丁瑶，张献全(通信作者*)，孙贵银

(1.重庆医科大学附属第二医院，重庆 400000；2.江津区中心医院，重庆 400000)

0 引言

肿瘤免疫治疗开辟了肿瘤治疗领域的新方向，与手术、化疗、放疗和分子靶向治疗等借助“外力”试图直接杀伤肿瘤细胞的治疗手段不同，免疫治疗主要利用自身抗肿瘤免疫机制对肿瘤细胞进行杀伤和持久控制。目前肿瘤的免疫治疗主要包括免疫检查点抑制(Immune checkpoint inhibitors，ICIs)和过继性细胞治疗(Adoptive Cell Transfer Therapy，ACT)。免疫检查点抑制剂通过正常化机体抗肿瘤免疫应答从而杀灭肿瘤细胞，而后者是指从肿瘤患者体内分离免疫活性细胞，在体外进行基因工程加工和扩增，然后回输到患者体内，从而达到直接杀伤肿瘤细胞或激发机体的免疫应答杀伤肿瘤细胞的目的[1,2]。

尽管免疫疗法显着改善了多种晚期肿瘤患者的生存预后，但并非所有患者都能从免疫治疗中受益，现有的生物标志物如高微卫星不稳定性(MSI-H)，程序性死亡配体1(PD-L1)，肿瘤突变负荷(TMB)等无法可靠地预测治疗反应和疗效。越来越多的研究证实肠道微生态能够对宿主的免疫以及肿瘤治疗反应产生影响，不仅具有作为免疫治疗疗效和不良反应预测指标的潜力，通过不同策略调控肠道微生态从而调控免疫治疗的设想还使其具有广阔的应用前景[3]。

1 肠道微生物组简介

肠道微生态由生活在人体肠道的数万亿微生物，包括病毒、真菌、古细菌以及原生动物和其他微生物的复杂群落组成。这些共生微生物与人类共同进化，具有多种有益于人类健康的功能，包括从饮食中收获其他难以接近的营养素，维持粘膜屏障的完整性，以及促进免疫系统发育和体内的稳态[4,5]。

肠道微生物组的破坏(生态失调)与包括胃肠道疾病、自身免疫性疾病、神经疾病和代谢性疾病在内的一系列疾病有关[6]。特定的细菌和病毒感染能够诱发肿瘤形成，并且也影响癌症治疗的相关毒性。临床研究和小鼠实验均表明肠道微生态与免疫检查点抑制剂和其他疗法之间存在强烈关联。临床前研究模型也证明成功肠道微生物群的调节可以增强治疗反应[7,8]。

2 肠道微生态与机体免疫

肠道微生态在先天性和获得性免疫反应中起着至关重要的作用。所有与宿主相关的微生物都是在出生后通过垂直传播获得的，然后通过整个生命中的环境暴露继续进化。共生的微生物通过调节宿主的免疫系统影响多种生理功能。肠道中定植的某些细菌传递不同的信号，这些信号影响先天性和获得性免疫系统的功能而导致远离定植位点的全身性结果。通过肠道微生物组可以实现炎症、感染以及食物和共生抗原耐受性之间的微妙平衡[9]。

肠道微生态对于保持粘膜屏障的完整性和防止肠道泄漏发挥重要作用，在粘膜中的T 细胞和B 细胞具有受微生物群影响位置特异性表型和功能，这些细胞通过抑制对无害抗原的反应和强化肠粘膜屏障功能的完整性来维持免疫稳态。肠道内的微生物及其代谢产物，如短链脂肪酸(如丁酸盐)，可能改变局部和全身性抗炎和促炎细胞因子的平衡，并破坏调节性T 细胞和T 辅助-17 细胞亚群的比例[10,11]。肠道微生物群可能通过基础信号刺激局部吞噬细胞，从而产生更有效的细胞因子应对感染。

肠道微生态也帮助维持全身免疫。例如，某些种类的双歧杆菌可以增强阻断程序性死亡1(PD-1)途径的T 细胞依赖性抗肿瘤作用，并且由细菌诱导的调节性T(Treg)细胞产生全身性抗炎功能[12]。

肠道微生物群中的不平衡，称为生态失调，可以通过接近和远离其诱导部位的T 细胞的活性引发几种免疫紊乱。越来越多的证据表明，生态失调可以影响局部和全身的抗肿瘤免疫力。例如，癌症风险增加可能与复发性抗生素暴露有关。肠道细菌调节了血液系统恶性肿瘤中异基因造血干细胞移植(ASCT)后感染和移植物抗宿主病(GVHD)的风险。系统性广谱抗生素的早期应用与GVHD 和移植相关死亡率的增加有关，可能是由于肠道微生物群中保护性梭菌和布劳特氏菌的消耗[13]。

3 肠道微生物组与免疫治疗关系

3.1 免疫检查点抑制剂

两个独立研究小组的结果显示，共生的肠道微生态影响小鼠模型对免疫检查点抑制的反应，通过调节肠道微生物群能够显著增强治疗反应，提示肠道微生物群的组成与癌症类型的免疫检查点阻断治疗反应之间存在密切关联，但两组实验中与治疗反应相关的菌群构成却并不相同[14,15]。

除了肠道微生物群与治疗反应的关联之外，Routy 等的研究中发现，两个独立的队列研究了接受抗程序性死亡受体-1(PD-1)抑制剂治疗的患者使用抗生素的效果，提供了破坏肠道微生物群会降低治疗反应的证据。在免疫检查点抑制剂治疗期间接受抗生素治疗的患者中观察到较低的微生物多样性，这表明抗生素使用引起的生态失调可能会削弱对抗PD-1 治疗的反应。然而，并非所有研究都观察到抗生素使用与抗PD-1 反应之间的关联，这些相关研究可能会因需要使用抗生素的健康状况而混淆[16]。重要的是，在其中几个队列中进行的机制研究表明，患肿瘤的无菌小鼠接受对抗PD-1有反应的患者的粪便移植比接受对抗PD-1 有没有反应的患者的粪便移植，其抗PD-1 治疗的反应显着改善。那些具有更有利的肠道微生物组的患者以及接受应答移植物的小鼠显示出肿瘤内免疫浸润的增加[7,8]。

除了肠道微生物组在应对免疫检查点阻断方面的作用外，初步研究还显示肠道微生物组与治疗相关免疫毒性之间存在关联，主要集中在CTLA-4 单抗相关的结肠炎中。在这些研究中，肠道微生物群的基线差异显示与多个队列中CTLA-4 单抗相关的结肠炎的发展相关[17,18]。

3.2 过继性免疫治疗

研究发现，肠道细菌在全身放疗的作用下被诱导移位至肠系膜淋巴结，再通过TLR4 信号转导而增强ACT 的疗效，给小鼠补充TLR4 配体LPS 同样可增强ACT 的抗肿瘤反应[19]。同样地，接受清髓性放疗预处理的转移性黑色素瘤患者对TIL 过继治疗的效果更好。ACT 的疗效受肠道菌群的天然组成或抗生素治疗后导致的菌群改变或粪菌移植的显著影响。针对G+菌的万古霉素可诱导全身性CD8α+DC 的增加，其以IL-12 依赖性方式增强ACT 的疗效。这提示有望通过改变肠道菌群来改善ACT 的疗效和肿瘤患者的预后[20]。

4 调节肠道微生物组以改善癌症的治疗反应

4.1 粪便移植

虽然在癌症背景下的粪便微生物群移植刚刚开始进行研究，但这种疗法已在艰难梭菌感染(CDI)[21]和炎症性肠病[22]等疾病中得到广泛证实，这可能为设计治疗癌症方面试验提供重要参考依据。通过从供体移植整个肠道微生物生态系统的粪便移植与单一有益细菌的递送相比具有多种潜在优势。首先，引入细菌的植入可能在整个社区移植的环境中更加稳健，受体微生物组的竞争排斥较低。移植整个生态系统可以移植假定的有益细菌和整个支持生态系统以及整体的多样性。

值得注意的是，在复发性艰难梭菌感染的严重不良状态下，单次输注健康供体粪便微生物群移植治疗可获得临床益处和持久性微生物群植入[21]。然而在其他疾病中，天然微生物群没有被抗生素反复破坏并且由单一致病菌株支配，单一粪便微生物群移植的持久植入更具有挑战性[22,23]。

4.2 饮食、益生菌、益生元、后生元

肠道微生物群密切参与人类消化和营养物消化吸收的每一步[24]。肠道微生物群改变了食物的营养供应，释放出许多人体无法消化的营养素。除此之外，饮食可以影响各种肠道微生物群(细菌、病毒、真菌、原生动物和噬菌体)的组成以及它们的转录和代谢组学特征[25,26]。急促的饮食变化可以在相对较短的时间内导致肠道微生物群落结构的变化[27]。饮食改良对特定肠道微生物群组成的存在影响，消除与拟杆菌减少有关的动物脂肪摄入[28]和增加短链脂肪酸(SCFA)有关的高纤维饮食会产生细菌[29,30]。这些变化也被证明会影响小鼠的免疫反应和人类的新陈代谢。鉴于这些发现，最终可能会在癌症治疗的影响中考虑饮食影响[25,31,32]。

除了饮食，益生元和后生元也可用于调节肠道微生物群。益生元由特定的化学物质组成，这些化学物质促进选择性细菌群的生长，从而促进多样化和“健康”的微生物群。果聚糖(包括低聚果糖和菊粉)等物质，已被证实可选择性地刺激特定细菌类群的生长并改变肠道内的短链脂肪酸水平[33]。例如已在小鼠模型中研究过的SCFA(如丁酸盐)，作为高纤维饮食的组分或在饮用水中用于预防结直肠癌[34]。

此外，目前还在研究噬菌体用于调节微生物群治疗疾病的治疗策略。噬菌体是感染细菌的病毒，是肠道病毒的最丰富和多样化的成员[35]，它们可以用于以非常选择的方式杀死细菌。在临床前模型中，噬菌体已被证明与针对特定细菌类群的抗生素具有相同的功效，同时对共生的非靶向细菌的破坏较少。有趣的是，最近的研究表明，噬菌体实际上也可能以其他方式塑造肠道微生物群，并且可能部分地有助于FMT 对CDI 的功效[36]。然而，需要进一步研究以了解这些药物的作用机制和可能的耐药性，安全性和产品制备以及对正常菌群和免疫系统的潜在影响[37]。

4.3 把肿瘤微生物作为靶点

除了调节肠道微生物群以影响癌症治疗之外，目前正在努力靶向肿瘤微生物群以阻止癌症进展并增强对癌症治疗的反应。因为一些研究现已证明瘤内细菌对结直肠癌和胰腺癌的治疗反应有害[38,39,40]。重要的是，通过使用抗生素消除这些肿瘤中的细菌与改善化疗反应和免疫检查点阻滞有关。但是还必须考虑全身性抗生素使用对肠道微生物群的影响。

另一种针对肿瘤微生物群的创造性策略是利用了基因工程细菌对肿瘤的控制，用生物工程技术使这些细菌能够直接杀死肿瘤细胞或产生有利于抗肿瘤免疫反应的免疫微环境。例如用表达源自弧菌的TLR5 配体鞭毛蛋白的减毒沙门氏菌菌株引发免疫应答，该免疫应答促进了针对小鼠的原位结直肠癌细胞的抗肿瘤免疫活性[41]。但是，在患者中使用感染因子作为治疗方式仍然存在安全问题，需要谨慎对待[42]。