肠道菌群在实体瘤免疫治疗中的进展

Progression of Gut Microbiota in Immunotherapy for Solid Tumors

摘要: 近年来免疫治疗在肿瘤的治疗中取得了非常大的突破，但并非所有患者都能够从这一种治疗方法中获益，因此需要探索新的策略来增强免疫治疗的效果。既往研究表明，粪便菌群移植(faecal microbiota transplantation, FMT)可以提高晚期黑色素瘤患者免疫治疗的疗效。通过改变肠道微生物群和增强患者的免疫反应来提高免疫疗法的效果。尽管前景广阔，但要提高FMT在肿瘤治疗中的疗效，并进一步了解这种治疗策略可能存在的优缺点，还需要进行更多的研究。因此本文就肠道菌群在实体瘤免疫治疗中的进展进行综述。

Abstract: In recent years, immunotherapy has made great breakthroughs in the treatment of tumors, but not all patients can benefit from this treatment, so new strategies need to be explored to enhance the effect of immunotherapy. Previous studies have shown that fecal microbiota transplantation (FMT) can improve the efficacy of immunotherapy in patients with advanced melanoma. The effect of immunotherapy can be improved by changing the intestinal microbiota and enhancing the immune response of patients. Although promising, more research is needed to improve the efficacy of FMT in cancer treatment and to further understand the possible advantages and disadvantages of this treatment strategy. Therefore, this article reviews the progress of intestinal microbiota in the immunotherapy of solid tumors.

1. 引言

肠道菌群在机体的活动中，在营养代谢、免疫调节、维持肠黏膜屏障的完整等方面有着十分重要的作用，肠道菌群紊乱可能导致多种疾病的发生，因此也是目前肿瘤学研究的热点之一。越来越多的研究证实肠道菌群与肿瘤的发生、发展有密切的相关性[1]。目前肿瘤的治疗已进入基于分子分型、基因、免疫状态等多因素的个体化治疗的阶段，尤其是免疫治疗近10年来在肿瘤的治疗中取得了巨大的突破，但是免疫治疗的有效率差异十分巨大，基于前期的研究发现，肠道菌群可调节抗肿瘤免疫，可作为免疫治疗的标志物之一[2]。而肠道菌群移植(faecal microbiota transplantation, FMT)是将健康供体的胃肠道微生物群的粪便引入受体患者的消化系统，以此提高患者肠道有益微生物群的丰富性和多样性，达到治疗的目的。目前，已有相关临床研究对肠道菌群移植在肿瘤免疫治疗中的效果进行探索。

2. 肠道菌群与免疫治疗的关系

近年来，免疫检查点抑制剂在肿瘤的治疗中产生了重要的影响，但并非所有患者对这种治疗方式都表现出良好的反应。研究认为免疫检查点抑制剂产生耐药的原因包括：导致PD-1 (programmed death receptor 1，程序性死亡受体1)途径失活的基因突变、PD-L1表达的变化，肿瘤微环境中存在免疫抑制细胞等都可影响免疫检查点抑制剂的治疗反应[3] [4]。如何克服抗PD-1免疫治疗的耐药性是肿瘤治疗的关键。研究发现，肠道菌群能够通过相关代谢产物调控免疫相关通路、调节肿瘤微环境等，进一步增强免疫治疗疗效、降低免疫相关不良反应及逆转免疫耐药[5]。同时研究发现，在接受免疫治疗的晚期黑色素瘤、肾细胞癌和非小细胞肺癌患者中，有反应患者与无反应患者的肠道微生物群组成存在差异[2] [6]。通过以上研究提出了一个假设，即肠道菌群特征可用作对免疫治疗的反应的预测性生物标志物[2] [7] [8]。那么肠道菌群是如何调节免疫治疗的疗效呢？

2.1. 抗生素的使用可削弱免疫治疗的疗效

抗生素的使用可导致肠道菌群失调，在免疫治疗期间使用抗生素可能导致免疫治疗的反应欠佳、容易出现疾病进展[9]。一项研究回顾性分析了免疫治疗与口服抗生素与预后的关系，发现在免疫治疗开始之前或刚开始时接受了抗生素治疗的患者，更易产生原发耐药性，并且有较短的生存期[6]。在接受免疫治疗的晚期肿瘤患者中，治疗期间接受一个疗程的抗生素的患者中位总生存期显著降低，并且接受多个疗程患者的生存期更低[10]。随着临床前的研究开展，也发现抗生素对肠道菌群和免疫治疗之间有一定的关联性，结果提示使用抗生素或无菌小鼠体内对于免疫治疗的反应较差，对携带有拟杆菌和双歧杆菌的小鼠，可以发现肿瘤生长受抑；经过对无菌小鼠管饲脆弱拟杆菌后，免疫治疗开始产生反应，而且发现到淋巴结中CD8+T细胞的增加[11]。因此目前研究认为，抗生素的使用可改变肠道菌群，进一步导致肠道菌群失衡，从而影响免疫治疗的疗效。

2.2. 肠道微生物的状态影响和预测免疫治疗的疗效

研究发现，在原发性肝癌[12]、黑色素瘤[13]、结直肠癌[14]等肿瘤中，肠道菌群可以通过改变肿瘤的免疫微环境、导致肿瘤的免疫逃逸，进一步使得肿瘤对免疫疗法产生耐药。不同病理类型及分期不同，其患者中的肠道菌群的组成及分布均不相同，肺癌患者与健康对照患者的肠道菌群存在明显差异[15] [16]。而与阳性结果相关的最常见菌群是梭状芽孢杆菌属、反刍球菌科、粪便杆菌属、脆弱拟杆菌属、双歧杆菌属、肠球菌属、柯林斯菌属等。2017年，GOPALAKRISHNAN等[8]在分析使用免疫检查点抑制剂治疗的112例黑色素瘤患者的肠道菌群中发现，对治疗有反应的患者的肠道菌群的组成明显有别于没有反应组，有反应组肠道菌群内多样性和瘤胃球菌科细菌的相对更丰富，并且对肠道菌群多样性丰富的患者其无进展生存期(PFS)显著延长。同样Zheng等[17]也发现在使用免疫检查点抑制剂治疗原发性肝癌中，对治疗有反应患者的粪便中，菌群的数量和丰富程度均明显高于无反应的患者。因此，研究人员将对免疫检查点抑制剂治疗有反应的非小细胞肺癌和结直肠癌患者的肠道菌群移植给无菌或抗生素处理后的小鼠中，可改善免疫检查点抑制剂的疗效，而使用无反应患者的粪便移植则没有显著疗效[18]，对免疫检查点移植剂治疗有反应的癌症患者的粪便菌群可以改善抗肿瘤效果；进一步通过基因组学分析发现，A. muciniphila可能与这种作用有关，该菌为肠道的专性厌氧菌，在维持肠道屏障完整性和调节免疫反应中发挥着重要作用。通过对无反应小鼠粪便移植补充A. muciniphila后，可通过刺激DC分泌IL-12，进一步促进淋巴细胞聚集，恢复免疫检查点抑制剂的疗效[6]。研究发现从健康人体粪便中分离出的11种细菌菌株混合物能够在肠道中诱导IFNγ+ CD8 T cells，对细胞内病原体李斯特菌具有抗性，与ICIs联合使用可有效抑制肿瘤生长[18]。

2.3. 肠道菌群移植可改善免疫治疗疗效

随着对肠道菌群在炎症性肠病、功能性胃肠疾病、代谢性疾病中的应用研究的深入，基于肿瘤背景下的研究也逐渐开展，研究发现，调节肠道菌群有可能提高免疫治疗的有效性。粪便菌群移植是最直接的调节肠道菌群的方法，可分为移植单一菌群和移植整体菌群两种主要方式。而口服益生元、益生菌、饮食干预等，也是目前探索调节微生物群的潜在策略[19] [20]。一项回顾性多中心研究显示，在接受抗pd-1单药治疗的晚期或复发性NSCLC患者中，使用益生菌与阳性临床结果相关[21]。被称为CBM588的双歧活菌产品被认为可能改善接受尼鲁单抗(PD-1抑制剂)–伊匹木单抗(CTLA-4抑制剂)治疗的转移性肾细胞癌患者的临床结果[22]。MRx0518也是一种新型的口服活体生物治疗药物，对实体肿瘤具有强大的免疫刺激特性[23]。

最早将FMT用于癌症患者化疗后出现复发性艰难梭菌感染的治疗中表现出了很高的安全性和有效性[24]。同样FMT在放射性肠炎、免疫性肠炎的治疗中也表现出不俗的效果。而在肿瘤治疗方面FMT也显示出了令人鼓舞的结果，如黑色素瘤和肺癌等[25]。一项118例NSCLC患者的回顾性研究中发现，在开始接受免疫检查点抑制剂治疗前6个月内或同时接受益生菌(丁酸梭菌属)直到停止治疗的患者与未接受益生菌治疗的患者相比，生存结果得到显著改善，其中对于接受抗生素治疗的患者在接受益生菌治疗后也获得了无进展生存期和总生存期的改善[18]。

在黑色素瘤方面，对2例未经治疗的晚期黑色素瘤患者进行粪菌移植与免疫治疗的联合治疗，移植1周后，2例患者外周血淋巴细胞亚群发生改变，并表现出明显的免疫反应[26]，而且临床数据表明，菌群移植在黑色素瘤患者免疫治疗中可增强免疫疗效。在10例接受免疫治疗进展的黑色素瘤患者中，FMT供体为2例接受过免疫检查点抑制剂治疗达到CR并持续超过1年的晚期黑色素瘤患者。10例患者接受了72小时的口服抗生素治疗，以消耗肠道微生物群。随后，他们口服了来自两个不同供体的粪便胶囊，以进行FMT和重新启动免疫治疗。研究结果表明，其中3例患者达到疾病缓解，其中1例达到了完全缓解，并且都达到了6个月无进展生存时间。研究表明，在耐药转移性黑色素瘤患者中使用来自完全缓解的供体的FMT和再诱导抗PD-1治疗是安全可行的。这为通过操纵肠道微生物群来解决抗PD-1免疫疗法耐药性的概念提供了实证支持[14]。

免疫检查点抑制剂在MSI-H/dMMR (高度微卫星不稳定/错配修复蛋白缺失)的结直肠癌患者上取得了巨大的成功，但结直肠癌患者中约有95%为MSS (微卫星稳定)，对免疫治疗反应较差。因此需要进一步研究新的联合治疗方法，以加强对这一部分结直肠癌患者的治疗疗效。RENMIN-215是免疫联合FMT的II期临床研究，针对接受过标准二线药物治疗后出现耐药的结直肠癌患者，通过FMT、替雷利珠单抗和氟喹替尼联合治疗方案，在治疗中观察到肿瘤标志物显著减少，免疫功能得到改善，肠道微生物群组成更为平衡。研究表明，FMT与PD-1和靶向药物联合使用可能是治疗MSS转移性结直肠癌患者的一种很有前途的治疗方法[27]。Riquelme等[28]通过粪便微生物移植发现肠道菌群可直接易位影响胰腺癌内菌群的组成，并调节免疫功能，最终影响肿瘤自然病程和患者生存期。此外，也有研究发现胰腺导管腺癌相关菌群起源于肠道菌群并逆行至胰腺[29]。美国国家癌症研究所在2018年批准了一项纳武单抗联合他达拉非和口服万古霉素治疗原发性肝癌及结直肠癌或胰腺癌肝转移的研究，以期万古霉素能改变肠道共生菌的组成，诱导肝脏选择性抗肿瘤作用。菌群失调可以破坏肠道免疫耐受和激活抑制性免疫细胞，促进原发性肝癌对免疫检查点抑制剂治疗的耐药，而补充菌群可以增强抗PD-1和抗PD-L1单抗的治疗效果[30]。因此，恢复一个健康和多样化的肠道微生物群落是肿瘤患者是成功的重要一步，通过改变肠道微生物群组成有助于克服抗PD-1免疫治疗的耐药性，提高其有效性，并提高对抗肿瘤细胞的整体免疫力。

3. 小结与展望

目前多项研究表明，肠道微生物的多样性、特定类群及相关的代谢产物可以通过活化免疫细胞、改善肿瘤微环境等途径来影响免疫检查点抑制剂的治疗效果。肠道菌群与免疫治疗疗效及不良反应的关联均已得到充分证实，干预菌群是可行的增敏免疫治疗疗效的方法。尽管肠道菌群移植具有抗肿瘤的应用前景，但如何评估捐赠者的肠道菌群的健康及肠道菌群的特异性组成，以及评估肿瘤患者肠道微生物菌群失调的状态，还有对于预测疗效、不良反应以及菌群移植过程的控制，均欠缺精准性，因此仍需更多的临床研究支持该治疗方案的有效性和安全性。