羅雨希綜述，劉 麗審校

0 引 言

白血病是造血系統(tǒng)的惡性增殖性疾病，特點為造血組織中的某一系造血細胞克隆性擴增，破壞正常造血系統(tǒng)，并進入外周血浸潤到全身各組織器官中。白血病是兒童最常見的惡性腫瘤，我國10歲以下兒童白血病的發(fā)病率為(3～4)/10萬，其中90%以上為急性白血病(acute leukemia, AL)。

腸道菌群是人體最復雜的微生態(tài)系統(tǒng)，由數萬億細菌、古細菌、病毒、真菌和其他微真核生物定植體組成[1]，主要分為厚壁菌門、類桿菌門、變形菌門和放線菌門四個微生物門，其中厚壁菌門(60%～80%)和類桿菌門(15%～25%)是主要的優(yōu)勢菌群。最新的研究估計腸道菌群的數量約為30萬億，與體細胞的數量接近1∶1[2]。由腸道微生物生態(tài)、代謝和免疫組成的動態(tài)功能網絡對實現和維持宿主健康具有非常重要的意義。有益微生物的減少和微生物多樣性的減少均會引發(fā)腸道菌群失調，不僅能通過局部效應影響腸道代謝、粘膜炎癥和免疫功能，影響胃腸道疾病的發(fā)生；還能通過腸道微生物的易位、微生物衍生代謝物或內分泌分子的循環(huán)、免疫細胞和細胞因子的遷移等機制影響腸外器官[3]，以及通過迷走神經調節(jié)腸-腦軸信號，導致神經精神疾病、自身免疫性疾病、代謝性疾病，甚至腸外腫瘤的發(fā)生[4]。

近年來腸道菌群對兒童急性白血病的影響得到廣泛研究，本文將綜述腸道菌群與兒童急性白血病的發(fā)生機制以及對白血病治療、預后以及預防的影響。

1 腸道菌群與白血病的發(fā)生機制

1.1 TET-甲基胞嘧啶雙加氧酶2(tet methylcytosine dioxygenase 2，TET2)基因突變影響乳酸桿菌分布而誘發(fā)急性髓系白血病(acute myelogenous leukemia , AML)編碼表觀遺傳修飾酶的TET2基因的體細胞突變會使人類和小鼠的造血干細胞自我更新頻率增加，并向髓系細胞分化，誘發(fā)AML[5]。但研究發(fā)現，TET2基因突變只是白血病的發(fā)生因素之一[6]，TET2的缺乏會使腸道屏障功能受損[7]，導致腸道內的乳酸桿菌易位進入血液和其他外周器官中，刺激微生物依賴性炎癥介質IL-6的產生，從而刺激骨髓增生，誘導AML的發(fā)生[8]。且在注射抗生素和IL-6抑制劑的小鼠以及出生在無菌環(huán)境下的TET2突變小鼠的體內都沒有檢測到白血病前骨髓增生，進一步證明了腸道菌群在這一過程中的作用。

1.2腸道菌群紊亂是前體B細胞急性淋巴細胞白血病(precursor B-cell lymphoblastic leukemia , pB-ALL)發(fā)生的關鍵步驟pB-ALL是兒童白血病中最常見的類型，其發(fā)生可分為兩步：第一步是基因改變，通過遺傳變異獲得；第二步發(fā)生在圍產期或嬰兒期，由微生物感染已經失調的免疫系統(tǒng)觸發(fā)[9]。但沒有發(fā)現與pB-ALL發(fā)展相關的單一微生物，而是微生物群的缺乏與pB-ALL顯著相關，在遺傳易感性小鼠中，即使沒有感染刺激，通過應用抗生素治療改變微生物組足以觸發(fā)白血病的發(fā)展[10]。因此，腸道微生物組可被用作早期生物標記物，以識別具有pB-ALL發(fā)病風險的遺傳易感小鼠。

1.3腸道屏障受損通過白細胞介素1α(interleukin 1α , IL-1α)促進急性T淋巴細胞白血病(T-cell acute lymphoblastic leukemia，T-ALL)細胞增殖IL-1α是IL-1的前體，是炎癥和免疫反應、血管生成和造血過程中的重要調節(jié)因子。炎癥刺激導致腸道屏障破壞，促進細胞因子如IL-1、IL-6等生成。IL-1α在T-ALL細胞核中過度表達，可能通過激活NFκB和SP1促進T-ALL細胞的增殖，并減少其凋亡[11]。

1.4腸道菌群代謝產物調節(jié)免疫系統(tǒng)間接影響白血病的發(fā)生短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids, SCFA)由腸道微生物群發(fā)酵膳食纖維產生，主要是醋酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽，能抑制組蛋白去乙酰化酶，促進T淋巴細胞分化為效應T細胞和調節(jié)性T細胞[12]，產生IL-10等。在信號通路上，SCFA可通過GPR43信號通路促進微生物抗原特異性Th1細胞產生IL-10；通過激活STAT3和mTOR途徑，促進Th1細胞中B淋巴細胞誘導成熟蛋白1(Blimp-1)的表達，從而加速Th1細胞產生IL-10[13]；丁酸通過GPR41和GPR43信號通路，加速抗原激活的CD8+T細胞的代謝，從而增強其記憶潛能[14]。因此，SCFA在誘導T淋巴細胞分化和發(fā)育中尤為重要，從而在免疫環(huán)境的基礎上驅動抗病原體免疫或免疫耐受，間接影響白血病的發(fā)生[15]。

2 腸道菌群與白血病的治療

2.1 化療前的腸道菌群組成可預測后續(xù)感染所有被確診為AL的兒童都將接受化療，而化療藥物會引起胃腸道功能紊亂和額外的免疫抑制，導致發(fā)熱性中性粒細胞減少癥和危及生命的血液感染的發(fā)生，而預防性和治療性抗生素的使用加重了對腸道菌群生態(tài)平衡的破壞[16]。一項針對ALL患兒的大型隊列研究發(fā)現[17]，在化療的誘導和再誘導I期后，微生物多樣性相對于化療前顯著降低，某些細菌類群(如擬桿菌科)的相對豐度顯著降低，而其他類群(如梭狀芽孢桿菌科和鏈球菌科)的相對豐度增加[18]。調整化療階段和所有風險水平后發(fā)現，化療開始前腸道微生物群的組成可以預測后續(xù)治療階段感染和發(fā)熱性中性粒細胞減少癥的發(fā)生率[19]，鏈球菌科占優(yōu)勢(相對豐度≥30%)預測隨后出現腹瀉疾病的風險顯著增加，而腸球菌科占優(yōu)勢預測隨后出現發(fā)熱性中性粒細胞減少癥和腹瀉疾病的風險均顯著增加[20]。

2.2化療藥物的起效受到腸道菌群的調節(jié)宿主對化療藥物的反應會受到腸道微生物群的影響，腸道菌群通過生態(tài)變異、易位、免疫調節(jié)、代謝、酶降解等機制影響化療藥物[21]，主要是在促進藥物療效、毒性的調節(jié)等方面。環(huán)磷酰胺(cyclophosphamide, CTX)是兒童ALL早期強化化療CAM方案的基礎用藥，研究發(fā)現CTX可誘導腸道微生物群的選擇性易位，導致小鼠小腸中乳酸桿菌和腸球菌的數量減少，而約翰遜乳桿菌、鼠乳桿菌和hirae腸球菌等數量增多，刺激特異性“致病性”T輔助17(pT(H)17)細胞的產生，從而發(fā)揮其抗腫瘤的藥效。用抗生素殺死這些細菌則會降低小鼠的pT(H)17反應，使其對CTX產生耐藥性[22]。

2.3腸道菌群與異基因造血干細胞移植(allogeneic hematopoietic stem cell transplantation，allo-HSCT)allo-HSCT是治療兒童高危白血病的重要方法，用于恢復與造血障礙相關的骨髓功能，重建正常造血和免疫，而達到治療目的。然而，移植物抗宿主反應(graft versus host disease, GvHD)是allo-HSCT最嚴重的并發(fā)癥，也是最常見的死因[23]。

2.3.1單一菌群優(yōu)勢與GvHD有關多項研究都表明，單一微生物群的優(yōu)勢與有害結果有關[24]。例如，厚壁菌、變形菌和腸桿菌科的較高豐度與死亡率和GvHD的發(fā)生相關[25]，而漆菌科、放線菌科的較高豐度和布氏桿菌的存在與較好的結果相關[26]。同樣，腸球菌、大腸埃希菌或普氏桿菌屬的單一優(yōu)勢與GvHD的存在和嚴重程度有關。

2.3.2腸道菌群影響GvHD發(fā)生的作用機制MHC II類分子在回腸內的腸上皮細胞(intestinal epithelial cell, IEC)上表達，在胃腸道CD4+T細胞依賴性GvHD的啟動中發(fā)揮了關鍵作用，而微生物群通過影響IL-12/IFNγ細胞因子軸，上調IEC上MHC-II的水平，從而誘發(fā)致死性GvHD[27]。乳酸菌科和瘤胃菌科的減少以及腸桿菌科的增加通過影響Treg/Th17失衡而誘發(fā)急性GvHD[28]，這可能是通過CD4+T細胞中的乙?；疕3實現的[29]。而近期一項研究發(fā)現，高硬脂酸飲食通過富集嗜黏蛋白阿克曼菌及其代謝產物(尤其是醋酸鹽)而加重急性GvHD的發(fā)生[30]，而這一過程與Th17和Th1反應的增強及其各自的下游細胞因子IL17、IFN-γ有關[31]。另一項基于腸球菌和乳糖飲食的研究發(fā)現，腸球菌的擴張與GvHD相關死亡率成正相關，而這一內在機制依賴于乳糖的利用，并通過臨床攜帶乳糖吸收不良等位基因的患者在抗生素暴露后維持了長時間的腸球菌水平正常證明了這一觀點，這或許為一種非抗生素的治療策略(如無乳糖飲食)提供了新思路[32]。

2.4益生菌制劑的探索嘗試allo-HSCT后的免疫重建是成功移植的基礎，即在沒有發(fā)生GvHD和機會性感染的情況下預防疾病復發(fā)[33]。益生菌制劑可以增加腸道內益生菌的數量，調節(jié)腸道生態(tài)，恢復微生態(tài)多樣性，并刺激機體免疫系統(tǒng)，使粒細胞濃度和抗體的滴度增加，減少感染的發(fā)生[34]。已知在腸道微需氧條件下生長的鼠李糖乳桿菌GG，可以通過Toll樣受體2刺激單核細胞[35]?？诜樗釛U菌已被證明可以驅動小鼠骨髓來源的巨噬細胞的M1極化[36]。但一項在人類allo-HSCT受者中進行的鼠李糖乳桿菌益生菌隨機對照試驗表明，益生菌制劑在預防GvHD方面沒有發(fā)揮作用[37]。使用益生菌制劑只能恢復一種或幾種特定的腸道微生物，不能恢復復雜微生物群落的功能。有時盲目單獨補充一種益生菌可能對宿主產生不利影響[38]，甚至導致益生菌引起的感染。Avcin等[39]報道的一名高危急性淋巴細胞性白血病患兒接受了化療和益生菌制劑治療，出現中性粒細胞減少癥，血液培養(yǎng)提示為短雙歧桿菌敗血癥。

3 腸道菌群與兒童白血病幸存者的預后

研究發(fā)現，兒童ALL的成年幸存者有更高的慢性共病風險和早期死亡率，而所有幸存者的CD4+和CD8+細胞的激活率以及炎癥生物標志物如IL-6和C反應蛋白循環(huán)水平都有所增加。眾所周知，腸道菌群失調與許多疾病的發(fā)展有關，例如糖尿病、代謝綜合征和動脈粥樣硬化等，所有這些疾病在兒童癌癥幸存者中也很普遍[40]。研究者比較分析存活組和對照組的糞便樣本發(fā)現，兩組之間存在多個差異豐富的微生物類群[41]，已知因其他慢性疾病(如炎癥性腸病)而大量減少的細菌類群，如糞便細菌、瘤胃科和漆樹科[42]，在ALL幸存者中也不太豐富。

4 腸道菌群與兒童白血病預防

“延遲感染假說”強調了早期微生物暴露在預防兒童白血病發(fā)病中的有利作用[43]。在出生時和出生后最初幾年內建立腸道微生物群對新陳代謝和免疫系統(tǒng)功能具有深遠而持久的影響[44]，相關機制可能與調節(jié)性T細胞的激活有關?，F代生活方式的改變，例如分娩方式(剖腹產)和非母乳喂養(yǎng)、抗生素使用、飲食和社會接觸破壞了這一暴露，導致微生物組的多樣性減少或生態(tài)失調[45]。因此，提倡出生后第一年進行日托護理或長期母乳喂養(yǎng)；設計一種預防性“疫苗”，模仿嬰兒期自然感染的保護作用；口服良性合生元(如乳酸桿菌和低聚糖)調節(jié)發(fā)育中的免疫系統(tǒng)，這些都可能為預防ALL的發(fā)生提供有用策略[10]。

5 結語與展望

綜上所述，腸道菌群與兒童急性白血病的發(fā)生、治療、預后以及預防均有著密切的關系，但目前還迫切需要找出兒童白血病發(fā)病和進展的特定微生物，并進一步探索腸道微生物群與兒童白血病之間聯系的潛在分子機制和途徑。這樣的話，就可以采用更具針對性和有效性的療法(例如特定益生菌補充劑、特定微生物組移植，以及有利于特定微生物的飲食調節(jié))[46]，為兒童急性白血病的治療和預防提供臨床新思路。此外，還應探索積極的措施，以確定糞便微生物群移植[47]、工程微生物聯合體或調整膳食結構是否能降低GvHD風險并成功治療GvHD患者[48]，朝著有益allo-HSCT患兒的方向發(fā)展及改善預后提供臨床依據。