《NEJM医学前沿》周二【肿瘤深度观察】栏目就临床肿瘤学热点问题，梳理《新英格兰医学杂志》等顶级杂志近期论文，综述前沿进展，洞见未来方向。
肠道共生微生物可影响人体先天性和适应性免疫，近年研究还发现其可调控化疗、放疗、靶向治疗等的疗效。约30%~50%的肿瘤患者对免疫检查点抑制剂（ICI）具有原发性耐药，寻找增强ICI疗效策略极为重要。肠道微生物能否增强ICI疗效，减轻ICI相关不良事件，正逐渐成为临床研究热点。本文结合Nat Med、Nat Rev Cancer、Gastroenterology、Clin Cancer Res和JCO等杂志近期发表的论文，从肠道微生物组对ICI疗效和不良事件的影响、作用机制、干预策略等方面梳理了研究进展。MCA205肉瘤、黑色素瘤和结肠癌小鼠模型证实，伊匹木单抗（抗CTLA-4）的疗效与肠道微生物组—免疫相互作用相关：无论是无菌小鼠还是接受广谱抗生素治疗，均可使小鼠肿瘤对伊匹木单抗的敏感性降低。部分机制在于脆弱细菌、多形拟杆菌和伯克氏菌等通过IL-12依赖的Th1免疫信号介导小鼠抗CTLA-4应答。肠道菌群也与伊匹木单抗相关毒性和小肠结肠炎有关。例如，经万古霉素处理的小鼠在抗CTLA-4治疗后出现严重小肠结肠炎，通过口服双歧杆菌可逆转这一现象。微生物组还与PD-1/PD-L1抑制剂疗效密切相关。例如，在抗PD-L1治疗同时给予双歧杆菌，通过聚集CD8+ T细胞增强了抗PD-L1单抗在小鼠中的疗效，机制可能在于树突状细胞激活驱动所致。荷瘤的无菌悉生小鼠（gnotobiotic mice）MC38用产生IFN-γ的11种细菌混合物处理后，可改善抗PD-1治疗活性，其机制在于细菌诱导肿瘤微环境中表达IFN-γ的CD8+ T细胞浸润水平增加。研究表明，在晚期黑色素瘤患者粪便中，放线菌门（双歧杆菌科和红蝽菌科）和厚壁菌门（瘤胃球菌科和毛螺菌科）的细菌丰度与PD-1抑制剂治疗的有利结局相关。肺癌、肾细胞癌或肝细胞癌患者中，嗜黏蛋白阿克曼菌属在PD-1抑制剂治疗中发挥抗肿瘤作用。但在一些使用抗生素治疗的患者中，粪便中阿克曼菌属的高丰度却与PD-1抑制剂治疗耐药有关，提示此类细菌在PD-1抑制剂治疗应答中可能具有双峰效应。对PD-1抑制剂治疗无应答的肾癌和肺癌患者中，溶血性葡萄球菌和棒状杆菌的粪便丰度较高，有应答患者肠球菌E.hirae的丰度较高。众所周知，抗生素暴露可改变肠道微生物组结构和（或）功能。既往荟萃分析表明，抗生素暴露可能对免疫治疗结局（包括总生存期[OS]）产生不良影响。一项来自加拿大的基于人群水平的回顾性队列研究评估了ICI治疗前抗生素暴露对≥65岁的癌症患者OS的影响，以大样本量、多中心数据进一步证实了上述结论。纳入的2737例癌症患者中，开始ICI治疗前1年内和60天内使用过抗生素者分别占比59%和19%。多变量Cox模型分析显示，ICI开始前1年内任何抗生素暴露都与更差的OS相关（校正HR，1.12；95% CI，1.12~1.23；P=0.03）。在抗生素分类分析中，ICI开始前1年内或60天内氟喹诺酮类药物暴露与OS更差相关，且这种影响与暴露的总周数呈量效关系；在接受PD-1抑制剂治疗患者中以及肺癌和黑色素瘤患者中均观察到一致结果。该研究带来三点重要临床提示：其一，在ICI治疗前应尽量限制抗生素暴露；其二，开始ICI治疗前可改善肠道微生物组，以增强免疫原性；其三，对于近1年内有抗生素暴露患者，最好首先考虑非ICI治疗方案。一项2期NEOSTAR试验的主要目的是为了比较可切除非小细胞肺癌患者新辅助治疗中纳武利尤单抗+化疗与纳武利尤单抗+伊匹木单抗+化疗两种方案的主要病理学缓解（MPR）率，结果显示双免疫+化疗方案获益更多（50% vs. 32.1%）。同时，探索性分析发现，同一治疗臂中MPR与非MPR患者的肠道微生物组成存在显著差异，表明其与治疗应答相关；且两个治疗臂中达到MPR患者的基线粪便微生物组均富含有益菌群（如阿克曼菌属），且促炎和致病微生物丰度降低。需要注意的是，尽管大量研究提示肠道微生物组可成为预测ICI治疗应答的生物标志物，但在不同瘤种、不同ICI治疗背景下，与治疗应答相关的肠道微生物种类及影响不尽一致，开展研究以及解读研究结果时，都应考虑到这些异质性。在用于研究微生物组与抗PD-1和抗PD-L1治疗之间关联的队列中亦存在明显异质性。此外，用于划定微生物组构成和构建微生物组-宿主-药物关联的药理微生物组学工具和统计方法缺乏标准化。因此，目前尚无法确定肠道微生物组构成特点与ICI疗效之间的联系。目前有证据支持肠道微生物组对ICI治疗毒性有一定影响。黑色素瘤患者在接受抗CTLA-4、抗PD-1或联合免疫治疗后的肠道微生物群分析显示，出现和未出现不良反应患者之间的α多样性（编者注：α多样性指一个特定区域或生态系统内的多样性，是反映丰富度和均匀度的综合指标） 没有显著差异。然而，出现严重毒性的患者，其肠道细菌的丰度和IL-1b显著升高。为确定与免疫疗法毒性相关的生物标志物而进行的免疫细胞分层分析表明，在没有出现严重毒性反应的患者中，循环CD4+和CD8+ T效应细胞的表面受体CD28和CD27的表达显著降低。其他研究显示，在PD-1和/或CTLA-4抑制剂治疗期间，类杆菌、梭菌和变形杆菌门的细菌与免疫相关不良事件（irAE）发生率和严重程度升高有关。此外，在接受抗PD-1和抗CTLA-4联合治疗的患者中，肠道杆菌（类杆菌门）与结肠炎有关。McCulloch及其同事确定了两种与特定irAE以及不同临床结局相关的微生物特征。其中之一是毛螺菌属家族成员丰度增加与抗PD-1疗效改善有关。另一个特征是链球菌属为主的患者，其PFS较短，irAEs发生率明显升高，特别是关节炎。链球菌丰度增加与质子泵抑制剂（PPI）的使用有关。因此，有人推测，PPI增加口腔细菌在胃内通过时的存活率（即口服化），进而诱发肠道微生物组组成的转变。使用健康捐赠者的粪菌移植（FMT）可以有效治疗生物制剂（TNFα和/或整合素α4β7抑制剂）难治性ICI相关结肠炎，其结果支持微生物可以介导这种irAE进展。该观察和其他结果表明，在有大量自身微生物组和组织驻留T细胞的上皮组织中，致病微生物（pathobiont）可影响irAE的发生发展，但尚不清楚这一结论是否适用于除结肠外的其他上皮器官，如皮肤和/或肺部irAE。此外，研究发现CTLA-4给药时同时使用双歧杆菌有助于降低肠道毒性反应。这些发现将有助于通过恢复健康的微生物群或利用肠道微生物组移植疗法或靶向微生物调节疗法等技术减少ICI治疗相关的毒性反应。肠道微生物可以通过许多机制深刻影响癌症发生、发展、治疗应答和抗肿瘤免疫。越来越多的证据表明，基于组织和基于肿瘤的微生物与宿主细胞之间的关联和相互作用跨越几个领域：宿主遗传学、局部免疫、代谢产物和微生物相关分子模式（MAMP）。
关于肠道微生物组影响癌症免疫治疗的确切机制尚不明确，从目前研究来看，主要集中在三个方面（图1）：直接刺激抗肿瘤T细胞反应的细菌或细菌成分，共享的细菌和肿瘤抗原表位之间的分子拟态，以及形成抗肿瘤免疫的细菌代谢物。图1. 细菌或细菌代谢物对抗肿瘤免疫反应的作用机制
对于目前应用最为广泛的PD-1抑制剂，在治疗有应答的患者中，可以观察到以编码抗炎载脂蛋白和跨膜黏蛋白的转录为特征的健康、无炎症的肠黏膜，患者血液中参与募集T和B细胞的细胞因子和趋化因子升高，这对抗肿瘤免疫非常重要。与PD-1抑制剂治疗有利反应相关的细菌种类及其在调节抗肿瘤免疫中的作用机制较为复杂，但在对PD-1抑制剂治疗无反应的患者中可观察到肠黏膜炎症和炎症细胞脱落，因此他们的血液中常存在系统性炎症的生物标志物。肠道革兰氏阴性细菌类群与PD-1抑制剂治疗的不利反应以及局部和全身炎症生物标志物有关，可能反映了免疫抑制性肿瘤微环境。鉴于肠道微生物组在形成免疫和其他生理过程中的整体作用，可以预见，通过靶向重建来控制肠道微生物组以及通过应用微生物衍生产品来增强抗肿瘤治疗效果的干预策略，将成为癌症治疗不可或缺的组成部分。现有可用手段主要包括（但不限于）：FMT，单一或联合微生物特异性干预，饮食干预，益生元、益生菌、后生元，靶向抗生素疗法，基于噬菌体的方法等（图2）。
图2. 癌症治疗中微生物特异性干预策略
饮食是调节微生物组结构和功能的简单且关键手段。临床前证据表明，许多饮食策略，包括长期热量限制、短期饥饿、生酮饮食（或口服补充酮体3-羟基丁酸酯）、高纤维饮食和口服特定微量营养素，都可能改善免疫治疗背景下的抗癌免疫监测。多项评估癌症患者膳食干预的临床研究已经启动，例如将膳食建议（如建议遵循地中海饮食）纳入研究方案。
FMT，即将来自供体（通常是健康个体或对治疗有理想应答个体）的全部肠道微生物移植到受体中，或许是调节肠道微生物组最激进但目前最有效的方法，其价值已经在转移性黑色素瘤患者中得到证实：以ICI治疗后达到完全缓解（CR）的患者为供体，向耐药患者进行FMT，成功逆转了无应答黑色素瘤患者耐药性。类似多项研究正在进行中（NCT03772899、NCT04521075、NCT04924374、NCT04951583等），采用ICI联合FMT（供体为获得完全缓解的患者或健康个体）治疗，其早期结果令人鼓舞。
益生元作用在很大程度上取决于肠道中存在的细菌种群。尽管如此，益生元仍有较大潜力通过调节细菌代谢物的产生和改变微生物生态系统以多种方式调节生理机能——所有这些都可用于治疗。
此类方法的早期研究结果已经初现曙光。CBM588是一种双歧活菌产品。一项单中心1期随机试验入组了30例初治的转移性肾细胞癌中/低危患者，病理学为透明细胞癌和（或）肉瘤样组织癌，按2:1比例随机分配至纳武利尤单抗+伊匹木单抗+ CBM588（每日口服）组和纳武利尤单抗+伊匹木单抗组。在多个时间点进行粪便宏基因组测序。主要终点是比较基线和12周时双歧杆菌属的相对丰度，试验结束时在纳武利尤单抗+伊匹木单抗基础上补充CBM588未见双歧杆菌属相关量化指标产生显著差异。
然而对于无进展生存期（PFS）这一次要终点，纳武利尤单抗+伊匹木单抗+CBM588组较纳武利尤单抗+伊匹木单抗组显著延长（中位PFS，12.7个月 vs. 2.5个月；HR，0.15；95% CI，0.05~0.47；P=0.001），客观缓解率率虽未达统计学差异但也明显提高（58% vs. 20%；P=0.06）。补充CBM588未增加安全性风险。该研究初步显示，联合微生物可提高纳武利尤单抗+伊匹木单抗对转移性肾细胞癌患者的疗效，虽然其临床可行性和有效性尚待进一步验证。
类似地，临床前和临床研究表明，嗜黏蛋白阿克曼菌、肠球菌或多种共生菌株相联合也值得进一步临床评估。一些探索联合或单一微生物干预策略对抗肿瘤治疗应答影响的研究正在进行。
其他基于益生菌的治疗方法也已进行临床试验，但在考虑将其与ICI（和其他疗法）联合用于癌症患者时应审慎。例如，近期有证据显示，在ICI治疗的临床前癌症模型和临床癌症患者队列中，使用益生菌与更差的结果相关。
靶向抗生素、基于噬菌体、小分子和基于CRISPR的策略——“去其糟粕”的逆向调节法如前所述，抗生素的使用和肠道微生物组的大量破坏与ICI和其他抗肿瘤治疗的不良结局相关。使用经过精准筛选的针对潜在有害或致病微生物的抗生素方案（同时可促进有益微生物扩增、优化群落结构），可能有助于促进机体对治疗的有利反应。与之相似，使用CRISPR-Cas9编码的噬菌体选择性损耗疾病相关特异性微生物的策略已经被提出，但用于癌症治疗尚处于起步阶段。此外，旨在调节肠道微生物组的组成和功能的小分子方法正在开发中。
通过直接向癌变部位引入微生物治疗癌症的概念已经存在了一个多世纪，其源自在一些合并感染的癌症病例中观察到肿瘤消退现象。目前，使用微生物菌株或毒素（如Coley毒素，由化脓性链球菌和粘质沙雷菌毒素混合而成）治疗癌症的努力正在进行中。
几种微生物制剂，如具有选择性裂解癌细胞能力的野生型或改良活病毒（溶瘤病毒，如T-VEC；参见《癌症治疗新手段：溶瘤病毒 | 综述》）和改良的细菌（如去除了产生毒素基因的noyvi梭菌-NT），已用于临床试验，并在许多瘤种中显示出有希望的抗肿瘤疗效。例如，工程细菌李斯特菌株ADXS11-001通过分泌融合蛋白HPV-16 E7靶向HPV阳性细胞，在头颈部鳞状细胞癌中显示出33%的HPV特异缓解率。类似的工程细菌用于HPV阳性的肛门鳞状细胞癌患者，并联合放疗和化疗，9例患者中有8例（89%）在34个月后达到无疾病证据（NED）状态。这些研究提示微生物制剂在肿瘤中的潜在疗效。
一系列令人鼓舞的发现证明特异性微生物制剂的有效“归巢”，能够准确靶向肿瘤细胞或肿瘤微环境，这可能会成为未来抗肿瘤治疗方法发展的基础。基于微生物的疗法或疫苗不仅能局部控制肿瘤，还能产生对转移性疾病的全身保护作用。
基于肠道微生物组的各种干预手段为改善包括免疫治疗在内的抗肿瘤治疗的疗效带来了新契机，为精准治疗注入了新内涵。目前，对肿瘤患者进行肠道微生物组干预仍主要在研究中开展，尚未推广至临床实践，尽管将微生物作为治疗应答生物标志物甚至作为治疗靶点的证据和建议正在增加。
有论文预计在未来的5~10年，基于组织和基于血液评估微生物特征有望被纳入到癌症患者个体化精准管理体系中（图3）。新兴技术，例如人工芯片肠道模型、可穿戴技术、用于微生物组采样的可食用胶囊、代谢组学分析和智能马桶等，将加速肠道微生物组干预策略的发展。此外，利用人工智能整合多组学数据将为通过数学建模和其他方法改进治疗和预防策略提供机会。
图3.以微生物组为中心的癌症干预措施优化个体化精准治疗
当前分析和治疗靶向方法主要集中于有限的基因组和免疫分析，没有对组织、肿瘤或肠道中的微生物组进行一致的分析或靶向。对其他可变因素，如饮食、压力和其他生活方式因素的分析也很有限。鉴于微生物和其他因素在影响癌症发生和治疗反应方面的作用，有机会将这些分析和靶向整合到癌症管理中，并最终纳入整体精准健康。不同特征的患者，最佳的干预手段不同。例如，对于肠道微生物组明显异常的个体，即存在大量的“不利”和/或功能状态差的病原微生物，他们可能更适合于FMT或特异性联合微生物的综合干预手段。相比之下，肠道微生物组中度异常的个体，可能更多受益于靶向微生物干预，而微生物组状态较好的患者更倾向于采用饮食干预。这些方法协同其他抗肿瘤治疗策略，将使得癌症管理更为精准化、个体化，最终改善预后。
参考文献
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