上期内容：肿瘤免疫学-第27章：肠道菌群对癌症治疗反应的影响（上）

27.7 肠道细菌与肿瘤免疫治疗的效果

肿瘤学家现在越来越倾向于不仅仅通过靶向肿瘤细胞克隆进行治疗，而是通过激活免疫系统并促进长期记忆T细胞反应来保护患者免受微小残留疾病的侵袭。免疫检查点抑制（ICB）已成为癌症治疗的重要手段。然而，大约70%的患者对ICB存在原发性耐药，这表明通过T细胞在肿瘤部位达到有效浸润和杀伤的反应是相对罕见的。个体的免疫响应受到宿主、肿瘤、环境因素及治疗历史等多种复杂因素的影响，这些因素共同决定了抗癌免疫反应的阈值和持续性。研究显示，微生物组在确定个体的“癌症免疫设定点”中扮演关键角色，影响免疫反应的启动阈值。

在进行抗白细胞介素-10受体（IL-10R）和胞嘧啶磷酸鸟苷寡脱氧核苷酸（CpG-ODN）TLR9激动剂治疗后，研究发现结肠癌小鼠的粪便中沙氏泻子菌数量过多。与无菌小鼠相比，经过灭菌处理的小鼠与A. shahii联合后，皮下结肠癌的免疫治疗反应得到显著改善。在此模型中，A. shahii能增加瘤内髓系细胞分泌TNF-α，而中和TNF-α后会消除治疗效果，说明A. shahii通过影响髓系细胞的先天免疫效应因子，重塑肿瘤微环境以改善免疫治疗效果。

其他研究也表明，免疫检查点抑制剂（ICB）的功效，即旨在重新激活肿瘤浸润T细胞，同样依赖于肠道菌群的状态。Ipilimumab，一种抗CTLA-4的单克隆抗体，能显著提高转移性黑色素瘤患者的总生存率，长期控制率高达18%。然而，Ipilimumab在接受抗结核治疗的特定病原体自由（SPF）小鼠或无菌动物中的抗肿瘤效果被抑制。Vétizou等人的研究表明，在CTLA4阻断免疫治疗的背景下，不产生肠毒素的脆弱拟杆菌菌株表现出抗癌特性。阻断免疫检查点后，拟杆菌在回肠和粪便中的存在受到影响，B. fragilis能够占据主导地位，与树突状细胞的迁移和肠系膜淋巴结的激活相关，从而影响对B. fragilis的记忆T细胞反应。

在CTLA4阻断疗法后，脆弱拟杆菌（B. fragilis）所介导的免疫反应依赖于白介素12（IL-12）。研究发现，带有肿瘤的无菌（GF）小鼠在接受针对CTLA4的抗体治疗时表现出免疫反应不足，但这一问题可以通过单独与B. fragilis结合及移植CD4+ T细胞来解决，这些T细胞此前已被B. fragilis激活的树突状细胞（DC）所启动，从而促进抗肿瘤免疫反应。有趣的是，与单基因脆弱拟杆菌相关的小鼠在肿瘤部位显示出更成熟的DC表型，这些DC具有更高的MHC II、共刺激分子CD80和CD86的表达。

文献表明，脆弱拟杆菌细胞壁含有一种免疫刺激多糖A（PSA），这种物质能够激活树突状细胞。然而，关于PSA单独使用与完整活菌在抗肿瘤活性上的比较效果，目前尚无定论。

通过分析接受Ipilimumab治疗前后转移性黑色素瘤患者的肠道菌群变化，研究证实了这些发现的临床相关性。对25例IV期黑色素瘤患者的粪便进行16S rRNA测序，根据拟杆菌属和普雷沃氏菌属的菌种丰度或相对代表性，揭示了三种主要的肠道菌型。通过将每种菌型的粪便微生物移植（FMT）到接受抗CTLA4抗体治疗的荷瘤无菌小鼠中，证实了富含免疫原性拟杆菌物种的肠型C的微生物组成能够支持脆弱拟杆菌的定植并恢复对CTLA4抗体的疗效，而在无菌小鼠中该效果会丧失，而肠型A和B未能达到这一效果。在接受Ipilimumab治疗的黑色素瘤患者中，倾向于表现出肠型C的特征。

Gajewski团队的研究发现，在双歧杆菌种（如Bifidobacterium breve和Bifidobacterium longum）的背景下，抗PD-L1抗体的抗肿瘤效果受到结肠中这些菌种含量的显著影响。

在这项研究中，Sivan及其同事比较了来自两个不同供应商的基因相似的C57BL/6肿瘤携带者小鼠的抗肿瘤CTL反应，发现这些小鼠的微生物组成存在差异。通过对比Jackson实验室和Taconic农场的小鼠，研究团队观察到，从Taconic农场的小鼠中皮下植入的黑色素瘤展示了更强的侵袭性，这与较低的树突状细胞成熟度和IFN标记的表达有关，同时也与肿瘤内特异性肿瘤浸润性淋巴细胞（TIL）的较差积累相关。有趣的是，将Taconic农场的小鼠与来自Jackson实验室的小鼠共同饲养或进行粪便微生物移植（FMT）后，肿瘤生长有所减缓。

粪便基因扩增子的测序分析显示，双歧杆菌在这些小鼠的肠道中含量较高，与移植性黑色素瘤的生长减缓和CTL介导的免疫监视的改善相关。将B. breve或B. longum选择性地转移到通常缺乏这些菌株的小鼠体内，足以减少黑色素瘤的生长并恢复对黑色素瘤的CTL反应。B. longum在体外和体内都能促进树突状细胞的成熟。因此，在携带B. breve或B. longum的小鼠中，肿瘤特异性CTL在黑色素瘤中的积累频率增加，这种CTL浸润的肿瘤对靶向PD-L1抗体的免疫治疗响应更加强烈。

这些发现突出了不同共生菌株与免疫肿瘤治疗策略之间的相互作用。未来的研究将揭示这些共生菌是否能够介导治疗化合物对先天或适应性免疫反应的生物活性，以及它们在确定的化合物的作用模式和范围内如何发挥作用。

27.8 肠道微生物在移植物抗宿主病(GVHD)中的作用

异基因造血干细胞移植(allo- HSCT)后发生移植物抗宿主病，常常限制治疗的成功。移植物供体免疫细胞对宿主细胞的攻击是GVHD的结果。大量研究表明，移植物抗宿主病的发生取决于多种因素，如年龄、调理方案、移植物来源等。

此外，越来越多的证据表明，肠道菌群在GVHD的发病机制中起着重要作用，可能与异基因造血干细胞移植后血液恶性肿瘤复发有关。先前在小鼠中进行的研究表明，在GF小鼠或接受抗生素治疗的小鼠或在人类中，GVHD的严重程度减弱。GVHD患者的肠道菌群特征显示，多样性显著下降，这与乳酸杆菌的增加和梭状芽胞杆菌的减少有关，而梭状芽胞杆菌可调节肠道炎症。在后来的一项研究中，Jenq等人将属于梭状芽胞杆菌类的Blautia的丰度与GVDH相关的死亡率进行了反相关研究。虽然粪便杆菌或瘤胃球菌等具有促进健康特性的细菌种类大幅减少，但与没有GVHD的患者相比，GVHD患者肠球菌的丰度显著增强。事实上，在患有严重移植物抗宿主病的成人患者中，移植后肠球菌的数量有所增加。在10例接受异基因造血干细胞移植的儿童患者中也观察到这种情况。有趣的是，接受GVHD的患者显示较低的拟杆菌和副杆菌，它们的丰度与SCFAs水平呈正相关，尤其是丙酸，在异基因hsct之前。最近，Simms-Waldrip等人证实，在异体造血干细胞移植过程中使用针对厌氧菌的抗生素与抗炎梭状芽胞杆菌的显著下降和GVHD的发展相关。

初步数据显示，在异基因hsct前后给药鼠李糖乳杆菌可降低严重的移植物抗宿主病，提高小鼠存活率。其他研究观察到，使用约氏乳杆菌可通过预防异基因造血干细胞移植后肠球菌积累来降低移植物抗宿主病的严重程度。此外，FMT在一项临床中试研究中被用于治疗异基因造血干细胞移植后发生的肠道移植物抗宿主病。大多数患者fmt后乳酸菌的丰度增加，肠道菌群转向抗炎状态。其他研究表明，FMT可有效治疗异基因造血干细胞移植后的艰难梭菌感染。产丁酸的梭状芽胞杆菌菌株降低了异基因BMT诱导的肠道GVHD。这种作用与改善连接完整性和减少肠上皮细胞凋亡有关。

在最近的一项研究中，Peled等人报道了肠内脂肪真杆菌的丰富程度与allo- HSCT后血液恶性肿瘤复发/进展的风险降低有关。有趣的是，在接受全T细胞移植的患者中，乳杆菌与疾病复发风险较低的相关性最强。与T细胞缺失的移植物受体相比，供体细胞介导的移植物抗肿瘤(GVT)效应在这些患者中实际上更高，这表明肠道菌群可能在GVT活性中发挥作用。

总之，这些研究强调了肠道菌群在指示异基因造血干细胞移植的疗效和毒性方面的主导作用，并通过利用肠道菌群开辟了干预GVHD/GVT的新途径。

27.9 用于癌症治疗的细菌:益生菌和其他

在癌症治疗领域，开发基于活微生物制剂的药物主要集中在局部或全身的肠外途径。William Coley是最早通过向肿瘤内注射化脓性链球菌和黏质沙雷氏菌的混合物，部分成功地利用微生物实现抗癌效果的先驱。自那以后，许多研究者致力于开发基于微生物的抗癌治疗方法。

卡介苗（BCG）在1990年被FDA和EMA批准用于治疗浅表膀胱癌。卡介苗的疗效主要依赖于诱导局部免疫反应对抗残留癌细胞，以降低复发率。自那时起，尽管进行了多种策略的I期临床试验（如Table 27.1所列），但未有其他细菌制剂获得上市许可。

Table 27.1 卡介苗, NK自然杀伤细胞，MRI磁共振成像

近年来，研究人员提出了一种新的方法：通过注射活菌（益生菌）使其在肠道内定植，从而实现抗癌活性。益生菌被定义为“当以足够剂量摄入时，能为宿主带来健康益处的活微生物”。

众所周知，益生菌能增强自然防御力，预防胃肠道疾病和病原体感染，并调节先天和适应性免疫反应。乳酸菌是益生菌中的重要一员，研究显示，不同种类的乳酸菌如干酪乳杆菌、植物乳杆菌和鼠李糖乳杆菌GG等通过不同机制介导抗癌作用，包括激活NK细胞、促进树突状细胞成熟或释放益生菌衍生的生物活性分子。

Prohep是一种由鼠李糖乳杆菌GG、大肠埃希菌Nissle 1917和热灭活VSL#3混合而成的益生菌产品。在患有皮下肝细胞癌的小鼠中口服Prohep，可以阻止肿瘤进展，并改变肠道微生物群落结构，使之倾向于普雷沃氏菌和Oscillibacter。这些菌群的变化导致抗炎代谢产物的增加，从而降低Th17的极化并增强肠道中抗炎Treg/Tr1细胞的分化。

虽然这些益生菌单独使用可能具有抗肿瘤活性，但其在复合使用时是否能形成具有广泛抗肿瘤特性的生态系统仍有待确定。
正如之前所述，某些肠道共生菌能调节抗癌化合物产生的免疫反应及其治疗效果，这些包括结合CTLA4抑制剂的脆弱拟杆菌、结合抗PD-L1抗体的长短双歧杆菌等。

这些微生物的作用机制尚未在分子水平上完全阐明。识别直接参与抗癌活性或促进免疫监视的细菌结构将有助于通过益生菌工程优化抗肿瘤效果或开发模拟其药理活性的化合物。

27.10 转基因细菌

Din等人在结直肠癌肝转移的小鼠模型中展示了利用细菌合成工程技术来增强抗代谢药物5-氟尿嘧啶（5-FU）的抗肿瘤效果。通过基于群体感应的反馈环路，这种方法允许细菌同步释放5-FU，实现脉冲式的药物传递。在特征为低血管化的坏死性肿瘤中，由于药物可及性受限，化疗的疗效往往受到限制。使用厌氧细菌作为肿瘤靶向载体，可以部分地恢复这种限制。

通过细菌工程增强的5-FU治疗在治疗肝转移时显示出增强的疗效，尤其是当与免疫治疗（I-O）或其他抗癌药物联合使用时，这种策略显得尤为有效。这种独特的在无血管肿瘤中输送化合物的方法，对于那些对传统疗法产生耐药性的患者，需要进一步的评估和验证。

27.11 具有癌症调节特性的微生物产品

微生物制剂能合成一系列影响抗肿瘤免疫监控和癌细胞生长或存活的分子。这些分子主要包括：(a) 毒素，(b) 模式识别受体（PRR）配体，以及 (c) 代谢产物（如短链脂肪酸、多胺、维生素、次生胆汁产物、芳香烃受体（AhR）配体）。毒素具有直接的细胞毒性特性，而激活PRR的配体则能刺激免疫反应；代谢物则直接影响宿主的代谢过程。值得注意的是，某些代谢物同时也能作为PRR配体，例如，N-乙酰葡萄糖胺（一种细菌肽聚糖的糖基成分）可以激活NLRP3炎症体或作用于AhR的色氨酸衍生物。这些机制已在先前的报告中详细讨论，本文仅概述可用于肿瘤治疗目的的最重要的机制。

细菌毒素通常是含有两亲性α-螺旋结构的多肽，带有阳离子电荷，这使其能够导致无保护的细菌膜裂解。为了杀死癌细胞，已开发出多种毒素结构类似物。
LTX-315是一种用于肿瘤内治疗的合成肽，专门靶向线粒体，它还能引发具有免疫原性的坏死性细胞死亡。这意味着其直接的肿瘤杀伤作用会因危险信号的释放而被放大，从而激活针对肿瘤的特异性免疫反应。这种策略不仅直接攻击肿瘤细胞，还通过激活宿主的免疫系统来增强抗肿瘤效果，展现了微生物制剂在癌症治疗中的潜力。

数种模式识别受体（PRR）配体已获得美国食品药品监督管理局（FDA）和欧洲药品管理局（EMA）的批准。单磷酰脂A（MPL），一种来源于明尼苏达沙门氏菌脂多糖（LPS）的衍生物，已被广泛用作肽基疫苗的佐剂，特别是用于预防与人乳头瘤病毒（HPV）相关的宫颈癌。咪喹莫特是一种合成的TLR7激动剂，主要用于外用治疗光化性角化病。

短链脂肪酸（SCFAs），如乙酸、丁酸和丙酸，主要由膳食纤维和多糖通过厚壁菌门内的梭状芽胞菌群IV和XIVa产生。尽管乙酸可能支持多种人类癌症类型的增长，丙酸和丁酸却展现出潜在的抗癌活性。丙酸和丁酸可能通过促进调节性T细胞（Treg）的分化和/或增加其数量，介导抗炎活性，或通过抑制组蛋白去乙酰化酶（HDACs），从而表现出抗癌特性，并有助于修复肠道功能障碍。丁酸还能诱导结直肠癌和淋巴瘤细胞的凋亡，显示出其直接的肿瘤杀伤活性。因此，开发一种饮食方案，以增加肠道中丁酸的产量超过乙酸，可能成为预防或治疗某些类型癌症的有效方法。

27.12 未来展望

在过去的十年中，微生物组引起了人们的极大兴趣，因为这些共生群落似乎影响着包括癌症在内的一系列疾病的发展和结果。微生物群可能影响肿瘤的形成和进展。它也可能决定抗癌治疗的效果。无论是免疫监测等间接作用，还是微生物化合物(即致癌物、细胞毒性制剂和代谢物)的直接作用，都可能通过不同的过程(突变、表观遗传调节、对宿主细胞受体的刺激、对合成代谢和分解代谢途径的影响)影响肿瘤细胞。

鉴于癌症免疫设定点可能在很大程度上由我们肠道微生物群的健康控制，迫切需要能够指导特定疗法和抗癌益生菌适应证的诊断工具来评估患者的肠道菌群失调。基于培养组学、宏基因组学、PCR或质谱分析的技术将为癌症相关的生物异常和对ICB的原发性耐药预测提供诊断工具。

随着对患者源性微生物群功能探索知识的增加，加上相关的临床前模型，将允许开发四种替代性抗癌干预措施:(a)口服给药微生物(益生菌)，(b)有利于扩大有益微生物的特定饮食或基于药物的干预，(c)专门针对产生有害毒素和代谢物的微生物酶的药物，(d)具有抗癌特性的微生物产品。

这些疗法都可以单独使用，也可以与传统的抗癌疗法联合使用。然而，活微生物，特别是转基因微生物，在进入环境、潜在致病性以及获得抗生素或酶化学耐药性方面引起了安全问题。

因此，活菌制剂面临着监管和知识产权相关的未解决问题。最终克服这些限制的另一种选择是开发小分子或化学定义的大分子，以有利的方式影响天然肠道微生物群或调节其自身的有益作用。