重庆大学附属肿瘤医院营养科医师
陆军军医大学 医学博士
华中科技大学 医学学士
2022年“重庆市向上向善好青年”
主持及参与国家及省部级课题9项，发表SCI 14篇，累计被引超500次
近3年以第一作者身份发表SCI 3篇，CSCD 2篇，累计IF：16.718
WCLC、ESMO、ESPEN、WCC、ADC、IUNS-ICN国际学术会议口头报告及优秀壁报展示20次
参编中国专家共识1部，参与撰写专著3部
中国医师协会营养医师专委会膳食组委员
中国抗癌协会安宁疗护专业委员会社工/志愿者学组秘书
重庆市医药生物技术协会癌症康复与姑息治疗专委会委员
重庆市中西医结合学会姑息治疗医学专委会委员（拟聘）
“营养博士陈梦婷”科普品牌主理人，全网发布超600个科普作品，上线2月累计播放量超300万人次，成为群众心中“谣言粉碎机”
近一年余获国际抗癌联盟，国际肺癌研究协会，欧洲肿瘤内科学会、欧洲临床营养和代谢学会、中国抗癌协会等32项嘉奖
你可能想不到，肠道作为人体最大的免疫器官，栖息着多达100万亿的肠道菌群。研究发现，健康的肠道菌群似乎是肿瘤免疫疗法所需要的，因为其或可提高机体对肿瘤的免疫应答。一些研究人员认为基于微生物组的疗法可以帮助更多的患者对免疫疗法作出响应，并相信这一疗法或成为癌症治疗领域几十年来最大的突破之一。在这小小细菌身上，或许藏着肿瘤免疫治疗的下一个突破口？
开在荆棘里的花：肠道菌群与免疫治疗不得不说的秘密
你知道吗？肠道菌群在免疫系统应答中起着重要作用，乍一看，你可能觉得有些奇怪。但是，考虑到我们人体绝大多数的免疫细胞（约70%~80%）都在肠道中活动，这就不奇怪了。肠道作为人体最大的免疫器官，肠道粘膜表面积高达约200m2，是人体和外界最大的接触面，众多免疫细胞直接与外部世界接触，以及暴露于众多的具有令人惊讶的基因多样性的肠道微生物组中。
人体肠道微生物组由多大100万亿的细菌组成，别看他们个头小，发挥功效还不少，他们在帮助人体消化、合成代谢众多营养物质的同时，也会生产各种代谢物质。肠道中流动的免疫细胞可以确保有益菌和宿主细胞能够抵抗“坏分子”的入侵。
尽管分子机制上的细节还没有被完全了解，但是已经明确的是，拥有健康的肠道微生物组可以确保宿主T细胞广泛地启动对抗抗原，并被激活为细胞毒性 CD8+ T 细胞，浸润并攻击肿瘤细胞[1]（如图1）。
免疫检查点抑制剂(Immune-checkpoint inhibitors, ICIs)的出现，为晚期肿瘤患者带来福音，其中以PD-1/PD-L1单抗为代表的的ICIs将晚期肺癌患者的5年生存率提高了3至6倍。ICIs的研究进展表明，当检查点脱离细胞毒性T 细胞时，甚至转移性肿瘤也可以得到缩小和控制。然而，我们沮丧地发现，只有少数患者（大约20%左右）对ICIs治疗有应答[2]。
此前，多项研究表明，拥有健康及多样性的肠道菌群结构的患者对ICIs疗法（包括PD -1、PD - L1单抗 和CTLA -4抗体免疫疗法等）可以产生更好的应答。因此，弄清楚是哪些微生物（或哪些代谢产物），帮助患者塑造良好免疫应答，已经成为该领域研究人员之间的军备竞争。这些“肠道菌群”魔法师希望能找到方法来改变或促进病人的肠道菌群结构，以激活对抗肿瘤的T细胞，从而将更多的患者转化为ICIs应答者。
图1：微生物组调节肿瘤免疫微环境
引自 Cancer Cell. 2021-10-11; 39 (10): 1317-1341. doi: 10.1016/j.ccell.2021.08.006.
打破“肠”规：第一声炮响，肠道菌群与肿瘤免疫的爱恨情仇
2013年，法国维勒瑞夫的古斯塔夫·鲁西研究所Laurence Zitvogel研究团队得出结论，肠道菌群缺失的小鼠对化疗的免疫响应比菌群完整无缺的小鼠弱[3]。
这是一个如此新颖的想法，以至于立刻引起了怀疑。美国微生物药物研发公司Vedanta Biosciences公司CEO Bernat Olle 回忆起当时的想法：“我不知道我是否应该相信。” 他说，癌症被学界认为是基因组和突变经过不断积累的疾病。“但是，我们现在知道癌症也是一种涉及无效免疫应答的疾病。”
当2015年，Zitvogel研究团队用伊匹木单抗治疗小鼠的肿瘤时，他们发现ICIs可以控制具有正常肠道菌群的小鼠的肿瘤，但是失去肠道菌群的无菌小鼠的肿瘤却无法被控制[4]。更重要的是，将有益菌种移植回这些无菌小鼠体内，可以恢复 ICIs的抗癌活性。这项工作说服了Bernat Olle，Vedanta 公司正式开启了这一领域的研究。此外，日本RIKEN综合医学中心Kenya Honda团队，发现 CD8+ 细胞毒性T细胞的诱导发生在肠道中，并且取决于肠道微生物组的存在[5]。
在Zitvogel研究团队的创新性发现之后，有许多研究表明，接受广泛抗生素治疗（被认为可以减少肠道微生物）的患者对 ICIs 反应不佳[6]，对疫苗的适应性免疫应答更差[7]。
肠道中稚嫩的T细胞，像进入新兵营的士兵，可以从肠道微生物组那里得到训练，通过大量肠道代谢物来充当免疫调节信号，然后经过循环系统达到身体的其他部位，这是肠道微生物组影响肿瘤免疫治疗的潜在机制之一[1]。肠道内发生的事情会影响整个免疫系统。
解密：肠道菌群和T细胞之间的黑匣子
肠道微生物组、肠道代谢物、T 细胞以及其他免疫细胞之间的相互作用究竟是如何精确地展开的，这在很大程度上仍是个谜。研究人员仍需要确定哪些有益菌必须存在，以及它们如何在分子水平上激活T细胞。美国希望之城癌症中心Highlander团队，已经对接受抗 PD-1 ICIs 治疗的患者的微生物组进行了深入研究。他们发现，与无响应者相比，对ICIs 做出响应的转移性肾细胞癌患者的肠道微生物多样性更高，尤其是明星菌种—艾克曼氏菌(Akkermansia muciniphila, A.muciniphila）的丰度显著增加[8]。随后多团队发现对ICIs应答良好的患者肠道中疣微菌科(Verrucomicrobiaceae) (尤其是A.muciniphila)，短链脂肪酸产生丰富的瘤胃球菌属Ruminococcus，如普拉梭菌Faecalibacterium prausnitzii，柯林斯氏菌属Collinsella (尤其是Collinsella aerofaciens)， 真杆菌属（Eubacterium）及双歧杆菌属Bifidobacterium 等有益菌丰度显著增高[9，10]。法国Zitvogel研究团队2021年在Cancer Discovery上综述回顾了在抗癌治疗期间，参与ICIs过程中的肠道微生物，其中包括有益菌及有害菌（如图2）。
图2：参与ICIs病理生理过程中的肠道微生物
引自Cancer Discov. 2021 Oct;11(10):2396-2412. doi: 10.1158/2159-8290.
肠道上皮细胞会通过分泌炎症细胞因子来对某些邻近的微生物做出应答，从而影响T细胞的活化。研究证明，共生细菌混合物必须是活的，因为这样才能正常产生代谢产物和信号，从而发挥作用。
但是在这个过程中有许多步骤的机制尚不清楚：微生物是直接还是间接地向 T细胞发送信号？肠道微生物组还会影响其他哪些类型的T细胞（辅助T细胞或T调节细胞）？一旦T细胞在肠道中被完全激活，它们是如何找到进入并浸润肿瘤的途径呢?
肠胃病学的先驱者之一，首先使用了粪菌移植（FMT）来治疗复发性艰难梭菌感染的患者的研究者，美国尼苏达大学微生物治疗项目主任 Alexander Khoruts 解释说，肠道微生物产生的T细胞群和被激活的T细胞群之间存在几个黑匣子的原因之一是，从患者体内提取T细胞群并对其进行研究是极其困难的。此外一批研究者进一步推进了该理论，他们认为在肠道中发现的大量微生物产物中，有些可能模仿肿瘤抗原，并更直接地产生靶向肿瘤的T细胞群[1]。
创时代：肠道菌群调节或成肿瘤免疫治疗全能“黑马”
为了将肿瘤患者转化为ICIs响应者，这场竞赛正在紧锣密鼓的进行中，世界上众多微生物公司及研究团队陆续加入微生物疗法研究当中。
Highlander团队认为，以药丸形式添加混合有益菌，可将肿瘤患者变成良好的ICIs响应者。他们团队参与了CBM588 与ICIs的联合治疗的试验，其中CBM588是一种含有丁酸梭状芽孢杆菌的的益生菌制剂，能够抑制肠道内“坏菌”的生长、促进肠道上皮组织细胞的再生和修复、恢复肠道中Akk菌等“好菌”的稳态等[11]。
图3：Highlander团队最新成果于《Nature Medicine》截图
Highlander团队最新成果于2022年2月发表在国际知名期刊《Nature Medicine》上[11]，文章首次证明了口服益生菌药物制剂CBM588能够改善癌症患者的肠道菌群稳态，并增强患者的免疫治疗反应，令人意想不到的是CBM588组患者生存期提升超400%。
本项研究共纳入30例尚未接受任何治疗的转移性肾细胞癌（mRCC）患者，在接受纳武利尤单抗（O药）联合伊匹木单抗（Y药）治疗的时候，如果辅以益生菌口服药物CBM588联合治疗，就能够极大改善患者中位无进展生存期（PFS），中位PFS从2.5个月延长至12.7个月，提高近400%！患者客观缓解率(ORR)，ORR从O药+Y药组20% 提高至益生菌制剂+O药+Y药组58%，提高近3倍（如图4）!
图4：左图为中位无进展生存期（PFS），右图为客观缓解率(ORR)
引自Nat Med. 2022 Apr;28(4):704-712. doi: 10.1038/s41591-022-01694-6.
美国微生物药物研发公司Vedanta 根据Honda的研究成果开发了一种纯化的、冷冻干燥的11种细菌的混合物VE800，作用原理如图5。它可以激活产生干扰素-γ的细胞毒性T细胞[4]。
图5 VE800作用机制。当肠道上皮细胞对某些微生物（VE800，如图所示）产生趋化因子或细胞因子信号来招募T细胞时，T细胞就会被激活，很可能是被肠道中的抗原呈递树突状细胞所激活。当有足够的阳性免疫信号发生时，T细胞就会完全激活 CD8+ 细胞毒性 T 细胞，增殖，并寻找之前隐藏的或在肆虐的肿瘤细胞，用干扰素和颗粒酶等分子毒害它们。
引自Science. 2022
https://www.science.org/content/article/can-patients-gut-microbes-help-fight-cancer
目前该公司正在晚期大肠癌、胃癌和黑色素瘤患者中进行该药物与纳武利尤单抗联用的试验。在试验过程中，Vedanta公司计划对患者的粪便样本进行测序，以查看VE800菌株是否在肠道内定殖，并确定定殖的程度如何。与此同时，截止2021年4月，至少有8家微生物药物公司已经开展了首次人体试验，将他们的微生物组试剂与经过批准的免疫疗法相配对（表1），从而满足日益增长的增加ICIs响应患者比例的需求[12]
表1. 在研中的微生物或微生物衍生产品联合ICIs治疗的微生物药物公司及产品列表
引自Nat Biotechnol. 2021 May;39(5):529-532. doi: 10.1038/d41587-021-00002-w.
2021年美国芝加哥大学Duchossois Family 研究所所长，微生物转化医学专家Eric Pamer教授在Nature Reviews Microbiology最新发表的综述文章，介绍了目前学界火热的微生物组疗法[13]，主要包括如下5大类，并分析相应的优势及面临挑战，如图6。
（1）粪菌移植：转移粪菌或通过体外培养或春华孢子得到的复杂菌落。对复发性艰难梭菌感染有明显疗效。
①优势：转移完整的菌群，临床证实有效；
②挑战：筛选供体样本，可扩展性，存在因供体不同而引起的潜在疗效差异。
（2）膳食与益生元：补充靶向菌群的底物（如特定的膳食纤维）以促进菌群组成的改善，或产生所需的代谢物；
①优势：相对容易制备，安全；
②挑战：针对不同菌群组成预测补充的结果，补充后的效果持续时长，作用靶标必需存在于原有菌群中。
（3）共生微生物群落：转移被选择或设计用来促进特定菌群功能的一组分离培养的微生物。
①优点：群落组成是已知的，可对单个分离株和潜在的自我维持的菌落进行安全性筛查；
②挑战：选择分离株，复制复杂细菌虎作所产生的表型，培养分离株。
（4）工程共生菌：转移能在目标部位定制且经工程化改造而制备所需功能或递送所需产物/代谢物的细菌。
①优点：底盘菌株通过不同的工程化改造来实现多种用途，具有在正确部位产生所需代谢物/化合物的潜力；
②挑战：操纵菌群中多个物种的能力有限，必需证明改造的安全性。
（5）菌群衍生的蛋白和代谢物：直接补充有益的蛋白或代谢物。
①优点：相对容易制备，评估安全性，可能遵循传统的药物研发途径；
②挑战：测定和递送足够的浓度到所需部位。
图6 基于微生物组的治疗方法的分类。微生物群在宿主健康中的关键作用已经引起了学术界和新成立公司的极大兴趣，他们正在开发旨在选择性恢复或促进微生物群有益功能的疗法。目前正在研究实现这一目标的一系列方法，如粪便微生物群移植、补充益生元、共生菌群或工程菌株的移植，以及直接提供微生物群衍生的蛋白质和代谢物。
引自Nat Rev Microbiol. 2022 Jun;20(6):365-380
“肠”想未来：逆境中期待希望之光
大多数新疗法都要经过漫长而危险的道路才能进入市场，将实验室发现转化为临床应用需要经过大量临床试验，以证明疗法的安全性及有效性，经过安全生产及上市销售最终交付到患者手中。这既是机遇，又是挑战。
美国前总统卡特得益于免疫治疗，让他成为美国“最长寿的总统”。目前，微生物组肿瘤学领域仍处于非常早期的阶段。道阻且长，行则将至，乘风破浪，未来可期。未来，将粪菌移植、膳食及益生元、活性益生菌定制品及工程共生菌等多种策略整合归一，可以真正实现对肠道菌群的个性化精准调控。这也是未来精准医疗及肿瘤治疗的新方向。期待肠道菌群疗法研究能够提供更多的循证医学证据，为肿瘤免疫治疗患者带来新的希望，铺就更长的生命之路。
[1] Cullin, N, Azevedo Antunes, C, Straussman, R, et al. Cancer Cell. 2021-10-11; 39 (10): 1317-1341. doi: 10.1016/j.ccell.2021.08.006.
[2] Derosa L, Routy B, Desilets A, et al. Microbiota-Centered Interventions: The Next Breakthrough in Immuno-Oncology? Cancer Discov. 2021 Oct;11(10):2396-2412. doi: 10.1158/2159-8290.CD-21-0236.
[3] Viaud S, Saccheri F, Mignot G, et al. The intestinal microbiota modulates the anticancer immune effects of cyclophosphamide. Science. 2013 Nov 22;342(6161):971-6. doi: 10.1126/science.1240537.
[4] M. Vétizou et al. Science 350, 1079–1084, (2015), doi: 10.1126/science.aad1329.
[5] Tanoue T, Morita S, Plichta DR, et al. A defined commensal consortium elicits CD8 T cells and anti-cancer immunity. Nature. 2019 Jan;565(7741):600-605. doi: 10.1038/s41586-019-0878-z.
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[9] Derosa L, Routy B, Fidelle M, et al. Gut bacteria composition drives primary resistance to cancer immunotherapy in renal cell carcinoma patients. Eur Urol 2020;78:195–206.
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苏公网安备 32059002004080号
