分析表明成功植入优先涉及具有生态灵活性的微生物。在反应者中，FMT与SCFA产生菌（如Faecalibacterium prausnitzii、Anaerostipes等）的富集和持久性一致，而无反应者显示炎症或竞争性优势类群（如Enterocloster、Streptococcus）的保留或扩增。在RCC和NSCLC中类似。此外，在PERFORM中，发生≥3级irAE的反应者显示S. copri和Prevotella等富集，而无严重毒性的反应者富集与疗效相关的调节性微生物核心。

**Segatella copri作为CTLA-4相关毒性的情境依赖性放大器**
PERFORM试验首次证明S. copri富集的供体微生物群与伊匹木单抗联合纳武利尤单抗治疗患者中irAE≥3风险显著增加相关。早期黑色素瘤FMT研究也显示无反应者S. copri丰度更高。S. copri优势生态本身不内在引起毒性或抵抗，但以情境依赖性方式降低免疫失调阈值。在CTLA-4阻断下，S. copri可能限制SCFA产生菌并促进代谢炎症，损害Treg维持。高维度免疫表型分析显示S. copri富集与激活CD4⁺和CD8⁺记忆T细胞扩增、先天调节（CD56⁺⁺CD16^- NK细胞减少）相关，而无毒性患者显示CD38⁺ Treg持续扩增。机制上，S. copri可通过IL-1β/炎症小体激活、SUCNR1-IL-6-STAT3信号等引发先天炎症。

**CTLA-4阻断下保护性微生物程序与调节缓冲恢复**
与S. copri相反，F. prausnitzii等类群与保护相关。F. prausnitzii通过SCFA（特别是丁酸）产生，增强上皮屏障、促进外周Treg分化和稳定性，抑制NF-κB和Th17极化。在PERFORM、MIMIC和FMT-LUMINate中，F. prausnitzii富集于反应者和无高级别irAE患者。其他保护性类群包括B. breve、B. longum和A. muciniphila，可能贡献互补功能。

**FMT在肿瘤学中的临床实施**
临床转化需要从描述性微生物特征转向功能指导、方案感知的决策。有效的临床实施需要结构性考虑供体功能容量、受体生态背景、检查点强度和微生物来源功能的稳定性。

**超越病原体筛查的功能性供体分析**
当前FMT依赖病原体排除确保微生物安全，但在肿瘤学中可能不足，因为免疫学危害可来自供体。未来研究应评估促炎功能特征（如LPS生物合成、鞭毛蛋白产生）作为非反应或irAE的风险因素。功能指导的供体选择可通过宏基因组通路分析、靶向粪便代谢组学和qPCR实现，但仍处于研究阶段。

**FMT在肿瘤学中的实施**
安全有效实施需要纵向、机制引导的监测。监测应包括供体菌株持久性、微生物功能、代谢物谱和宿主免疫状态的序列评估。应超越微生物丰富度，捕捉供体来源菌株持久性、炎症谱系扩增和SCFA/胆汁酸功能程序维持。饮食模式也应考虑。纵向免疫表型提供补充风险层，激活T细胞扩增、Treg收缩和Th17富集可能提示免疫稳态丧失。监测应延伸至FMT后早期窗口外。

**知识空白与未来方向**
关键空白包括：缺乏验证的功能阈值定义供体适宜性或受体风险；缺乏标准化功能筛选流程；有害植入和炎症功能可逆性未知；FMT最佳时机、剂量和耐久性要求未定义；肠道微生物特征是否驱动肠外irAE尚未建立；微生物调节与新兴免疫疗法（双特异性抗体、细胞疗法）的相互作用未知。解决这些空白对于将FMT从实验性使用推进到安全实施至关重要。