《细胞》子刊：仁济医院团队揭示具核梭杆菌促进肠癌对免疫治疗耐药的机制!

来源：奇点糕 2023-05-22 14:55

最近，《细胞·宿主&微生物》杂志上刊登了上海交通大学医学院附属仁济医院房静远、陈萦晅研究团队的最新研究成果[1]，他们发现，一部分结直肠癌（CRC）患者对PD-1抑制剂治疗不响应与较高的具核梭杆菌丰度

检查点抑制剂可以激活免疫，带来持久的抗肿瘤作用，但是由于肿瘤的广泛异质性，即使是同一类肿瘤，患者对治疗的响应也有很大差异。因此，在不同的肿瘤中，寻找对免疫检查点抑制剂不起效的潜在原因，以改善治疗效果是非常重要的。

最近，《细胞 宿主 微生物》杂志上刊登了上海交通大学医学院附属仁济医院房静远、陈萦晅研究团队的最新研究成果[1]，他们发现，一部分（CRC）患者对PD-1抑制剂治疗不响应与较高的具核梭杆菌丰度有关。

从机制上看，这是由于具核梭杆菌的代谢产物琥珀酸会抑制环状GMP-AMP合酶（cGAS）-干扰素 （IFN- ）通路，降低肿瘤中趋化因子水平，限制了CD8 T细胞向肿瘤微环境迁移，从而抑制了抗肿瘤反应。

通过对9例接受PD-1抑制剂+瑞戈非尼治疗的转移性CRC患者进行宏基因组测序，研究人员发现，治疗响应者与不响应者的肠菌组成有显著差异，不响应者的梭杆菌属、别样杆菌属、臭气杆菌属、嗜胆菌属和Indibacter属。

在另一个接受同样治疗方案的32例患者的队列中，无响应者的粪便中富集程度最高的正是具核梭杆菌。在这个队列中，高具核梭杆菌丰度的患者无进展生存期（PFS）明显缩短。在患者切除的肿瘤组织中，无响应者的具核梭杆菌丰度也明显更高，而其他细菌则没有这种变化，同样，高具核梭杆菌丰度与PFS和总生存期（OS）缩短有关。

高具核梭杆菌（红）和低具核梭杆菌（蓝）水平患者的PFS

研究人员分别将响应者和无响应者的粪菌移植给处理过的无病原体小鼠， 完美复刻 了患者中的一系列现象。他们还在单独接受瑞戈非尼治疗的患者中重复了试验，排除了瑞戈非尼也是潜在 受害者 的可能性。

这些结果都表明，高具核梭杆菌丰度与CRC患者PD-1抑制剂治疗不响应有关。

为了挖掘其中的机制，研究人员分别给小鼠移植了MC38和CT26肿瘤细胞（均为细胞系），给小鼠口服具核梭杆菌，并使用PD-1抑制剂进行治疗，在未口服具核梭杆菌前，PD-1抑制剂能够有效减缓肿瘤生长，但口服后，PD-1抑制剂的治疗效果逐渐被削弱，而口服非致病性大肠杆菌的小鼠则没有这种情况。

具核梭杆菌并没有改变小鼠的整体肠菌组成，但是减少了肿瘤的CD8 T细胞浸润。CD8 T细胞毕竟是杀灭肿瘤的主力军，因此，研究人员着重对这一现象进行了研究。

他们发现，在PD-1抑制剂存在的情况下，具核梭杆菌显著降低了CD8 T细胞的IFN- 和肿瘤坏死因子- （TNF- ）水平，以及肿瘤趋化因子CCL5和CXCL10的水平，CD8 T细胞的减少很大程度上介导了PD-1抑制剂治疗的失效。

具核梭杆菌降低了CCL5和CXCL10的水平

口服灭活的具核梭杆菌并不会导致PD-1抑制剂失效，研究人员推测，具有活性的具核梭杆菌产生的代谢物或许是罪魁祸首。他们迅速对第一个队列中的患者的血清样本进行了代谢组学分析，发现了无响应者中有4种代谢物水平显著升高。再结合与其他多个队列的交叉验证，锁定了琥珀酸。体外培养实验也证实了具核梭杆菌的琥珀酸产生能力。

与磷酸缓冲液对照组相比，口服或注射琥珀酸都减弱了小鼠的PD-1抑制剂治疗效果，减少了肿瘤CD8 T细胞的浸润，并且削弱了CD8 T细胞的细胞毒性。

此前的研究认为，拟杆菌门细菌是主要的琥珀酸产生菌，但无论是队列中的患者，还是小鼠，粪便中已知的琥珀酸产生菌脆弱拟杆菌、普通拟杆菌和多形拟杆菌均没有丰度差异，这说明，就是具核梭杆菌产生的琥珀酸干扰了PD-1抑制剂。

使用抗生素甲硝唑消除小鼠的具核梭杆菌后，血清琥珀酸水平显著下降，PD-1抑制剂的治疗效果也得以恢复，而使用具核梭杆菌耐药的红霉素进行处理后，小鼠的具核梭杆菌、琥珀酸水平和PD-1抑制剂疗效都没有发生变化，这也印证了具核梭杆菌与琥珀酸的 绑定 作用。

甲硝唑消除具核梭杆菌后PD-1抑制剂治疗（蓝色虚线）效果恢复

RNA测序显示，口服具核梭杆菌后对PD-1抑制剂不响应的小鼠的肿瘤中，与IFN- 产生和适应性免疫有关的基因显著减少，实时PCR和体外培养均观察到了IFN- 的减少，IFN的产生需要cGAS与STING结合并激活，这也是免疫治疗过程中抗的必要步骤。

趋化因子CCL5和CXCL10是两个关键的IFN响应蛋白，介导效应T细胞进入肿瘤。前面的实验已经表明，具核梭杆菌能够降低CCL5和CXCL10的水平，研究人员接下来的迁移实验则显示，琥珀酸和具核梭杆菌上清液都能够减少CD8 T细胞的迁移，但补充了CCL5和CXCL10之后可以得到恢复。

这样一来，路线就很清晰了，高丰度的具核梭杆菌产生的琥珀酸，通过抑制cGAS-IFN- 途径，减少了趋化因子CCL5和CXCL10，使得CD8 T细胞向肿瘤的迁移也随之减少，导致PD-1抑制剂无法达到令人满意的抗肿瘤作用。

这对于接受免疫治疗的CRC患者的临床具有重要意义，可将具核梭杆菌和血清琥珀酸作为预测免疫治疗疗效的非侵入性生物标志物，另外，根除具核梭杆菌或降低琥珀酸水平也可能能够作为提高CRC免疫治疗响应的新策略。

参考文献：

[1] Jiang S S, Xie Y L, Xiao X Y, et al. Fusobacterium nucleatum-derived succinic acid induces tumor resistance to immunotherapy in colorectal cancer[J]. Cell Host Microbe, 2023.

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