柯林俊,王立生

(暨南大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院,廣東 深圳 518020)

人體腸道中寄宿著300～1000種細(xì)菌,總計(jì)約有1014個,其中優(yōu)勢菌主要是擬桿菌門、厚壁菌門、放線桿菌門和變形桿菌門[1]。腸道菌群與人體健康息息相關(guān),它們能合成人體所需的物質(zhì)、促進(jìn)礦物元素吸收、調(diào)節(jié)免疫治療的藥物反應(yīng)。近年來,以免疫檢查點(diǎn)為藥物靶點(diǎn)的免疫檢查點(diǎn)抑制劑(immune checkpoints inhibitors,ICIs)治療癌癥受到越來越多學(xué)者的關(guān)注,免疫檢查點(diǎn)抑制劑可調(diào)節(jié)T淋巴細(xì)胞的激活和效應(yīng)功能[2],用于治療轉(zhuǎn)移性黑色素瘤、晚期非小細(xì)胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)、腎細(xì)胞癌(renal cell carcinoma,RCC)、經(jīng)典霍奇金淋巴瘤、膀胱癌、默克爾細(xì)胞癌、頭頸癌以及錯配修復(fù)缺陷的實(shí)體腫瘤等[3-5],但其療效存在明顯的個體差異,研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群對免疫檢查點(diǎn)抑制劑的療效具有調(diào)節(jié)作用[6],但有關(guān)免疫檢查點(diǎn)抑制劑與腸道菌群間確切的相互作用關(guān)系及作用機(jī)制仍不清楚。目前大部分研究聚焦于腸道菌群對ICIs療效的影響,但有關(guān)ICIs對患者腸道菌群的影響及其影響機(jī)制的研究卻不多。本文參閱近年相關(guān)文獻(xiàn),綜述ICIs對腸道菌群的影響及可能機(jī)制,以期從另一個角度,更全面的認(rèn)識兩者之間的作用關(guān)系。

1 免疫檢查點(diǎn)抑制劑對腸道菌群的影響

1.1 免疫檢查點(diǎn)抑制劑使腸道某些細(xì)菌豐度降低

許多學(xué)者發(fā)現(xiàn)使用不同類型的ICIs后,都使腸道擬桿菌豐度降低。Vétizou等[7]發(fā)現(xiàn)單次注射伊匹單抗(CTLA-4抑制劑)可以在屬水平上顯著影響小鼠腸道微生物組,并發(fā)現(xiàn)擬桿菌豐度降低。Dubin等[8]觀察到轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者在使用CTLA-4抑制劑后發(fā)生結(jié)腸炎的患者腸道擬桿菌豐度降低。此外,He等[9]在使用PD-1/PD-L1抑制劑的非小細(xì)胞肺癌患者中發(fā)現(xiàn)厭氧菌的相對豐度顯著降低。Mao等[10]在使用PD-1抑制劑的肝細(xì)胞癌或膽道癌患者中發(fā)現(xiàn)韋榮球菌相對豐度顯著降低。Wang等[11]在右旋糖苷誘導(dǎo)的ICIs相關(guān)性腸炎小鼠模型中發(fā)現(xiàn)乳酸桿菌相對豐度顯著降低。Zheng等[12]觀察到使用PD-1抑制劑的肝細(xì)胞癌患者擬桿菌的豐度降低,且無反應(yīng)組降低更加顯著,Peng等[13]也觀察到了這一現(xiàn)象。

1.2 免疫檢查點(diǎn)抑制劑使腸道某些細(xì)菌豐度增加

ICI治療腫瘤的觀察性研究中,對ICIs有治療反應(yīng)的稱為有反應(yīng)組(R),無治療反應(yīng)的稱為無反應(yīng)組(NR)。在ICIs治療腫瘤前的基線水平,R組與NR組的腸道菌群構(gòu)成相似,擬桿菌富集且豐度最高[12-14],這符合健康人群腸道菌群的構(gòu)成。同時,Peng等[13]觀察到普雷沃氏菌的富集,Andrews等[14]觀察到梭菌的富集。值得注意的是,Zheng等[12]觀察到豐度最高的依次為擬桿菌、厚壁菌、變形菌和放線菌,這與正常健康人群的腸道菌群構(gòu)成高度一致。

腫瘤患者使用ICIs后,R組與NR組的腸道菌群有顯著區(qū)別。R組顯示出比NR組更高的菌群豐度,且R組的腸道微生物群α多樣性顯著高于NR組[12,15-19]。

使用CTLA-4抑制劑的轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者中,R組腸道厚壁菌[7]、梭狀芽孢桿菌[7]、瘤胃球菌[15]、糞桿菌[15]、普雷沃氏菌[20]、擬桿菌[14,20]、卡介菌[20]、絲狀霍爾德曼桿菌[20]和馬氏四疊球菌[14]豐度增加,NR組擬桿菌[15]、大腸桿菌[15]和克雷伯桿菌[14]豐度增加。Frankel等[20]在R組中觀察到擬桿菌的富集,而Gopalakrishnan等[15]僅在NR組中觀察到。

使用PD-1抑制劑的轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者中,R組腸道雙歧桿菌[17]、普雷沃氏菌[19-20]、顫螺菌[19]、另枝菌[19]、薩特氏菌[19]、擬桿菌[20]、卡介菌[20]和絲狀霍爾德曼桿菌[20]豐度增加,NR組瘤胃球菌[19]、布勞特氏菌[19]和阿氏厭氧菌[19]豐度增加。mcculloch等[19]認(rèn)為與R組相關(guān)的是厚壁菌與放線菌,而與NR組相關(guān)的是擬桿菌與普雷沃氏菌。其進(jìn)行薈萃分析后,與R組相關(guān)的優(yōu)勢菌為放線桿菌門和毛螺菌,與NR組相關(guān)的優(yōu)勢菌為擬桿菌和變形桿菌。薈萃分析明確許多菌群與PD-1抑制劑治療的反應(yīng)有關(guān)。R組中主要是毛螺菌科和放線菌科中的幾個屬,包括雙歧桿菌屬,而NR組中則是普氏菌屬和擬桿菌屬。

使用PD-1抑制劑的非小細(xì)胞肺癌患者中,R組腸道嗜粘蛋白阿克曼菌[9]和雙歧桿菌[18]豐度增加。NR組腸道嗜黏蛋白阿克曼菌[18]和卵形布勞特氏菌[18]豐度增加。相反的是,He等[9]在R組中觀察到嗜黏蛋白阿克曼菌的富集,而Lee等[18]在NR組中觀察到。

使用PD-1抑制劑的肝細(xì)胞癌或膽道癌患者中,R組腸道肺炎克雷伯桿菌[12]、毛螺菌[10,12]、瘤胃球菌[16]、嗜粘蛋白阿克曼菌[12]、糞桿菌[16]、雙歧桿菌[16]、普雷沃氏菌[10]、反芻球菌[10]、另枝菌[10]、擬桿菌[10]、變形桿菌[10]、放線桿菌[10]、韋氏桿菌[10]、布魯氏菌[16]、巨型單胞菌[16]和嗜血桿菌[16]豐度增加,NR組變形桿菌[10,12]、擬桿菌[10]、放線桿菌[10]、韋氏桿菌[10]、隱桿菌[16]、細(xì)毛桿菌[16]、彎曲桿菌[16]、大蒜素桿菌[16]、甲烷短桿菌[16]、雙歧桿菌[16]和乳桿菌[16]豐度增加。Wu等[16]在治療肝細(xì)胞癌的患者中發(fā)現(xiàn)乳酸桿菌和雙歧桿菌也在NR組中富集,這與其他學(xué)者在結(jié)直腸癌中觀察到的不同,且與傳統(tǒng)的益生菌印象相反。導(dǎo)致研究結(jié)果不同的原因可能與研究的腫瘤類型有關(guān),具體機(jī)制尚有待進(jìn)一步研究。Mao等[10]觀察到擬桿菌和變形桿菌在臨床受益組和非臨床受益組的腸道微生物群落中同時占主導(dǎo)地位,其次是放線桿菌和韋氏桿菌。

使用PD-1抑制劑的結(jié)直腸癌患者中,R組腸道毛螺菌、瘤胃球菌、雙歧桿菌、普雷沃氏菌、反芻球菌、乳桿菌和副桿菌豐度增加,NR組擬桿菌、鏈桿菌、瘤胃球菌、副桿菌、輔球菌、毛螺菌、單胞菌和阿加特桿菌豐度增加[13]。值得注意的是,副桿菌及毛螺菌同時在R組及NR組中富集。Peng等[13]從16S rRNA測序結(jié)果中觀察到R組腸道中普雷沃氏菌的相對豐度較高,而擬桿菌的豐度較低,在NR組中擬桿菌的相對豐度也明顯較低。但在R組和NR組之間,腸道普雷沃氏菌與擬桿菌的比例有顯著差異。他們在結(jié)直腸癌和食管癌中觀察到這一趨勢,但在胃癌中未發(fā)現(xiàn)此現(xiàn)象,這可能與腫瘤微環(huán)境有關(guān)。

Wind等[21]觀察腸道菌群的相對豐度與ICIs的治療反應(yīng)有關(guān)聯(lián)。微小弧菌和擬桿菌的相對豐度與ICIs治療的反應(yīng)呈正相關(guān)。但在該研究中觀察到了與以前的研究相反的現(xiàn)象,即高豐度的埃氏擬桿菌與治療反應(yīng)呈正相關(guān),而先前的研究中埃氏擬桿菌與治療無關(guān)[22]。并且,先前被認(rèn)為與治療有關(guān)的相對豐度較高的副鏈球菌和長鏈球菌,在該研究中與ICIs治療的反應(yīng)呈負(fù)相關(guān)[20,22]。這些研究結(jié)果的差異在一定程度上可能與患者癌癥類型和ICIs種類的不同有關(guān),此外,不同研究的糞便樣本采集程序、反應(yīng)定義和統(tǒng)計(jì)方法的不同也可能對結(jié)果產(chǎn)生影響。

1.3 免疫檢查點(diǎn)抑制劑不改變腸道菌群

Jin等[23]分析了37例接受納武單抗(一種PD-1抑制劑)治療晚期非小細(xì)胞肺癌患者腸道菌群與ICIs療效的相關(guān)性,發(fā)現(xiàn)在治療前后,均未觀察到R組和NR組在門水平上的統(tǒng)計(jì)差異,并且在屬水平上的腸道微生物組成也明顯相似。進(jìn)一步對10名患者(7名來自R組,3名來自NR組)腸道微生物群進(jìn)行PCoA分析,發(fā)現(xiàn)主要細(xì)菌在門水平上的相對豐度隨時間保持穩(wěn)定。治療前NR差異豐富的七個屬在治療期間表現(xiàn)出輕微的湍流,但未發(fā)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。這些數(shù)據(jù)表明,納武單抗治療不會改變晚期非小細(xì)胞肺癌患者的腸道菌群。

Chaput等[24]在伊匹單抗(一種CTLA-4抑制劑)治療轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者的研究中也發(fā)現(xiàn),治療后菌群多樣性及優(yōu)勢腸道菌群并沒有發(fā)生明顯改變,主要細(xì)菌門(厚壁菌門和擬桿菌門)隨著時間的推移保持穩(wěn)定,同時發(fā)現(xiàn)糞桿菌及厚壁菌的富集可使患者獲得更長的無進(jìn)展生存期,這一結(jié)果與Gopalakrishnan等[15]的研究結(jié)果類似。

總之,這些學(xué)者通過測序發(fā)現(xiàn)患者腸道菌群在使用ICIs治療前后并未發(fā)生改變,說明免疫檢查點(diǎn)抑制劑并不改變腸道菌群。值得注意的是,由于Jin等[23]和Chaput等[24]研究的樣本量過少(分別為10名和26名患者),加之采樣流程與其他文獻(xiàn)不同,其結(jié)論尚待進(jìn)一步的研究證實(shí)。

2 免疫檢查點(diǎn)抑制劑影響腸道菌群的可能機(jī)制

ICIs影響腸道菌群的機(jī)制目前不清楚,相關(guān)研究極少,可能的機(jī)制包括腸道屏障功能受損、引發(fā)腸道炎癥,或通過刺激Th1免疫反應(yīng)導(dǎo)致腸道菌群改變。

2.1 腸道屏障功能受損、引發(fā)腸道炎癥

Berman等[25]在采用伊普利單抗阻斷CTLA-4的研究中發(fā)現(xiàn),患者腸道菌群抗體滴度升高、免疫細(xì)胞浸潤腸黏膜以及糞便鈣保護(hù)素水平升高。糞便鈣保護(hù)素主要來源于遷移到腸黏膜的中性粒細(xì)胞,是腸炎的生物標(biāo)志物,這些研究結(jié)果證明,ICIs導(dǎo)致了腸道黏膜免疫功能紊亂、腸道屏障功能受損,繼之發(fā)生腸道炎癥,并最終導(dǎo)致腸道菌群發(fā)生改變。

Dubin等[8]觀察了34名轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者在使用伊匹單抗(一種CTLA-4抑制劑)后結(jié)腸炎的發(fā)展與腸道菌群的改變,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者在使用CTLA-4抑制劑后發(fā)生結(jié)腸炎的患者腸道擬桿菌豐度降低,說明在使用ICIs的患者中,腸道菌群的改變與ICIs相關(guān)性腸炎的發(fā)展有關(guān),具體機(jī)制尚需進(jìn)一步研究。

2.2 刺激免疫反應(yīng)

Routy等[22]發(fā)現(xiàn)使用PD-1抑制劑治療NSCLC和RCC后,患者腸道厚壁菌、嗜黏蛋白阿克曼菌和另枝菌屬的豐度明顯增加,這些細(xì)菌豐度的增加與PD-1抑制劑引發(fā)針對嗜黏蛋白阿克曼菌的局部和全身性Th1免疫反應(yīng)有關(guān),其確切機(jī)制尚未有研究予以闡明。

Mager等[26]研究發(fā)現(xiàn)ICIs可以影響某些腸道細(xì)菌增強(qiáng)其抗腫瘤效應(yīng),正常情況下假長毛芽孢桿菌的定植并不能抑制腫瘤的生長,但在使用CTLA-4抑制劑的情況下,CTLA-4抑制劑可刺激假長毛芽孢桿菌代謝產(chǎn)物肌苷增加,從而增強(qiáng)假長毛芽孢桿菌誘導(dǎo)Th1分化能力,并與CTLA-4抑制劑一起激活Th1效應(yīng)T細(xì)胞。其次,由于ICIs可以削弱腸道屏障功能,導(dǎo)致特定腸菌(假長雙歧桿菌、約氏乳桿菌、齦乳桿菌)的代謝產(chǎn)物肌苷進(jìn)入全身,在共刺激因子CPG寡核苷酸的協(xié)同下激活抗腫瘤T細(xì)胞,從而增強(qiáng)CTLA-4抑制劑的抗腫瘤效應(yīng)。

3 總結(jié)與展望

綜觀文獻(xiàn),近年來,探討腸道菌群與免疫檢查點(diǎn)抑制劑間相互作用關(guān)系的研究較多,但研究的重心主要集中在腸道菌群對免疫檢查點(diǎn)抑制劑療效的影響以及如何通過改善腸道菌群以提高免疫檢查點(diǎn)抑制劑的療效方面,而探討免疫檢查點(diǎn)抑制劑對患者腸道菌群的影響及其影響機(jī)制的研究較少,已有的研究結(jié)果不僅存在不同的發(fā)現(xiàn),更存在矛盾之處。探討免疫檢查點(diǎn)抑制劑對患者腸道菌群的影響可以從另一個角度、更全面的揭示兩者之間相互作用的機(jī)理,并對免疫檢查點(diǎn)抑制劑的治療提供參考,從而提高腫瘤患者對免疫檢查點(diǎn)抑制劑的有效率及治療效果,值得今后進(jìn)一步研究。