張 鑫, 梁 斌

張鑫, 梁斌, 華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬協(xié)和醫(yī)院放射科 湖北省武漢市 430022

0 引言

原發(fā)性肝癌是全球第六大常見癌癥和第三大癌癥死亡原因, 肝細胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)占原發(fā)性肝癌病例的75%-85% , 中國是肝癌高危險地區(qū). 大多數(shù)肝癌患者確診時已是中晚期而失去根治性治療的機會, 目前現(xiàn)有的治療方法并不理想. 免疫療法通過激活腫瘤特異性免疫應答為腫瘤的治療帶來了新的希望. 隨著腫瘤免疫治療取得一系列進展, 肝癌免疫治療也受到了越來越多的關(guān)注, 免疫檢查點抑制劑(immune checkpoint inhibitor, ICI)的應用是目前研究的熱點. 人體的腸道菌群是一個龐大而復雜的體系, 在消化、免疫等各項生命活動中發(fā)揮重要作用. 肝臟與腸道具有特殊的解剖和生理關(guān)系, 越來越多證據(jù)表明, 腸道菌群在肝癌的發(fā)生發(fā)展中起著關(guān)鍵作用. 近些年來研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群的變化可以預測或影響腫瘤免疫治療療效. 因此, 研究腸道菌群與肝癌免疫治療的關(guān)系, 對預測和提高肝癌免疫治療的療效可能有重要意義.

1 腸道菌群與肝細胞癌

肝細胞癌通常發(fā)生在肝臟慢性炎癥的背景下, 諸如病毒性肝炎、酒精性肝病(alcohol-related liver diseases, ALD)、非酒精性脂肪性肝炎(nonalcoholic steatohepatitis, NASH)、非酒精性脂肪肝(non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD)及肝硬化等.

腸道和肝臟通過門靜脈緊密相連, 這使得肝臟不僅可以接受血液中來自腸道豐富的營養(yǎng)物質(zhì), 也暴露于腸道菌群的代謝物和產(chǎn)物. 腸道完整的屏障功能與腸道菌群的相對穩(wěn)定狀態(tài)使肝臟免于高度暴露于的腸道菌群的代謝物和產(chǎn)物. 腸道菌群失調(diào), 其特征是致病菌的豐度增加, 同時被認為對身體有益的菌群的多樣性減少或丟失, 這導致了一些細菌有害的代謝物堆積, 進而提高腸道通透性并通過“腸-肝軸”來誘發(fā)肝臟病理過程. Zhu等的研究結(jié)果顯示, NASH患者的腸道菌群在門、科和屬等水平上均與健康者不同. Chen等發(fā)現(xiàn)與健康人相比, 肝硬化患者腸道菌群組成發(fā)生了明顯改變, 生物總體多樣性發(fā)生了下降, 表現(xiàn)為類桿菌減少, 變形桿菌和梭桿菌增加, 并且伴隨一些潛在致病菌流行. Dapito等的報告, 與傳統(tǒng)小鼠相比, 在無菌條件下生長的小鼠患上肝癌的數(shù)量更少, 體積更小. 這些研究提示, 腸道菌群的變化與慢性肝病和肝癌的發(fā)展具有重要聯(lián)系. 腸道菌群可以通過病原體相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMP)介導的免疫通路影響肝癌發(fā)生發(fā)展. Toll樣受體(Toll-like receptors, TLR)在多種肝臟疾病中發(fā)揮作用, 而目前研究比較充分的是TLR2和TLR4. TLR2可與革蘭氏陽性菌的細胞壁成分脂磷壁酸(lipoteichoic acid, LTA)相互作用. 在肥胖誘導肝癌的動物模型中, 腸道革蘭氏陽性菌細胞壁的主要成分LTA的易位可以調(diào)節(jié)肝星狀細胞的的衰老相關(guān)表型(senescence-associated secretory phenotype, SASP)變化和上調(diào)環(huán)氧合酶2(cyclooxygenase-2, COX2)表達, 前者分泌各種促炎因子和促癌分子, 后者介導前列腺素E2(prostaglandin E2, PGE2)的產(chǎn)生及后續(xù)PTGER4受體作用, 抑制抗腫瘤免疫, 促進肝癌的發(fā)展. TLR4是調(diào)控內(nèi)毒素即脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)作用的主要受體和信號傳導分子, 與革蘭氏陰性細菌及其內(nèi)毒素的識別和激活有關(guān). LPS是革蘭氏陰性菌細胞壁的主要成分, 通過LPS－TLR4通路可以激活TLR4, 引起相關(guān)促炎反應, 進而促進肝細胞的分化, 抑制細胞凋亡, 促進肝癌的進展. 腸道菌群可以通過驅(qū)動肝臟炎癥刺激加速肝臟癌變過程.

肝臟含有多種免疫細胞, 如各種淋巴細胞(T細胞、B細胞、自然殺傷細胞和自然殺傷T細胞)、單核巨噬細胞、樹突狀細胞、肝星狀細胞、肝竇狀內(nèi)皮細胞等. 肝癌通常起源伴有大量免疫細胞浸潤, 免疫狀態(tài)對肝癌的生物學行為可能有很大影響. 腸道菌群及其相關(guān)產(chǎn)物作為外界刺激因子可以被機體的免疫系統(tǒng)識別, 引起一系列的免疫反應. 輔助性T細胞17(T helper cell 17, Th17)是一種新的輔助性T細胞亞群, 可產(chǎn)生促炎和促血管生成介質(zhì), 如IL17A. 健康肝臟中Th17細胞的豐度很低, 大多數(shù)Th17細胞是在腸道中通過與腸道菌群相互作用而產(chǎn)生的. 在肝癌患者的腫瘤和血液中檢測到Th17細胞水平升高, 且Th17細胞水平與生存不良呈正相關(guān). Th17細胞分泌的IL17A可能通過分泌血管生成介質(zhì)和細胞因子來促進腫瘤血管生成, 從而發(fā)揮促腫瘤作用. 因此, 推測可能是腸道產(chǎn)生的IL17參與了肝癌的發(fā)生發(fā)展. 腸道菌群失調(diào)可以使腸道上皮增生與白細胞介素-25(interleukin 25, IL-25)分泌增多. Li等研究發(fā)現(xiàn)肝癌患者中IL-25水平明顯升高, 并且與外科術(shù)后的生存率呈負相關(guān). IL-25可以促進Ⅱ型細胞因子依賴性免疫, 通過誘導M2巨噬細胞產(chǎn)生促進肝癌的進展. 自然殺傷T(natural killer T, NKT)細胞可以對肝癌的生長具有抑制作用, NKT細胞的積累受CXCL16的表達調(diào)節(jié). 腸道菌群可以通過調(diào)節(jié)膽汁酸的代謝來影響CXCL16的表達, 進而控制CXCL介導的NKT細胞的招募. 上述研究表明, 腸道菌群可以通過調(diào)節(jié)免疫細胞的表達與積累, 影響肝癌的發(fā)生與進展.

2 腸道菌群與腫瘤免疫治療

腸道菌群在腫瘤免疫治療中扮演著重要作用, 操縱腸道菌群可能會調(diào)節(jié)腫瘤的免疫治療效果. 在對腫瘤免疫治療效果更好的患者中, 對健康有利的細菌(如艾克曼氏菌屬和雙歧桿菌屬)或免疫原性細菌(如腸球菌屬)的含量相對更加豐富, 同時雙歧桿菌屬、艾克曼氏菌屬和擬桿菌屬已被認為是能有效提高抗腫瘤免疫能力、更好地控制體內(nèi)腫瘤生長的有利細菌. 大腸埃希氏菌(, ECN)是一種應用廣泛的益生菌, 最近一項實驗表明, ECN具有增強抗腫瘤免疫作用, 顯著增強了轉(zhuǎn)化生長因子受體阻滯劑對腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的抑制作用. 同時, ECN能緩解免疫抑制的腫瘤微環(huán)境, 表現(xiàn)為腫瘤特異性效應T細胞浸潤增強, 樹突狀細胞活化. 受ECN的調(diào)節(jié), 腸道菌群還可能會向某些有益細菌轉(zhuǎn)移, 與荷瘤對照組相比, ECN治療的小鼠也發(fā)現(xiàn)類桿菌屬的豐度增加. 艾克曼氏菌屬()是一種定植于粘膜層的腸道共生菌, 被認為是一種很有前途的益生菌候選菌種. 單獨使用艾克曼氏菌屬可以恢復患者免疫力并通過將CCR9+CXCR3+CD4+T細胞被招募到腫瘤床上, 提高CD4+T細胞與CD4+FoxP3+T細胞(regulatory T cells, Tregs)的比率, 增加腫瘤中免疫細胞浸潤. 除了上述菌群, 一些具有提高抗腫瘤免疫能力的菌群正不斷被發(fā)掘.

目前常用的免疫治療方法有免疫檢查點抑制劑治療、靶向腫瘤相關(guān)抗原的抗體治療、嵌合抗原受體T細胞免疫治療、腫瘤疫苗治療和免疫聯(lián)合治療. 關(guān)于腸道菌群與腫瘤免疫治療研究大部分圍繞免疫檢查點抑制劑展開. 免疫檢查點指免疫系統(tǒng)中存在的抑制受體和抑制信號通路, 這些檢查點在腫瘤組織中表達上調(diào), 抑制T細胞活性, 從而形成免疫逃逸. 其靶點主要包括細胞毒性T淋巴細胞抗原-4(cytotoxic T lymphocyte antigen-4, CTLA-4)和程序性死亡受體-1(programmed cell death 1, PD-1)及其配體程序性死亡受體配體-1(programmed cell death ligand 1, PD-L1). CTLA-4作為免疫抑制受體, 與T 細胞表現(xiàn)的協(xié)同刺激分子受體CD28具有相同的配體CD80和CD86, 通過與CD28競爭性結(jié)合配體, 從而抑制T細胞活化. PD-1主要表達于CD8+T細胞、CD4+T細胞、NK細胞、Treg等, 通過與其配體包括PD-L1和PD-L2結(jié)合來傳遞共抑制信號, 阻斷T細胞活化、增殖, 起負性免疫調(diào)節(jié)作用. 腫瘤細胞可以通過表達PD-L1并與PD-1相互作用抑制T細胞功能, 從而逃避免疫殺傷. 目前已有多種針對上述兩個通路的抑制劑應用于臨床, 如CTLA-4抑制劑tremelimumab, PD-1抑制劑nivolumab, PD-L1抑制劑atezolizumab. 這些抑制劑通過阻斷免疫檢查點分子與配體的相互作用, 可增加腫瘤內(nèi)淋巴細胞浸潤、激活原始T細胞、逆轉(zhuǎn)T細胞衰竭、減少腫瘤微環(huán)境中免疫抑制成分等, 達到抗腫瘤免疫治療目的. 有實驗表明CTLA-4拮抗劑的抗腫瘤作用依賴于特定種類的類桿菌, 腸道菌群的組成影響小鼠和患者依賴IL-12的Th1型免疫反應. 在使用廣譜抗生素的無菌(germ free, GF)小鼠和(specified pathogen free, SPF)小鼠中, 抗CTLA-4治療的作用明顯減弱, 并且可以用具有優(yōu)勢類桿菌的患者進行糞便移植逆轉(zhuǎn)這種效應. 腸道菌群組成不同的小鼠對PD-1/PD-L1阻斷治療的反應也有顯著差異. 對抗PD-1治療有利反應和腫瘤生長緩慢的小鼠, 腸道菌群中雙歧桿菌的種類顯著增加, 這種作用主要通過促進樹突狀細胞的成熟, 從而提高腫瘤特異性CD8+T細胞的活性, 進而調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境. 將兩種小鼠共棲或者將糞便移植給對治療反應較差的小鼠可以減緩小鼠體內(nèi)腫瘤的生長速度并提高對PD-1的治療反應. 此外, 給腸道菌群組成欠佳的小鼠口服含有雙歧桿菌的益生菌, 也提高了PD-1的抗腫瘤效果. 將對PD-1阻斷有反應的患者的糞便樣本轉(zhuǎn)移到GF小鼠身上也成功地復制了優(yōu)勢表型: 與接受無應答者糞便的小鼠相比, 腫瘤生長較慢, 治療效果更好. 一項實驗表明, 在接受抗PD-1/PD-L1治療的情況下, 未按常規(guī)適應癥接受抗生素治療的上皮性腫瘤患者的總體存活率和無進展存活率顯著更高. 這一現(xiàn)象表明, 抗生素的使用可能會破壞腸道菌群的平衡, 從而削弱抗腫瘤免疫和對免疫檢查點阻斷的反應. 因此, 補充特定的菌群或調(diào)整菌群的組成, 可能會顯著改變ICI的治療效果.

3 腸道菌群在肝癌免疫治療中的研究進展作用

ICI是近年發(fā)展最迅速的免疫治療策略之一, 在肝癌領(lǐng)域, ICI治療的臨床試驗也取得了重要進展. Sangro等人開展了一項tremelimumab對晚期肝癌作用效果的Ⅰ期臨床試驗, 結(jié)果顯示其部分緩解率為17.6%, 疾病控制率為76.4%, 疾病無進展生存時間為6.48個月. CHECKMate-040研究是一項針對晚期HCC患者的國際性、多中心、開放標簽的Ⅰ/Ⅱ期研究, 旨在評估PD-1檢查點抑制劑nivolumab. 試驗結(jié)果表明, 這種免疫治療方法具有可接受的安全性和耐受性, 并對肝癌有良好的療效. CHECKMate-459研究是一項Ⅲ期隨機對照試驗, 比較nivolumab與sorafenib作為治療晚期肝癌患者的一線療法, 研究初步表明, nivolumab作用于未使用及使用過sorafenib失敗患者的總體存活率有明顯改善的趨勢. 關(guān)于ICI治療肝癌的臨床實驗仍在進行中, 現(xiàn)有證據(jù)表明其在肝癌治療領(lǐng)域具有良好的療效和安全性.

ICI的應用為肝癌治療帶來了新的希望, 但與在其他實體腫瘤中使用的療效相比, 其在肝癌領(lǐng)域的臨床反應仍然相對較低. 腸道菌群與腫瘤免疫治療有一定相關(guān)性, 腸道菌群有可能影響肝癌免疫治療的效果. Zheng等的研究揭示了腸道菌群與PD-1治療肝癌療效的關(guān)系, 8例肝癌患者給予抗PD-1治療, 其中3例患者被評價為R組(完全或部分緩解, 或病情穩(wěn)定6個月以上), 5例患者被評價為NR組(疾病進展或病情穩(wěn)定持續(xù)時間＜6個月); R組的菌群的豐富度明顯高于NR組, 并且在R組富集的20種優(yōu)勢菌群中, 發(fā)現(xiàn)有乳桿菌、雙歧桿菌、艾克曼菌和嗜熱鏈球菌等益生菌. 這些益生菌可以通過抑制病原微生物的生長, 對宿主代謝和免疫發(fā)揮有利作用. 這項研究提示肝癌抗PD-1免疫治療的早期腸道菌群的多樣性和組成的動態(tài)變化特征可能對藥物療效和疾病預后有明顯意義. 然而, Shen等的研究結(jié)果顯示腸道菌群與肝細胞癌患者對ICI的療效不存在明顯關(guān)聯(lián), 結(jié)果還顯示Zheng等研究中發(fā)現(xiàn)的20種優(yōu)勢菌群并沒有在此研究中被鑒定出來. 美國國家癌癥研究所正在進行一項將萬古霉素治療和免疫檢查點阻斷結(jié)合的臨床試驗(NCT03785210). 這項研究有望解釋ICI的應用與對腸道菌群的干預相結(jié)合是否使肝癌患者獲益. 目前尚未有研究腸道菌群與肝癌免疫治療的關(guān)系的大規(guī)模前瞻性研究, 但將調(diào)節(jié)腸道菌群引入肝癌患者免疫治療領(lǐng)域是一個有前景的研究方向.

4 結(jié)論

現(xiàn)有的理論依據(jù)和研究進展已經(jīng)證實腸道菌群在肝癌的發(fā)生、發(fā)展中的重要作用. 腸道菌群在調(diào)節(jié)機體免疫和代謝方面具有巨大潛力, 并且腸道與肝臟的解剖學和生理學聯(lián)系也為腸道菌群在肝癌的治療提供理論支持. 然而, 由于個體宿主的差異, 腸道菌群的種類眾多, 因此還需不斷地探索與挖掘, 進一步闡明作用機理. 但毋庸置疑的是, 腸道菌群可能是預測和調(diào)節(jié)肝癌免疫治療的一種很有前景的方法.