局部晚期口腔鳞状细胞癌新辅助免疫化疗疗效受瘤内微生物组影响的研究

《Journal of Translational Medicine》：Impact of intra-tumoral microbiome on the efficacy of neoadjuvant immunochemotherapy in patients with locally advanced oral squamous cell carcinoma

　　

摘要 目的： 瘤内微生物群对新辅助免疫化疗疗效的预测价值以及治疗前后微生物群的变化在很大程度上仍未得到充分探索。 方法： 研究人员采用用于微生物组的2bRAD测序（2bRAD-M）分析了来自局部晚期口腔鳞状细胞癌（OSCC）患者的42份标本，重点关注新辅助免疫化疗前后瘤内微生物群变化的趋势，并预测对该治疗的反应。 结果： （1）基线时，主要病理缓解（MPR）前组与非主要病理缓解（nMPR）前组在α多样性和β多样性方面无显著差异，但富集于免疫相关信号通路的劳尔氏菌属（Ralstoniasp.000620465）、罗尔斯通氏菌属（Methylobacteriumrhodesianum）、罗尔斯通氏菌属（Methylobacteriumjeotgali）、RH_AL1_sp.901457705、罗氏菌属（Rothiasp.002418375）和粘液罗氏菌（Rothia mucilaginosa_A）在nMPR_before组中显著富集，并可预测新辅助免疫治疗的疗效（AUC=0.74）。（2）重要的是，无论比较MPR_before组与MPR_after组，还是nMPR_before组与nMPR_after组，新辅助免疫化疗后瘤内微生物群的α和β多样性均显著降低。（3）戴恩氏菌属（Deinococcusgeothermalis）的丰度在nMPR_after组中显著较高，而越南伯克氏菌（Burkholderiavietnamiensis）在MPR_after组中富集。nMPR_after组与MPR_after组之间这些差异微生物群富集于代谢相关通路，如光合生物中的碳固定、牛磺酸和亚牛磺酸代谢，以及遗传信息处理通路，包括同源重组和DNA复制。 结论： 新辅助免疫化疗显著改变了瘤内微生物群的多样性。MPR和nMPR组之间基线和治疗后微生物群的差异暗示了可能影响局部晚期OSCC治疗疗效的特定信号通路。

论文解读：局部晚期口腔鳞状细胞癌新辅助免疫化疗疗效与瘤内微生物组的关联研究

本研究聚焦于局部晚期口腔鳞状细胞癌（OSCC）患者接受新辅助免疫化疗的疗效预测难题，深入探讨了瘤内微生物组在该治疗模式下的动态变化及其潜在的临床意义。该研究由北京国家口腔医学中心的研究团队完成，成果发表于《Journal of Translational Medicine》。

研究背景与现状

目前，根治性手术联合术后放疗是局部晚期OSCC的标准治疗方案，但其3年总生存率仅为53.9%，且舌部等重要器官的切除常导致患者严重的功能障碍和生活质量下降。因此，探索能同时提高生存率和生活质量的新治疗模式迫在眉睫。近期的前瞻性临床试验表明，新辅助免疫化疗可使局部晚期可切除OSCC的主要病理缓解（MPR）率达到54%–60%，为治疗提供了新思路。然而，目前尚缺乏有效的生物标志物来预测该疗法的疗效。越来越多的证据表明，口腔菌群失调及特定微生物种群可能通过直接和间接机制影响口腔癌的发生发展及转移。尽管肠道微生物组已被证实在抗PD-1/PD-L1抑制剂的临床反应中扮演关键角色，但瘤内微生物组与新辅助免疫化疗之间的关系尚不明确，这构成了本研究开展的出发点。

关键技术方法

研究人员纳入了2021年4月至2022年12月期间在北京国家口腔医学中心就诊的42例初治局部晚期OSCC患者。所有患者均接受了PD-1抑制剂联合化疗的两周期新辅助治疗，并随后进行了成功的手术切除。研究采集了患者治疗前后的石蜡包埋标本。微生物组成及相对丰度通过2bRAD-M技术确定。利用免疫组织化学评估肿瘤组织中PD-L1的表达和CD8⁺T细胞浸润情况。统计分析采用了SPSS和R软件，计算了α多样性指数（如Chao1、Shannon、Simpson）和β多样性（基于Bray–Curtis距离等），并通过线性判别分析效应量（LEfSe）识别组间差异物种，利用PICRUSt2软件预测微生物基因功能的京都基因与基因组百科全书（KEGG）通路差异。

研究结果

1. 患者临床病理特征

共纳入42例III–IV期局部晚期OSCC患者，其中22例归入MPR组，20例归入nMPR组。两组患者在年龄、性别、ECOG评分、吸烟史、饮酒史、CPS、TPS及ENE状态等方面无显著差异。

2. 各组瘤内微生物群组成

研究共鉴定出1751种微生物，涵盖27个门。优势门包括假单胞菌门（Pseudomonadota）、放线菌门（Actinomycetota）等。最丰富的物种包括甘露醇劳尔氏菌（Ralstonia mannitolilytica）、痤疮皮肤杆菌（Cutibacterium acnes）等。

3. nMPR_before组与MPR_before组间瘤内微生物组差异

基线时，两组间的α多样性和β多样性无显著差异。但通过LEfSe分析发现，在nMPR_before组中，根瘤菌目（Rhizobiales）、微球菌科（Micrococcaceae）、葡萄球菌科（Staphylococcaceae）以及多个属和种水平（如劳尔氏菌属、罗尔斯通氏菌属、罗氏菌属）的微生物显著富集。基于六种差异微生物建立的随机森林诊断模型预测新辅助免疫化疗疗效的受试者工作特征曲线下面积（AUC）达到0.74。相关性分析显示，罗氏菌属（Rothiasp.002418375）和RH_AL1_sp.901457705的相对丰度与免疫治疗前的肿瘤比例评分（TPS）和综合阳性评分（CPS）呈正相关。PICRUSt分析揭示，nMPR_before组与MPR_before组之间的差异微生物群富集于新霉素、卡那霉素和庆大霉素生物合成、雌激素信号通路、IL-17信号通路、癌症蛋白聚糖、幽门螺杆菌感染中的上皮细胞信号传导以及错配修复（MMR）等KEGG通路。

4. 新辅助免疫化疗前后MPR组和nMPR组瘤内微生物组的改变

无论是对比MPR_before组与MPR_after组，还是nMPR_before组与nMPR_after组，新辅助免疫化疗后瘤内微生物群的α和β多样性均显著降低。LEfSe分析识别出49个鉴别特征。在MPR_before组和nMPR_before组中，包括地热戴恩氏菌（Deinococcus geothermalis）在内的48种细菌在新辅助免疫化疗后减少，而越南伯克氏菌（Burkholderia vietnamiensis）则在两组治疗后均显著增加。

5. nMPR_after组与MPR_after组间瘤内微生物组差异

治疗后，两组的α多样性指数（Chao1）存在显著差异，但在Shannon和Simpson指数上无差异。β多样性（Binary Jaccard）在两组间差异显著。LEfSe分析显示，戴恩氏菌科（f_Deinococcaceae）、戴恩氏菌属（gDeinococcus）和地热戴恩氏菌（sDeinococcusgeothermalis）在nMPR_after组中丰度更高，而越南伯克氏菌（gBurkholderia和 sBurkholderiavietnamiensis）则在MPR_after组中富集。这些差异分类群与治疗后的CPS、TPS及CD8⁺T细胞无显著相关性。KEGG通路分析显示，两组间差异富集的通路包括光合生物中的碳固定、同源重组、万古霉素耐药性、牛磺酸和亚牛磺酸代谢、DNA复制以及多物种长寿调节通路。

结论与讨论

本研究证实，特定的微生物谱可能作为局部晚期OSCC新辅助免疫化疗疗效的预测性生物标志物。研究发现，新辅助免疫化疗显著降低了瘤内微生物组的多样性。基线时，nMPR_before组中富集的劳尔氏菌属、罗尔斯通氏菌属和罗氏菌属等特定微生物与免疫相关信号通路相关，并能以AUC=0.74的效能预测疗效。治疗后，MPR组富集越南伯克氏菌，而nMPR组富集地热戴恩氏菌，这些差异微生物群关联于代谢（如牛磺酸和亚牛磺酸代谢）和遗传信息处理（如同源重组和DNA复制）等通路。尽管本研究受限于回顾性设计和相对较小的样本量，未能确立因果关系，但其结果为理解瘤内微生物组如何调节肿瘤生物学和治疗反应提供了基础，强调了未来开展更大规模研究和功能实验以验证这些发现的必要性，从而为开发基于微生物组的精准治疗策略铺平道路。