我們早早就知道腸道微生物是人體內(nèi)一群龐大而復(fù)雜的神秘生物，一直以來，它們都是以亦敵亦友的身份與人類朝夕相處，典型的敵人做派莫過于它們與肥胖、糖尿病、帕金森病、炎癥性腸病、自閉癥等多種疾病息息相關(guān)[1-4]。

然而，最令人瞠目結(jié)舌的是腸道菌群居然與腫瘤免疫治療之間也存在著千絲萬縷的關(guān)系。

近日，密歇根大學(xué)James J. Moon領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊在Nature Biomedical Engineering上發(fā)表重要成果[5]。他們證明具備 “結(jié)腸滯留”特性的口服菊粉凝膠，能夠增加腸道中有益共生微生物及其代謝物短鏈脂肪酸（SCFAs）的水平，后者可誘導(dǎo)CD8+T細(xì)胞的分化，與抗PD-1免疫治療協(xié)同，能在多種腫瘤模型中發(fā)揮強(qiáng)大的抗腫瘤作用。

如果說免疫療法讓腫瘤治療步入了全新的時代，那么免疫檢查點阻斷（ICB）則是開辟腫瘤免疫治療新紀(jì)元的元老角色。2018年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎花落腫瘤免疫檢查點療法，正式官宣了負(fù)向免疫調(diào)控的重大意義，自此，腫瘤免疫治療完成了從“免疫增強(qiáng)療法”到“免疫正?；煼ā钡耐昝劳懽?！

ICB療法雖然在癌癥治療中大放異彩，卻沒有成為對抗腫瘤的終點。研究表明，免疫檢查點單克隆抗體的治療在臨床上僅能對約25%的患者起效[6]，而且還可能發(fā)生嚴(yán)重的免疫相關(guān)不良事件。

而近幾年，越來越多的研究成果揭示了靶向腸道微生物群在治療炎癥、代謝和神經(jīng)變性疾病以及癌癥等方面的巨大潛力。

其實早在2012年，Romina團(tuán)隊就發(fā)現(xiàn)共生細(xì)菌能夠通過調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境控制荷瘤小鼠對治療的反應(yīng)[7]；2015年，《科學(xué)》雜志發(fā)表的兩篇重磅研究更添實錘，他們指出，CTLA-4和PD-L1單克隆抗體治療的有效性依賴于腸道微生物的組成與豐度[8-9]；2018年初的三項研究成果以人類癌癥患者的體內(nèi)數(shù)據(jù)做支撐，證明黑色素瘤患者腸道菌群的豐度與組成確實會影響PD-1阻斷劑的療效，而且在對治療響應(yīng)明顯的患者腸道菌群中，瘤胃球菌屬豐度較高[10-12]。

此外，科學(xué)家還對腸道微生物群調(diào)節(jié)抗腫瘤免疫反應(yīng)的機(jī)制做了探究，雖然很多具體的細(xì)節(jié)并不明確，但是腸道微生物發(fā)酵產(chǎn)生的代謝物，尤其是SCFAs如乙酸鹽、丁酸鹽和丙酸鹽，似乎在CD8+T細(xì)胞的免疫應(yīng)答中起到了關(guān)鍵作用[13]。

但科研的情節(jié)從來都不會按爽文的套路發(fā)展，就在大家以為靶向腸道微生物能開啟癌癥治療新篇章、創(chuàng)造下一個傳奇的時候，真正的挑戰(zhàn)和困難其實才剛剛拉開帷幕。

例如，如何準(zhǔn)確鑒定出有利于癌癥治療的益生菌？在實際應(yīng)用中，糞便微生物群移植產(chǎn)品的規(guī)?；a(chǎn)如何進(jìn)行？質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)該如何建立？

針對以上機(jī)遇與挑戰(zhàn)，James團(tuán)隊設(shè)計了一種“結(jié)腸滯留”的口服菊粉凝膠，用于原位調(diào)節(jié)結(jié)腸微生物群（研究證明共生微生物如Akkermansia,Lactobacillus和Roseburia在對ICB療法應(yīng)答的患者中普遍存在，且主要存在于結(jié)腸），并在小鼠的多個腫瘤模型中證明了其協(xié)同抗PD-1治療可發(fā)揮強(qiáng)大、長效的抗腫瘤免疫應(yīng)答。

研究方案初步則是需要確定一個研究對象，能夠安全的調(diào)節(jié)腸道微生物群，協(xié)同抗PD-1治療增強(qiáng)抗腫瘤免疫應(yīng)答。為此，他們從FDA公認(rèn)安全的列表中選擇了幾種可以增加腸道微生物群豐度和多樣性的膳食纖維，包括沒食子酸、褐藻多糖、低聚果糖、褪黑素和菊粉。

隨后他們在BALB/c 小鼠身上分別建立了預(yù)防性和治療性的CT26皮下瘤模型，并檢測了這些膳食纖維在調(diào)節(jié)腸道微生物群、預(yù)防或抑制腫瘤生長、以及增加特異性CD8+T細(xì)胞等方面的效力。

他們發(fā)現(xiàn)經(jīng)灌胃途徑攝入的菊粉，能顯著提高抗PD-1治療的全身抗腫瘤療效，有效減緩腫瘤生長；與單獨(dú)使用抗PD-1相比，菊粉協(xié)同抗PD-1顯著增加了小鼠體內(nèi)免疫顯性表位CT26 gp70特異性CD8+T細(xì)胞。由此可見，菊粉在后續(xù)研究開展中具有極大的應(yīng)用潛力。

菊粉與抗PD-1聯(lián)合顯著延緩、抑制了腫瘤生長，并且延長了小鼠生存期，增加了特異性CD8+的T細(xì)胞

接著，他們通過16S核糖體RNA基因測序技術(shù)分析了小鼠糞便樣本，以探究聯(lián)合給藥后腸道微生物群豐度及其代謝物變化。

他們發(fā)現(xiàn)菊粉聯(lián)合抗PD-1顯著增加了臨床上已鑒定出的有益共生菌群Akkermansia,Lactobacillus和Roseburia的相對豐度，而且斯皮爾曼相關(guān)系數(shù)分析結(jié)果顯示腸道共生微生物的代謝物SCFAs似乎與ICB療效之間存在關(guān)聯(lián)。

菊粉與抗PD-1協(xié)同顯著增加了Akkermansia,Lactobacillus和Roseburia的相對豐度，并提示SCFAs與聯(lián)合治療的效果有關(guān)

以上研究基本確定了菊粉在后續(xù)研究中的C位，但是怎樣設(shè)計才能最大化菊粉協(xié)同抗PD-1的“1+1>2”的效果呢？

James團(tuán)隊將目光聚焦在了菊粉的化學(xué)性質(zhì)上。作為多糖纖維，菊粉經(jīng)簡單的加熱-冷卻過程即可制成凝膠，科學(xué)家們大膽設(shè)想，既然大部分有益菌群聚集在結(jié)腸，那么菊粉凝膠能否延長原位調(diào)節(jié)結(jié)腸微生物群的作用時間，從而進(jìn)一步增強(qiáng)全身抗腫瘤免疫反應(yīng)呢？

菊粉凝膠在口服9.5h后還能保持較高的結(jié)腸滯留

幸運(yùn)的是，研究結(jié)果并沒有辜負(fù)科學(xué)家的盛情期許，他們發(fā)現(xiàn)與游離菊粉相比，菊粉凝膠不僅能延長在結(jié)腸中的停留時間，而且聯(lián)合抗PD-1后能進(jìn)一步增加Akkermansia的相對豐度。

在接下來的實驗中，他們探究了口服菊粉凝膠結(jié)合抗PD-1治療對全身免疫反應(yīng)的效果，結(jié)果表明，具有“結(jié)腸滯留”特性的菊粉凝膠能誘導(dǎo)產(chǎn)生更多的特異性CD8+T細(xì)胞，甚至激發(fā)長效的免疫記憶應(yīng)答。

口服菊粉凝膠結(jié)合抗PD-1治療顯著抑制了腫瘤生長，并且增加了特異性CD8+T細(xì)胞的比例和功能

雖然已經(jīng)見證了菊粉凝膠與抗PD-1療法協(xié)同激發(fā)全身免疫應(yīng)答的硬實力，然而免疫系統(tǒng)作為體內(nèi)一個復(fù)雜但精妙的防衛(wèi)體系，不禁讓人好奇，局部調(diào)節(jié)腸道菌群究竟是如何影響全身免疫應(yīng)答的？

James教授顯然也意識到了從腸道菌群到全身免疫反應(yīng)這中間大段的空白，于是他開展一系列實驗探究隱藏在聯(lián)合治療背后的內(nèi)在機(jī)制。

研究發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合治療顯著增加了共生微生物發(fā)酵產(chǎn)生的SCFAs，后者以G蛋白偶聯(lián)受體43（GPR43）依賴性的方式增加了全身的IFN-γ+CD8+T細(xì)胞以及Tcf1+PD-1+CD8+T細(xì)胞，誘發(fā)了以CD8+T細(xì)胞為主導(dǎo)的抗腫瘤免疫應(yīng)答。

口服菊粉凝膠結(jié)合抗PD-1治療顯著增加了腫瘤和淋巴結(jié)中Tcf1+PD-1+CD8+T細(xì)胞的比例

除此之外，聯(lián)合治療能夠改變腫瘤免疫微環(huán)境，增加NK細(xì)胞和中性粒細(xì)胞的比例，同時下調(diào)免疫抑制的Treg細(xì)胞，誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向具有抗癌作用的M1亞型分化，從而逆轉(zhuǎn)腫瘤免疫抑制微環(huán)境。

研究接近尾聲之際，James團(tuán)隊還建立了針對不同供應(yīng)商、不同種屬與不同細(xì)胞系等多個腫瘤模型，全面驗證了口服菊粉凝膠與抗PD-1療法聯(lián)合的普用性。

筆者以為，James團(tuán)隊的研究思路新穎，打破了常規(guī)的免疫聯(lián)合治療手段，以醫(yī)療生物界炙手可熱的“大明星”腸道微生物群為切入點，聯(lián)合了腫瘤免疫治療領(lǐng)域的“巨星”ICB療法，開創(chuàng)了一種聲東擊西的治療新策略，確實為今后的癌癥聯(lián)合治療提供了新的思路和機(jī)會。

但另一方面，腸道微生物群和免疫系統(tǒng)都是人體內(nèi)比較錯綜復(fù)雜的存在，往往牽一發(fā)而動全身，調(diào)節(jié)過度引起的微生物群紊亂對治療無疑是雪上加霜。因此，未來的研究工作中更要慎重嚴(yán)謹(jǐn)，尋求安全、高效的聯(lián)合方法。

參考資料：

1. Lynch, S. V. & Pedersen, O. The human intestinal microbiome in health and disease. N. Engl. J. Med. 375, 2369–2379 （2016）.

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4. Cryan, J. F., O’Riordan, K. J., Sandhu, K., Peterson, V. & Dinan, T. G. The gut microbiome in neurological disorders. Lancet Neurol. 19, 179–194 （2020）.

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