尿液微生物组与代谢组学分析表明，丙酸能够增强卡介苗（BCG）在膀胱癌治疗中的疗效

膀胱癌（BC）治疗中卡介苗（BCG）疗效提升策略研究，通过尿液微生物组与短链脂肪酸代谢组学分析，发现BCG治疗显著改变尿液菌群组成及丙酸（PA）等代谢物水平，PA能增强BCG诱导的CD4+/CD8+ T细胞浸润肿瘤微环境，提升抗肿瘤效果。

　　

刘静|罗一昭|陈璐|熊伟|安宇|马志伟|张丹

中国电子科技大学四川省人民医院泌尿科，成都，610072，中国

摘要

膀胱癌（BC）是全球第十大常见恶性肿瘤，其中非肌层浸润性膀胱癌（NMIBC）约占病例的75%，而卡介苗（BCG）仍然是标准的内膀胱治疗方法。鉴于全球BCG供应短缺，本研究旨在通过整合尿液微生物组分析与靶向短链脂肪酸（SCFA）代谢组学来探索提高BCG疗效的潜在策略。研究分析了BCG灌注前后患者尿液样本，以确定与BCG相关的微生物和代谢变化，并通过使用MB49和MBT2小鼠膀胱癌细胞系以及接受BCG加PA治疗的体内小鼠模型，评估了关键代谢物丙酸（PA）的功能作用。流式细胞术用于量化肿瘤浸润的CD4⁺和CD8⁺ T细胞，以阐明免疫相关机制。BCG治疗显著改变了尿液微生物组成、优势菌群和脂肪酸代谢模式，并显著增加了尿液中的PA水平。功能实验表明，PA显著增强了BCG的抗肿瘤活性，可能是通过促进CD4⁺/CD8⁺ T细胞浸润到肿瘤组织中实现的。总体而言，这些发现表明BCG调节了BC患者的尿液微生物组和SCFA代谢谱，而PA通过增强T细胞介导的免疫反应来提高BCG的疗效，突显了PA-BCG联合疗法作为BC治疗的有希望的策略。

引言

膀胱癌（BC）是泌尿系统最常见的恶性肿瘤，也是全球第十大常见癌症，其发病率在全球范围内持续上升，尤其是在发达国家[1]。同时，BC也被认为是治疗成本最高的恶性肿瘤之一，因为大多数患者需要长期进行膀胱镜监测和多次治疗干预，导致健康相关生活质量下降[1]和沉重的医疗负担[2]。根据最新数据，GLOBOCAN估计2020年有573,278例新发BC病例和212,536例BC死亡病例[3]。其中，男性患者的发病率大约是女性的四倍[1]。最常见的BC类型是局限于黏膜的非肌层浸润性膀胱癌（NMIBC），占BC病例的约75%，而剩余的20–25%为肌层浸润性膀胱癌（MIBCs）或在初次就诊时已发生转移的病变[4]。尽管外科手术和麻醉技术取得了许多进展，并且围手术期化疗得到了广泛应用，但UBC患者的长期生存率几十年来一直保持不变。因此，需要进一步的研究和更有效的治疗方法的开发来改善BC患者的预后。

牛分枝杆菌 卡介苗（BCG）是通过230次连续传代牛分枝杆菌获得的菌株。BCG治疗可以延缓BC的进展和复发，已成为NMIBC患者的标准治疗方法[5]。由于水源污染、原材料短缺、减毒杆菌生长缓慢以及全球对BCG治疗需求的增加，全球BCG供应出现了严重短缺[5]，[6]。因此，几个国际医学顾问委员会根据BCG的可用性制定了相应的指导建议[7]，[8]。因此，提高BCG的疗效已成为BC管理中的一个重要焦点和挑战。

最近，尿液微生物组作为BCG反应的调节因子引起了广泛的研究兴趣。微生物组与宿主免疫系统密切相关，并与许多泌尿系统疾病有关，如肾结石[9]和良性前列腺增生[10]。在BC治疗方面，一项研究表明，肿瘤相关的微生物微环境可以影响对BCG的反应和BC患者的代谢谱[11]。这一发现增加了人们对尿液微生物组在提高BCG疗效方面潜力的关注。通过进一步深入研究尿液微生物组和代谢物的变化，可以更好地理解微生物组-宿主相互作用，并探索调节微生物组以增强BCG治疗疗效的可能性。特别是，短链脂肪酸（SCFAs）作为关键的微生物衍生代谢物，已成为连接微生物组成与宿主免疫反应的潜在介质。其中，丙酸（PA）表现出免疫调节活性，可能在塑造BCG反应性方面发挥着以前未被认识到的作用。

因此，本研究收集了BCG治疗前后患者的尿液样本，并使用微生物组学和代谢组学方法进行分析，旨在揭示尿液微生物组及其代谢物与BCG治疗效果之间的关系。通过将PA确定为与BCG相关的微生物代谢物并评估其功能作用，希望本研究的结果能为改进BC治疗策略提供新的见解和科学依据。

章节摘录

BC患者招募与尿液收集

本研究共招募了2019年5月至2020年11月在四川省人民医院诊断并接受BCG治疗的8名BC患者。所有患者均根据病理检查被诊断为UBC，并且在膀胱内灌注治疗前未接受任何免疫治疗。所有患者均在部分膀胱切除术后20天内或经尿道膀胱肿瘤切除术后10天内接受了BCG灌注治疗。

BCG治疗使用的BCG剂量为120毫克（1.2×10⁸ CFU）

BCG改变了BC患者的尿液微生物群谱

对BCG治疗前后患者的尿液样本进行了16S rRNA基因测序，以分析微生物群落组成。使用α多样性和β多样性指标来评估样本内的丰富度和组间结构差异。如图1A所示，ACE、Chao1和Observed Features指数显示，BC+BCG组（治疗后的）尿液微生物丰富度显著低于BC组（治疗前）

讨论

本研究结合尿液微生物组分析与靶向代谢组学，探讨了BCG治疗对膀胱癌患者的生物学效应。结果表明，BCG治疗改变了尿液微生物组成、优势菌属和短链脂肪酸谱。在这些代谢变化中，最显著的变化是尿液中PA水平的显著升高。细胞培养和动物模型中的功能实验证实了PA的增强作用

缩写

ASVs
扩增子序列变异
BC
膀胱癌
BCG
卡介苗
H&E
苏木精和伊红
IHC
免疫组化
MS
质谱仪
NMIBC
非肌层浸润性膀胱癌
PA
丙酸
RT
室温
SCFA
短链脂肪酸
SD
标准差
UBC
尿路上皮膀胱癌

CRediT作者贡献声明

刘静：概念提出、数据整理、初稿撰写；罗一昭：研究设计、方法学；陈璐：数据分析、软件应用、可视化；熊伟：资源协调；安宇：监督、验证；马志伟：资金筹集、项目管理、审稿与编辑；张丹：资金筹集、项目管理、审稿与编辑。所有作者均阅读并批准了最终稿件。

出版同意

不适用。

伦理批准和参与同意

所有涉及人类参与者的程序均遵循四川省人民医院和中国电子科技大学的伦理标准，以及1964年《赫尔辛基宣言》中规定的原则。所有参与者在入组前均获得了知情同意。所有动物实验均按照机构关于实验动物护理和使用的指南进行，并获得了批准

资助

本研究得到了中国四川省科学技术厅（项目编号：2023YFS0257）和四川省医学科学院及四川省人民医院科学研究基金（项目编号：2022QN31）的支持。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

不适用。