派姆單抗和納武單抗這兩種PD-1單抗可用于DNA錯配修復(fù)缺陷（dMMR）和微衛(wèi)星不穩(wěn)定性（MSI-H）轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌（mCRC）的治療，但只有5%的mCRC患者是dMMR或MSI-H類型，絕大多數(shù)結(jié)直腸癌患者對免疫治療無應(yīng)答。近期，眾多證據(jù)表明腸道菌群影響多種惡性腫瘤對免疫治療的應(yīng)答，包括非小細(xì)胞肺癌、結(jié)直腸癌和黑色素瘤等，免疫治療的相關(guān)不良反應(yīng)也與腸道菌群的組成相關(guān)。具核梭桿菌是是一種革蘭氏陰性厭氧菌，與牙周炎、結(jié)直腸癌、食管癌、流產(chǎn)等密切相關(guān)，可促進(jìn)腫瘤發(fā)生發(fā)展、促進(jìn)腫瘤免疫逃逸、誘導(dǎo)化療耐藥，但其與結(jié)直腸癌免疫治療療效的關(guān)系尚不清楚。

 

2023年5月，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院消化內(nèi)科房靜遠(yuǎn)/陳縈晅團(tuán)隊(duì)在Cell Host & Microbe發(fā)表了題為“Fusobacterium nucleatum-derived succinic acid induces tumor resistance to immunotherapy in colorectal cancer”的文章。該研究聚焦于腸道微生態(tài)與宿主免疫治療之間的相互作用機(jī)制，通過對接受免疫治療的結(jié)直腸癌患者微生物組、代謝組和臨床預(yù)后進(jìn)行整合分析，證實(shí)對免疫治療無應(yīng)答的晚期結(jié)直腸癌患者糞便具核梭桿菌豐度升高和血清琥珀酸含量增加，并與不良預(yù)后相關(guān)。
 

 

圖片來源：《Cell Host & Microbe》

研究材料

在這項(xiàng)研究中，研究人員使用了無菌小鼠、SPF級C57小鼠和Balb/C小鼠等進(jìn)行皮下瘤模型造模，其中使用的無菌小鼠是由賽業(yè)生物提供的。此外研究者還運(yùn)用了多個基因敲減或敲除的小鼠結(jié)腸癌細(xì)胞系及小分子抑制劑等進(jìn)行機(jī)制驗(yàn)證。

 

技術(shù)方法

在分析腸道菌群和代謝物時(shí)作者采用了宏基因組測序、靶向代謝組學(xué)和非靶代謝組學(xué)分析。通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)測序、免疫沉淀、雙熒光素酶報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)等確定了調(diào)控的分子機(jī)制。

 

技術(shù)路線

實(shí)驗(yàn)摘要^[1]

 

01 通過宏基因組測序和定量PCR分析發(fā)現(xiàn)無應(yīng)答組糞便和腫瘤組織中具核梭桿菌富集

02 通過糞菌移植、無菌小鼠單菌灌胃等動物模型確定具核梭桿菌誘導(dǎo)抗PD-1單抗治療抵抗

03 通過多種代謝組學(xué)確定具核梭桿菌來源的琥珀酸誘導(dǎo)免疫治療抵抗

04 通過體外分子生物學(xué)和體內(nèi)驗(yàn)證具核梭桿菌代謝物琥珀酸的作用機(jī)制

 

研究結(jié)果

高豐度具核梭桿菌與mCRC免疫治療療效下降相關(guān)^[1]

 

首先，為探究腸道菌群與結(jié)直腸癌免疫治療的關(guān)系，作者納入了擬接受抗PD-1單抗聯(lián)合瑞戈非尼治療的轉(zhuǎn)移性結(jié)直腸癌患者，對患者糞便進(jìn)行宏基因組測序和定量PCR檢測，發(fā)現(xiàn)無應(yīng)答組糞便中具核梭桿菌豐度明顯高于應(yīng)答組，糞便具核梭桿菌豐度高的患者其無進(jìn)展生存期較短。

 

之后作者對抗生素清腸小鼠進(jìn)行來源于免疫治療患者的糞菌移植，之后進(jìn)行皮下瘤接種，一周后予以抗PD-1單抗治療。發(fā)現(xiàn)在抗PD-1單抗治療的情況下，移植了低具核梭桿菌豐度應(yīng)答者糞便的小鼠對抗PD-1單抗治療保持敏感，而移植了高具核梭桿菌豐度無應(yīng)答者糞便的小鼠則對PD-1單抗治療產(chǎn)生抵抗。

具核梭桿菌抑制腫瘤內(nèi)CD8⁺T數(shù)目及功能，降低對免疫治療的療效^[1]

 

為評估具核梭桿菌單菌對免疫治療的影響，作者對SPF清腸后荷瘤小鼠和無菌荷瘤小鼠進(jìn)行PD-1單抗治療和具核梭桿菌灌胃，發(fā)現(xiàn)在具核梭桿菌灌胃后，抗PD-1單抗療效大幅下降。流式檢測結(jié)果提示與PD-1組相比，PD-1+具核梭桿菌組的腫瘤浸潤C(jī)D8⁺T細(xì)胞和分泌IFN-γ和TNF-α的效應(yīng)性CD8⁺T明顯減少。這表明具核梭桿菌可能通過抑制腫瘤內(nèi)浸潤的CD8⁺T細(xì)胞的數(shù)量和效應(yīng)功能，降低免疫治療療效。

具核梭桿菌通過其代謝產(chǎn)物琥珀酸減弱對免疫療法的反應(yīng)^[1]

 

通過腸道通透性測定發(fā)現(xiàn)抗PD-1單抗治療和具核梭桿菌灌胃均可誘發(fā)小鼠腸道通透性升高，灌胃熱滅活的具核梭桿菌不影響抗PD-1單抗效力。之后作者對患者血清樣本進(jìn)行了靶向代謝組學(xué)分析，對具核梭桿菌培養(yǎng)上清液代謝物進(jìn)行了非靶代謝組學(xué)測定，并進(jìn)一步分析了日本Yachida隊(duì)列中高梭桿菌豐度結(jié)直腸癌患者的代謝組學(xué)數(shù)據(jù)。三個數(shù)據(jù)集進(jìn)行交集分析后顯示，具核梭桿菌產(chǎn)生的琥珀酸可能影響結(jié)直腸癌患者免疫治療療效。小鼠實(shí)驗(yàn)提示與抗PD-1單抗組相比，口服和腹腔注射琥珀酸均降低了免疫治療療效，并伴隨腫瘤浸潤C(jī)D8⁺T細(xì)胞減少和CD8⁺T細(xì)胞效應(yīng)功能下降。

甲硝唑清除腸道具核梭桿菌使腫瘤對免疫療法重新敏感^[1]

 

具核梭桿菌敏感的抗生素甲硝唑降低了腸道具核梭桿菌豐度并恢復(fù)了抗PD-1單抗療效；而耐藥抗生素紅霉素對腸道具核梭桿菌豐度沒有影響，且不會使腫瘤對抗PD-1單抗重新敏感。通過一系列體外和體內(nèi)機(jī)制探討和驗(yàn)證，作者發(fā)現(xiàn)具核梭桿菌來源的琥珀酸可通過腫瘤細(xì)胞表面SUCNR1受體穩(wěn)定腫瘤細(xì)胞內(nèi)的HIF-1α，后者促進(jìn)EZH2表達(dá)，進(jìn)而抑制了腫瘤細(xì)胞cGAS通路的表達(dá)，降低了腫瘤中CD8⁺T細(xì)胞的浸潤和效應(yīng)功能。

免疫組化和生存分析^[1]

 

最后通過免疫組化和生存分析，作者發(fā)現(xiàn)高具核梭桿菌豐度、高EZH2表達(dá)量與較短的的生存相關(guān)，高cGAS、IFNβ、CCL5、CXCL10表達(dá)則與較長的生存相關(guān)。

 

研究結(jié)論

具核梭桿菌限制腫瘤內(nèi)CD8⁺T細(xì)胞的浸潤和效應(yīng)功能^[1]

 

該研究表明高具核梭桿菌豐度與結(jié)直腸癌抗PD-1單抗治療抵抗相關(guān)，具核梭桿菌通過其代謝物琥珀酸限制腫瘤內(nèi)CD8⁺T細(xì)胞的浸潤和效應(yīng)功能，進(jìn)而促進(jìn)抗PD-1單抗治療抵抗；在高具核梭桿菌豐度的患者中，應(yīng)用甲硝唑降低腸道具核梭桿菌豐度或可改善免疫治療療效，為結(jié)直腸癌菌群、代謝物與免疫之間的串?dāng)_提供了新見解。

 

原文檢索：

[1]Jiang SS, Xie YL, Xiao XY, Kang ZR, Lin XL, Zhang L, Li CS, Qian Y, Xu PP, Leng XX, Wang LW, Tu SP, Zhong M, Zhao G, Chen JX, Wang Z, Liu Q, Hong J, Chen HY, Chen YX, Fang JY. Fusobacterium nucleatum-derived succinic acid induces tumor resistance to immunotherapy in colorectal cancer. Cell Host Microbe. 2023 Apr 27:S1931-3128(23)00161-0. doi: 10.1016/j.chom.2023.04.010