張瀟怡 孔勝男 張紅梅 （空軍軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院腫瘤科，西安 710032）

近年來，以免疫檢查點(diǎn)抑制劑為主的腫瘤免疫療法在造血系統(tǒng)和部分實(shí)體瘤的治療中顯示出巨大的潛力，但不同瘤種、不同個(gè)體，免疫治療療效不盡相同［1］。近期多項(xiàng)研究表明，宿主腸道菌群對免疫治療效果具有重要的影響。本文將從腸道菌群、人體免疫調(diào)節(jié)以及與腫瘤發(fā)生發(fā)展關(guān)系出發(fā)，對腸道菌群與腫瘤免疫治療的研究進(jìn)行綜述。

1 腸道菌群參與人體免疫調(diào)節(jié)

1.1 腸道菌群參與局部免疫 在多細(xì)胞生命體中，共生菌與宿主間的相互作用，對于宿主維持其生理穩(wěn)態(tài)、應(yīng)對環(huán)境的變化至關(guān)重要。菌群的作用大多發(fā)生在局部屏障部位，例如腸道中菌群調(diào)節(jié)營養(yǎng)吸收、維生素合成、膽汁和激素代謝以及碳水化合物發(fā)酵。胃腸道作為體內(nèi)菌群主要的棲息地，是病原體侵襲宿主的主要途徑和發(fā)生感染的主要部位，其中共生菌和病原體命運(yùn)高度相互依賴，并且可直接、動態(tài)地與病原體和免疫細(xì)胞相互作用，起到局部免疫的保護(hù)作用。共生菌可促進(jìn)建立對病原體不利的環(huán)境，還可產(chǎn)生抑制病原體生長或存活的抗微生物肽（antimicrobial peptides，AMPs）［2-3］。此外，共生菌控制感染的能力也與其促進(jìn)和校準(zhǔn)固有免疫和適應(yīng)性免疫的能力相關(guān)，在局部免疫屏障的形成和建立黏膜免疫的過程中起著重要的作用［4］。

1.2 腸道菌群參與全身免疫 菌群不僅參加局部免疫，亦發(fā)揮全身性調(diào)節(jié)作用，包括調(diào)節(jié)代謝、炎癥反應(yīng)和免疫［5］。菌群通過提供指導(dǎo)性信號來調(diào)節(jié)表觀遺傳修飾，通過表觀調(diào)控校準(zhǔn)炎癥刺激、感染、疫苗和自身免疫的免疫應(yīng)答［6-9］。傳統(tǒng)認(rèn)為上皮屏障及其免疫系統(tǒng)可以防止細(xì)菌進(jìn)入健康生物體內(nèi)部組織，而越來越多的研究表明，細(xì)菌可穿透腸道黏膜和皮膚，擴(kuò)散至引流淋巴結(jié)，對機(jī)體進(jìn)行系統(tǒng)性的調(diào)控和保護(hù)［10-12］。在免疫缺陷或影響上皮完整性的疾病存在時(shí)，上述擴(kuò)散現(xiàn)象呈增強(qiáng)趨勢。此外，細(xì)菌代謝產(chǎn)物擴(kuò)散、宿主生長因子和細(xì)胞因子分泌、趨化因子誘導(dǎo)的屏障免疫細(xì)胞遷移以及細(xì)菌或免疫細(xì)胞分泌的外泌體或囊泡，都參與了細(xì)菌的全身作用機(jī)制。而細(xì)菌介導(dǎo)的系統(tǒng)性全身作用機(jī)制尚待進(jìn)一步的探索。有研究表明，菌群對先天免疫的影響部分取決于其對造血功能的影響，如無菌小鼠缺乏骨髓來源的髓樣細(xì)胞，導(dǎo)致其卵黃囊來源的中樞神經(jīng)系統(tǒng)小膠質(zhì)細(xì)胞和應(yīng)對感染的免疫應(yīng)答存在缺陷［13］。這類缺陷在注射抗生素的健康小鼠的體內(nèi)也可出現(xiàn)，說明機(jī)體需要復(fù)雜的菌群來維持組織駐留髓樣細(xì)胞的免疫功能［14］。此外循環(huán)中性粒細(xì)胞的功能成熟及其胞外誘捕能力也受菌群調(diào)節(jié)［15］。細(xì)菌的分泌物可影響IFN-γ 表達(dá)，從而影響嗜中性粒細(xì)胞（neutrophilic granulocyte，NEU）生存與激活［16-17］。這些均表明活化的屏障骨髓細(xì)胞可重新進(jìn)入體循環(huán)并有助于菌群全身性效應(yīng)，亦有助于解釋菌群對外周或腫瘤浸潤髓系細(xì)胞免疫應(yīng)答的影響［18］。

2 腸道菌群與腫瘤

盡管腫瘤在侵犯或轉(zhuǎn)移至其他組織之前表現(xiàn)為局部生長方式，但腫瘤是一種改變機(jī)體平衡機(jī)制的系統(tǒng)性疾病。腫瘤細(xì)胞生長特征取決于特定的基因改變，例如抑癌基因失活或原癌基因激活，以及腫瘤的其他經(jīng)典基因改變［19］。

越來越多的研究證實(shí)腫瘤微環(huán)境（tumor micro‐environment，TME）對腫瘤細(xì)胞生長具有重要促進(jìn)作用［20］。菌群可影響組織代謝、影響免疫細(xì)胞在腫瘤微環(huán)境中的分化和功能，促進(jìn)或抑制癌癥發(fā)生。上皮屏障表面是宿主與共生體間的主要接觸點(diǎn)，菌群的組成或豐度同時(shí)影響炎癥、免疫反應(yīng)以及上皮細(xì)胞和基質(zhì)細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)［21-22］。胃腸道聚集了人體大部分細(xì)菌，上述作用尤為明顯。細(xì)菌結(jié)構(gòu)組分及其代謝產(chǎn)物（例如硫化氫、對甲酚）與上皮細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞和造血細(xì)胞直接相互作用可能具有直接的遺傳性并促進(jìn)癌癥進(jìn)展［23-27］。此外，菌群亦可通過將燒烤食物或環(huán)境污染物中的雜環(huán)芳香胺（heterocy‐clic aromatic amines，HAAs）轉(zhuǎn)化為具有基因毒性的致癌物，亦可通過影響炎癥反應(yīng)促進(jìn)癌癥發(fā)生［28-30］。在臨床和流行病學(xué)調(diào)查以及動物模型實(shí)驗(yàn)研究中，研究者基于菌群與腫瘤病變的物理關(guān)聯(lián)、其豐度與癌癥風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)性，鑒定出參與腫瘤發(fā)生的多種菌群，包括糞腸球菌（Enterococcus faecium）、溶血鏈球菌（hemolytics streptococcus，HS）、腸致病性大腸桿菌（enteropathogenic Escherichia coli，EPEC）、肝螺桿菌（Helicobacter hepaticus，Hh）、腸沙門氏菌（Salmo‐nella enteria）和有核梭桿菌（Fusobacterium nuclea‐tum）等［31-33］。與宿主-微生物相互作用相關(guān)的基因缺陷小鼠已被廣泛用于研究菌群影響癌癥機(jī)制，特別是免疫相關(guān)基因（如Tlr5、IL-10、Tbx1 和Rag2）缺陷小鼠，不僅表現(xiàn)為易發(fā)結(jié)腸炎和結(jié)腸癌，還表現(xiàn)為腸道微生態(tài)失調(diào)。這種對癌癥的易感性可通過糞菌移植轉(zhuǎn)移給健康小鼠。結(jié)腸感染肝螺桿菌在不同小鼠模型中對癌癥發(fā)生作用不同。結(jié)直腸癌前病變小鼠模型（APCmin/+）以及氧化偶氮甲烷（azoxymethane，AOM）預(yù)處理的Rag2 基因（recombi‐nation activating gene-2，Rag2）全敲除（Rag2?/?）小鼠中，結(jié)腸感染肝螺桿菌可通過誘導(dǎo)固有淋巴細(xì)胞分泌IL-22 增加回腸和結(jié)腸腫瘤的患病風(fēng)險(xiǎn)［34-35］。而Rag2+/+小鼠模型中，肝螺桿菌感染可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（regulatory cells，Tregs）分泌IL-10，從而抵抗腸癌和乳腺癌的發(fā)生［36］。此外，基于SV40大T 抗原構(gòu)建的乳腺癌小鼠模型中，肝螺桿菌感染可增加腫瘤異質(zhì)性，并影響中性粒細(xì)胞遷移至乳腺［37］。此外，還有多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群通過調(diào)節(jié)腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）控制炎癥反應(yīng)，并誘導(dǎo)氧化應(yīng)激及白細(xì)胞和上皮細(xì)胞的遺傳毒性，從而影響胸腺淋巴瘤的發(fā)病率［38-42］。

3 腸道菌群與免疫治療

免疫療法是21 世紀(jì)以來癌癥研究的重大突破之一［1］。持久且有效的治療已在惡性黑色素瘤和肺癌患者中得到證實(shí)，但不同個(gè)體乃至不同腫瘤細(xì)胞類型中療效不盡相同。近來多項(xiàng)研究顯示腸道菌群影響患者對免疫治療的反應(yīng)，國內(nèi)外專家積極探討其中關(guān)系，為改善免疫治療效果提供了新的思路［43-45］。

3.1 腸道菌群與免疫檢查點(diǎn)抑制劑治療 免疫檢查點(diǎn)是免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)者，通過激活或抑制性的分子調(diào)節(jié)維持免疫系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)。目前最熱點(diǎn)的免疫療法是通過抑制免疫檢查點(diǎn)相關(guān)分子激活機(jī)體對腫瘤細(xì)胞的免疫［46］。細(xì)胞毒T 淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原4（cytotoxic T lymphocyte associated antigen 4，CTLA-4）、程序性死亡受體1（programmed cell death 1，PD-1）和程序性死亡受體配體1（programmed cell death 1 ligand 1，PD-L1）是這類抑制劑的主要靶標(biāo)，在小鼠實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)中均顯示此類抑制劑對黑色素瘤、腎癌、肺癌等瘤種具有高效的抗腫瘤作用［47］。2015年發(fā)表在Science上的2篇重磅文章首次指出腸道菌群可能影響CTLA-4 及PD-L1 抑制劑的療效［48-49］。VETIZOU 團(tuán)隊(duì)［48］發(fā)現(xiàn)抗CTLA-4 療法對無菌或接受抗生素治療的小鼠無效。抗CTLA-4 抗體處理小鼠可持續(xù)誘導(dǎo)T 細(xì)胞介導(dǎo)的回腸和結(jié)腸黏膜損傷，并改變腸道和糞便中的菌群。給無菌小鼠口服多形擬桿菌或脆弱擬桿菌時(shí)，可激活瘤內(nèi)樹突狀細(xì)胞（dendritic cells，DC）并在腫瘤引流淋巴結(jié)中誘導(dǎo)Th1 應(yīng)答來重塑抗CTLA-4 藥物療效。而口服脆弱擬桿菌和洋蔥伯克霍爾德菌，不僅可增強(qiáng)抗CTLA-4藥物的抗癌反應(yīng)，亦可防止由抗CTLA-4 誘導(dǎo)的腸道炎癥。與抗CTLA-4略有不同的是，阻斷PD-L1不會引起腸道損傷，但腸道菌群的組成影響抗PD-L1的療效［48-49］。

令人振奮的是，2017 年Science連發(fā)3 篇關(guān)于腸道菌群與腫瘤免疫治療的研究論文，讓此前的動物實(shí)驗(yàn)在臨床中也得到了有效驗(yàn)證。ROUTY 等［50］在黑色素瘤、非小細(xì)胞肺癌以及腎癌患者中發(fā)現(xiàn)，在抗PD-1 治療效果較差的患者體內(nèi)，缺乏一種叫Akkermansia muciniphila 的細(xì)菌，為了驗(yàn)證這個(gè)發(fā)現(xiàn)，研究者們對無菌小鼠進(jìn)行Akk.muciniphila 菌群移植，結(jié)果顯示這種腸道菌群調(diào)節(jié)可改善抗PD-1藥物療效。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)這些菌群可誘導(dǎo)DC 分泌IL-12，從而參與PD-1 阻斷治療中。另一篇文章中，MASTON 等［51］也發(fā)現(xiàn)在黑色素瘤患者中，腸道菌群的豐度和種類均與患者抗PD-1 效果顯著相關(guān)。他們采用了16S 核糖體RNA 測序、宏基因組測序以及定量PCR的技術(shù)，對42例黑色素瘤患者的糞便菌群進(jìn)行了分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在療效較好的黑色素瘤患者糞便中有更豐富的菌種，包括長雙歧桿菌（bifido‐bacterium longum）、空腸彎曲桿菌（campylobacter jejuni，CJ）和糞腸球菌；而將效果好的患者糞便移植到無菌小鼠中，可增強(qiáng)小鼠體內(nèi)T 細(xì)胞應(yīng)答和抗PD-1 療效，抗腫瘤效果明顯改善［51］。第3 篇文章由MD Anderson 癌癥中心的GOPALAKRISHNAN 團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)，通過分析112 例接受抗PD-1 療法的黑色素瘤患者口腔與腸道菌群，發(fā)現(xiàn)抗PD-1療效較好的患者體內(nèi)，Ruminococcaceae 家族細(xì)菌更加豐富，且代謝通路更豐富，有更活躍的系統(tǒng)免疫和抗腫瘤免疫活動［52］。

3.2 腸道菌群與過繼性T 細(xì)胞免疫治療 過繼性T 細(xì)胞免疫治療是向腫瘤患者輸入具有抗腫瘤活性的T 細(xì)胞，直接殺傷腫瘤或激發(fā)機(jī)體免疫反應(yīng)而殺傷腫瘤細(xì)胞，從而達(dá)到治療腫瘤的目的［53］。腸道菌群維持免疫治療的抗癌效果首見于抗生物素治療小鼠，其腫瘤特異性細(xì)胞毒性T 細(xì)胞（cytotoxic T cell，CTL）過繼治療的功效降低［54］。全身化療可誘導(dǎo)腸道菌群轉(zhuǎn)移至腸系膜淋巴結(jié)，從而增強(qiáng)過繼T細(xì)胞在腫瘤中的增殖和抗腫瘤活性［55］。過繼T細(xì)胞需要TLR4（Toll-like receptor 4）信號通路支持，該療法在TLR4 缺失鼠中療效較差，因此清髓性放療后轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者對腫瘤浸潤淋巴細(xì)胞過繼性治療更敏感［56］。全身放療或化療后，患者接受造血干細(xì)胞移植治療療效也與腸道菌群組成相關(guān)。

3.3 CpG-寡脫氧核苷酸腫瘤治療 CpG-寡脫氧核苷酸（CpG-oligodeoxynucleotide，CpG-ODN）是TLR9（Toll-like receptor 9）激動劑，具有免疫激活作用，可直接誘導(dǎo)漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞（plasmacytoid den‐dritic cells，PDC）活化與成熟，作為腫瘤免疫治療佐劑。有研究發(fā)現(xiàn)，CpG-ODN 通過誘導(dǎo)髓樣細(xì)胞分泌TNF 和IL-12 等促炎細(xì)胞因子來激活對腫瘤細(xì)胞的免疫應(yīng)答，在黑色素瘤、膀胱癌等瘤種中顯示出抗腫瘤活性［57-58］。在這種促炎癥微環(huán)境中，抗原特異性T細(xì)胞被激活，大多數(shù)常規(guī)小鼠腫瘤均可清除，而無菌小鼠腫瘤浸潤髓樣細(xì)胞不能產(chǎn)生對CpG-ODN響應(yīng)的促炎因子，導(dǎo)致CpG-ODN 療法療效不佳。IIDA 等［59］進(jìn)一步研究腸道菌群的組成與CpG-ODN療效的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)瘤胃球菌屬（ruminococcus obe‐um）和Alistipes 菌屬與腫瘤壞死因子分泌呈正相關(guān)，乳酸菌屬（lactobacillus sp.）與腫瘤壞死因子分泌呈負(fù)相關(guān)。小鼠使用抗生素后，口服Alistipes 菌屬可重建CpG-ODN誘導(dǎo)的腫瘤壞死因子分泌，口服乳酸菌屬可降低腫瘤壞死因子分泌。這些結(jié)果均表明無菌腸道狀態(tài)會削弱免疫細(xì)胞對CpG-ODN 的應(yīng)答，但不同細(xì)菌種類或可有相反的作用。多項(xiàng)研究表明，口服已知細(xì)菌Alistipes 菌屬可以促進(jìn)ABX小鼠腫瘤相關(guān)骨髓細(xì)胞產(chǎn)生TNF［57，60-61］。因此可通過使用抗生素、益生菌等方法調(diào)節(jié)單個(gè)腸道菌群的豐度，從而調(diào)節(jié)該患者對免疫療法的應(yīng)答。

綜上所述，腸道菌群與人體免疫調(diào)節(jié)及癌癥發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，亦是控制腫瘤免疫逃逸和免疫藥物敏感性的關(guān)鍵因素。其對腫瘤免疫治療的影響在動物實(shí)驗(yàn)與臨床研究中均得到驗(yàn)證［62］。腸道菌群的系統(tǒng)性效應(yīng)遠(yuǎn)不止于調(diào)節(jié)免疫和致癌，亦包括調(diào)控生物體的其他生理功能，對此目前仍知之甚少。新型測序技術(shù)和分析手段對腸道菌群研究有巨大貢獻(xiàn)，使調(diào)節(jié)腸道菌群可能成為癌癥和其他疾病的精準(zhǔn)和個(gè)體化治療的重要組成部分，腸道菌群研究亦將成為精準(zhǔn)和個(gè)體化醫(yī)療的下一個(gè)前沿領(lǐng)域。