腸道微生物在非小細(xì)胞肺癌免疫治療中的作用

闕秋揚(yáng)，邱 松，張文娟，施華球

（1. 贛南醫(yī)學(xué)院第一臨床醫(yī)學(xué)院；2. 贛南醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院，江西 贛州 341000）

肺癌在我國無論發(fā)病率還是死亡率，均居首位。肺癌主要的病理學(xué)類型分為非小細(xì)胞肺癌（Non-small cell lung cancer ，NSCLC）和小細(xì)胞肺癌（Small cell lung cancer ，SCLC），其中NSCLC 約占85%。當(dāng)前肺癌依舊是世界范圍內(nèi)最常見癌癥死亡原因之一，患者5 年生存率僅20%。免疫治療是繼傳統(tǒng)手術(shù)治療、放射治療、化療及靶向治療后的新興治療方式。然而這一治療方法只有少數(shù)患者起效，療效的差別可歸因于腫瘤的類型不同以及患者的個體差異，這與患者的腸道菌群組成密切相關(guān)［1］。近年來研究者將目光投向腸道菌群以尋求肺癌防治新突破，研究發(fā)現(xiàn)，對腸道菌群進(jìn)行一定的干預(yù)，將增強(qiáng)患者對疾病的防御和治療效果［2］。有研究表明，在進(jìn)行化療、放療和免疫治療等抗腫瘤過程中均有腸道菌群參與［3-4］，其中最顯著的是免疫檢查點抑制劑的治療［5］。OH B 等［6］研究發(fā)現(xiàn)，對免疫治療有反應(yīng)與無反應(yīng)患者腸道微生物多樣性和組成存在顯著差異。本文主要討論NSCLC 免疫治療的潛在機(jī)制、腸道菌群與免疫治療相關(guān)性以及當(dāng)前的解決方法。

1 NSCLC免疫治療原理及應(yīng)用

與手術(shù)、放療和化療等傳統(tǒng)的治療手段相比，腫瘤免疫治療具有特異性強(qiáng)、不良反應(yīng)小的優(yōu)點［7］。NSCLC 免疫治療是通過外源性物質(zhì)干預(yù)機(jī)體免疫系統(tǒng)，重新啟動并維持“腫瘤-免疫”微環(huán)境，恢復(fù)、提高患者的抗腫瘤免疫應(yīng)答，從而達(dá)到控制甚至清除腫瘤的治療效果［8］。腫瘤細(xì)胞在體內(nèi)生長過程中，為了避免被機(jī)體免疫系統(tǒng)清除，將進(jìn)行偽裝，并抑制、破壞人體的免疫系統(tǒng)，最終在體內(nèi)生長繁殖，這種特征被稱為“免疫逃逸”。常用的免疫檢查點抑制劑主要有細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞抗原-4（Cytotoxic T lymphocyte antigen 4， CTLA-4）和程序性死亡受體-1（Programmed cell death protein 1， PD-1）/細(xì)胞程序性死亡-配體1（Programmed cell death 1 ligand 1，PD-L1）。免疫檢查點抑制劑（Immune checkpoint inhibitors， ICIs）是使用單克隆抗體阻斷負(fù)向免疫調(diào)控的免疫檢查點，釋放已經(jīng)存在的抗腫瘤免疫反應(yīng)，該治療主要依賴于腫瘤內(nèi)效應(yīng)T細(xì)胞的作用。其中最受關(guān)注的ICIs 是針對PD-1 及其程序性死亡配體（PD-L1/PD-L2）。PD-L1 在T 細(xì)胞激活起到剎車作用，PD-1 主要在活化的T 細(xì)胞上表達(dá)，與PD-1 配體PD-L1 和PD-L2 結(jié)合［9］。在與PD-L1 和PD-L2 結(jié)合后，PD-1 被蛋白酪氨酸激酶磷酸化，導(dǎo)致酪氨酸磷酸酶Shp2 的募集，隨后CD28 去磷酸化，進(jìn)而抑制TCR/CD28 信號通路和隨后的T 細(xì)胞信號激活［10-11］。CTLA-4 分子通常表達(dá)于CD4+和CD8+T 細(xì)胞表面，能與抗原遞呈細(xì)胞（Antigen presenting cells， APCs）上的B7 配體高親和力結(jié)合，產(chǎn)生抑制T 細(xì)胞活化的信號，減少細(xì)胞因子產(chǎn)生，降低機(jī)體抗腫瘤免疫反應(yīng)。使用CTLA-4分子抑制劑或CTLA-4單克隆抗體可以解除CTLA-4 對T 細(xì)胞的抑制作用，提高T 淋巴細(xì)胞對腫瘤相關(guān)性抗原應(yīng)答水平，增強(qiáng)機(jī)體免疫細(xì)胞的抗腫瘤效應(yīng)［12］。免疫治療提高了腫瘤患者的生存率。然而，ICIs 的療效在很大程度上受到宿主組織的免疫相關(guān)不良反應(yīng)的影響。近年來，越來越多的證據(jù)表明，腸道微生物群一種微生物及其代謝物的集合影響免疫系統(tǒng)，從而影響ICIs的療效［1］。

2 腸道菌群與NSCLC免疫治療療效

2.1 抗生素治療后患者獲益差抗菌藥物的出現(xiàn)對于感染性疾病的治療具有跨時代的意義，腫瘤患者在治療過程中常需使用抗生素?？股兀ˋntibiotics，ATB）主要是通過干擾細(xì)菌各部位合成，最終起到抗感染作用［13］。在使用抗菌藥物的治療過程中，影響致病菌的同時也會影響正常菌群，其中可能導(dǎo)致腸道微生物群的多樣性減少和生態(tài)失調(diào)加劇，從而對ICIs 的療效產(chǎn)生負(fù)面影響［14-16］。PINATO D J等［17］的前瞻性臨床研究共納入196例免疫治療患者，結(jié)果顯示，在接受免疫治療前使用廣譜抗生素將顯著降低患者的總體生存率。DEROSA L 等［18］對239 例NSCLC 患者進(jìn)行PD-1 單藥或聯(lián)合治療，在治療期間，48 例（20%）患者在PDL1 治療后30 天內(nèi)接受了ATB 治療，結(jié)果顯示，在NSCLC 患者中，ATB 與原發(fā)性疾病進(jìn)展（Progressive disease， PD）的發(fā)生率相關(guān)，且縮短了無進(jìn)展生存期（Progression free survival，PFS）和總生存期（Overall survival， OS）。CHALABI M 等［19］對757 例接受過阿特珠單抗（PD-L1抑制劑）的患者進(jìn)行回顧性分析發(fā)現(xiàn)，其中有169 例（22.3%）患者在治療期間接受了ATB 治療，ATB 與較短的OS 相關(guān)。上述研究均表明，NSCLC 患者使用ATB 與不良預(yù)后相關(guān)，并影響ICIs的療效。接受ATB治療后微生物種類多樣性的減少為接受ICIs治療的患者出現(xiàn)不良預(yù)后提供了部分解釋?？股啬退幵诎┌Y患者中很常見，抗生素的頻繁使用和化療藥物都可能是其促成因素［20］。因此，臨床醫(yī)師應(yīng)加強(qiáng)對抗菌藥物的管理，同時降低癌癥患者免疫治療過程中感染的發(fā)生率以及復(fù)雜耐藥抗生素的使用率［21-22］，以獲得ICIs 的最佳治療療效。在抗腫瘤治療過程中，要避免不必要的抗菌藥物的使用從而維持微生物菌群的穩(wěn)態(tài)，使免疫治療療效達(dá)到最優(yōu)。

2.2 免疫治療應(yīng)答情況與腸道菌群有研究［23-24］提示，腸道微生物群與慢性炎癥相關(guān)，鑒于腸道微生物群與炎癥性疾病的聯(lián)系，研究人員正在探索人類微生物群的差異是否影響個體對癌癥免疫治療的反應(yīng)。NAGASAKA M 等研究［25］表明，腸道微生物影響肺部疾病的發(fā)展，與健康人群對比，有肺部疾病患者腸道菌群在組成上存在差異。ZHUANG H等［26］將NSCLC 患者腸道菌群與健康人群對比發(fā)現(xiàn)，肺癌患者菌群的正常功能降低，健康人群中放線菌門及雙歧桿菌屬豐度更高。近期研究發(fā)現(xiàn)［27］，對納武單抗有反應(yīng)的NSCLC 患者的基線腸道微生物群落組成多樣性更加豐富，同時在治療期間微生物群落組成更穩(wěn)定。與微生物多樣性更低的患者相比，具有高微生物多樣性的患者PFS 顯著延長。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)［14］，那些具有高多樣性腸道微生物群的患者記憶T 細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞增多。GOPALAKRISHNAN V 等［28］研究發(fā)現(xiàn)，對免疫治療有反應(yīng)的NSCLC 或腎細(xì)胞癌患者與初診時腸道菌群中嗜黏液阿克曼菌的富集相關(guān)。兩項研究［29-30］評估了NSCLC 患者腸道微生物群落的基線組成和多樣性與ICIs 預(yù)后的關(guān)系，并報道了腸道微生物的組成和多樣性與ICIs的療效相關(guān)。通過識別早期進(jìn)展患者和長期獲益患者的微生物相關(guān)“指標(biāo)”，有助于對癌癥患者的個性化管理。癌癥治療前的腸道微生物群作為臨床反應(yīng)預(yù)測因子具有一定的可靠性，若在NSCLC 患者治療前均對患者的腸道微生物進(jìn)行檢測評估［29-30］，同時在治療前進(jìn)行一定的調(diào)節(jié)，這將可能為NSCLC 患者提高治療效果和改善治療結(jié)果提供了新的策略。

2.3 腸道菌群影響免疫治療療效可能的分子機(jī)制人類腸道微生物量可達(dá)到1013個，是人體不可分割的一部分［31-32］。從數(shù)量上我們就可以看出微生物群數(shù)量大約為人體總細(xì)胞的10 倍。微生物組的集體基因被稱為“微生物組基因”，比人類基因組大150 倍。越來越多的證據(jù)支持腸道微生物群通過塑造系統(tǒng)免疫影響人類健康［33］，且有可能通過改變腸道環(huán)境和代謝物來創(chuàng)造一種促進(jìn)ICIs 作用的免疫狀態(tài)［34］。BOTTICELLI A 等［35］對接受免疫治療的NSCLC 患者的腸道微生物代謝組學(xué)進(jìn)行了分析，2-戊酮和三烷與早期進(jìn)展顯著相關(guān)，相反，短鏈脂肪酸（Short-chain fatty acids，SCFA），即丙酸、丁酸，賴氨酸和煙酸，它們可以被吸收到循環(huán)中，通過G蛋白偶聯(lián)受體GPR43 和GPR41（即游離脂肪酸受體2 和3）發(fā)揮作用，與長期獲益相關(guān)［36］。腸道微生物群代謝途徑在誘導(dǎo)免疫治療應(yīng)答中發(fā)揮了重要作用，腸-肺軸可以形成免疫反應(yīng)，并干擾呼吸系統(tǒng)疾病病程。腸系膜淋巴系統(tǒng)是肺和腸道之間的一個重要途徑，完整的細(xì)菌及其碎片或代謝物（如SCFAs）可以通過腸道屏障易位，到達(dá)體循環(huán)，并調(diào)節(jié)肺免疫反應(yīng)。SCFAs 主要由細(xì)菌膳食纖維發(fā)酵產(chǎn)生，特別是在高纖維飲食的情況下，在肺部作為駐留抗原提呈細(xì)胞的信號分子，以減弱炎癥和過敏反應(yīng)［37］。SPACOVA I 等［38］在小鼠哮喘模型腸道中將加入鼠李糖乳桿菌與未加鼠李糖乳桿菌的小鼠相比發(fā)現(xiàn)，鼠李糖乳桿菌更有助于降低氣道炎癥。這就驗證了腸道微生物群可通過“腸-肺軸”在肺炎期間降低炎癥反應(yīng)［39］。若腸道菌群失調(diào)，腸-肺軸引起肺部炎癥，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞異性增生，最終將引起細(xì)胞癌變，從而影響免疫治療療效。

3 解決方法

目前臨床數(shù)據(jù)表明，調(diào)節(jié)微生物群可能成為一種提高癌癥免疫治療療效的新策略，特別是針對CTLA-4和PD-1免疫檢查抑制具有一定相關(guān)性［40-41］。益生菌是活的微生物或微生物組合，當(dāng)攝入足夠量時，給宿主帶來健康益處。SIVAN A 等［40］在黑色素瘤小鼠模型中，將口服雙歧桿菌與抗PD-L1 抗體聯(lián)合使用，結(jié)果顯示，口服雙歧桿菌將增強(qiáng)T 細(xì)胞反應(yīng)，增強(qiáng)CD8+T 細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中的啟動和積累，進(jìn)而抑制黑色素瘤生長。ZAHARUDDIN L 等［42］將52例結(jié)直腸癌術(shù)后患者隨機(jī)分成兩組，一組接受安慰劑治療，一組口服益生菌，結(jié)果表明，含有6 種活微生物（乳酸桿菌和雙歧桿菌菌株）的益生菌在結(jié)直腸癌患者術(shù)后4 周內(nèi)食用是安全的，并且促炎細(xì)胞因子（IFN-γ 除外）減少。提示益生菌可能會改變腸道微環(huán)境，導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子減少，DIZMAN N等［43］研究表明益生菌可提高免疫治療時腫瘤患者的抗腫瘤應(yīng)答，同時證明益生菌口服能改善癌癥患者的腸道菌群穩(wěn)態(tài)，并增強(qiáng)免疫治療反應(yīng)。

糞菌移植（Fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT）是指來自一個健康個體供體糞便通過灌胃或口服進(jìn)入到患者胃腸道中，以平衡或恢復(fù)腸道微生物組成。有研究發(fā)現(xiàn)［14］，與接受免疫治療無應(yīng)答者糞便的無菌小鼠相比，接受有應(yīng)答者糞便移植的無菌小鼠往往對抗PD-1 治療更敏感。BARUCH E N等［44］研究難治性黑色素瘤患者接受ICIs時同時接受FMT。將接受過抗PD-1 單藥治療轉(zhuǎn)移性黑色素瘤并獲得了至少1 年的完全緩解（Complete response，CR）的患者為FMT 供體，實驗組患者先口服抗生素使原生微生物消耗，然后重新口服糞便膠囊，誘導(dǎo)抗PD-1 治療同時進(jìn)行FMT。腫瘤樣本分析的所有可用的接受者顯示治療后上調(diào)多個免疫相關(guān)基因集，來自CR 供體的FMT 聯(lián)合再誘導(dǎo)抗PD-1 治療是安全、可行和潛在有效的，該研究還發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)MT 治療與腸道固有層和腫瘤微環(huán)境中免疫細(xì)胞浸潤和基因表達(dá)譜的有利變化有關(guān)。目前也有許多正在進(jìn)行的臨床試驗，期待為臨床治療提供策略。

SPENCER C N 等［45］提出，食用高纖維飲食與黑色素瘤患者更高的腸道微生物群多樣性和對抗PD-1免疫治療的更好反應(yīng)相關(guān)。在接受抗PD-1治療的128 例患者中發(fā)現(xiàn)，食用高纖維飲食的患者對免疫治療的反應(yīng)約是食用低纖維飲食患者的5倍。除了飲食干預(yù)外，生活方式是腸道微生物組成的關(guān)鍵決定因素，腸道微生物組成的改變會誘導(dǎo)局部和系統(tǒng)的免疫反應(yīng)，從而促進(jìn)癌癥的發(fā)展。

4 小結(jié)和展望

雖然腸道微生物群在癌癥治療反應(yīng)中的作用已經(jīng)取得了重大進(jìn)展，但仍有大量未知有待探索。例如，在抗腫瘤治療過程中，要避免不必要的抗菌藥物的使用從而維持微生物菌群的穩(wěn)態(tài)，使免疫治療的療效達(dá)到最優(yōu)。在不同的臨床試驗中，患者群體存在很大差異，這些研究對于特定細(xì)菌識別或?qū)γ庖咧委煼磻?yīng)的影響無一致性。飲食、藥物（包括抗生素、益生元和益生菌）、生活方式、心理健康和其他環(huán)境因素在調(diào)節(jié)微生物組成和整體免疫狀態(tài)方面也必不可少，進(jìn)而這些因素也將影響癌癥免疫治療反應(yīng)或毒性。在未來，關(guān)于這些復(fù)雜相互作用的機(jī)制，以及在介導(dǎo)抗腫瘤反應(yīng)和整體癌癥發(fā)展中發(fā)揮最關(guān)鍵作用的特定微生物，仍有待探索。了解腸道微生物組及其代謝產(chǎn)物對抗腫瘤治療和免疫治療反應(yīng)的生物學(xué)機(jī)制，對于合理調(diào)控微生物活性以提高ICI療效至關(guān)重要。

總之，更全面了解不同細(xì)菌在宿主生理和癌癥治療中的功能，對于開發(fā)個性化藥物至關(guān)重要，通過調(diào)節(jié)腸道微生物組成和功能可提高患者對癌癥免疫治療的反應(yīng)。目前基于菌群的輔助療法在臨床前和臨床試驗中顯示出良好的治療潛力，有望為ICIs 開發(fā)更有效的聯(lián)合治療策略，并推進(jìn)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展。