《Molecular Nutrition & Food Research》：The Effect of Dietary Fiber Compositions on the Therapeutic Outcome of Combined Radio- and Immunotherapy in a Preclinical Cancer Model
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本研究发现，在结肠癌（CT26）小鼠模型中，不同组成的等热量膳食纤维（尽管总纤维含量相同）能够显著影响放射治疗（RT）与免疫检查点抑制剂（抗PD-L1）联合疗法的疗效。研究揭示了纤维组成通过调节肠道微生物群结构（如增加Atopobiaceae科、减少Bacteroides）和脾脏免疫细胞比例（如增加CD8+ T细胞、减少髓源性抑制细胞MDSC），而非短链脂肪酸（SCFA）水平，来调控无进展生存期（PFS）。该研究为优化肿瘤联合治疗中的膳食干预策略提供了新视角。
引言
世界卫生组织指出，癌症是全球第二大死因，2020年约有1000万人死于癌症。常见的抗癌疗法包括手术、化疗、放疗（RT）和免疫治疗（IT）。放疗可引发免疫原性细胞死亡，因此与免疫治疗联合应用时尤为有效。尽管放射免疫联合疗法（RT/IT）尚未成为大多数癌症的标准治疗方案，但临床前和临床研究已显示出其可诱导长期治愈性反应。
近年来，肠道微生物群在癌症形成与防治中的作用备受关注。研究表明，肠道微生物群的组成影响抗癌疗法的疗效。肠道微生物通过其代谢物调节免疫系统，影响先天性和适应性免疫。此外，肠道菌群失调与癌症恶病质相关，后者会削弱免疫治疗的反应。
膳食纤维摄入是塑造肠道微生物群组成的关键因素。纤维可根据来源、化学结构、溶解度或肠道菌群发酵能力进行分类。临床前数据显示，富含纤维的饮食引起的微生物组变化与肿瘤对放射的增敏有关。短链脂肪酸（SCFA）是微生物发酵纤维产生的一类代谢物，被认为可增强对放射的敏感性。流行病学和临床前研究也报道了SCFA与免疫治疗疗效呈正相关。此外，摄入高纤维饮食的小鼠对免疫检查点抑制剂（ICI）表现出更强的抗肿瘤反应。然而，尽管增加纤维摄入可改善放疗和免疫治疗效果，但膳食纤维组成是否影响RT/IT联合治疗的结局尚不清楚。
材料与方法
本研究使用结肠癌（CT26）细胞系（Philogen S.p.A.）在含10%胎牛血清（FBS）的DMEM培养基中培养。动物实验使用免疫活性的雌性BALB/cOla Hsd小鼠（Envigo）。所有实验均遵循当地机构的动物福利指南，并获得马斯特里赫特大学动物伦理委员会的批准。
小鼠被随机分为三组（每组n=12），分别饲喂基于AIN-93M配制的等热量但纤维组成不同的饲料（组成1、2、3）。组成1以纤维素（不可消化/不可发酵）为主；组成2含有已知可调节免疫系统的纤维；组成3包含四种常见于健康人类饮食中的纤维。三组饲料的总纤维含量相同。
小鼠皮下注射CT26细胞诱导肿瘤。当肿瘤体积达到228.7 ± 57.6 mm3时，对肿瘤进行局部放疗（每天2.33 Gy，连续5天），并同时腹腔注射抗PD-L1抗体（10 mg/kg，隔日一次，共5次）。实验终点定义为肿瘤体积达到起始体积的四倍（4xSV），或连续60天无触及肿瘤（“治愈”）。
监测指标包括无进展生存期（PFS）、粪便和盲肠样本中的SCFA水平、肠道微生物组组成（通过16S rRNA V3-V4区测序）以及脾脏免疫细胞谱（通过流式细胞术分析）。
结果
膳食纤维组成调节治疗效果
纤维组成不影响肿瘤接种成功率。RT/IT治疗后，67.6%的动物（34只中的23只）出现初始肿瘤缩小。组成1饲料的小鼠中有4只达到治愈，而组成2和组成3各只有1只。组成1组的肿瘤生长慢于组成2组，中位PFS分别为31.5天和21.5天（风险比HR 2.77, p=0.03）。组成3与组成1和2相比未显著调节治疗效果。
纤维组成不影响营养状态
不同纤维组成之间在食物摄入量、体重、肌肉质量（除组成2的趾肌和组成3的腓肠肌略有差异外）和肌肉力量方面均无显著差异。治愈与非治愈动物之间的肌肉质量也无差异。表明饮食耐受性良好，治疗效果差异与营养状态变化无关。
纤维组成调节微生物多样性和组成
在RT/IT治疗前，组成2和3的粪便微生物多样性（Shannon指数）低于组成1。治疗后，三组间多样性无显著差异，但在终点时，组成3的多样性再次低于组成1。PERMANOVA分析表明，三个时间点（治疗前、治疗后、终点）各组间的微生物群落结构（Aitchison距离）均存在显著差异。主成分分析显示，组成2和3的样本在各个时间点均聚类在一起，但与组成1分离。
差异丰度分析显示，与组成1相比，组成2和3在治疗前均显著富集了Bacteroides、Peptococcaceae科和Muribaculaceae科。此外，组成2富集了Lachnospiraceae UCG-006、Muribaculum、Roseburia和Anaerotruncus，而Acetatifactor减少。组成3则耗竭了Oscillospiraceae科、Ruminococcaceae科、Tuzzerella等多个属。治疗后的差异模式发生变化，终点时的差异最为明显。
治愈动物粪便中Atopobiaceae科富集和Bacteroides耗竭
对组成1的亚组分析（终点粪便样本）发现，治愈小鼠的粪便中Atopobiaceae科显著富集（在非治愈动物中缺失），而Bacteroides在治愈动物中耗竭。由于组成2和3中治愈动物数量少，无法进行类似的亚组分析。
治愈与非治愈小鼠的SCFA水平相当
盲肠内容物中，组成3的乙酸和丁酸水平低于组成2和1。但粪便样本中的SCFA水平在各组间无差异。在三个时间点收集的粪便样本中，乙酸和丁酸水平随时间变化（终点时升高），但治愈与非治愈动物之间的SCFA水平在盲肠和粪便样本中均无差异。
治愈小鼠脾脏更小且MDSC更少
不同纤维组成对脾脏湿重、T细胞亚群、自然杀伤（NK）细胞或髓源性抑制细胞（MDSC）的比例均无影响。相关性分析显示，终点粪便样本中的乙酸水平与CD4+ T细胞比例负相关，与MDSC比例正相关。盲肠样本中的乙酸和丙酸水平与CD8+ T细胞比例正相关，丙酸与NK细胞比例负相关。然而，治愈小鼠的脾脏重量显著小于非治愈小鼠，且其脾脏中含有更高比例的CD8+ T细胞和更低比例的MDSC。经逻辑回归校正饮食后，脾脏重量和MDSC比例仍是治疗结局（治愈）的预测因素。
讨论
本研究首次探讨了膳食纤维组成对RT/ICI联合治疗效果的影响。结果表明，在临床前结肠癌模型中，纤维组成可能通过肠道微生物群介导的机制影响疗效。
组成1（以纤维素为主，不可发酵）相比组成2（含可发酵纤维）显示出更长的PFS，提示肠道微生物群可能部分介导了这种效应。与以往认为高微生物多样性有益的观点不同，本研究中组成2和3的多样性较低，这可能是因为特定纤维仅被少数微生物选择性利用，导致这些菌群扩增，从而降低了整体多样性。这与先前使用β-葡聚糖或阿拉伯木聚糖寡糖的研究结果一致。
微生物群落结构分析证实了三组饮食在不同时间点均能塑造独特的菌群结构。值得注意的是，Bacteroides的富集（与较差的ICI结局相关）在非治愈小鼠中观察到，而Atopobiaceae科与治愈结局呈正相关，这是首次报道该菌科与RT/IT疗效相关。
尽管SCFA被认为能增强ICI疗效，但本研究未发现治愈与非治愈动物间SCFA水平的差异。组成3盲肠中SCFA水平较低，可能与其纤维复杂、发酵较慢、发生在结肠更远端有关。SCFA与某些免疫细胞的相关性（如盲肠乙酸/丙酸与CD8+ T细胞正相关）被观察到，但它们是否直接影响治疗效果尚不明确。
免疫分析显示，治愈小鼠脾脏中CD8+ T细胞增加和MDSC减少，提示了更有利的抗肿瘤免疫环境。这种免疫变化可能与观察到的疗效相关，但其因果关系需进一步研究。
所有饮食均耐受良好，未引起体重减轻、厌食或恶病质，表明治疗效果差异并非由营养状态恶化引起。
本研究的局限性包括样本量较小、使用皮下肿瘤模型而非原位模型、未设置单独治疗（仅RT或仅IT）的对照组、未分析肿瘤内免疫细胞浸润等。尽管主要是描述性的，但结果为未来深入探索机制奠定了基础。
总之，本研究表明，在优化RT/IT联合治疗的膳食策略时，除了纤维数量，其组成也至关重要。未来的膳食干预研究应考虑纤维的特定组成，以最大化治疗效果。
