前言

腫瘤免疫治療的療效在很大程度上取決于腫瘤微環(huán)境,尤其是腫瘤免疫微環(huán)境。新的研究表明,微生物存在于腫瘤細(xì)胞和免疫細(xì)胞內(nèi),表明這些微生物可以影響腫瘤免疫微環(huán)境的狀態(tài)。

腫瘤微生物微環(huán)境在腫瘤免疫微環(huán)境中的作用是多方面的:可能作為免疫激活劑、抑制劑或旁觀者。潛在的機制包括:(I)癌細(xì)胞和免疫細(xì)胞呈遞微生物抗原,(II)微生物抗原模擬腫瘤抗原,(III)微生物誘導(dǎo)的免疫原性細(xì)胞死亡,(IV)由模式識別受體介導(dǎo)的微生物輔助性,(V)微生物衍生的代謝物,以及(VI)微生物對抑制性檢查點的刺激。

總的來說,腫瘤微生物微環(huán)境調(diào)節(jié)腫瘤免疫微環(huán)境,使其成為改善免疫治療的潛在靶點。這是一個面臨重大挑戰(zhàn)的新領(lǐng)域,值得進一步探索。

腫瘤微生物微環(huán)境

人體容納著數(shù)萬億的微生物,其中一些微生物有助于致癌或抗癌反應(yīng)。微生物,如細(xì)菌、真菌、病毒和支原體,存在于腫瘤組織內(nèi)。在癌細(xì)胞和腫瘤浸潤性免疫細(xì)胞內(nèi)可以觀察到微生物的殘留物,如DNA、RNA、肽和細(xì)胞壁成分。一些微生物代謝物,包括脂肪酸和肌苷,可以在腫瘤內(nèi)積聚,并與癌細(xì)胞和免疫細(xì)胞上的受體結(jié)合。這些成分在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移和免疫反應(yīng)中都發(fā)揮作用,由它們形成的微環(huán)境不同于通常提到的腫瘤微環(huán)境,因此可作為一個新的類型,稱為“腫瘤微生物微環(huán)境”。              

腫瘤微生物微環(huán)境具有臨床意義。首先,腫瘤內(nèi)微生物組具有腫瘤類型特異性和亞型特異性,有可能被用作診斷工具。例如,胰腺癌微生物組主要為變形菌門;而結(jié)直腸癌微生物組主要為厚壁菌門和變形菌門。其次,腫瘤組織的微生物組與正常組織的微生物組明顯不同,使其成為強大的治療靶點。某些微生物在腫瘤組織中特異性聚集,微生物被腫瘤吸引這一事實使這些微生物能夠被用作精確的抗癌藥物載體。第三,腫瘤微生物組在不同生存率的患者中是不同的,這使其成為一種潛在的預(yù)后工具。在胰腺癌中,與生存期短的患者相比,長期存活患者的腫瘤微生物組具有更高的α多樣性和假黃單胞菌-鏈霉菌-糖多胞菌-克勞斯芽孢桿菌的特征。

腫瘤微生物微環(huán)境的作用機制

多項研究已經(jīng)觀察到腫瘤內(nèi)微生物與腫瘤微環(huán)境之間的相關(guān)性。最近的研究表明腫瘤微生物微環(huán)境作用于腫瘤微環(huán)境存在多種機制,包括:(I)癌細(xì)胞和免疫細(xì)胞呈遞細(xì)菌肽,(II)細(xì)菌抗原模擬腫瘤抗原(III)微生物誘導(dǎo)的免疫原性細(xì)胞死亡(IV)輔助模式識別受體介導(dǎo)的信號通路(V)微生物衍生代謝物(VI)刺激抑制性檢查點。              

微生物抗原可能激活抗腫瘤T細(xì)胞

成功誘導(dǎo)適應(yīng)性抗腫瘤反應(yīng)需要兩個關(guān)鍵步驟。第一步是由人類白細(xì)胞抗原(HLA)呈遞腫瘤抗原以激活CD8+T細(xì)胞。第二步是激活的CD8+T細(xì)胞識別和殺死抗原特異性的癌細(xì)胞。然而,癌細(xì)胞可以通過多種機制向免疫細(xì)胞隱藏其抗原。

細(xì)菌肽在黑色素瘤轉(zhuǎn)移中普遍存在,它們可以通過黑色素瘤細(xì)胞和腫瘤浸潤性免疫細(xì)胞上的HLA分子呈現(xiàn),證明其作為腫瘤特異性抗原的潛力。攜帶細(xì)菌肽HLA復(fù)合物的B細(xì)胞在體內(nèi)可激活腫瘤浸潤性T細(xì)胞分泌IFN-γ,其他細(xì)菌肽也在多種黑色素瘤患者中普遍存在,此外,鑒于細(xì)菌肽是外源性的,與腫瘤抗原相比,它們更有可能觸發(fā)免疫反應(yīng)。

然而,細(xì)菌肽作為腫瘤特異性抗原仍然存在一些問題。首先,正常組織中是否存在細(xì)菌肽尚不清楚,如果細(xì)菌肽也出現(xiàn)在正常組織中,那么這些組織將不可避免地受到攻擊。其次,癌細(xì)胞呈現(xiàn)的細(xì)菌肽在體內(nèi)沒有觸發(fā)有效的抗癌免疫,其根本原因尚不清楚。細(xì)菌肽、癌細(xì)胞和體內(nèi)免疫細(xì)胞之間的相互作用需要進一步研究。

微生物抗原模擬激活抗腫瘤T細(xì)胞

抗原模擬是一種微生物與腫瘤抗原共享相似抗原表位的現(xiàn)象, 微生物特異性T細(xì)胞可以識別并殺死表達類似抗原表位的癌細(xì)胞。

Alexandra Snyder及其同事分析了不同預(yù)后的黑色素瘤患者的腫瘤新抗原表位。他們發(fā)現(xiàn)一些腫瘤新抗原表位與微生物表位同源,而且同源性越高,臨床預(yù)后越好。這一發(fā)現(xiàn)表明,抗原模擬存在于腫瘤中,并有可能影響免疫反應(yīng)。

Shin Heng Chiou及其同事分析了178例肺癌患者的77萬條T細(xì)胞受體序列。他們發(fā)現(xiàn),與正常組織相比,腫瘤組織過表達了一種與EB病毒和大腸桿菌發(fā)生交叉反應(yīng)的蛋白質(zhì),這種而且交叉反應(yīng)存在于多個肺癌樣本中。未來有必要探索在各種類型的腫瘤中存在的微生物抗原模擬,這些“模擬抗原”可能為癌癥治療提供新的前景。

微生物誘導(dǎo)的免疫原性細(xì)胞死亡

免疫原性細(xì)胞死亡(ICD)是一種細(xì)胞死亡形式,死亡細(xì)胞釋放抗原和佐劑以增強免疫反應(yīng)。它可以由微生物觸發(fā),一些研究人員將細(xì)菌的空包膜和oxaliplatin結(jié)合起來治療晚期結(jié)直腸癌小鼠模型,聯(lián)合策略通過強化ICD強烈抑制腫瘤生長并延長小鼠的生存期。

溶瘤病毒或細(xì)菌特異性地定向于腫瘤微環(huán)境并溶解腫瘤細(xì)胞,從而釋放腫瘤抗原、損傷相關(guān)分子模式和病原體相關(guān)分子模式,以招募外周免疫細(xì)胞或重新啟動已有的抗腫瘤免疫細(xì)胞。同時,微生物本身可以作為一種很有前途的免疫佐劑來促進炎性TME,從而進一步增強抗腫瘤免疫。

輔助模式識別受體調(diào)節(jié)TME

微生物輔助性是指來源于微生物的病原體相關(guān)分子模式的免疫調(diào)節(jié)作用。病原體相關(guān)的分子模式可以通過模式識別受體(PRR)來感知,Toll樣受體(TLR)是研究最多的PRR亞型,TLRs的微生物激活在腫瘤免疫微環(huán)境中扮演著雙刃劍的角色。

首先,腫瘤內(nèi)微生物通過TLR驅(qū)動免疫抑制腫瘤微環(huán)境的形成。在患有胰腺癌的小鼠模型中,腫瘤內(nèi)微生物選擇性激活單核細(xì)胞中的TLR,以誘導(dǎo)M2樣TAM分化。TLR4識別的細(xì)菌脂多糖誘導(dǎo)肝細(xì)胞表達CXCL1,CXCL1是一種趨化因子,可招募CXCR2+多形核MDSC形成免疫抑制環(huán)境,促進小鼠膽管癌。類似地,TLR4識別的梭桿菌上調(diào)IL-6/p-STAT3/c-MYC信號通路,導(dǎo)致M2樣TAM極化和結(jié)直腸癌進展。

另一方面,腫瘤內(nèi)微生物通過TLR維持免疫刺激性腫瘤微環(huán)境,因此充當(dāng)抗癌劑。在肺癌小鼠模型中,細(xì)菌脂蛋白激活TLR2,MDSCs被重新編程以分化為炎癥M1表型。此外,TLR激動劑與IFN-γ協(xié)同作用,增加促炎細(xì)胞因子TNF-α、IL-12p40和IL-12p70,降低IL-10,形成炎癥微環(huán)境,激活抗腫瘤免疫反應(yīng)。

總的來說,微生物通過PRR調(diào)節(jié)腫瘤免疫微環(huán)境,一種特定的微生物可以同時與各種PRR相互作用,因此,微生物的免疫調(diào)節(jié)作用是許多不同PRRs介導(dǎo)的信號通路的總和。

微生物的衍生代謝物

微生物代謝產(chǎn)物如短鏈脂肪酸(SCFA)、膽汁酸和肌苷可進入血液。一些微生物源性代謝產(chǎn)物的受體在癌細(xì)胞和腫瘤浸潤的免疫細(xì)胞上表達,表明微生物源性代謝產(chǎn)物在腫瘤微環(huán)境中的潛在作用。

SCFA是由腸道厭氧菌發(fā)酵的膳食纖維的產(chǎn)物,SCFA包括乙酸、丙酸和丁酸。對于正常的腸上皮細(xì)胞,SCFAs起到抑制促腫瘤炎癥的作用。例如,丁酸可以增加了腸道微環(huán)境中IL-10和維甲酸的水平,從而促進了幼稚T細(xì)胞向調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的分化。此外,它還促進調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的增殖,從而抑制促腫瘤炎癥。

次級膽汁酸,如ω-murocholic酸,下調(diào)肝竇內(nèi)皮細(xì)胞趨化因子CXCL16的分泌。因此,CXCR6-CXCL16相互作用招募的自然殺傷T細(xì)胞減少。抗生素可以消除微生物,逆轉(zhuǎn)上述效應(yīng)。目前的研究表明膽汁酸通過CXCL16-CXCR6調(diào)節(jié)自然殺傷細(xì)胞在肝癌的發(fā)生和發(fā)展中起著重要作用。

刺激抑制性檢查點

有核梭桿菌通過Fap2和TIGIT之間的相互作用或Fap2和CEACAM1之間的相互作用抑制自然殺傷細(xì)胞和細(xì)胞毒性T細(xì)胞的活性。幽門螺桿菌通過其外膜蛋白HopQ作用于CEACAM1,抑制免疫細(xì)胞。除了幽門螺桿菌和核梭桿菌外,其他細(xì)菌,如致病性奈瑟菌,也能與CEACAM1結(jié)合。

另一個檢查點CD47在腫瘤細(xì)胞表面表達。SIRPα是CD47的配體,在樹突狀細(xì)胞和巨噬細(xì)胞上表達。瘤內(nèi)注射抗生素清除了雙歧桿菌,降低了CD47阻斷的效果,表明雙歧桿菌可能是CD47阻斷的潛在佐劑。

腫瘤微生物微環(huán)境的臨床應(yīng)用

成功誘導(dǎo)抗腫瘤適應(yīng)性免疫應(yīng)答需要三個要素:抗原、佐劑和合適的免疫微環(huán)境。腫瘤微生物環(huán)境同時影響這三種元素,使其成為ICIs治療的一個有希望的組合。內(nèi)源性微生物調(diào)節(jié)的臨床策略包括抗生素和益生菌。外源性微生物調(diào)控利用合成生物學(xué)方法產(chǎn)生的微生物,如工程菌和溶瘤病毒。使用卡介苗(BCG)治療非肌肉浸潤性膀胱癌以及使用溶瘤病毒talimogenelaherparepvec(T-VEC)治療晚期黑色素瘤是成功的腫瘤微生物微環(huán)境調(diào)節(jié)的兩個例子。

合成生物學(xué)

長期以來,微生物一直被用作可編程的藥物輸送平臺。最近,微生物被設(shè)計用來加強免疫治療。研究設(shè)計了一株非致病性大腸桿菌,以負(fù)載CD47納米抗體阻斷劑。該菌株在腫瘤內(nèi)定植并釋放CD47納米抗體阻斷劑,然后激活腫瘤浸潤性T細(xì)胞以消除腫瘤。

另一種名為SYNB1891的工程化大腸桿菌菌株也采用了類似的策略。該菌株激活抗原呈遞細(xì)胞中的STING通路,從而增強癌細(xì)胞的吞噬作用。除了向腫瘤中添加免疫刺激微生物外,合成生物學(xué)還可以將免疫抑制微生物從腫瘤中移除。例如,有核梭桿菌特異性噬菌體和納米銀顆粒的復(fù)合物清除了腫瘤內(nèi)的有核梭桿菌,減少了腫瘤內(nèi)髓源性抑制細(xì)胞,增強了ICIs的功效。

抗生素和免疫檢查點抑制劑

臨床上,抗生素使用與ICIs治療的臨床結(jié)果呈負(fù)相關(guān)。抗生素對免疫治療的影響可以用抗生素介導(dǎo)的微生物調(diào)節(jié)來解釋。一方面,抗生素可引起微生物干擾,損害ICIs的療效。另一方面,抗生素可以清除化療誘導(dǎo)的有害微生物,從而提高ICIs的療效。因此,在臨床前實驗和臨床試驗中都需要監(jiān)測微生物的變化,以確認(rèn)微生物在抗生素和ICIs相互作用中的影響。

益生菌和免疫檢查點抑制劑

目前,正在進行幾項將益生菌和ICIs相結(jié)合的臨床試驗。已發(fā)現(xiàn)口服益生菌通過多效性機制恢復(fù)抗癌免疫和ICIs功效。然而,口服益生菌引起的腫瘤微生物微環(huán)境的變化尚不明確,因此需要在未來的臨床試驗中檢測。

小結(jié)

總的來說,微生物,包括細(xì)菌、真菌、病毒及其成分和代謝物,存在于各種腫瘤組織中,形成腫瘤微生物微環(huán)境。目前的研究已經(jīng)揭示了一些微生物作為免疫激活劑、抑制劑或旁觀者的作用�？紤]到腫瘤微生物微環(huán)境的多方面作用,其調(diào)節(jié)策略包括合成生物學(xué)、抗生素和益生菌可作為免疫治療的潛在組合。

腫瘤微生物微環(huán)境是一個面臨重大挑戰(zhàn)和機遇的新領(lǐng)域。全面了解腫瘤內(nèi)微生物及其在腫瘤免疫微環(huán)境中的作用將為研究腫瘤-免疫-微生物關(guān)系提供一個概念性轉(zhuǎn)變。腫瘤微生物組可能被用作一種預(yù)后或預(yù)測工具,這也可能有助于開發(fā)新的抗癌藥物。重要的是,它可能開啟下一波精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)和免疫治療的組合策略。

參考文獻:

1．The role of the tumor microbemicroenvironment in the tumor immune microenvironment: bystander, activator, orinhibitor? J Exp Clin Cancer Res． 2021; 40: 327．