综述：肠道微生物群与儿童急性淋巴细胞白血病之间的紧密联系：最新综述

《Journal of Molecular Pathology》：The Tight Connection Between the Gut Microbiota and Childhood Acute Lymphoblastic Leukaemia: An Updated Review

　　

人类微生物群（包括细菌、真菌和病毒）主要存在于肠道、皮肤以及口腔和鼻腔中。肠道微生物群是最大且功能最相关的微生物群落，在消化、代谢和免疫中起着关键作用。微生物群的组成和多样性与癌症等多种疾病相关，影响药物疗效、毒性和临床结局。肠道微生物群与宿主免疫系统之间的相互作用可能有助于儿童急性淋巴细胞白血病（ALL）的病因和进展。在本综述中，研究人员总结了癌症患者肠道微生物群的一般特征及其在儿童ALL病因、治疗和预后中的具体作用。对肠道微生物群进行分析可能有助于阐明发病机制，并支持为儿童ALL患者制定个性化治疗策略和随访，从而促进精准医学。

**1. 引言**

人类胃肠道微生物群参与消化、代谢和免疫等多种功能。儿童肠道微生物群是一个动态生态系统，从出生时低多样性的兼性厌氧菌主导，到3-5岁时转变为类似成人的高多样性严格厌氧菌主导系统。在儿童肠道微生物组中，门水平上厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes）占主导，属水平上拟杆菌属（Bacteroides）、普雷沃氏菌属（Prevotella）、粪杆菌属（Faecalibacterium）和双歧杆菌属（Bifidobacterium）常见。婴儿期变形菌门（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteria）更丰富，而第一年末厚壁菌门和拟杆菌门成为优势菌群。非培养依赖方法（如高通量、低成本测序）显著提升了对肠道微生物群广度的检测能力。靶向细菌16S核糖体RNA（16S rRNA）基因是常用方法，该基因存在于所有细菌和古菌中，包含九个高度可变区（V1-V9），可区分物种。全基因组鸟枪法宏基因组学因更高的分辨率和灵敏度，可提供更可预测的微生物群组成和多样性估计。尽管对肠道微生物群在儿童急性淋巴细胞白血病（ALL）中作用的兴趣日益增加，但解释当前证据时必须考虑方法学挑战，包括样本类型和收集程序的变异性、缺乏标准化方案以及测序技术差异（如16S rRNA与鸟枪法宏基因组学），这些均可能影响分类分辨率和数据可比性。此外，抗生素暴露、饮食、年龄和治疗阶段等多重混杂因素可极大影响微生物群组成，从而限制研究间的可重复性。

肠道微生物群组成受遗传、环境和生活方式等因素影响。各种微生物有助于宿主功能，如食物消化、维生素合成、短链脂肪酸（SCFAs）、必需氨基酸和次级代谢产物，同时也参与免疫系统的发育和成熟及免疫反应调节。下肠道微生物群发酵纤维产生SCFAs，主要是丁酸盐、丙酸盐和乙酸盐，这些物质被运输到全身循环，维持局部屏障功能并调节免疫稳态。微生物群特征和多样性与癌症等多种疾病相关，影响药物疗效和化疗/免疫治疗副作用。越来越多的证据表明，肠道微生物组调节癌症治疗的有效性和毒性，在不同类型恶性肿瘤的发生、进展和治疗中发挥作用。癌症和化疗会损伤肠道黏膜屏障，而饮食改变和广谱抗生素的使用会严重破坏肠道微生物群并影响其组成。特别是，肠道微生物群与宿主免疫反应的相互作用可能在儿童ALL的发生和结局中起重要作用，儿童ALL是最常见的儿童恶性肿瘤，源于遗传或获得性遗传风险因素、感染因子暴露和免疫学改变之间的相互作用。本综述旨在探讨ALL儿童肠道微生物群的改变及其对疾病进展和治疗的影响。

**2. 研究设计**

在医学数据库PubMed中进行电子检索，检索关于ALL与微生物群关联的临床和实验文章。单独或组合使用的关键词包括：“急性淋巴细胞白血病”、“儿童”、“肠道微生物群”、“微生物组”、“训练免疫”和“微环境”。纳入标准：研究描述18岁以下儿童肠道微生物群与ALL之间的联系；文章发表于1994年至2025年之间，且为英文；研究应为病例系列、原始文章或综述。排除标准：数据提取不可靠、成人白血病病例、重叠数据集以及仅摘要的文章。所有报告的研究均经过彻底分析。

**3. 肠道微生物群与癌症微环境**

肠道微生物群的微生物组成可影响疾病发展，反之，某些疾病的发生和发展也可改变肠道微生物群组成。人类微生物组项目显示，在肠道黏膜中可检测到许多不同细菌，从人类肠道微生物组中分离出超过2000种物种。肠道微生物群组成在生命早期受家庭和地理微生物环境影响而建立，其中拟杆菌门和放线菌门约占总数90%。微生物群可能通过控制细胞因子释放、树突状细胞激活和T淋巴细胞刺激来影响癌症微环境，其失调（伴随肠道上皮屏障改变）可参与这种炎症免疫反应，进而激活免疫细胞，促进癌症发生。不同微生物类群通过不同机制参与致癌作用：例如，拟杆菌属可调节免疫反应和代谢途径，而厚壁菌门和放线菌门成员常与免疫调节和保护功能相关。相反，梭杆菌属（Fusobacterium，属于梭杆菌门）与促炎和促肿瘤活性相关，主要描述于成人癌症，但也在儿科环境中日益受到研究。化疗和抗生素改变宿主肠道微生物群，多项研究表明微生物群失调与癌症发生相关，显示ALL患者在化疗前与健康对照相比肠道微生物群存在结构失衡。抗生素治疗可迅速减少微生物多样性和有益类群，有利于机会性病原体的扩张。相反，化疗药物可能产生直接和间接效应，包括黏膜损伤和免疫调节，导致微生物群落的长期改变。此外，还发现接受化疗的ALL儿童口腔微生物组成与健康对照不同，口腔微生物群失调导致高龋齿风险。

**4. 肠道微生物群与遗传易感性**

近期证据表明，超过5%的健康新生儿携带产前出现的白血病前克隆，最常见由早期体细胞遗传事件（如染色体非整倍体或结构重排）驱动。其中，t(12;21)(p13;q22)易位导致ETV6-RUNX1融合基因，是儿童B细胞ALL中最常见的起始病变之一。这种融合可在少数健康新生儿中检测到，但只有少数携带者会发展为显性白血病，表明疾病进展需要额外的出生后事件。在此背景下，重要的是区分遗传性（种系）遗传易感性和获得性（体细胞）改变。ETV6等基因的种系变异已在部分患者中被识别，可能增加ALL易感性，而体细胞改变（包括基因融合、拷贝数变异和继发突变）驱动克隆扩增和转化。从临床无症状的白血病前状态向显性疾病的进展被认为是一个多步骤过程。新兴证据表明，环境和免疫因素可能促进这一转变。特别是，感染暴露和免疫扰动已被提出作为继发遗传事件或已有白血病前克隆扩增的触发因素。在此框架中，肠道微生物群可能通过其对免疫系统发育和炎症反应的影响发挥调节作用。实验模型支持这一假设。Vicente等人证明，具有前体B-ALL遗传易感性（如PAX-5杂合子或ETV6-RUNX1融合）的小鼠呈现独特的肠道微生物组。他们检测到野生型（WT）和PAX-5^+/-小鼠微生物组之间存在巨大差异，原因是PAX-5^+/-小鼠缺乏共生微生物群。具体而言，WT小鼠中检测到的Rikenellaceae科和Oscillospira属成员在PAX5^+/-小鼠中不存在。此外，他们显示抗生素治疗后肠道微生物群耗竭支持这些易感小鼠中前体B-ALL（pB-ALL）的发展，即使它们未暴露于常见感染。将这项研究转化到人类并不容易，但调查PAX5^+/-模型是否能在儿童中再现这一情况将很有趣，这些儿童中pB-ALL病例增加与广谱抗生素的平行使用相关。此外，骨髓微环境在疾病演变中起关键作用。基质细胞、炎症细胞因子（包括TNF-α、IL-6和IL-1β）和免疫信号通路有助于白血病前克隆的存活和扩增。全身免疫调节（可能受肠道微生物群影响）与局部骨髓微环境动力学之间的相互作用是未来研究的关键领域。总体而言，儿童ALL似乎源于早期体细胞遗传事件、遗传易感性和出生后环境影响之间的复杂相互作用。虽然微生物群不太可能是主要致癌驱动因素，但它可能作为免疫和炎症通路的调节因子，影响疾病起始和进展。

**5. 肠道微生物群与训练免疫**

从白血病前克隆向白血病克隆演变的关键驱动因素是免疫扰动暴露。因此，训练免疫（代表先天免疫的记忆样特性）可能是预防B-ALL的保护因素，如Hauer等人所述。这种涉及巨噬细胞、单核细胞和自然杀伤（NK）细胞的代谢和表观遗传重编程与感染、疫苗接种及其他早期流行病学因素（如出生方式、社交接触和母乳喂养）暴露相关。这一过程主要由表观遗传修饰介导，包括组蛋白标记物如H3K4me3和H3K27ac，这些标记物调节单核细胞和巨噬细胞中的染色质可及性和基因转录。同时，代谢重编程（特别是向糖酵解和线粒体功能改变的转变）支持这种激活状态的持续。这些表观遗传变化赋予先天免疫细胞功能性记忆，随后调节其对后期第二次生物事件的反应。改变的DNA甲基化可能是免疫细胞训练的中介机制，并且存在ALL和感染暴露特异的基因甲基化特征。Langie等人证明了卫生假说，假设早期生活中缺乏感染会抑制免疫系统发育，并与ALL风险相关。他们比较了疾病相关甲基化特征与感染暴露相关甲基化特征，并显示两者显著重叠。早期微生物暴露（包括塑造肠道微生物群的暴露）对建立训练免疫至关重要。微生物群组成的扰动（例如，由于剖宫产、减少微生物暴露或抗生素使用）可能导致免疫训练不足或失调。这被假设为导致异常免疫反应、慢性低度炎症和免疫监视受损。所有这些方面都可能影响肠道微生物组成熟，从而促进白血病发生。特别是，在ALL儿童中，微生物群不成熟导致细菌类群产生的SCFAs缺乏，促进失调的免疫反应，并增加白血病前克隆转化为显性白血病的风险。新生儿微生物组的第一个来源是母体肠道，通过母体皮肤和阴道微生物群定植新生儿。剖宫产出生的新生儿呈现低拟杆菌谱，导致肠道微生物组稳定性降低、成熟延迟以及生命早期粪便SCFAs（尤其是乙酸盐）水平降低。微生物群也通过母乳喂养传递的母体IgA而稳定。此外，母乳低聚糖（HMOs）促进双歧杆菌属的扩增，后者在T细胞依赖性IgA反应中具有重要作用，并导致儿童期记忆B细胞数量增加。事实上，缺乏纯母乳喂养与双歧杆菌属丰度降低相关。由于缺乏年长兄弟姐妹导致的社交接触稀少与肠道微生物组成熟延迟、α多样性降低及粪杆菌属丰度减少相关。延迟进入日托也与毛螺菌科（Lachnospiraceae）、瘤胃球菌科（Ruminococcaceae）和普雷沃氏菌属相对丰度降低有关。此外，早期生活中与家畜和宠物的接触可能训练免疫系统，降低ALL发展风险。与这些发现相反，少数早期研究描述了儿童白血病与童年期定期接触宠物之间显著正相关，或ALL与养猫之间的正相关。然而，有限的文献表明，在出生后第一年居住农场或儿童期任何时间频繁访问农场与较低的儿童ALL风险相关。这些免疫挑战也导致细胞因子反应改变。ALL儿童在诊断时显示出高水平的CXCL9、CXCL10、IL-6和IL-10，而在诱导治疗结束时，这些免疫分子水平下降，CCL5、干扰素-γ（IFN-γ）和IL-17A水平升高。事实上，已证明B-ALL患者在骨髓微环境中趋化因子和细胞因子谱发生改变，这有助于抑制免疫反应。抗肿瘤活性依赖于IFN-1信号，证据表明ETV6-RUNX1细胞中IFN-α/β通路和IRF3表达受到抑制。肠道微生物群通过某些细菌物种产生的SCFAs维持组成性I型干扰素表达，这些SCFAs通过抑制组蛋白去乙酰化酶和增强IL-12反应来增加CD8⁺细胞毒性细胞的活性，从而产生IFN-γ和肿瘤坏死因子（TNF）。在儿童ALL背景下，这种训练免疫的失调可能代表早期生活因素与白血病发生之间的机制联系。尽管直接证据仍然有限，但免疫教育改变可能影响白血病前克隆的扩增或对继发性致癌事件的反应。因此，训练免疫提供了一个概念框架，将微生物群组成、免疫系统发育和白血病风险联系起来，尽管需要进一步的纵向研究来验证这一假设。鉴于微生物组对免疫系统的影响，近期研究评估了肠道微生物群落对免疫疗法（如免疫检查点（ICs）抗PD1）治疗反应的影响。Sivan等人描述了共生双歧杆菌与抗肿瘤T细胞反应呈正相关，在免疫检查点抑制剂应答者的粪便样本中，长双歧杆菌（Bifidobacterium longum）、柯林斯菌（Collinsella aerofaciens）和粪肠球菌（Enterococcus faecium）更丰富。此外，抗PD-1应答者显示出更高的α多样性和瘤胃球菌科、粪杆菌属和双歧杆菌属物种丰度。微生物组组成影响抗PD-1反应，药物应答者中阿克曼菌（Akkermansia）、瘤胃球菌属（Ruminococcus spp.）、阿里斯蒂普斯菌属（Alistipes spp.）和优杆菌属（Eubacterium spp.）高度代表，而青春双歧杆菌（Bifidobacterium adolescentis）、长双歧杆菌（B. longum）和副拟杆菌属（Parabacteroides distasonis）在药物应答者中代表性不足。此外，在抗PD-1治疗期间不使用抗生素可将患者阳性反应率从25%提高到40%。然而，这些研究主要涉及成人实体瘤。

**6. 儿童ALL中的肠道微生物群**

**6.1. 白血病发病与微生物群组成**

ALL患者发病时，胃肠道微生物群和微生物谱发生显著变化，与健康对照不同。Gao等人描述ALL组中15个物种显著升高。特别是，儿童ALL肠道菌群多样性明显低于健康儿童。ALL可引起肠道微生物群结构性变化，α多样性显著低于兄弟姐妹，并因抗生素而减弱。拟杆菌目（Bacteroidales）和肠球菌科（Enterococcaceae）可被视为ALL的生物标志物，伴随多样性显著丧失和低多样性群落由肠球菌（Enterococcus）主导。Chen等人研究了肠道微生物群与血液恶性肿瘤发病之间的因果关系，显示ALL风险与蓝细菌门（Cyanobacteria）、甲烷杆菌目（Methanobacteriales）、甲烷杆菌纲（Methanobacteria）、消化球菌科（Peptococcaceae）、甲烷杆菌科（Methanobacteriaceae）、毛螺菌科UCG010（Lachnospiraceae UCG010）、甲烷短杆菌属（Methanobrevibacter）、短优杆菌群（Eubacterium brachy group）和丁酸弧菌属（Butyrivibrio）的丰度高度相关。这些发现表明，预先存在的菌群失调可能与疾病发生相关，但微生物群在白血病发生中的直接因果作用尚未明确确定。此外，肠道微生物组的这些变化可能与上述因素（如剖宫产、母乳喂养和感染）相关，这些因素驱动其成熟并与ALL相关。在强化治疗期间，包括化疗和抗生素暴露，微生物群改变变得更加明显。Rajagopala等人使用16S rRNA标记基因序列研究了儿童ALL患者化疗前后的肠道微生物群，显示ALL组的微生物群多样性显著低于对照组。使用靶向核糖体基因序列V1-V3区域的引物扩增细菌16S rRNA序列，所得系统发育信息与从接近全长16S rRNA reads获得的信息相当。尽管许多类群被提议作为ALL的潜在生物标志物（如拟杆菌目、肠球菌科、甲烷杆菌目和毛螺菌科），但总体证据仍然异质，缺乏一致的荟萃分析趋势。这种变异性部分由研究之间的方法学差异以及研究设计、人群特征和分析方法的异质性解释。跨研究的比较评估显示，既有一致的发现（如微生物多样性降低），也有关于特定类群的对比结果。大多数研究依赖16S rRNA基因测序，可实现分类学谱分析（通常为属水平），但提供有限的分辨率和功能洞察。相比之下，鸟枪法宏基因组测序允许物种和菌株水平表征及功能分析，但由于成本高和复杂性而较少应用。研究间的可重复性进一步受到队列特征（如年龄、治疗阶段和抗生素暴露）、样本收集方案和生物信息学流程差异的挑战。此外，许多研究受限于相对较小的样本量、横断面设计以及对抗生素暴露、饮食和治疗阶段等混杂因素的不一致控制，这进一步复杂化了结果的解释和可重复性。尽管存在这些局限性，但关于微生物多样性降低和肠道菌群失调的发现一致性支持微生物组在ALL发病机制中的潜在作用。肠道微生物群的作用不仅限于实体瘤和ALL，也在其他血液恶性肿瘤（如急性髓系白血病）中受到关注。与ALL相似，AML患者与健康对照组相比，肠道微生物群多样性显著降低。在门水平，AML患者厚壁菌门相对丰度降低，拟杆菌门相对丰度升高；在属水平，拟杆菌属相对丰度升高，而粪杆菌属、罗氏菌属（Roseburia）、Subdoligranulum和双歧杆菌属相对丰度降低。此外，与对照组相比，AML患者粪便中粪杆菌属和罗氏菌属的相对丰度降低。

**6.2. 化疗与肠道微生物群改变**

在儿童ALL患者中，化疗与肠道菌群减少相关，包括一些益生菌（如双歧杆菌属和粪杆菌属），并可能增加致病菌（如克雷伯菌属（Klebsiella）和肠球菌属）的丰度。在化疗期间，粘液溶解性革兰氏阳性厌氧菌（包括活泼瘤胃球菌（Ruminococcus gnavus）和扭链瘤胃球菌（Ruminococcus torques））的丰度趋于增加，并在化疗开始后一年仍保持升高。诱导化疗后，ALL患者粪便和唾液样本中多个类群发生改变。事实上，在这类患者中，还证明口腔微生物群存在结构失衡，某些类群占优势，包括厚壁菌门、芽孢杆菌纲（Bacilli）、乳杆菌目（Lactobacillales）、气球菌科（Aerococcaceae）和肉杆菌科（Carnobacteriaceae）以及Abiotrophia和Granulicatella属。化疗开始前变形菌门相对丰度预测发热性中性粒细胞减少的发生，而化疗期间任何时候肠球菌科或链球菌科（Streptococcaceae）的主导地位预示后续化疗阶段的感染。即使在化疗停止后，ALL儿童的肠道微生物群谱仍与健康对照不同。此外，Rajagopala等人显示ALL患者在诊断时和化疗期间毛螺菌科持续增加，导致胃肠道并发症的发生。长期中性粒细胞减少和趋化因子水平升高与肠球菌属过度生长导致的特定肠道属（来自瘤胃球菌科）丰度降低相关，这与中性粒细胞恢复延迟、趋化因子信号增强以及可能更严重的感染并发症相关。

**6.3. 药物代谢与肠道微生物群**

特定肠道细菌对药物的代谢效应显著影响化疗。人类肠道细菌的药物代谢活性已成为一个有趣的功能，肠道菌群组成被认为是药物代谢动力学、治疗反应和不良事件率个体变异性的重要因素。肠道微生物群失调可影响化疗药物的吸收和代谢，而肠道上皮细胞损伤破坏肠道屏障，导致肠道菌群失调和感染风险增加。因此，肠道微生物组通过改变生物利用度、生物活性或毒性来影响化疗药物的反应，尽管潜在机制和因果关系仍在研究中。这种相关性涉及多种药物，从抗生素到化疗。β-内酰胺类常用于儿童癌症患者中性粒细胞发热的一线抗生素治疗。阿莫西林治疗导致肠杆菌科（Enterobacteriaceae）和致病菌属（如肠球菌属、葡萄球菌属（Staphylococcus）和链球菌属）丰度增加。然而，其他促进健康的属（如布劳特菌属（Blautia）、柯林斯菌属（Collinsella）、Oscillospira属和罗氏菌属）丰度减少。头孢菌素也用于儿童发热性中性粒细胞减少的一线治疗。给药后，许多研究显示肠球菌属增加（与白血病负面临床结局相关）。机制与肠道微生物群基因表达、蛋白质活性和整体代谢的变化相关。特别是，接受β-内酰胺类治疗的患者微生物群呈现碳水化合物降解酶活性，导致糖代谢失衡，并存在膜受损细胞以及抗生素耐药、应激反应和噬菌体诱导相关基因表达增加。环磷酰胺治疗降低粪便细菌多样性，厚壁菌门比例升高，拟杆菌门比例降低。特定细菌物种似乎与治疗儿童中不同的门冬酰胺酶（ASNase）活性水平相关。大肠杆菌属（Escherichia）在活性降低组较高，而拟杆菌属和链球菌属在活性升高组占优势。糖皮质激素（白血病治疗的主要药物）也影响微生物组，导致肠道微生物群丰富度和多样性降低，厚壁菌门、拟杆菌门和放线菌门相对丰度减少，梭菌目（Clostridiales）和乳杆菌属（Lactobacillus）减少，而变形菌门丰度增加。

**6.4. 肠道微生物群与造血干细胞移植**

接受造血干细胞移植（HSCT）的患者呈现肠道微生物群改变。移植后微生物群常显示多样性降低、共生菌丰度低以及肠球菌、链球菌或变形菌定植频率增加。这种肠道微生物组损伤由多种因素引起。首先，接受异基因HSCT的患者通常接受多轮化疗，常联合全身照射（TBI）。由于两种治疗均具有毒性，导致微生物多样性丧失和微生物组组成改变。这类患者中频繁且长期的抗生素暴露也可能影响微生物群。一项回顾性研究报告，在异基因HSCT前早期（第-7天至第0天）使用广谱抗生素后，梭菌纲（Clostridia）丰度降低与移植相关死亡率升高相关。最后，饮食显著影响肠道微生物组组成，因为黏膜炎导致食欲减退、疼痛和恶心，减少了口服摄入。总体而言，这些因素可极大改变肠道微生物组并扰乱肠道稳态。微生物组损伤在发生移植物抗宿主病（GvHD）的异基因HSCT患者中尤为明显。Biagi等人研究了36例接受HSCT的儿童，在三个时间点（移植前、植入时和移植后>30天）收集粪便。他们发现，发生肠道急性GvHD的儿童在HSCT前即呈现肠道微生物群组成改变，特征为多样性降低、布劳特菌属含量降低和梭杆菌属丰度升高。因此，他们揭示了HSCT前预测后续肠道急性GvHD发展的特定微生物组特征。

**6.5. 基于微生物组的治疗选择**

一种允许恢复和调节肠道微生物群布局的治疗性和创新方法是粪菌移植（FMT），特别是在HSCT儿童中。已有研究表明，在allo-HSCT后难治性腹泻患者中，FMT有效且安全。此外，Zeng等人证明，来自年轻小鼠的FMT使老年造血干细胞（HSCs）恢复活力，改善短期和长期造血重建能力。机制上，单细胞RNA测序显示，来自年轻小鼠的FMT减轻了老年小鼠的炎症信号并刺激了淋巴样分化。他们还发现，FMT重塑了肠道微生物组组成和代谢物景观，毛螺菌科和色氨酸相关代谢物促进了造血恢复并使老年HSCs恢复活力。因此，接受