宏基因组学和培养组学揭示了肠道微生物组在免疫相关毒性发生以及免疫检查点抑制剂治疗癌症效果中的双重作用

《Microbiome》：Metagenomics and culturomics reveal the dual role of the gut microbiome in the development of immune-related toxicities and the efficacy of immune checkpoint inhibitors in cancer

　　

摘要

背景

尽管免疫检查点抑制剂（ICI）对癌症治疗有着重大影响，但它们经常与免疫相关不良事件（irAE）相关。越来越多的证据表明，irAE的发生可能与ICI疗效的提高有关，尽管其背后的机制尚不清楚。大多数研究肠道微生物组在肿瘤学中的作用依赖于测序方法，特别是霰弹枪宏基因组学。虽然微生物组分析揭示了特定细菌类群与临床结果之间的强烈关联，但它存在局限性，包括无法检测低丰度细菌以及无法培养活细菌。为了克服这些局限性，我们对接受ICI治疗的黑色素瘤和非小细胞肺癌（NSCLC）患者，在基线和免疫相关（ir）结肠炎发作时收集的粪便样本进行了霰弹枪宏基因组学和培养组学分析。

结果

我们首先在三个独立的队列中验证了589名接受ICI治疗的黑色素瘤或NSCLC患者的数据，发现等级≥2的irAE与显著更长的总生存期（OS）和无进展生存期（PFS）相关。通过霰弹枪宏基因组学和培养组学的互补分析发现，出现等级≥2 irAE的患者其α多样性较低。宏基因组学结果显示，在等级≥2的irAE患者中，Ruminococcus gnavus和Streptococcus vestibularis富集；而通过培养组学从ir结肠炎患者的基线粪便样本中分离出了Clostridium paraputrificum和Streptococcus属细菌。对配对粪便样本的纵向分析显示，与ir结肠炎发生时相比，基线时微生物组组成发生了变化，Paraclostridium bifermentans和Clostridium paraputrificum》富集，脂多糖浓度降低，鞭毛蛋白浓度升高。将一名ir结肠炎患者的粪便微生物组移植到小鼠体内可诱导结肠炎症的替代标志物，并增强了联合抗PD-1/CTLA-4的抗肿瘤活性。从该患者样本中分离出的P. bifermentans在Caco-2单层细胞中直接破坏了上皮屏障，表现为ZO-1和Occludin免疫荧光信号减弱，以及和IL-1β>表达增加。此外，在葡聚糖硫酸钠（DSS）结肠炎模型中，P. bifermentans加剧了体重下降。在另一个肿瘤模型中，它增强了双重ICI的抗肿瘤效果。这种有益效果在使用P. bifermentans <3 kDa过滤上清液治疗后仍然得以维持。

结论

总的来说，我们的结果表明P. bifermentans在促进亚临床结肠炎的同时提高了双重ICI的疗效。这为irAE与改善的抗肿瘤反应之间提供了一个潜在的微生物组相关联系。

视频摘要

背景

尽管免疫检查点抑制剂（ICI）对癌症治疗有着重大影响，但它们经常与免疫相关不良事件（irAE）相关。越来越多的证据表明，irAE的发生可能与ICI疗效的提高有关，尽管其背后的机制尚不清楚。大多数研究肠道微生物组在肿瘤学中的作用依赖于测序方法，特别是霰弹枪宏基因组学。虽然微生物组分析揭示了特定细菌类群与临床结果之间的强烈关联，但它存在局限性，包括无法检测低丰度细菌以及无法培养活细菌。为了克服这些局限性，我们对接受ICI治疗的黑色素瘤和非小细胞肺癌（NSCLC）患者，在基线和免疫相关（ir）结肠炎发作时收集的粪便样本进行了霰弹枪宏基因组学和培养组学分析。

结果

我们首先在三个独立的队列中验证了589名接受ICI治疗的黑色素瘤或NSCLC患者的数据，发现等级≥2的irAE与显著更长的总生存期（OS）和无进展生存期（PFS）相关。通过霰弹枪宏基因组学和培养组学的互补分析发现，出现等级≥2 irAE的患者其α多样性较低。宏基因组学结果显示，在等级≥2的irAE患者中，Ruminococcus gnavus和Streptococcus vestibularis富集；而通过培养组学从ir结肠炎患者的基线粪便样本中分离出了Clostridium paraputrificum和Streptococcus属细菌。对配对粪便样本的纵向分析显示，与ir结肠炎发生时相比，基线时微生物组组成发生了变化，Paraclostridium bifermentans和Clostridium paraputrificum》富集，脂多糖浓度降低，鞭毛蛋白浓度升高。将一名ir结肠炎患者的粪便微生物组移植到小鼠体内可诱导结肠炎症的替代标志物，并增强了联合抗PD-1/CTLA-4的抗肿瘤活性。从该患者样本中分离出的P. bifermentans在Caco-2单层细胞中直接破坏了上皮屏障，表现为ZO-1和Occludin免疫荧光信号减弱，以及和IL-1β>表达增加。此外，在葡聚糖硫酸钠（DSS）结肠炎模型中，P. bifermentans加剧了体重下降。在另一个肿瘤模型中，它增强了双重ICI的抗肿瘤效果。这种有益效果在使用P. bifermentans <3 kDa过滤上清液治疗后仍然得以维持。

结论

总的来说，我们的结果表明P. bifermentans在促进亚临床结肠炎的同时提高了双重ICI的疗效。这为irAE与改善的抗肿瘤反应之间提供了一个潜在的微生物组相关联系。

视频摘要