從腸道微生態(tài)角度探討免疫療法在癌癥治療中的作用*

岳曉華 張小平，2△ 王碧瑩

甘肅中醫(yī)藥大學(xué)1基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，2敦煌醫(yī)學(xué)與轉(zhuǎn)化教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730000

癌癥的發(fā)生與基因突變引起的細(xì)胞生長(zhǎng)紊亂有關(guān)，該過(guò)程會(huì)激活原癌基因，包括刺激或抑制腫瘤增殖和轉(zhuǎn)移的特定基因激活或失活[1]。近年來(lái)，癌癥免疫療法成為腫瘤治療的焦點(diǎn)，被認(rèn)為是繼手術(shù)、放療和化療之后的又一有效療法。免疫療法被廣泛用于治療各種惡性腫瘤，目前，免疫檢查點(diǎn)抑制劑(immune checkpoint inhibitors，ICI)在治療黑素瘤、腎細(xì)胞癌、非小細(xì)胞肺癌等實(shí)體癌以及血液系統(tǒng)惡性腫瘤等方面取得較好療效[2]。免疫抑制檢查點(diǎn)包括程序性細(xì)胞死亡蛋白1(PD-1)和細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞相關(guān)蛋白4(CTLA-4)，它們主要是通過(guò)干擾CD3/CD28依賴(lài)性信號(hào)，抑制信號(hào)向腫瘤細(xì)胞或T細(xì)胞傳遞來(lái)抑制免疫反應(yīng)[3]。最近，有證據(jù)表明微生物群可能會(huì)影響癌癥免疫治療的結(jié)果：比如，廣譜抗生素的使用會(huì)極大地破壞腸道微生物，并且觀察到抗生素對(duì)ICI治療的有害作用，包括對(duì)ICI反應(yīng)下降、腫瘤早期發(fā)展以及總生存期縮短[4]；這些證據(jù)提示腸道菌群對(duì)于ICI治療的反應(yīng)至關(guān)重要。因此，腸道菌群可能是預(yù)測(cè)免疫檢查點(diǎn)治療功效的生物標(biāo)志物或靶標(biāo)。本文就近年來(lái)有關(guān)腸道菌群在腫瘤免疫療法中的作用以及未來(lái)可能的干預(yù)措施進(jìn)行綜述如下。

1 微生物群在人類(lèi)生理病理中的作用

腸道微生物群是指大量依存于人類(lèi)腸道的微生物，包含著數(shù)萬(wàn)億種共生微生物，是維持宿主健康的重要元素，又被稱(chēng)為“遺忘的器官”[5]。出生后，人類(lèi)腸道逐漸被數(shù)種微生物菌株定植，其對(duì)宿主發(fā)揮著許多有益的功能，可以幫助宿主完成多種生理和生化功能。首先，腸道菌群構(gòu)成了腸道屏障，促進(jìn)了腸道菌群的持續(xù)存在，并通過(guò)產(chǎn)生短鏈脂肪酸產(chǎn)生粘液并滋養(yǎng)黏膜；在生命早期階段，腸道菌群通過(guò)刺激先天免疫系統(tǒng)而參與免疫系統(tǒng)的成熟，進(jìn)而導(dǎo)致腸道相關(guān)淋巴組織的成熟，并通過(guò)刺激局部和全身免疫反應(yīng)來(lái)激發(fā)獲得性免疫；另外，腸道菌群在為宿主提供營(yíng)養(yǎng)、產(chǎn)生維生素和激素以及預(yù)防病原菌的定植等方面發(fā)揮重要作用[6]。因此，在健康的人群中，腸道菌群保持相對(duì)的穩(wěn)態(tài)可以控制病原微生物的生長(zhǎng)。但是，腸道微生物的組成會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)而變化，一旦腸道菌群的穩(wěn)態(tài)被破壞，即腸道菌群營(yíng)養(yǎng)不良，就會(huì)導(dǎo)致相關(guān)疾病，例如炎癥性腸病、肥胖、過(guò)敏性疾病、糖尿病、自閉癥、結(jié)腸直腸癌和心血管疾病等[7]。

2 癌癥的免疫療法

迄今為止，ICI已成為研究最多的癌癥免疫療法，包括PD-1/PD-L1阻斷劑和CTLA-4阻斷劑。一般來(lái)說(shuō)，免疫檢查點(diǎn)可以通過(guò)免疫制動(dòng)作用來(lái)保持適當(dāng)?shù)拿庖叻磻?yīng)，同時(shí)還能保護(hù)健康組織免受免疫攻擊[8]。CTLA-4為共抑制分子，可以調(diào)節(jié)T細(xì)胞活化的程度。一旦CTLA-4與其配體(CD80和CD86)結(jié)合，便會(huì)損害T細(xì)胞功能，從而促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展。阻斷CTLA-4可以修復(fù)T細(xì)胞功能并使T細(xì)胞發(fā)揮殺傷腫瘤的效應(yīng)[9]。此外，炎癥發(fā)生時(shí)，T細(xì)胞被激活并表達(dá)PD-1，從而識(shí)別異常細(xì)胞[10]。在腫瘤微環(huán)境中，腫瘤細(xì)胞表達(dá)的PD-L1與T細(xì)胞上的PD-1結(jié)合以使T細(xì)胞失活，從而使腫瘤細(xì)胞逃避T細(xì)胞的識(shí)別和清除。因此，靶向PD-1或PD-L1的抗體可以破壞這種相互作用并提高T細(xì)胞抗癌免疫力[11-12]。目前，F(xiàn)DA已批準(zhǔn)1種CTLA-4抑制劑和5種PD-1或PD-L1抑制劑用于治療惡性腫瘤[13]，與常規(guī)化學(xué)療法相比，其能有效提高總生存率[14]。

3 腸道菌群對(duì)癌癥免疫療法的影響

腸道微生物可以調(diào)節(jié)人類(lèi)健康與疾病之間的平衡，腸道微生物群可以調(diào)節(jié)宿主局部和全身免疫系統(tǒng)。最近的研究發(fā)現(xiàn)，腸道微生物群會(huì)影響ICI對(duì)癌癥的治療效果，并且部分發(fā)現(xiàn)在已接受ICI治療的患者中得到驗(yàn)證[15]。

3.1 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)

腸道菌群成分不同的小鼠對(duì)PD-1/PD-L1抑制劑治療反應(yīng)存在顯著差異，對(duì)抗PD-1治療有良好反應(yīng)的小鼠腸道雙歧桿菌種類(lèi)明顯增加，該類(lèi)小鼠的腫瘤生長(zhǎng)明顯變慢。另外，向腸道菌群失調(diào)的小鼠提供了含有雙歧桿菌的口服益生菌后發(fā)現(xiàn)，其能加強(qiáng)PD-L1阻斷劑的抗腫瘤功效，且這種作用主要是由于樹(shù)突狀細(xì)胞(dendritic cell，DC)成熟的增強(qiáng)，進(jìn)而提高了腫瘤特異性CD8+T細(xì)胞的活性[16]。同樣，在經(jīng)抗CTLA-4處理后，小鼠腸道菌群的豐度發(fā)生了明顯變化，擬桿菌和伯克氏菌的數(shù)量增加，梭菌的數(shù)量減少；抗CTLA-4與脆弱擬桿菌或伯克霍爾德菌一起口服，可通過(guò)觸發(fā)Th1反應(yīng)并促進(jìn)DC成熟來(lái)增強(qiáng)抗CTLA-4治療的功效[17]。

3.2 臨床試驗(yàn)

腸道菌群的重要性在許多接受ICI治療的患者中也得到驗(yàn)證。在抗PD-1/PD-L1治療的患者中，未接受抗生素治療的上皮腫瘤患者總生存率和無(wú)進(jìn)展生存率顯著高于接受抗生素的腫瘤患者；這種現(xiàn)象表明抗生素的使用可能會(huì)破壞腸道菌群，從而削弱抗腫瘤免疫力和對(duì)ICI的反應(yīng)[18]。在轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者中，腸道菌群也影響抗PD-1療法的療效。對(duì)PD-1治療有反應(yīng)的患者腸道菌群的多樣性顯著增加，某些微生物相對(duì)豐富，比如梭菌、瘤胃菌科和普氏棲糞桿菌。而對(duì)于無(wú)反應(yīng)的患者，其腸道細(xì)菌多樣性較低，并且擬桿菌的豐度較高。對(duì)腸道菌群組成和腫瘤微環(huán)境的免疫學(xué)分析表明，與腸道菌群失調(diào)的患者相比，腸道菌群良好的患者細(xì)胞毒性T細(xì)胞標(biāo)志物的表達(dá)以及抗原加工和呈遞都得到了增強(qiáng)[19]。另有研究[20]表明，腸道菌群的差異發(fā)生在對(duì)ICI的反應(yīng)上，對(duì)PD-1阻斷有反應(yīng)的患者富含長(zhǎng)雙歧桿菌、產(chǎn)氣科林斯菌和糞腸球菌，且將有反應(yīng)的患者糞便樣品轉(zhuǎn)移至無(wú)菌小鼠也能成功復(fù)制顯性表型；與接受非反應(yīng)患者糞便的小鼠相比，其腫瘤生長(zhǎng)更慢，治療效果更佳。

4 通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群以提高癌癥免疫治療效果

4.1 飲食調(diào)節(jié)

腸道菌群的主要功能是幫助宿主消化食物，以獲得關(guān)鍵營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[21]。然而，飲食攝入還可以促進(jìn)微生物的差異組成，有證據(jù)表明，通過(guò)調(diào)整飲食方案可以在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)顯著改變腸道菌群的組成[22]。有研究表明，減少膳食纖維的攝入在健康人糞便樣本中發(fā)現(xiàn)免疫促進(jìn)性普氏假單胞菌和丁酸鹽的豐度降低；在膳食中添加植物多糖菊粉益生元后，糞便中普拉梭菌和雙歧桿菌種類(lèi)均顯著增加[23]。此外，高纖維飲食似乎會(huì)提高患者腸道微生物的多樣性。此外，基于飲食干預(yù)措施的良好安全性，有研究人員開(kāi)始探索飲食對(duì)癌癥患者腸道菌群的影響，例如“BE GONE”試驗(yàn)(NCT02843425)旨在通過(guò)在日常飲食中每天向癌癥患者補(bǔ)充半杯豆類(lèi)來(lái)研究癌癥患者的纖維補(bǔ)充對(duì)腸道細(xì)菌群體的影響[24]。

4.2 補(bǔ)充益生菌

飲食干預(yù)措施的設(shè)計(jì)和實(shí)施相對(duì)簡(jiǎn)單，但其對(duì)微生物群的影響效果有限。在臨床上，細(xì)菌聯(lián)合體或“益生菌設(shè)計(jì)劑”的使用可以提供更加可行的微生物補(bǔ)充方法。丁酸梭狀芽胞桿菌因其能夠產(chǎn)生大量丁酸而得名，在日本和中國(guó)被廣泛用于益生菌治療，主要用來(lái)改善與腸道營(yíng)養(yǎng)不良相關(guān)的癥狀，比如腹瀉、便秘等。丁酸梭菌可增加有益細(xì)菌，特別是乳酸桿菌和雙歧桿菌，而雙歧桿菌可增強(qiáng)抗腫瘤免疫力。研究人員發(fā)現(xiàn)，益生菌丁酸梭狀胞桿菌療法可以顯著延長(zhǎng)腫瘤患者無(wú)進(jìn)展生存期和總體生存期，且在接受抗生素治療的患者中，補(bǔ)充益生菌丁酸梭狀胞桿菌與更長(zhǎng)的無(wú)進(jìn)展生存期和總體生存期也有顯著關(guān)聯(lián)[25]。另有研究發(fā)現(xiàn)，乳桿菌在ICI治療的黑色素瘤小鼠模型中被耗竭，但隨著常見(jiàn)益生菌乳桿菌的引入，ICI介導(dǎo)的毒性得以改善而又不影響抗腫瘤的能力。然而，不同的益生菌制劑在成分、穩(wěn)定性和真實(shí)性方面存在較大差異，口服益生菌對(duì)癌癥治療的有害作用也有報(bào)道。有研究[26]報(bào)道，在大腸癌的臨床前模型中，益生菌的使用與增加的腫瘤滲透性、多重性和腺癌的侵襲有關(guān)，因此在對(duì)癌癥患者補(bǔ)充益生菌應(yīng)保持警惕。

4.3 糞菌移植

糞菌移植療法被定義為通過(guò)上消化道和(或)下消化道將健康微生物群從健康供體移植到患者中，以恢復(fù)腸道微生物的多樣性。糞菌移植療法是改變腸道菌群組成的最直接方法。有學(xué)者對(duì)1089例接受糞菌移植療法的患者進(jìn)行了系統(tǒng)回顧，發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的毒副作用如死亡和病毒感染并不多見(jiàn)，揭示了糞菌移植療法的治療潛力[27]。因此，可以從表現(xiàn)良好的共生細(xì)菌組成的抗PD-1反應(yīng)者中制備糞便樣品，然后通過(guò)內(nèi)窺鏡移植或口服遞送到抗PD-1耐藥且腸道微生物成分不利的患者中，這種方法與用于治療患者難治性艱難梭菌感染的策略相似。最近開(kāi)放了1項(xiàng)針對(duì)先前免疫治療失敗的轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者的1期單中心試驗(yàn)(NCT03353402)，其中難治性患者將接受對(duì)免疫治療反應(yīng)良好的患者的糞菌移植療法[28]。但由于糞菌移植療法在癌癥治療中尚無(wú)明確研究，并且由于對(duì)有利的微生物群定義尚不精確，其存在傳遞免疫調(diào)節(jié)細(xì)菌和轉(zhuǎn)移促進(jìn)疾病細(xì)菌的可能，比如2019年曾報(bào)道2例接受糞菌移植治療的腸炎患者發(fā)生了由多重耐藥菌引起的侵襲性感染，其中1名患者死亡，因此有必要對(duì)糞菌移植治療引起的不良事件保持警惕[29-30]。

5 小結(jié)與展望

免疫系統(tǒng)一直被認(rèn)為是控制癌癥的主要力量，免疫系統(tǒng)的缺陷不僅會(huì)導(dǎo)致癌癥的發(fā)生和進(jìn)展，還會(huì)對(duì)癌癥治療產(chǎn)生不利影響。微生物群有助于整體塑造免疫系統(tǒng)，例如，缺乏腸道微生物群的無(wú)菌小鼠在免疫方面存在嚴(yán)重缺陷，如缺乏腸道黏液層、IgA分泌的改變、Peyer斑塊大小和功能的降低、腸系膜淋巴結(jié)的排泄節(jié)點(diǎn)減少等[31]?，F(xiàn)有的證據(jù)都表明ICI在治療各種惡性腫瘤方面取得了進(jìn)步，但是由于ICI為全身性給藥，許多器官都可能發(fā)生不良反應(yīng)，并且只有一小部分患者對(duì)ICI有反應(yīng)，而低應(yīng)答可能與腫瘤浸潤(rùn)性T細(xì)胞數(shù)量少和對(duì)ICI的適應(yīng)性耐藥有關(guān)[32]。另外，還有一部分患者在接受抗PD-1、抗CTLA-4和聯(lián)合療法時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些毒性反應(yīng)，其中最常見(jiàn)的是ICI相關(guān)性結(jié)腸炎[33]。研究表明，操縱腸道菌群可以顯著快速地改善ICI相關(guān)的結(jié)腸炎，例如在接受CTLA-4阻斷的黑色素瘤患者中，較高的擬桿菌和雙歧桿菌可以預(yù)防腸道損害和結(jié)腸炎，且這可能與多胺轉(zhuǎn)運(yùn)和維生素B的生物合成有關(guān)[34-35]。尚不清楚何種腸道微生物群的特定組成最有利于促進(jìn)抗腫瘤免疫反應(yīng)，目前有多種改變腸道微生物的治療方法，包括飲食干預(yù)、補(bǔ)充益生菌和糞菌移植等。為了改善癌癥患者的預(yù)后，還需要進(jìn)行相關(guān)藥代動(dòng)力學(xué)、最佳的遞送和持續(xù)時(shí)間等實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步了解這些潛在干預(yù)措施的生物學(xué)性質(zhì)。只有充分了解這些機(jī)制和相互作用，才能更好地調(diào)節(jié)腸道微生物群，以增強(qiáng)宿主抗腫瘤免疫力并改善免疫監(jiān)控。