腸道微生態(tài)與結(jié)直腸癌及其免疫治療相關(guān)的研究進(jìn)展*

趙佳穎，章如意，鄭怡，邵政，方維佳△

1杭州富陽(yáng)樹(shù)康康復(fù)醫(yī)院腫瘤康復(fù)科 浙江 杭州 311400

2浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院腫瘤內(nèi)科（三） 浙江 杭州 310003

腸道微生態(tài)以多種方式與腫瘤產(chǎn)生相互作用，特定的腸道微生物會(huì)促進(jìn)腫瘤的發(fā)展并影響腫瘤治療的有效性、安全性與耐受性。例如，腸道微生態(tài)可影響靶向細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞相關(guān)蛋白4（cytotoxic T-lymphocyte-associated protein 4，CTLA-4）、程序性細(xì)胞死亡蛋白1或其配體（programmed death protein 1 or its ligand，PD-1/PD-L1）的腫瘤免疫治療的效果[1]。盡管研究者們已認(rèn)識(shí)到腸道微生態(tài)對(duì)腫瘤免疫治療存在影響，但如何深入揭示相關(guān)機(jī)制及如何合理應(yīng)用到臨床，仍存在巨大的挑戰(zhàn)，當(dāng)動(dòng)物研究模型拓展到人體研究時(shí)由相關(guān)生物學(xué)差異所導(dǎo)致的諸多困難是原因之一[2]。目前，結(jié)直腸癌（colorectal cancer，CRC）是第三大常見(jiàn)的癌癥，也是癌癥患者死亡的第二大原因[3]。在經(jīng)濟(jì)和生活方式快速發(fā)展變化的條件下，結(jié)直腸癌發(fā)病率往往隨著人類發(fā)展指數(shù)的上升而增加[4]；同時(shí)，在資源和衛(wèi)生基礎(chǔ)設(shè)施不足的區(qū)域，死亡率有所增加[5]。2020年全球癌癥統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)男性結(jié)直腸癌患者的死亡率高達(dá)31.99%，女性患者的死亡率為28.89%[6]；而轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌患者的5年生存率低于20%[7]。部分結(jié)直腸癌患者能從免疫檢查點(diǎn)抑制劑治療中獲益[8]，目前免疫療法僅對(duì)微衛(wèi)星高度不穩(wěn)定型（microsatellite instability-high，MSI-H）及以錯(cuò)配修復(fù)缺陷（mismatch repair deficiency，dMMR）為特征的一小部分結(jié)直腸癌患者有效[9]。對(duì)于MSI-H結(jié)直腸癌患者，PD-1/PD-L1阻斷治療的有效率為30%～50%，而腫瘤被控制后仍可能出現(xiàn)疾病的再次進(jìn)展，這提示存在耐藥[10]。因此，在前沿實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，在結(jié)直腸癌患者尤其是晚期患者中，穩(wěn)步推進(jìn)人體新藥臨床研究具有重要的臨床意義[11]。本文擬從基礎(chǔ)研究與轉(zhuǎn)化研究的角度回顧近年來(lái)腸道微生態(tài)與結(jié)直腸癌及其免疫治療相關(guān)的研究進(jìn)展，梳理其中相關(guān)的分子作用機(jī)制和潛在的療效預(yù)測(cè)標(biāo)志物，以期為該領(lǐng)域后續(xù)的研究提供新的思路。

1 腸道微生態(tài)與結(jié)直腸癌

人體的腸道菌群及其生存的腸道環(huán)境構(gòu)成腸道微生態(tài)，其中腸道菌群占據(jù)腸道微生態(tài)的核心地位[12]。腸道微生態(tài)包含數(shù)量龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的微生物，如細(xì)菌、真菌、古細(xì)菌、原生動(dòng)物和病毒等。腸道微生態(tài)影響機(jī)體多種生理活動(dòng)，尤其是新陳代謝、炎癥活動(dòng)及免疫反應(yīng)[13]，在癌癥的發(fā)生、發(fā)展及治療方面也發(fā)揮著重要作用[14]。其中，人類腸道微生態(tài)中的細(xì)菌大部分與宿主共生[15-16]，它們可以調(diào)節(jié)腸道屏障功能，維持腸道黏膜免疫穩(wěn)態(tài)，防止病原體感染及過(guò)度生長(zhǎng)[17]。腸道微生態(tài)對(duì)腫瘤的影響及其作用機(jī)制的探索多體現(xiàn)在腸道菌群方面。腸道菌群可通過(guò)以下方式促進(jìn)腫瘤形成和（或）進(jìn)展：（1）分泌微生物產(chǎn)物，包括產(chǎn)毒分子和氧化應(yīng)激相關(guān)的分子及其代謝物；（2）通過(guò)附著、侵襲和易位方式與宿主細(xì)胞直接接觸并發(fā)生相互作用；（3）修飾宿主基因組和信號(hào)通路[18]。例如，具核梭桿菌、厭氧消化鏈球菌和產(chǎn)腸毒素脆弱擬桿菌通過(guò)誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞增殖[19-20]、促進(jìn)炎性反應(yīng)[21]、誘導(dǎo)DNA損傷[22]和介導(dǎo)腫瘤免疫逃逸[20]等方式促進(jìn)腫瘤進(jìn)展。其中，具核梭桿菌可以通過(guò)粘附素Fap2抑制自然殺傷細(xì)胞毒性和腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞表達(dá)T細(xì)胞免疫受體（T cell immunoglobulin and ITIM domain，TIGIT），促成免疫逃逸[23]。

1.1 腸道菌群對(duì)結(jié)直腸癌相關(guān)基因突變的影響

結(jié)直腸癌的發(fā)生與導(dǎo)致正常腸上皮細(xì)胞向惡性腫瘤轉(zhuǎn)變的一系列基因突變相關(guān)[24]。小鼠研究表明，pks+致病性大腸桿菌長(zhǎng)期暴露于腸道內(nèi)會(huì)誘導(dǎo)DNA雙鏈斷裂，造成腫瘤相關(guān)基因突變風(fēng)險(xiǎn)增加[25]，并可在特定炎性腸病模型中促進(jìn)結(jié)直腸癌的發(fā)生[26]。而產(chǎn)腸毒素脆弱擬桿菌分泌的脆弱擬桿菌毒素可激活宿主IL-17R、NF-κB、STAT3通路，誘導(dǎo)致癌炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)，影響腸道正常屏障功能[21,27]，同時(shí)，該毒素可提高染色質(zhì)對(duì)AP-1/ATF轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)的可及 性[28]，從而啟動(dòng)結(jié)直腸癌進(jìn)程。

1.2 腸道菌群對(duì)腸道免疫微環(huán)境的調(diào)節(jié)

腸道菌群通過(guò)影響局部和（或）全身的免疫反應(yīng)參與機(jī)體免疫調(diào)節(jié)。具核梭桿菌于結(jié)直腸腺瘤、結(jié)直腸癌中富集[29]，這可能基于粘附素Fap2的介導(dǎo)作用[30]；此外，具核梭桿菌通過(guò)表達(dá)另一種粘附素——FadA，并與腫瘤細(xì)胞表面分子結(jié)合以促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)[31]，同時(shí)招募髓源性抑制細(xì)胞、M2巨噬細(xì)胞等免疫抑制性細(xì)胞，抑制自然殺傷細(xì)胞及腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞的作用以形成有利于疾病進(jìn)展的腫瘤微環(huán)境，逃避免疫監(jiān)視[23,32]。

1.3 腸道菌群對(duì)腫瘤相關(guān)代謝的影響

腸道菌群的組成來(lái)源于不同腸道部位的微生物群，而除腸道菌群的組成及其變化外，不同條件下 的腸道菌群對(duì)機(jī)體代謝的作用亦影響結(jié)直腸癌的進(jìn)程[33-34]。例如，腸道菌群可通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)源性膽固醇代謝以維持腸道免疫穩(wěn)態(tài)[35]。基于不同人群糞便樣本進(jìn)行的宏基因組分析結(jié)果顯示，結(jié)直腸癌患者腸道中富集的細(xì)菌種類與脂多糖代謝途徑相關(guān)[36-37]，后者可通過(guò)增強(qiáng)LR4信號(hào)通路傳導(dǎo)作用促進(jìn)結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移[38]。

2 結(jié)直腸癌與免疫治療

2.1 腫瘤免疫治療概況

免疫療法已用于多種惡性腫瘤，治療方法主要集中在Toll樣受體（Toll-like receptor，TLR）激動(dòng)劑、疫苗、免疫檢查點(diǎn)抑制劑和過(guò)繼性細(xì)胞療法（adoptive cell therapy，ACT）等方面，其中抗CTLA-4抗體、抗PD-1/PD-L1抗體等免疫檢查點(diǎn)抑制劑是惡性腫瘤免疫治療的熱點(diǎn)[1]，基于免疫檢查點(diǎn)的作用是調(diào)節(jié)T細(xì)胞和B細(xì)胞活性從而維持生物體的免疫穩(wěn)態(tài)[39]。例如，抗CTLA-4抗體能增加外周血中活化T細(xì)胞的水平[40]，而抗PD-1抗體和抗PD-L1抗體則主要作用于介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞免疫逃逸的PD-1/PD-L1通路，解除T細(xì)胞的免疫“剎車”狀態(tài)[41]。

2.2 結(jié)直腸癌的免疫治療研究

目前，腫瘤免疫治療更多應(yīng)用于血液系統(tǒng)惡性腫瘤及傳統(tǒng)的免疫敏感型腫瘤（如惡性黑色素瘤）[42-43]，而對(duì)于結(jié)直腸癌，免疫療法如抗PD-1抗體僅被批準(zhǔn)用于以MSI-H表型為特征的一小部分患者。KEYNOTE-177研究經(jīng)過(guò)44.5個(gè)月的隨訪，相對(duì)于化療組36.7個(gè)月的中位生存期，應(yīng)用抗PD-1抗體組患者的中位生存期仍未達(dá)到，化療組的中位無(wú)疾病進(jìn)展生存期為8.2個(gè)月，抗PD-1抗體治療組為16.5個(gè)月[44-45]。另有臨床研究發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合應(yīng)用免疫檢查點(diǎn)抑制劑的治療方案或可延長(zhǎng)晚期難治性結(jié)直腸癌患者的總生存期，在這項(xiàng)2期的隨機(jī)研究中，研究者將180例患者以2:1的比例隨機(jī)分配至曲美木單抗+度伐利尤單抗+最佳支持治療組或單獨(dú)的最佳支持治療組，該研究的中位隨訪時(shí)間為15.2個(gè)月，而兩組的中位總生存期分別為6.6個(gè)月、4.1個(gè)月[46]。

2.3 結(jié)直腸癌免疫治療耐藥的潛在應(yīng)對(duì)策略

臨床前動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床患者研究結(jié)果表明腸道菌群會(huì)影響免疫檢查點(diǎn)抑制劑的治療反應(yīng)，其中，腸道菌群的多樣性和豐度對(duì)治療效果和預(yù)后有影響[47-48]。例如，腸道菌群可促使具有正向作用的T細(xì)胞運(yùn)輸至結(jié)直腸癌腫瘤組織[49]。而在體外實(shí)驗(yàn)中，T細(xì)胞募集趨化因子的表達(dá)與大腸桿菌、脆弱擬桿菌的增加（in vitro），以及厚壁菌門（特別是毛螺菌科、瘤胃球菌科）、擬桿菌屬、變形菌門的豐度（ex vivo）[50]顯著相關(guān)，這可為解決免疫治療耐藥性問(wèn)題提供新的思路。

3 腸道菌群與結(jié)直腸癌免疫治療

3.1 腸道菌群影響免疫治療反應(yīng)的分子機(jī)制

腸道菌群可參與調(diào)節(jié)機(jī)體對(duì)抗腫瘤治療的耐受性和反應(yīng)。鼠李糖乳桿菌GG等腸道共生菌可促使細(xì)胞毒性T細(xì)胞和輔助性T細(xì)胞聚集至結(jié)直腸癌腫瘤組織中，從而提高抗腫瘤免疫力，并提高宿主對(duì)免疫檢查點(diǎn)抑制劑的反應(yīng)[49,51-53]。雙歧桿菌屬和嗜粘蛋白—阿克曼氏菌可通過(guò)促進(jìn)樹(shù)突狀細(xì)胞的抗原呈遞來(lái)提高免疫檢查點(diǎn)抑制劑的治療反應(yīng)[54]。Mager等[55]發(fā)現(xiàn)假長(zhǎng)雙歧桿菌、約氏乳桿菌和歐陸森氏菌增強(qiáng)了免疫檢查點(diǎn)抑制劑在小鼠模型中的療效，其中假長(zhǎng)雙歧桿菌通過(guò)產(chǎn)生代謝物肌苷發(fā)揮作用，而廣譜抗生素的使用則削弱了療效[56]，后者可能是腸道菌群失調(diào)所導(dǎo)致的。此外，具核梭桿菌水平與MSI-H結(jié)直腸癌中的腫瘤浸潤(rùn)細(xì)胞表達(dá)水平呈負(fù)相關(guān)，且與促癌免疫反應(yīng)有關(guān)[57]；而腸道菌群代謝產(chǎn)物丁酸鹽則可起到減緩結(jié)腸癌生長(zhǎng)并維持腸道免疫穩(wěn)態(tài)的作用[58]。

3.2 .腸道菌群與免疫治療相關(guān)的轉(zhuǎn)化研究

3.2.1 轉(zhuǎn)化研究的相關(guān)進(jìn)展 探討腸道菌群的調(diào)節(jié)功能與結(jié)直腸癌免疫檢查點(diǎn)抑制劑治療反應(yīng)關(guān)系的研究已有報(bào)道。Overacre-Delgoffe等[59]在結(jié)直腸癌小鼠模型中引入肝螺桿菌（Hhep），增加了細(xì)胞毒性淋巴細(xì)胞對(duì)腫瘤的浸潤(rùn)并抑制了腫瘤生長(zhǎng)；Hhep定植誘導(dǎo)Hhep（-）特異性濾泡輔助性T細(xì)胞（T follicular helper，Tfh），增加了結(jié)腸Tfh數(shù)量，并支持Hhep（+）腫瘤鄰近三級(jí)淋巴結(jié)構(gòu)的成熟進(jìn)程。因此，免疫原性腸道細(xì)菌的引入可以增強(qiáng)結(jié)腸Tfh相關(guān)的抗腫瘤免疫，為治療結(jié)直腸癌提供新的思路。一項(xiàng)針對(duì)6 018例健康體檢者進(jìn)行的回顧性橫斷面臨床研究結(jié)果提示，幽門螺桿菌的感染增加了結(jié)直腸腺瘤及晚期腺瘤的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[60]，由此認(rèn)為，臨床中重視幽門螺桿菌的防治對(duì)于預(yù)防結(jié)直腸癌具有潛在價(jià)值。此外，一項(xiàng)臨床研究對(duì)結(jié)直腸癌患者基線糞便樣本的腸道菌群進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)梭桿菌屬豐度低的患者對(duì)瑞戈非尼+特瑞普利單抗的治療反應(yīng)相對(duì)較好，且梭桿菌屬豐度高的患者的中位無(wú)進(jìn)展生存期短于豐度低的患者（2.0個(gè)月vs.5.2個(gè)月，P=0.002）[61]，因此，通過(guò)降低基線梭桿菌屬的豐度來(lái)改善患者預(yù)后或是一種潛在的治療策略。

3.2.2 轉(zhuǎn)化研究的局限性 人們利用微生物群以增強(qiáng)腫瘤免疫治療的效能是有限的，因?yàn)橹鲗?dǎo)某一特定共生細(xì)菌促進(jìn)或抑制腫瘤生長(zhǎng)的潛在作用機(jī)制尚存在諸多有待明確的地方。此外，雖然大部分腫瘤免疫治療的作用機(jī)制依賴于激活T細(xì)胞，但微生物特異性T細(xì)胞增強(qiáng)或削弱抗腫瘤免疫反應(yīng)的作用還有待于進(jìn)一步研究[59]。微生物群是宿主免疫反應(yīng)的重要調(diào)節(jié)因子，然而，開(kāi)發(fā)基于抗腫瘤微生物群的治療策略一直具有挑戰(zhàn)性，目前已有研究分別就不同的細(xì)菌分類進(jìn)行探索[48,54]。免疫反應(yīng)與微生物群成員之間的相互作用密切，宿主環(huán)境的改變會(huì)影響腸道菌群相關(guān)的免疫反應(yīng)，如感染、炎癥和飲食等對(duì)微生物特異性T細(xì)胞的免疫反應(yīng)有重要影響[62-64]。免疫療法對(duì)結(jié)直腸癌的療效具有局限性，其原因尚未完全明確，除需要對(duì)結(jié)直腸癌獨(dú)特的腫瘤微環(huán)境進(jìn)行更深入的研究外[59]，還應(yīng)注意腫瘤所在部位（左側(cè)或右側(cè)）[50]。

3.3 腸道菌群調(diào)節(jié)免疫治療反應(yīng)的前沿探索

已有嚙齒動(dòng)物模型研究基于糞菌移植的研究方法展開(kāi)了相關(guān)探索，結(jié)果提示參與調(diào)節(jié)人體免疫的細(xì)菌可直接影響模型動(dòng)物接受免疫檢查點(diǎn)抑制劑的治療反應(yīng)，這或與增強(qiáng)CD8+T細(xì)胞及髓樣樹(shù)突狀細(xì)胞相關(guān)的腫瘤浸潤(rùn)有關(guān)[65]。Tanoue等[51]開(kāi)發(fā)了一個(gè)由11種細(xì)菌組成的混合物（其中7種屬于擬桿菌目），并將其定植于模型小鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它們協(xié)同作用可提高免疫檢查點(diǎn)抑制劑的治療效果。由此可見(jiàn)，腸道菌群對(duì)免疫治療成功與否有著不容忽視的作用，但目前仍然無(wú)法明確哪些細(xì)菌具有重要臨床意義及它們的具體作用機(jī)制。關(guān)于減少腸道菌群對(duì)免疫治療反應(yīng)的影響的措施，目前被廣泛認(rèn)可的是避免預(yù)先或同時(shí)使用抗生素[47]。而基于已有的研究結(jié)果可認(rèn)為，通過(guò)增加益生元、益生菌及采用飲食干預(yù)、糞菌移植等方法對(duì)腸道菌群進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)節(jié)，也是提高免疫檢查點(diǎn)抑制劑治療反應(yīng)的潛在策略。一項(xiàng)臨床研究發(fā)現(xiàn)，在難治性轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者中，基于完全緩解供體的糞菌移植聯(lián)合再次引入抗PD-1抗體治療是安全、可行和潛在有效的[43]。另一項(xiàng)臨床研究發(fā)現(xiàn)，在晚期黑色素瘤患者中采用糞菌移植方法聯(lián)合抗PD-1抗體改變了患者腸道菌群的構(gòu)成并重編程了腫瘤微環(huán)境，這對(duì)克服對(duì)抗PD-1抗體的耐藥性有一定作用[66]。

一些細(xì)菌能夠伴隨結(jié)直腸癌的生長(zhǎng)并遷移至腫瘤轉(zhuǎn)移部位[67-68]。梭桿菌被發(fā)現(xiàn)具有抑制抗癌T細(xì)胞介導(dǎo)的適應(yīng)性免疫的作用[69]，對(duì)部分結(jié)直腸癌患者的生存期有影響，具有研判預(yù)后的潛在價(jià)值[70-71]。也有數(shù)據(jù)表明特定細(xì)菌與人類結(jié)直腸癌相關(guān)，如糞便和腸道組織中的具核梭桿菌被認(rèn)為是結(jié)直腸癌的潛在生物標(biāo)志物[72]。腸道菌群在結(jié)直腸癌發(fā)病機(jī)制中的作用及其對(duì)治療結(jié)果潛在影響機(jī)制的進(jìn)一步明確，將為開(kāi)發(fā)基于腸道微生態(tài)的靶向治療提供更多可能。

4 小結(jié)與展望

結(jié)直腸癌免疫治療領(lǐng)域的治療需求日益增多，有關(guān)腸道微生態(tài)與結(jié)直腸癌免疫治療反應(yīng)關(guān)系的探討已成為該領(lǐng)域基礎(chǔ)研究與轉(zhuǎn)化研究的熱點(diǎn)，在新技術(shù)和新理念的推動(dòng)下，這方面的研究獲得了持續(xù)的關(guān)注和大力的發(fā)展。值得注意的是，其中大部分有關(guān)腸道微生態(tài)的研究屬于橫斷面研究，即在單個(gè)時(shí)間點(diǎn)取樣，具有明確干預(yù)措施的縱向研究尚有待開(kāi)展。此外，后續(xù)還可開(kāi)展針對(duì)結(jié)直腸癌免疫微環(huán)境的研究，先進(jìn)的菌群及其代謝物遞送系統(tǒng)（包括糞菌移植）的研究來(lái)探討如何調(diào)節(jié)、重塑人體腸道微生態(tài)，以致力于實(shí)現(xiàn)結(jié)直腸癌免疫治療反應(yīng)的突破性提高。

利益沖突聲明 全體作者均聲明不存在與本文相關(guān)的利益沖突。