張寶忠 趙晶晶 章文成 龐青松

天津醫(yī)科大學(xué)腫瘤醫(yī)院放療科,國家腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心,天津市“腫瘤防治”重點實驗室,天津市惡性腫瘤臨床醫(yī)學(xué)研究中心 300060

0 引 言

腫瘤的治療技術(shù)在近些年得到了突飛猛進的發(fā)展，從手術(shù)治療、化學(xué)治療（化療）、放射治療（放療），靶向治療發(fā)展至免疫治療；在專注于研究治療手段的同時，研究者們也在關(guān)注如何充分發(fā)揮各種治療手段的療效、減少治療副作用，致力于研究影響各種治療技術(shù)的側(cè)面因素以及能夠預(yù)測治療效果的生物學(xué)指標(biāo)。近期備受關(guān)注的免疫治療在動物實驗和臨床試驗均取得了較好的結(jié)果；同時，研究者們發(fā)現(xiàn)腸道菌群的結(jié)構(gòu)組成和變化能夠在一定程度上影響免疫治療的療效，甚至通過檢測腸道菌群的結(jié)構(gòu)即能預(yù)測免疫治療是否有效。人們對腸道菌群與宿主之間復(fù)雜關(guān)系的關(guān)注可追溯到20世紀(jì)初期甚至更早。20世紀(jì)初期，Ilya Ilyich Mechnikov最先使用活微生物維持腸道健康并且延長壽命。隨著技術(shù)的發(fā)展，研究者們逐漸發(fā)現(xiàn)了腸道菌群與炎性腸病、哮喘、過敏性疾病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、I型糖尿病及多發(fā)性硬化等多種疾病存在關(guān)系[1]。本文將近年腸道菌群與機體及腫瘤免疫間的關(guān)系進行綜述。

1 腸道菌群與機體的免疫機制

人和動物的胃腸道內(nèi)棲息著大約30屬500多種細菌，主要由需氧菌、兼性厭氧菌和厭氧菌[2]組成；菌群含有人體10倍數(shù)量的細胞，100倍數(shù)量的基因，并具有代謝功能[3]。哺乳動物腸道內(nèi)的共生菌不僅能夠為宿主提供重要營養(yǎng)物，幫助降解宿主本身不能降解的化合物，還可幫助宿主抵抗機會致病菌及塑造小腸結(jié)構(gòu)[4]。哺乳動物的基因結(jié)構(gòu)并未編碼健康所需的全部信息，而微生物基因組的產(chǎn)物則在一定程度上彌補了此方面的不足，在幫助宿主抵抗多種疾病過程中起到了至關(guān)重要的作用[5]。因此在漫長的進化過程中，共生菌群與宿主相互依賴共存，哺乳動物免疫系統(tǒng)的某些基本功能需要與腸道微生物群落的相互作用來維持[6]。

腸道菌群的存在對于宿主免疫功能的構(gòu)建起著至關(guān)重要的作用，此作用在人或動物出生即存在。腸道菌群幫助塑造腸相關(guān)淋巴組織（gut associated lymphoid tissue，GALT）并維持其功能。GALT是人體重要的免疫器官，動物模型證實，腸道菌群的存在與GALT的發(fā)生發(fā)展有密切關(guān)系，無菌動物體內(nèi)的GALT嚴(yán)重不足[7]，共生菌一方面可幫助機體抵抗感染和某些疾??；另一方面其包括的一部分條件致病菌有可能誘發(fā)炎癥反應(yīng)，因此共生菌既能誘發(fā)抗炎反應(yīng)，又能誘發(fā)前炎癥反應(yīng)，維持菌群結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與正常免疫功能的關(guān)系很大。腸道菌群的存在，能夠長期刺激腸黏膜下Peyer’s淋巴結(jié)和腸系膜淋巴結(jié)，促進淋巴濾泡的發(fā)展和成熟[8]。有研究結(jié)果表明，腸道菌群能夠維持淋巴細胞（輔助T細胞Th、調(diào)節(jié)T細胞Treg）表達腫瘤壞死因子（TNF）、干擾素-γ（IFN-γ）等前炎癥因子的水平[9]。因此，腸道內(nèi)共生菌群的存在不斷刺激、激活并維持了腸道黏膜的固有免疫功能，使宿主機體能夠抵抗外來病原體的入侵[10]。另外，腸道菌群結(jié)構(gòu)的變化與某些炎性疾病、自身免疫性疾病相關(guān)[11]，如克隆氏病、哮喘、過敏性疾病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、I型糖尿病及多發(fā)性硬化等通常被認為是由T淋巴細胞驅(qū)動的；在動物模型和人體研究中均表明菌群變化導(dǎo)致的調(diào)節(jié)T細胞Treg功能的下調(diào)或缺失會導(dǎo)致炎性腸病、哮喘、過敏性疾病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、I型糖尿病、多發(fā)性硬化發(fā)病率的上升。近些年，動物實驗結(jié)果顯示，某些菌（如Clostridium）能夠增強獲得性免疫中的抗炎作用，導(dǎo)致外周循環(huán)中Foxp3＋Treg細胞擴增[12]，Treg細胞能夠表達 IL-10、CTLA-4、IL-2、TGF-β、IL-35 等因子，誘導(dǎo)免疫耐受和免疫抑制；而IL-10對維持表面環(huán)境（如肺和小腸）的免疫穩(wěn)定起著重要作用[13]。

T細胞在腫瘤的發(fā)生和發(fā)展過程中起到重要作用[14]，而菌群在T細胞的成熟、分化、募集等方面均起到了至關(guān)重要的作用。在嚙齒動物模型中，分段絲狀細菌刺激GALT而產(chǎn)生前炎癥成分[15-16]，導(dǎo)致樹突細胞分泌IL-17、IL-23、IL-6以及輔助T細胞-17(Th-17)的募集，但此反應(yīng)從未在成年人的菌群中檢測到；相反，有研究結(jié)果表明，這種反應(yīng)在人類幼年時存在并可能具有潛在的作用[17]。

2 腫瘤的免疫治療現(xiàn)狀

現(xiàn)代腫瘤免疫治療方法是通過增強人體自身免疫系統(tǒng)的免疫能力，提高對腫瘤細胞的識別和殺傷，同時抑制促腫瘤免疫機制來發(fā)揮作用。目前人們最關(guān)注的以及臨床證明最有效的免疫治療靶點是CTLA-4和PD-1/PD-L1。PD-1抑制劑單藥的應(yīng)用只在經(jīng)典型霍奇金淋巴瘤取得了較好的療效，有效率突破了60%，而在絕大多數(shù)實體瘤的動物實驗和臨床試驗中，單獨使用PD-1抑制劑的有效率只有10%～30%，因此目前所有針對PD-1/PD-L1的抑制劑均是通過與其他治療手段聯(lián)合應(yīng)用的，如化學(xué)治療、放射治療及靶向治療等。PD-1抑制劑聯(lián)合化療目前已被推薦用于晚期非小細胞肺癌（非鱗癌，一線靶向治療靶點陰性的）的一線治療。PD-1抑制劑聯(lián)合CTLA-4單抗已被批準(zhǔn)用于晚期轉(zhuǎn)移性惡性黑色素瘤的治療；而PD-1/PD-L1抑制劑聯(lián)合放療、靶向治療以及其他免疫靶點（IDO、TIM-3、LAG-3）阻斷劑的動物模型實驗和臨床試驗也正在開展，其中涉及腎癌、宮頸癌、肺癌、胃癌、腸癌及乳腺癌等多種惡性腫瘤[18-20]。

臨床研究結(jié)果表明，只有約20%的患者能從PD-1/PD-L1藥物中獲益，因此臨床上需要有效的預(yù)測因子來指示對于哪些患者能夠從PD-1/PD-L1抑制劑的治療中獲益，而目前FDA批準(zhǔn)能夠用于預(yù)測PD-1/PD-L1抑制劑療效的標(biāo)記物有PD-L1表達水平和高微衛(wèi)星不穩(wěn)定性（MSI）。PD-L1表達主要位于腫瘤細胞表面，目前大多數(shù)研究者認為，表達≥1%的患者對PD-1/PD-L1抑制劑的敏感性表達較好，而達到高表達（＞50%）的效果會更好。但是，臨床研究中也有結(jié)果與此結(jié)論不符[21-22]，高微衛(wèi)星不穩(wěn)定性（MSI-H）廣泛存在于多種惡性腫瘤細胞，而MSI-H的腫瘤患者均可能從PD-1藥物中獲益；另外，還有腫瘤突變負荷（tumor mutational burden，TMB）、腫瘤浸潤T細胞含量、中性粒細胞-淋巴細胞比率（neutrophil/lymphocyte ratio，NLR）也可能預(yù)測PD1/PD-L1的療效。有研究結(jié)果顯示，腫瘤細胞TMB的水平與患者PD-1抑制劑治療的有效率相關(guān)，但TMB的預(yù)測水平在不同腫瘤中存在較大差異。PD-1/PD-L1治療的根本在于激活T細胞，使其更好地對抗腫瘤，因此，腫瘤中T細胞的含量是藥物發(fā)揮作用的基礎(chǔ)。NLR是全身炎癥的標(biāo)志物，且與各種腫瘤的治療療效相關(guān)，包括化療和分子靶向治療，目前也有研究結(jié)果顯示，NLR與PD-1抑制劑的療效相關(guān)。

3 腸道菌群與腫瘤免疫治療的關(guān)系

機體免疫功能的主要武器是T淋巴細胞，如前文所述，菌群在機體環(huán)境中對調(diào)節(jié)性T細胞、輔助性T細胞的刺激以及其功能維持具有重要的作用。十年前有研究者報道了菌群，更準(zhǔn)確地說是一些次優(yōu)勢菌群如何在小鼠器官內(nèi)促進T細胞的募集[23]；近期有研究者否定了以往認為器官和腫瘤內(nèi)是無菌環(huán)境的觀點[24]，證實一些種類的細菌能夠伴隨腫瘤的生長，并隨著腫瘤的轉(zhuǎn)移而遷移[25]，如有研究發(fā)現(xiàn)Fusobacteriumnucleatum存在于結(jié)腸癌中，同時存在于原發(fā)腫瘤和肝臟轉(zhuǎn)移灶中，其存在與預(yù)后差存在相關(guān)性[26]。在小鼠體內(nèi)移植患者Fusobacterium nucleatum陽性的結(jié)直腸腫瘤，抗生素能夠延緩腫瘤的生長[25]。研究結(jié)果顯示，F(xiàn)usobacterium nucleatum可與天然免疫系統(tǒng)受體（TLR4）相互作用，調(diào)節(jié)自噬、減少凋亡及引起化療耐受[27]。最新的數(shù)據(jù)顯示，腫瘤組織中存在的細菌即使在遠離胃腸道的惡性腫瘤中也能通過免疫抑制來調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)，如胰腺導(dǎo)管腺癌內(nèi)的內(nèi)生細菌數(shù)量遠高于正常的胰腺組織，其通過抑制單細胞分化使T細胞失去功能[28]。有研究報道了特定菌種在體外對化療效果的影響（包括正面和負面的）；同時也報道了在體內(nèi)，瘤內(nèi)細菌的存在對某些化療藥物效果有負面影響（如吉西他濱）[29]。另外，一個利用小鼠的結(jié)腸癌模型進行的研究結(jié)果表明，瘤內(nèi)細菌的代謝功能可能是導(dǎo)致吉西他濱化療耐藥的原因[30]。另有研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，菌群能夠調(diào)節(jié)某些特定化療藥（如奧沙利鉑、環(huán)磷酰胺）的療效，是因其能夠促進抗腫瘤的免疫反應(yīng)[31-32]。

基因完全相同的小鼠移植不同來源的菌群后，對免疫治療產(chǎn)生不同的反應(yīng)；相反，同籠養(yǎng)殖的小鼠不會產(chǎn)生類似的差異。直接攝入雙歧桿菌屬（Bifidobacteriumspp.）能夠刺激腫瘤內(nèi)抗原提呈細胞，進而增加腫瘤特異性免疫以及對抗PD-L1免疫治療的反應(yīng)[33]。另有研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，抗生素治療后的小鼠和無菌小鼠均缺乏對CTLA-4阻斷的反應(yīng)，并建議對與此相關(guān)的菌群種類進行鑒定（如Bacteroidesfragilis）[34]。

關(guān)于腸道菌群與腫瘤的免疫治療，近兩年內(nèi)有3個研究組報道了人類相關(guān)數(shù)據(jù)。在不同類別的上皮腫瘤（非小細胞肺癌、腎細胞癌、尿路上皮癌）和惡性黑色素瘤中，某些腸道菌群對免疫治療的療效具有預(yù)測作用。免疫應(yīng)答者和無應(yīng)答者的菌群表型可通過菌群移植而發(fā)生改變，無菌小鼠或抗生素預(yù)處理的小鼠移植了應(yīng)答者或無應(yīng)答者的糞便菌群后會獲得相應(yīng)的表型。通過飼喂特定的菌種（Akkermansiamuciniphila）可讓無應(yīng)答表型的小鼠重新獲得應(yīng)答表型[35-37]；但對免疫治療有應(yīng)答患者所關(guān)聯(lián)的菌群，在這3項研究中均不同[38]。

一些吞噬黏蛋白的細菌能夠影響對免疫檢測靶點抑制劑的反應(yīng)（如A.muciniphila，B.longum），理論上其能夠讓一部分上皮細胞暴露給它們和一些其它細菌，由此誘發(fā)前炎癥反應(yīng)[39]。Zitvogel等假設(shè)了不同的腸道菌群引起的免疫刺激可能是由多種機制作用的，包括微生物和腫瘤抗原間的交叉反應(yīng)、對模式識別受體的刺激，在這些過程中微生物代謝產(chǎn)物有可能發(fā)揮系統(tǒng)調(diào)節(jié)效應(yīng)[40]。

4 腸道菌群的穩(wěn)定與變化

血液腫瘤和實體瘤的初步實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，腸道微生物結(jié)構(gòu)的變化或抗生素干預(yù)能夠影響小鼠模型的過繼細胞治療的療效[41-42]。小鼠實驗和人體試驗結(jié)果證實，飲食影響我們的微生物組學(xué)，腸道生態(tài)環(huán)境是在長期的飲食習(xí)慣中形成的，而調(diào)節(jié)菌群的可能性手段包括飲食細化、避免不合理應(yīng)用抗生素、糞便菌群移植、益生元/益生菌攝入等[43]，如Bacteroides屬和Prevotella屬的陽性率分別與動物蛋白/脂肪為主的飲食和植物碳水化合物為主的飲食有關(guān)系[44]，飲食變化造成腸道菌群生態(tài)的改變通?？稍诙虝r間內(nèi)發(fā)生[45]。

纖維素的攝入影響體內(nèi)短鏈脂肪酸的產(chǎn)生和特殊菌種的占比（Faecalibacteriumprausnitzii，Roseburiaspp），短鏈脂肪酸能夠通過G蛋白藕連受體43（GPR43）直接影響系統(tǒng)免疫調(diào)節(jié)[46]。與此類似，ω-3脂肪酸與GPR120發(fā)生作用，調(diào)節(jié)炎癥和胰島素敏感性[47-48]；多不飽和脂肪酸亦能短暫引起產(chǎn)短鏈脂肪酸菌屬增加，并有效促進生態(tài)平衡的恢復(fù)[49-50]。有研究結(jié)果表明，生活習(xí)慣，尤其是飲食中纖維素的攝入量能夠影響抗PD-1治療的反應(yīng)率[51]。糞便菌群移植（fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT）取得了令人意想不到的效果，如可治療Clostridiumdifficile感染和炎性腸病IBD。而現(xiàn)有的臨床研究數(shù)據(jù)證明，F(xiàn)MT應(yīng)用到高強度化療或自體造血干細胞移植治療過程中，可恢復(fù)腸道微生態(tài)治療患者難治性的急性抗排異反應(yīng)，或用在免疫治療中，能夠提高無應(yīng)答患者對免疫治療的應(yīng)答率[52]。

5 結(jié)語

在當(dāng)前免疫治療的研究過程中發(fā)現(xiàn)，腸道菌群不僅在宿主免疫機制中起著不可替代的作用，而且與多種炎性疾病相關(guān)可作為一個重要的生物標(biāo)記物對多種疾病進行預(yù)測，甚至對某些疾病治療的療效進行預(yù)測。在腫瘤發(fā)病率日漸上升的現(xiàn)階段，對腫瘤的放療、化療、靶向治療及免疫治療等各種治療技術(shù)發(fā)展突飛猛進，許多臨床研究和動物模型實驗均發(fā)現(xiàn)腸道菌群與抗腫瘤治療療效、并發(fā)癥之間存在密切的關(guān)系。綜上所述，腸道菌群可成為醫(yī)療干預(yù)的靶點，有效地改變腸道菌群表型甚至能夠改變個體對治療的敏感性，是腸道菌群發(fā)揮重要作用的另一個領(lǐng)域。而菌群的作用不僅限于此，人體共生菌群數(shù)量及其包含的生物信息量非常龐大，與人體免疫機制的關(guān)系錯綜復(fù)雜，現(xiàn)有的成果只是其冰山一角，其潛在功能亟待進一步研究和發(fā)掘。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突