基于功能性免疫的炎症性肠病粪菌移植供体-受体匹配平台

《eBioMedicine》：A functional immune-based platform for donor-recipient matching in faecal microbiota transplantation for inflammatory bowel disease

　　

背景：粪菌移植（faecal microbiota transplantation, FMT）在炎症性肠病（inflammatory bowel disease, IBD）中疗效不一，当前的供体选择策略主要依赖微生物组特征，而宿主对供体微生物群的免疫反应在很大程度上仍未得到探索。研究人员在此研究了是否可利用受体对供体微生物群的特异性免疫反应来制定IBD中FMT的个体化供体-受体匹配策略。
方法：研究人员开发了一种概念验证（proof-of-concept, POC）检测方法，称为肠道菌群-白细胞反应（Gut Microbiota–Leukocyte Reaction, GMLR），用于评估供体微生物群与IBD受体之间的免疫相容性。从肠道活检组织中分离的固有层单核细胞（lamina propria mononuclear cells, LPMCs）在体外暴露于来自健康供体的微生物群，并测量与IBD病理生理相关的细胞因子。
结果：供体微生物群聚类为不同的组，与不同的免疫特征相关，包括显著的IL-22诱导（p = 0.033），而IL-17显示出不显著的降低趋势（p = 0.054），该趋势在不同免疫细胞亚群中并非一致观察到。然而，不同受体之间的免疫反应高度个体化，存在显著的受试者间变异性。基于这些反应，研究人员开发了一种算法来生成供体-受体相容性评分，为优先选择潜在的供体-受体配对提供了框架。
解读：研究结果表明，供体-受体免疫相容性高度个体化，可能成为FMT疗效的关键决定因素，这对“超级供体”范式提出了挑战。该体外概念验证平台可能有助于对供体-受体配对进行优先排序，并应针对临床FMT结局进行前瞻性验证。
资金：这项工作得到了意大利卫生部、意大利癌症研究协会（Associazione Italiana per la Ricerca sul Cancro, AIRC）、欧盟-下一代EU（HEAL ITALIA项目）以及意大利教育与研究部（MUR）的支持。

粪菌移植（faecal microbiota transplantation, FMT）在复发性艰难梭菌感染（recurrent Clostridioides difficile infection, rCDI）中疗效显著，但在炎症性肠病（inflammatory bowel disease, IBD）中效果不稳定，溃疡性结肠炎（ulcerative colitis, UC）和克罗恩病（Crohn's disease, CD）的临床缓解率仅约25%–50%。目前供体选择主要依赖微生物组特征，如多样性、组成和功能，但这些供体中心指标预测价值不一致。IBD的病理机制涉及宿主-微生物相互作用失调，免疫耐受缺陷是核心环节。因此，需要一种功能性工具评估供体微生物与受体免疫系统之间的相容性，以指导个体化供体选择。受混合淋巴细胞反应（mixed lymphocyte reaction, MLR）启发，研究人员开发了概念验证（proof-of-concept, POC）检测平台——肠道菌群-白细胞反应（Gut Microbiota–Leukocyte Reaction, GMLR），旨在评估IBD患者对供体微生物的免疫应答。该研究发表于《eBioMedicine》。

主要技术方法方面，样本来自意大利米兰Fondazione IRCCS Ca’ Granda Ospedale Maggiore Policlinico，共纳入16例IBD患者（CD 10例、UC 6例）和8名健康供体。研究人员从肠道活检组织中分离固有层单核细胞（lamina propria mononuclear cells, LPMCs），将热灭活的供体粪便微生物与LPMCs共培养，利用流式细胞术检测IL-10、IL-22、IL-17、IFN-γ和TNF-α等细胞因子。同时对供体粪便进行16S rRNA基因测序和全宏基因组鸟枪法测序（whole metagenome shotgun sequencing, WMS），分析微生物组成和功能。基于免疫反应数据，研究人员构建了四步算法计算供体-受体相容性指数。

研究结果部分如下：

**Donor microbiomes modulate Th17-related responses of IBD recipients（供体微生物群调节IBD受体的Th17相关反应）**。通过16S rRNA基因测序，8名健康供体的肠道微生物根据Bray–Curtis距离分为C1和C2两个簇。C1富集Akkermansia、Alistipes、Pseudoflavonifractor等属，C2富集Bacteroides、Lachnospiraceae、Parabacteroides以及多种产短链脂肪酸（short-chain fatty acids, SCFA）菌属。体外刺激实验显示，C1微生物显著诱导CD45⁺免疫细胞产生IL-22（p = 0.033），而C2微生物对IL-17的抑制作用仅呈非显著趋势（p = 0.054），且在不同免疫细胞亚群中不一致。WMS测序进一步显示，C1富集的物种如Lentihominibacter faecis、Pseudoflavonifractor capillosus和Alistipes spp.与IL-22反应正相关；C2富集的物种如Faecalibacillus intestinalis和Phocaeicola sartorii与IL-22负相关。功能方面，C1富集1,3-丙二醇生物合成途径，与IL-22正相关；C2富集氨基酸、维生素和辅酶A（coenzyme A, CoA）生物合成途径及SCFA相关肠道代谢模块，多与IL-22负相关。这些结果表明，供体微生物组成主要调节Th17样免疫反应，尤其是IL-22。

**Inter-individual immune variability supports donor-recipient matching in FMT（个体间免疫变异性支持FMT中的供体-受体匹配）**。GMLR检测显示，不同受体对供体微生物的细胞因子反应存在显著个体差异。一些供体能够同时上调IL-10和IL-22并下调IL-17和IFN-γ，呈现出有利的抗炎/耐受模式；另一些供体则诱导混合或促炎反应。使用IBD患者来源的微生物进行刺激时，也观察到类似的异质性反应，且IBD来源微生物诱导的IL-10和IL-22反应总体上低于健康供体。研究人员因此开发了算法：首先计算每种细胞因子相对于未刺激基线的log₂FC；其次筛选同时满足IFN-γ和IL-17下调、IL-10和IL-22上调的供体；然后计算相容性指数（各细胞因子log₂FC绝对值之和）；最后选择指数最高的供体作为最优匹配。应用该算法后，16名受体中，有的没有找到相容供体，有的有一个或多个相容供体，存在多个时选择指数最高者。

讨论部分指出，供体微生物群对免疫的影响是部分且通路特异性的，不同供体微生物可对同一受体产生不同免疫调节。这种高度个体化的免疫反应不支持“超级供体”的通用概念，而提示应基于功能免疫相容性进行个体化匹配。与以往基于微生物组成或动物模型的选择策略相比，GMLR直接测量人肠道免疫细胞对完整供体微生物群的反应，并产生定量评分。但该研究存在局限性：相容性指数未经临床验证，尚未确定指导治疗成功的相容性阈值；样本量较小，无法进行性别分层分析；缺乏纵向样本，无法评估GMLR反应的时间稳定性；未整合HLA基因型等宿主遗传因素。

研究结论：该研究支持IBD的FMT策略从供体中心向受体信息指导转变。通过证明免疫反应高度个体化，为个体化供体选择