《Vaccines》：Insights into Microbiota–Vaccine Crosstalk in Humans: Mechanisms, Modulators, and Translational Horizons
疫苗应答在不同个体和人群之间存在显著差异。尽管年龄、遗传和疫苗类型等因素被认为是影响因素，但它们并不能完全解释这种异质性。新出现的证据表明，人体微生物群，尤其是肠道微生物群，可能调节对疫苗接种的免疫应答，并代表着一个潜在可修饰的免疫组成部分。本综述整合了来自人体研究、针对微生物群的临床试验以及使用无菌和人源化模型的实验数据，以阐明疫苗接种期间微生物群-免疫系统相互作用的机制。已确定的机制包括模式识别受体信号传导、先天免疫激活的调节、生发中心应答的调控、黏膜屏障完整性的维持，以及微生物代谢产物对T淋巴细胞和B淋巴细胞的影响。这些通路的相关性因年龄、发育阶段和疫苗平台而异，包括减毒活疫苗、灭活疫苗、亚单位疫苗、病毒载体疫苗和mRNA疫苗。饮食、抗生素暴露、感染、药物以及环境或社会决定因素等其他因素也同时影响微生物群和疫苗结局。当前研究正在探索通过益生菌、益生元、合生元、后生元和工程微生物来调节微生物群以提高疫苗效力的方法，但临床结果仍不一致。对微生物群-疫苗相互作用的更深入理解可能有助于实现个体化免疫策略；然而，仍需进一步研究以确立因果关系并识别可行的微生物靶点。采用多组学、先进细胞分析、稳健临床试验和计算机模拟的纵向研究，对于确定基于微生物组的干预措施能否提高疫苗效力和持久性至关重要。
1. 引言
疫苗接种仍然是最有效的公共卫生干预措施之一，每年挽救数百万人的生命。然而，对疫苗的免疫应答因地理位置、年龄和其他因素而显著不同。尽管遗传、年龄、合并症和疫苗类型是公认的决定因素，但近期研究指出人体微生物群是影响疫苗效力的另一个因素[1,2]。微生物群是体内的活跃生态系统，在疫苗接种前、期间和之后塑造免疫功能[1,3,4]。在所有微生物群落中，肠道微生物群与疫苗应答的关系研究最为广泛。人体研究已证明肠道微生物组成与个体对轮状病毒、脊髓灰质炎、流感和SARS-CoV-2等疫苗的应答之间存在关联[5,6]。人体和动物研究均表明，抗生素诱导的肠道微生物群破坏与疫苗应答改变相关。总的来说，这些结果表明微生物群组成和活性影响对疫苗接种的免疫应答，尽管其基本机制及其在实际生活中的价值仍未完全阐明。
机制研究提供了微生物群可能影响疫苗诱导免疫的生物学框架。微生物分子模式与模式识别受体（如Toll样受体（TLRs）和核苷酸结合寡聚化结构域（NOD）样受体）相互作用，影响先天免疫应答、抗原呈递以及随后适应性免疫系统的启动[7,8]。同时，微生物群来源的代谢产物，如短链脂肪酸（SCFAs）、色氨酸代谢产物和次级胆汁酸，能够通过代谢和表观遗传途径调节上皮屏障完整性、树突状细胞功能以及T细胞和B细胞的分化[1,9,10]。然而，由于此类机制证据大多来自无菌、抗生素处理、悉生或其他实验环境，在应用于人类疫苗接种时必须谨慎对待[8]。与肠道一样，皮肤和呼吸道中的微生物群落也可能影响与皮内和黏膜疫苗接种相关的局部免疫环境[11,12]。
疫苗平台也可能影响微生物群-免疫相互作用的重要性。由于减毒活疫苗，尤其是口服或鼻内给药的疫苗，高度依赖黏膜表面完整性和局部免疫激活，它们可能特别容易受到菌群失调或环境性肠功能障碍的影响[6]。尽管灭活疫苗和亚单位疫苗不直接依赖黏膜定植，它们仍可能受到微生物产物和代谢物形成的初始免疫环境的影响[8,9,11]。微生物群多样性降低也与接种mRNA疫苗后针对2019冠状病毒病（COVID-19）的中和抗体应答减弱相关[13,14]。然而，微生物群对不同疫苗平台或佐剂应答的影响程度仍不清楚。
环境和临床因素可进一步改变肠道微生物生态系统。饮食模式和微量营养素水平影响微生物组成、代谢产物产生、肠道炎症和屏障稳定性[15,16,17]，尽管直接将饮食驱动的微生物组构型与人类疫苗免疫原性联系起来证据仍然有限。地理和社会经济因素也通过其对营养、卫生、感染负担、医疗保健可及性和抗菌药物暴露的相互关联影响，影响微生物生态学和疫苗应答[10,11]。因此，针对微生物群的干预措施正被视为调节疫苗反应性的可能方法。一些使用益生菌和合生元的研究显示对疫苗特异性免疫应答有影响，但结果仍因菌株、疫苗、人群和研究设计而异[6,18,19]。其他方法，如后生元、粪菌移植（FMT）和工程共生菌，仍主要处于实验阶段，需要更多验证才能用于疫苗。
本综述根据研究设计和临床相关性评估证据。将人类随机或干预研究与观察性关联区分开来，而无菌、悉生和抗生素处理的动物模型以及体外研究主要作为机制性见解的参考。当缺乏直接的疫苗特异性证据时，一般的微生物组-免疫相互作用被认为是生物学上合理的途径；然而，除非有干预数据证实，否则微生物特征与疫苗结局之间的关联不被视为因果关系。
尽管对微生物群知情的疫苗学兴趣日益增长，但重要的知识缺口仍然存在。人类研究仍主要是观察性的，限制了得出因果结论的能力，而且疫苗接种的纵向多组学分析相对罕见。对于较新的疫苗平台，如mRNA和病毒载体疫苗，机制证据尤其有限。早产儿、新生儿、老年人、免疫功能低下者以及患有慢性炎症或代谢紊乱的患者在微生物群-疫苗研究中仍代表性不足[4,11]。能够预测微生物组相关疫苗应答的转化工具仍处于早期开发阶段，基于微生物组的佐剂或治疗药物的监管体系也不成熟。通过纵向人体研究、设计良好的干预和机制验证来克服这些局限性，可能有助于确定微生物群是因果贡献者、可修饰的治疗靶点，还是仅仅是更广泛的宿主和生态影响的生物标志物。这样的进展可能允许更精确的策略来提高疫苗诱导保护在不同人群中的强度、持久性和一致性。
本综述基于对PubMed/MEDLINE、Scopus、Web of Science和Google Scholar的系统检索，纳入2010年至2026年间发表的关于肠道微生物群与疫苗相互作用的研究。检索使用以下术语的组合：“肠道微生物群”、“肠道微生物组”、“疫苗接种”、“疫苗免疫原性”、“抗体应答”、“血清转化”、“益生菌”、“益生元”、“合生元”、“后生元”、“短链脂肪酸”、“微生物代谢产物”、“抗生素”、“无菌”、“悉生”、“训练免疫”，以及与流感、轮状病毒、脊髓灰质炎、BCG、COVID-19和mRNA疫苗等各种疫苗相关的术语。对于疫苗免疫原性和临床结局，研究人员优先考虑人类观察性和干预性研究，同时纳入动物、无菌、悉生、抗生素使用和体外研究主要用于提供机制支持。任何与微生物群、免疫调节或疫苗接种无关的研究、重复报告、非科学出版物以及未包含足够方法或结局信息的研究均被排除。研究人员优选原创同行评审研究，使用综述主要提供背景并帮助识别相关原始文献。该研究在同行评审证据缺乏时选择性地考虑新兴主题的预印本，并予以注明。由于这是一篇叙述性综述，研究选择以科学相关性和对概念框架的贡献为指导，而非正式的系统评价或荟萃分析标准。
2. 肠道-疫苗交互作用的机制基础
肠道微生物群通过一个协调的信号系统影响疫苗的作用方式，该系统启动先天免疫传感器，塑造适应性淋巴细胞命运，加强黏膜结构，并在髓系细胞中建立表观遗传程序。当模式识别受体（如TLRs和NLRs）检测到来自正常菌群的配体时，树突状细胞和巨噬细胞获得更强的抗原呈递能力并以受调节的方式产生细胞因子，从而建立了疫苗引入时的“免疫设定点”[9,20,21]。同时，SCFAs、色氨酸衍生的吲哚和次级胆汁酸的代谢途径通过作用于G蛋白偶联受体（GPCRs）和核受体途径发挥效应，促进类别转换重组，改善生发中心质量，并增强记忆应答的持久性。一些后生元还可以作为安全的、微生物来源的佐剂[22,23]。屏障状态和经由微皱褶（M）细胞、Peyer’s patches以及更广泛的肠道相关淋巴组织（GALT）的抗原运输也决定了有效启动和不良旁观者炎症之间的平衡。这在黏膜（例如口服）疫苗接种中尤其明显[4,6,24]。然而，重要的是区分在疫苗接种研究中直接显示的机制与提供生物学合理性的更广泛的微生物组-免疫途径。下面提到的几种机制，特别是与微生物代谢产物、表观遗传调控和淋巴细胞分化相关的机制，主要得到实验性或非疫苗接种研究的支持，因此尚未在接种疫苗的人类群体中得到直接验证。
先天免疫系统的启动和抗原呈递：这是微生物群可以影响疫苗接种的第一阶段。共生微生物持续提供少量微生物相关分子模式，如鞭毛蛋白、肽聚糖、脂磷壁酸和其他细胞壁成分，模式识别受体（PRRs），特别是Toll样受体（TLRs）和核苷酸结合寡聚化结构域样受体（NLRs）可检测到这些模式[25,26]。这种持续的微生物信号有助于保持树突状细胞（DCs）、巨噬细胞和其他先天免疫细胞的反应性但又受控，从而在疫苗接种前设定“免疫设定点”。实验研究表明，微生物群依赖的PRR信号传导可以改变MHC II类和共刺激分子的表达，并调节抗原呈递细胞的细胞因子产生[27,28,29]，提供了持续的微生物信号可能影响疫苗启动的合理机制。
微生物调节不仅限于直接的PRR相互作用。微生物代谢产物影响抗原呈递细胞的代谢和表观遗传状态，进而可能改变它们对疫苗抗原的应答。SCFAs、色氨酸衍生代谢物和次级胆汁酸通过GPCRs、芳香烃受体（AhR）、法尼醇X受体（FXR）、TGR5及相关途径传递信号，影响炎症水平和APC功能[30,31,32]。然而，这些效应是情境依赖的；微生物信号必须促进有效的免疫激活，而不会引起可能干扰抗原加工或适应性启动的过度基础炎症。
肠道屏障增加了另一层控制，特别是对于黏膜疫苗。黏液、紧密连接、分泌型IgA、M细胞、Peyer’s patches和肠道相关淋巴组织的其他部分都在控制管腔抗原与免疫细胞之间的相互作用中发挥作用。如果发生菌群失调、营养不良或肠道感染，这种界面可能被破坏，导致慢性炎症，这可能损害抗原呈递并降低对黏膜疫苗的应答[4,33]。因此，微生物群通过影响微生物感知、抗原呈递细胞功能、炎症水平和黏膜抗原运输来影响疫苗接种的第一阶段。
微生物群对疫苗诱导适应性免疫的调节：有效的疫苗接种需要从先天抗原识别过渡到抗原特异性T细胞和B细胞应答。肠道微生物群通过影响DC来源的细胞因子和决定淋巴细胞活化和分化的代谢信号来促进这种过渡。微生物产物可以塑造Th1、Th2、Th17、滤泡辅助性T细胞（Tfh）、调节性T细胞（Treg）和CD8
+ T细胞应答之间的平衡，从而影响免疫后产生的细胞表型[34,35]。
例如，微生物配体和色氨酸衍生的代谢物可以通过依赖PRR和AhR的信号传导影响T细胞分化。相反，次级胆汁酸和SCFAs可以促进抑制过度炎症的调节程序[30,31,32,36,37,38]。这种调节很重要，因为要使疫苗有效，需要在效应细胞激活和免疫调节之间取得适当平衡，而不是最大程度的炎症刺激。微生物调节也可能影响CD8
+效应细胞和记忆应答，以及T细胞受体库的广度[8,34,35]。因此，疫苗接种前微生物组成和代谢活性的差异可能解释个体之间疫苗诱导细胞免疫强度和表型的差异。
抗体产生和生发中心应答：微生物群也可能通过影响生发中心反应、B细胞分化、免疫球蛋白类别转换和浆细胞生成来影响疫苗效力。到达次级和黏膜淋巴组织的微生物信号可以影响B细胞、Tfh细胞和抗原呈递细胞之间的相互作用，这些相互作用决定了抗体应答的亲和力、同种型和持续时间。在各种涉及无菌动物或抗生素处理动物的实验模型中，通常观察到生发中心形成受损和疫苗特异性IgG或IgA应答减弱；然而，恢复微生物信号可以恢复体液免疫的这些方面[39,40]。
微生物代谢产物在连接肠道生态与这些体液应答中发挥重要作用。乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐可以影响免疫细胞代谢和染色质可及性，并与B细胞分化、类别转换重组和浆细胞功能相关[41,42,43,44]。这些发现为代谢活跃的共生群落与更强健的疫苗诱导抗体应答之间的关联提供了合理机制。然而，这些效应的程度和方向可能取决于代谢产物浓度、解剖隔室、疫苗平台和宿主免疫状态；因此，实验系统的结果不能假定直接转化到人类。
微生物群、训练免疫和疫苗诱导记忆的持久性：在初始免疫应答后，微生物群可能通过促进适应性记忆和先天免疫细胞中更持久的功能状态来影响疫苗保护持续的时间。微生物配体和代谢产物可以触发单核细胞和巨噬细胞中的代谢和表观遗传重编程，导致训练免疫表型，其特征是对后续刺激的修饰应答[45,46]。组蛋白修饰的变化，如H3K4me3和H3K27ac，以及糖酵解和氧化代谢途径的重组，可以解释先前的微生物暴露如何影响疫苗接种期间的应答。
微生物群也可能通过促进记忆T细胞的分化和确保骨髓龛中长期存活浆细胞的代谢适应性来帮助维持抗原特异性免疫[44,47,48]。支持这一观点的是，抗生素诱导的微生物群破坏已被证明可改变疫苗接种后的早期转录和浆母细胞应答。相反，实验性再定植或恢复微生物代谢产物可以逆转其中一些免疫缺陷[39,49]。总之，这些发现表明微生物群可能影响初始疫苗应答的大小及其持续阶段。
SCFAs是一个极好的例子，说明一组微生物代谢产物如何影响疫苗免疫的各个方面。它们不是通过单一途径起作用，而是可以通过GPCRs发出信号并抑制组蛋白去乙酰化酶，影响APC活化、T细胞分化、B细胞代谢和类别转换以及免疫记忆的发育或维持。因此，将它们的效应视为整合的免疫代谢网络的一部分，而不是在疫苗接种每个阶段起作用的独立机制，是合适的。事实上，这种机制框架大部分已在无菌、抗生素处理、悉生或其他实验模型中建立；确定这些途径对人类疫苗反应性的贡献程度仍然很重要。
3. 人类发育阶段与疫苗接种：肠道微生物群的影响
对疫苗接种的应答在整个生命阶段差异很大，因为免疫系统和肠道微生物群同时发育和重构。与年龄相关的微生物差异不仅通过改变微生物群的分类组成，还通过改变其代谢活性、上皮屏障功能、模式识别受体信号传导和基础炎症来影响疫苗接种。这些因素反过来可能影响抗原呈递、T细胞和B细胞活化、生发中心反应、抗体产生和免疫记忆形成。因此，微生物群可能导致早期生命、青春期、成年期和老年期存在的不同免疫状态，这些状态促进或阻碍疫苗诱导的免疫。这种关系在年龄的两个极端尤其重要，因为婴儿期看到的微生物不成熟和与衰老相关的菌群失调发生在对许多疫苗应答减弱或持久性较差的同时。
产前和母体影响：母亲在怀孕期间和分娩后的微生物环境可能影响新生儿随后对疫苗接种产生应答的免疫环境。尽管胎儿本身是否被定植仍存在争议，但母体微生物的产物和代谢物可以到达胎儿隔室并影响仍在发育的免疫系统[50,51]。短链脂肪酸和色氨酸衍生的代谢物可以调节先天免疫活性并影响T细胞分化，表明母体微生物代谢与早期免疫能力之间可能存在联系。由孕期饮食不均衡、抗生素暴露、癌症、肥胖或代谢紊乱引起的母体菌群失调，因此可能改变胎儿和新生儿免疫发育期间可用的微生物和代谢信号[52,53,54,55]。出生后，母亲的微生物群通过微生物的垂直传播和母乳喂养继续影响婴儿的免疫系统。这些过程可能影响支持黏膜屏障发育、抗原呈递细胞功能和B细胞和T细胞成熟的微生物群落的建立，当给予BCG、乙型肝炎、轮状病毒等疫苗时。在此期间，通过胎盘和母乳从母亲转移的免疫球蛋白也提供保护，尽管这些也可能与婴儿发育中的免疫应答相互作用[56,57]。因此，母亲微生物群与其免疫系统之间的相互作用可能通过塑造新生儿疫苗应答发育的微生物和免疫条件来间接影响疫苗接种，而不是作为决定疫苗效力的独立因素。
婴儿期和幼儿期：婴儿期和幼儿期是微生物群与疫苗相互作用的一个特别重要的时期，因为微生物群落在先天和适应性免疫系统快速成熟的同时发育。分娩方式、母乳喂养、饮食、抗生素使用和环境暴露都影响早期微生物发育[58]。例如，母乳喂养通过人乳低聚糖导致以双歧杆菌为主的微生物组成。相反，正常微生物成熟的破坏可能导致兼性或潜在促炎生物的增殖。在功能上，这些差异可能通过改变微生物代谢产物产生、肠道屏障成熟、模式识别受体介导的先天调节以及随后的抗原呈递来影响疫苗应答。
长双歧杆菌婴儿亚种（Bifidobacterium longum subsp. infantis）和其他相关生物的丰度较高，与对轮状病毒、BCG和口服脊髓灰质炎疫苗更有效的反应相关[59]。相反，微生物成熟延迟和肠杆菌科水平升高与较差的疫苗应答相关[60]。一个合理的机制是，早期生命中代谢平衡的微生物群发送微生物信号，促进树突状细胞成熟和适当的T细胞帮助，帮助激活B细胞、诱导类别转换并驱动抗体产生。相比之下，菌群失调加上持续的肠道炎症可能导致抗原特异性应答产生效率较低的免疫环境。
这一机制与环境性肠功能障碍尤其相关，因为上皮完整性缺陷、微生物易位和慢性肠道炎症可以破坏抗原摄取和黏膜免疫系统的组织[61]。这些变化可能损害身体对口服疫苗的应答，口服疫苗依赖于通过肠黏膜有效采样抗原并触发局部IgA应答。因此，早期生命对疫苗的反应性可能不仅取决于特定微生物群是否存在，还取决于微生物群-屏障-免疫轴的功能成熟。因此，母乳喂养、避免不必要的抗生素使用以及适当选择的益生菌或合生元目前正作为支持这一发育时期的方法进行研究[62,63]。
青春期：在青春期，微生物群趋于更稳定，类似于成人，尽管内分泌、代谢、饮食和行为方面的变化继续影响微生物功能。青春期发生的激素变化与各种分类群的变化相关，如拟杆菌属（Bacteroides）、瘤胃球菌属（Ruminococcus）和产丁酸的毛螺菌科（Lachnospiraceae）[64]。直接将青少年肠道微生物组与HPV疫苗免疫原性联系起来的证据仍然有限。尽管产生SCFAs的微生物群落具有免疫调节特性，理论上可以支持疫苗应答，但仍需要进一步的纵向研究将这些微生物特征与HPV疫苗抗体水平的强度和持续时间联系起来[65]。另一方面，抗生素使用、不良饮食、心理社会压力和其他干扰可能暂时破坏微生物代谢和炎症状态[66,67,68,69]。因此，它们可能改变产生初始或加强疫苗应答的免疫环境。需要更多的纵向研究来确定这些微生物群变化是否直接影响青少年的疫苗免疫原性，或者主要反映更广泛的生理和环境差异。
成年期：在健康的成年期，肠道微生物群和免疫系统相对稳定，因此为强大的疫苗应答创造了普遍有利的环境。然而，微生物功能仍然对饮食、药物、感染、压力和其他环境因素有反应。破坏这个稳定的生态系统提供了一些最有力的证据，表明微生物群可以影响疫苗免疫。例如，短期施用广谱抗生素与流感疫苗接种后浆母细胞应答减少和抗体应答改变相关[66]。这些结果表明，在免疫时破坏微生物信号和代谢活性可以影响最佳体液免疫所需的早期先天和B细胞应答。
相比之下，在一些成人群体中，较高的微生物多样性和代谢活跃的共生菌如粪杆菌属（Faecalibacterium）、罗斯氏菌属（Roseburia）和阿克曼菌属（Akkermansia）的丰度较高与更强的血清学或细胞应答相关[21]。这可能是因为功能良好的微生物生态系统保持上皮完整性、控制全身炎症并产生支持抗原呈递细胞和淋巴细胞代谢的代谢产物。这种关系的重要性在免疫功能低下的成年人中尤其显著，因为在他们中，基础疾病、化疗、HIV感染、免疫抑制治疗和频繁接触抗菌药物都可能与菌群失调和免疫受损同时发生[70,71]。在这些人群中，微生物代谢能力降低和炎症信号增加可能导致抗原呈递和淋巴细胞功能的固有缺陷，导致疫苗应答较弱或持久性较差。
老年人：衰老提供了最清晰的例子之一，说明微生物组重塑可能与内在免疫功能障碍汇合，损害疫苗接种。老年常伴有微生物多样性降低、有益或代谢活跃共生菌耗竭、机会性生物扩张、上皮屏障完整性受损和微生物代谢产物改变[72]。这些变化与免疫衰老和慢性低度炎症（“炎症衰老”）同时发生，其特征是抗原呈递细胞功能受损、初始T细胞可用性降低、T细胞应答改变以及B细胞和生发中心活性降低。因此，与年龄相关的菌群失调和免疫衰老可能相互加强，而不是独立作用。
屏障完整性的破坏和促炎微生物群落的增加可能导致微生物产物全身暴露增加，这反过来维持炎症信号，并可能干扰有效疫苗应答所需的从先天到适应性免疫的协调转变。同时，产生SCFAs的生物耗竭可能减少通常帮助维持上皮稳态和支持淋巴细胞功能的代谢和调节信号。这些过程可能解释老年人接种流感、肺炎球菌病、带状疱疹和SARS-CoV-2疫苗后常见的血清转化降低和保护持续时间缩短[73,74]。与该模型一致，产生SCFAs的细菌与老年人更好的抗体持久性和更强的T细胞记忆应答相关[21,75]。
微生物群随年龄变化的事实可能意味着这种变化可以被修饰以增强老年人的疫苗应答。也就是说，微生物群并不是疫苗随年龄增长效果下降的唯一解释。为了恢复正常的微生物功能和改善老年人的免疫，研究人员提出了增加膳食纤维、食用发酵食品或服用益生元、益生菌、合生元和后生元等措施[76,77,78,79]。然而，需要更大规模、更严格控制的研究来确定这些方法是否有助于逆转与年龄相关的疫苗效力下降。
年龄、微生物群和疫苗接种在整个生命周期中作为一个变化的微生物群-屏障-免疫轴相关，而不是一系列与年龄相关的微生物模式。在婴儿期，微生物群不成熟与黏膜和适应性免疫发育同时发生；在青春期和成年期，相对稳定的微生物群有助于维持免疫稳态，但仍易受环境破坏的影响；在老年期，微生物菌群失调可与屏障功能障碍、炎症衰老和免疫衰老相结合。这些与年龄相关的变化可以影响抗原呈递、淋巴细胞分化、抗体产生和免疫记忆形成，导致生命过程中疫苗应答免疫原性和持续时间的差异。然而，大部分机制证据仍然是关联性的或来自实验模型。结合微生物组组成与微生物代谢组学、屏障生物标志物、细胞免疫表型以及疫苗特异性抗体和记忆应答的人类纵向研究，对于区分因果微生物机制与年龄相关关联，并确定以微生物群为靶点改善疫苗接种结局的方法至关重要。
4. 调节肠道-疫苗相互作用的因素
疫苗应答发生在不断受饮食、药物、感染、环境暴露和社会经济条件影响的肠道微生物生态系统中。这些因素可以通过直接作用于宿主免疫系统以及改变微生物群落结构、其功能潜力、代谢产物产生和肠道屏障完整性来影响免疫原性。微生物组的这种扰动随后可能改变疫苗接种时的免疫环境，包括抗原呈递细胞活性、炎症水平、淋巴细胞活化以及抗体产生或记忆应答。因此，第4节将这些暴露主要视为肠道微生物组的上游调节因子，提供环境或临床因素与个体间疫苗反应性差异之间的机制联系（表1）。
营养作为微生物功能的调节因子：饮食是肠道微生物生态学最强的可修饰决定因素之一。膳食纤维、抗性淀粉和其他可发酵碳水化合物促进糖解微生物，包括双歧杆菌属（Bifidobacterium）、罗斯氏菌属（Roseburia）和粪杆菌属（Faecalibacterium），并增加微生物SCFA产生[79]。相反，以精制碳水化合物和饱和脂肪为主的饮食可以降低微生物多样性，减少有益代谢功能，并有利于促炎或机会性生物的扩张[97]。
这些饮食诱导的微生物变化可能通过改变上皮屏障完整性、微生物代谢产物可用性和基础炎症张力来间接改变疫苗反应性。例如，产生SCFAs的群落丰度或活性降低可能削弱通常支持黏膜稳态和协调抗原特异性免疫应答的代谢和调节信号。富含多酚的食物提供了另一种微生物组依赖的影响，因为吸收不良的膳食多酚可以被肠道微生物转化为具有免疫调节特性的生物活性代谢物[98,99]。
微量营养素缺乏可能同样与微生物菌群失调相互作用，特别是在经历营养不良或环境性肠功能障碍的人群中[100,101]。因此，营养状况与疫苗免疫原性之间的关联不应仅被解释为直接的营养-免疫相互作用；改变的微生物生态和代谢输出可能代表一个重要的中间途径。这种关系对于生活在资源有限环境中的婴儿和儿童的口服疫苗尤其相关，在这些环境中营养不良、微生物不成熟和肠道炎症经常共存[102]。
抗生素和其他药物作为微生物组扰动：抗生素暴露提供了一些最清晰的证据，表明破坏已建立的肠道微生物群落可以改变疫苗应答。广谱抗生素可以迅速降低微生物多样性，耗竭代谢上重要的共生菌，并改变微生物代谢输出。在实验模型中，这种扰动与浆母细胞扩增减少、生发中心活性受损和抗体应答减弱相关。同时，再定植或补充选定的微生物代谢产物可以部分恢复这些缺陷[103,104,105]。
人类研究提供了补充证据。流感疫苗接种前后抗生素暴露与选定的全身代谢和炎症反应改变以及某些条件下抗体应答降低相关[106]。这些观察结果支持一个完整的微生物生态系统可能有助于最佳疫苗反应性的概念。然而，这种效应的程度取决于基础免疫力、疫苗类型、抗菌方案和宿主特征。
非抗生素药物也可以重塑微生物组。质子泵抑制剂和H2受体拮抗剂改变胃肠道pH值并影响下游微生物组成。同时，二甲双胍、非甾体抗炎药（NSAIDs）和几种精神药物与微生物群落和代谢途径的不同变化相关[107,108]。然而，直接将药物诱导的微生物组改变与疫苗结局联系起来的证据仍然有限。因此，这些药物应被视为潜在的微生物组介导的疫苗反应性调节因子，而不是疫苗效力的既定决定因素。
感染和合并感染作为菌群失调和屏障功能障碍的驱动因素：肠道感染可以通过共生生物丢失、机会性分类群扩张、上皮损伤和持续性肠道炎症来破坏肠道微生物组。涉及贾第鞭毛虫（Giardia）、隐孢子虫（Cryptosporidium）和产肠毒素大肠杆菌（enterotoxigenic Escherichia coli）等生物的反复感染可能导致环境性肠功能障碍，其特征是屏障完整性受损和黏膜免疫稳态改变[109,110,111]。
这些变化与口服疫苗接种尤其相关，因为有效的抗原采样和黏膜免疫激活取决于相对完整的肠道环境。持续菌群失调和炎症可能干扰抗原处理和协调黏膜抗体应答的产生，为在肠道疾病负担高的人群中观察到的轮状病毒、口服脊髓灰质炎和霍乱疫苗性能降低提供了一个可能的解释。
蠕虫感染、HIV、结核病和其他慢性感染可以进一步改变免疫功能和肠道微生物生态[112,113,114,115]。它们对疫苗反应性的影响可能涉及直接免疫抑制或极化与间接微生物组介导机制的组合。区分这些途径仍然很重要，因为感染相关菌群失调可能代表疫苗反应性受损的一个潜在可修饰组成部分。
地理和社会经济环境作为生态调节因子：微生物组成的地理差异反映了饮食、卫生、抗菌药物暴露、环境微生物、感染负担和生活方式的综合影响[116,117,118]。例如，农村和农业人群通常拥有富含纤维适应分类群如普雷沃氏菌属（Prevotella）和密螺旋体属（Treponema）的微生物群落。相比之下，以拟杆菌属（Bacteroides）为主的群落更常在工业化环境中报道[116]。这些差异不应被解释为本质上有益或有害；相反，它们显示了环境背景如何强烈塑造微生物生态。
社会经济劣势可以通过营养不良、不安全饮用水、反复肠道感染、抗生素使用和卫生条件差的交叠暴露来影响这一生态系统。在儿童中，这些条件可能导致微生物不成熟、肠道屏障功能障碍和慢性黏膜炎症，这可能部分解释了口服疫苗应答的地理差异[87,88,119]。因此，这种关系不太可能遵循地理本身决定疫苗效力的简单序列。相反，环境和社会经济暴露汇聚在微生物组和宿主免疫系统上，产生疫苗接种时的人群特异性免疫背景。
肠道微生物干预：益生菌、益生元、合生元和后生元：研究人员正在探索有意调节微生物群作为改变疫苗接种周围免疫环境的潜在方法。鼠李糖乳杆菌GG（Lactobacillus rhamnosus GG）、短双歧杆菌（Bifidobacterium breve）和布拉氏酵母菌（Saccharomyces boulardii）已显示出增加口服疫苗（包括轮状病毒和霍乱疫苗）的IgA滴度和血清转化率，以及改善肠道外流感疫苗抗体应答的潜力[89,90,91]。效应是菌株特异性的，取决于相对于抗原暴露的时间。益生元如低聚半乳糖（GOS）、菊粉和抗性淀粉是不可消化底物，选择性刺激有益共生菌并增强SCFA产生[92,93]。益生元可以改变微生物代谢活性和上皮屏障功能；这些效应是否能转化为改善疫苗特异性免疫记忆仍未完全确定[120,121,122]。合生元（结合益生菌和益生元）正在低收入国家的婴儿和儿童中评估，以改善口服疫苗性能[59,94]。早期试验报告轮状病毒和脊髓灰质炎免疫原性适度改善，尽管结果各异。后生元，包括热灭活细菌、细胞壁片段和纯化的微生物代谢产物，为活生物体构成风险的免疫功能低下人群提供了有吸引力的选择[95,96]。实验研究表明，选定的微生物代谢产物和微生物来源的产物可以调节与佐剂活性相关的树突状细胞和淋巴细胞功能[123,124]。需要严格的大规模研究来标准化剂量、菌株选择和递送格式，并确认长期安全性和成本效益。在实践中，上述因素很少孤立作用；它们交叉塑造微生物多样性、代谢输出和疫苗接种时的免疫环境。一个营养不良的儿童暴露于慢性肠道感染也可能接受抗生素，放大疫苗摄取不良的风险[125,126,127]。相反，均衡饮食、适当的微量营养素状态和微生物组支持干预可以减轻这些风险并增强保护持久性。
这些因素很少独立运作。饮食可以影响微生物组对抗生素暴露的恢复力；感染可以改变营养状态和上皮完整性；社会经济条件决定病原体和药物的暴露；宿主年龄或疾病可以改变每次扰动的后果。因此，它们的综合效应更准确地表示为相互连接的生态网络，而不是一系列孤立的疫苗决定因素。
5. 微生物组-疫苗相互作用：来自人类队列和机制研究的汇聚证据
涉及人类随机干预、观察性队列和实验模型（表2）的研究已经证明了肠道微生物群与疫苗反应性之间的联系。虽然这些证据类型是互补的，但不应被视为等同。人类观察性研究显示微生物群特征与疫苗接种结果之间存在关联；然而，一般来说，它们无法判断这些关联是由于因果关系还是由于年龄、饮食、药物使用、地理位置、既往感染或免疫系统初始状态等混杂因素。针对微生物群的随机干预提供了更强的证据，表明改变肠道生态系统可以影响某些疫苗应答，尽管效应仍然高度可变。无菌、抗生素处理、悉生和人源化动物模型提供了有用的机制支持，但本身不能确立人类的临床相关性。因此，本节重点关注人类干预和观察性研究的证据，实验模型主要用于解释潜在机制。
人类观察性研究：不同环境的人群研究表明，微生物组成和功能与疫苗反应性相关。在印度和马拉维婴儿中，长双歧杆菌婴儿亚种（Bifidobacterium longum subsp. infantis）和其他糖解细菌的富集与口服脊髓灰质炎、BCG和轮状病毒疫苗的较高血清转化率相关[128]。在美国，个体群体在生命最初几个月具有较高的柯林斯菌属（Collinsella）丰度和更大的微生物组稳定性，以及更好的轮状病毒IgA滴度[129]。在成人中，基线微生物多样性和产生短链脂肪酸的分类群（例如，普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）和罗斯氏菌属（Roseburia spp.））的丰度与季节性流感疫苗更强的浆母细胞应答相关[129,130]。免疫前后抗生素暴露反复与较低抗体滴度和记忆B细胞生成延迟相关，强调疫苗接种时完整微生物群落的重要性[131]。在老年人中，产丁酸生物的持续存在和整体生态恢复力预测对流感和肺炎球菌疫苗的持续应答[132,133]。另一方面，虚弱、多种慢性疾病的存在和“炎症衰老”通常与菌群失调同时出现，并与较差的血清学结局相关。
微生物群靶向干预的随机对照试验：干预研究提供了更直接的因果关系证据。几项随机对照试验（RCTs）检验了在疫苗接种前或期间施用益生菌或合生元的效果[79,120,121]。临床干预研究表明，某些微生物群靶向干预可以改变疫苗诱导的免疫应答。然而，这些效应的大小和一致性因菌株、疫苗、剂量、人群和研究设计而异。在婴儿中，每日补充益生菌菌株如鼠李糖乳杆菌GG和短双歧杆菌已被发现可增强口服轮状病毒和霍乱疫苗的黏膜IgA应答并提高血清转化率。然而，益处的程度因菌株、剂量和人群而异[59,122,134]。在成人中，饮用含有干酪乳杆菌代田株（Lactobacillus casei Shirota）的益生菌制剂或发酵乳制品与肠道外途径接种流感疫苗后显著更高的抗体滴度相关，表明全身体液免疫改善[135,136]。在这些结果的基础上，在南亚人群中结合可发酵益生元（例如GOS）与特定益生菌菌株的合生元随机试验报告了口服脊髓灰质炎疫苗免疫原性的小而持续可观察的改善[143,144,145]。总之，这些研究提供了干预证据，表明某些微生物群导向的方法可以在特定实验和临床条件下改变疫苗相关免疫应答。然而，这些效应的幅度和可重复性取决于微生物菌株或制剂、疫苗平台、研究人群、基线微生物群和免疫终点；因此，它们尚未建立微生物组调节在不同疫苗或人群中普遍适用的因果益处。
抗生素扰动作为人类机制探针：在人类研究中，抗生素扰动特别具有信息量，因为它允许研究人员在故意扰乱肠道微生物群后检查疫苗应答。由于广谱抗生素可以迅速降低微生物多样性并改变微生物代谢活性，它们提供了合适的实验方法来确定微生物功能丧失是否影响疫苗诱导的免疫。在流感疫苗接种背景下研究表明，抗生素暴露可以改变全身代谢谱、炎症信号和某些抗体应答[131]。这很重要，因为它超越了简单的横断面关联，表明肠道微生物生态系统的暂时破坏可以影响与疫苗接种相关的生理环境。然而，抗生素研究也有重要的局限性：不同药物类别对微生物群落的影响不同，抗生素可能独立于微生物组影响疫苗应答，并且疫苗应答受到预先存在免疫的强烈影响。虽然这些实验提供了比传统观察性研究更强的微生物组作用证据，但它们仍然没有确定单一微生物或代谢物作为因果介质。
实验模型作为机制支持证据：实验模型为人类观察到的关联提供了机制背景，但应解释为支持性而非临床等效的证据。无菌和抗生素处理的小鼠在免疫后经常表现出抗体应答受损、浆母细胞扩增减少或生发中心反应改变[137,138,139]。恢复微生物群落或特定微生物信号可以恢复其中一些缺陷，支持共生菌来源信号在免疫启动中的机制作用。悉生模型还允许在受控条件下测试明确的微生物群落。这类研究表明，微生物代谢产物如SCFAs可以影响B细胞分化、类别转换重组和记忆T细胞发育[140,141,142]。用人类供体微生物群定植的人源化动物同样可以重现某些供体相关的免疫表型，将临床观察与机制测试联系起来[149]。这些模型很有用，因为它们允许进行人类无法进行的操作。然而，由于无菌生理学、简化的微生物群落、受控饮食和物种间免疫系统差异，不可能直接将发现应用于人类疫苗接种。因此，它们的主要价值在于识别潜在机制，然后可以在设计良好的人类研究中进行检查，而不是证明疫苗的临床效力。
6. 肠道之外的宿主-微生物-疫苗相互作用
尽管大多数关于微生物群和疫苗的研究集中在肠道，但其他屏障部位的共生生态系统也影响免疫功能，并可能影响疫苗效力（图1）。皮肤、呼吸道黏膜和口腔各含有密集的活跃代谢生物群，它们与局部和全身免疫相互作用，从而为疫苗诱导的保护增加了进一步的调节层。
皮肤微生物群和皮肤疫苗接种：皮肤既是免疫哨兵，也是多样微生物的储存库，包括表皮葡萄球菌（Staphylococcus (S.) epidermidis）、痤疮皮肤杆菌（Cutibacterium acnes）、棒状杆菌（Corynebacteria）和各种真菌[150,151,152]。这些微生物影响角质形成细胞信号传导、抗菌肽产生以及皮肤驻留DC和朗格汉斯细胞的成熟[153,154,155]。它们调节耐受原性和促炎应答之间的平衡，从而调节皮内疫苗运作的环境[156]。实验数据表明，共生表皮葡萄球菌可以增强皮肤T细胞的IL-1依赖性激活，并在皮肤攻击后支持组织驻留记忆细胞的产生[157]。在鼠模型中，抗生素耗竭皮肤菌群损害了皮内递送牛痘或灭活流感的应答，而再定植则恢复抗原特异性T细胞启动[158,159]。使用皮内BCG和新颖微针平台的人体研究表明，基线皮肤微生物群多样性可能与Th1应答的幅度相关，尽管因果关系仍有待确定。
呼吸道微生物群和鼻内疫苗：上呼吸道拥有复杂的微生物网络，包括棒状杆菌属（Corynebacterium）、狡诈菌属（Dolosigranulum）、葡萄球菌属（Staphylococcus）和非分型
