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《科学》:肠菌助力免疫治疗的机制找到了!

作者:小D|2020年08月17日| 浏览:1175

文章来源:奇点网

 

知道你们要说什么,我先来:世界是肠菌的——!

免疫治疗这么热门,关注的读者肯定了解,免疫治疗还有一大块悬而未决的问题,那就是响应率。很多癌种对免疫治疗原发性耐药,即使在受益最明显的肺癌、黑色素瘤等癌种中,实际响应率也不高。

为什么患者之间会出现这么大的差别呢?

最近的一些研究把目光放到了肠道微生物上。有一些研究结果显示,肠菌能够影响抗肿瘤免疫,肠菌组成甚至可以用来预测免疫治疗的效果

那么肠菌到底是如何助力免疫治疗的呢?我们是否能够从中找到提升免疫治疗效果的好办法呢?

本周,《科学》杂志发表的一篇新论文给我们带来了一个解答。研究者发现,在免疫治疗过程中,由于免疫检查点抑制剂的作用,肠道屏障会有所减弱,这帮助特定肠菌的代谢物肌苷进入全身并激活抗肿瘤T细胞

在这项研究中,研究者选择的癌种是结直肠癌(CRC)。虽然在临床上CTLA-4抗体和PD-1抗体基本对结直肠癌束手无策,不过在药物诱导的模式小鼠中,这两种免疫治疗方法效果还是比较明显的。

研究者对比了未经治疗和经过免疫治疗小鼠的粪菌组成,发现总体多样性基本一致,但是个别菌种丰度差异较大。在厌氧条件下培养,总共分离鉴定出21种菌,其中7种只存在于经过免疫治疗的小鼠中,4种只存在于未经免疫治疗的小鼠中。

这7种菌里就包括我们之前反复介绍过的阿克曼氏菌(Akkermansiamuciniphila),以及假长双歧杆菌(Bifidobacterium pseudolongum)。

粪菌组成的对比

这还无法说明免疫治疗效果和肠菌组成之间的关系,所以研究者又在无菌小鼠和抗生素治疗后小鼠中再次进行了同样的实验。结果显示,这两种小鼠中,免疫治疗的效果都下降了

看来真的存在神秘微生物,能够协助免疫治疗的效果。

接下来研究者把目标菌转移进小鼠体内,制造出了只有一种肠菌的小鼠,借此来研究单一菌种对免疫治疗的影响。最终,研究者确定了三种菌,可以提高CTLA-4抗体的疗效,假长双歧杆菌约氏乳杆菌Lactobacillus johnsonii ),龈乳杆菌Olsenella

在这三种菌的加持下,CD4+T细胞和CD8+T细胞激活明显增加,肿瘤中的CD8+T细胞水平也增加了

三种菌使抗肿瘤免疫更强

不过呢,虽然研究者从肿瘤内部分离到了细菌,但是实验结果却显示这些菌并不直接参与免疫治疗,所以研究者猜测,可能是肠菌分泌的一些可溶性因子在发挥作用

实验结果显示,虽然在没有免疫治疗的情况下,假长双歧杆菌并不能发挥抗肿瘤作用,但仍然是具有一些免疫调节能力的。没有免疫治疗,它的作用就仅限促进肠道相关淋巴组织的Th1转录分化,但不能增加其他的效应功能。

那么到底是什么让假长双歧杆菌的威力从局部扩散到全身呢?

从临床研究的数据我们能够得知,胃肠道炎症是CTLA-4抗体治疗常见的不良反应。在动物实验中,也能够观察到CTLA-4抗体处理后的小鼠全身血清抗体反应增强,小肠上皮经皮电阻降低。这说明,免疫治疗降低了肠道屏障

那么合理推测,正是这种肠道屏障的“疏忽大意”,使得肠菌的一些代谢物更容易进入循环,扩散到全身其他地方。

能证明这一点的是,来自只有假长双歧杆菌一种肠菌小鼠的免疫治疗后血清,就足以在无菌小鼠中诱发抗肿瘤免疫并抑制肿瘤生长了

那么这种神秘物质是什么呢?

经过分析,假长双歧杆菌小鼠血清中唯一一种丰度非常高的代谢物是肌苷,水平是无菌小鼠的8-9倍。此外肌苷的降解产物黄嘌呤和次黄嘌呤的水平也有升高。肌苷正是假长双歧杆菌的代谢物,而约氏乳杆菌虽然不产生肌苷,但是产生大量次黄嘌呤——次黄嘌呤和肌苷结合的受体是一致的

肌苷水平非常高

最初确定肌苷的时候,其实研究者还挺惊讶的。因为在之前的诸多研究中,肌苷都被认为与腺苷2A受体(A2AR)结合之后,是对Th1分化以及抗肿瘤免疫有抑制作用的,甚至已经有靶向这个通路的抗癌药物在研了。不过的确也有一些研究持完全相反的意见。这种矛盾的观点引起了研究者的兴趣。

经过实验,研究者发现原来肌苷的作用是受环境影响的比如说在有外源性IFN-γ的情况下,肌苷能够显著增强Th1分化;但在没有IFN-γ的情况下,肌苷反而是抑制Th1分化的

考虑到这种情况,研究者也探索了肌苷在体内的作用条件,最终确定了CpG寡核苷酸作为肌苷的共刺激因子。口服或注射肌苷,再加上CTLA-4抗体和CpG,果然可以增强免疫治疗的效果;如果不加CpG,那么结果就背道而驰了。

有无IFN-γ,肌苷作用完全相反

通过灌胃给小鼠移植假长双歧杆菌也能够增强免疫治疗的效果,不过一定得是活菌,死菌是不行的。可能是因为死菌不会产生肌苷吧。

此外,肌苷+CpG的效果在膀胱癌和黑色素瘤小鼠中也得到了验证。

综合此前的一些肠菌数据,假长双歧杆菌这个菌很值得注意。在已经发表的人类粪便微生物组原基因数据集中,免疫治疗响应的患者表现出一种假长双歧杆菌丰度更高的趋势,虽然统计学上不显著,但假长双歧杆菌水平是不响应患者的2.4倍;将目光放大到整个双歧杆菌属,也同样存在5.9倍的差异,虽然同样不显著

期待下一步的探索吧!

 

参考资料:

[1]L. F. Mager et al., Science 10.1126/science.abc3421 (2020).

本文仅供医学药学专业人士阅读

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