浅谈肠道菌落群调节免疫反应增强肿瘤治疗效果

夏冰清　朱晶宇　阮巍山　高燕萍　叶建明　张秋生

【摘要】 肠道菌落是否正常与人体健康有密切的联系， 正常健康的菌落有利于人体消化系统、免疫系统等的平衡， 一旦肠道菌落出现异常， 就可能导致糖尿病、心脑血管疾病、肿瘤等多种疾病的发生。最新一项研究表明， 在抗肿瘤的药物治疗中， 肠道菌落也起到了非常重要的作用， 肠道菌落群能够通过调节免疫反应， 达到增强肿瘤治疗效果的目的。

【关键词】 肠道菌落群；免疫反应；肿瘤治疗

DOI：10.14163/j.cnki.11-5547/r.2017.23.116

肠道菌落的种类丰富， 且是已知生态系统中细胞密度较高的一类。多种多样的肠道菌落群使自身物质及信息的交换成为可能， 同时， 它也能参与人体的代谢与化学物质进行转化。此外， 肠道菌落可通过改善肿瘤微环境、促进相关免疫反应等方式， 令抗癌药物的疗效在最大程度上得以发挥。

1 肠道菌落群的免疫功能

肠道菌落群可对宿主细胞的免疫系统进行调节， 特别是在肠道的黏膜免疫中发挥重要的作用。不同于健康小鼠， 无菌小鼠（GF小鼠）的派伊爾淋巴集结较小、肠上皮内淋巴细胞减少、免疫球蛋白A（IgA）分泌受损、抗菌肽释放减少， 但这些免疫缺陷均可通过肠道菌落群的作用及时得到纠正。分段丝状菌有利于激活肠黏膜固有层树突细胞， 从而促进Th17细胞的发育；梭状芽孢杆菌和脆弱拟杆菌有利于加速Treg细胞的分化；细菌代谢产物短链脂肪酸（SCFAs）对Treg细胞的数量和功能具有一定的调节作用， 还可促使肠上皮细胞分泌白细胞介素-18（IL-18）， 影响黏膜免疫。因此， 肠道菌落群可通过调节炎症和抗肿瘤免疫反应， 改善肿瘤治疗的过程。

2 增强小分子类药物的肿瘤治疗效果

2. 1 铂类化合物 铂类药物是一种最常见的抗肿瘤药物， 早期研发的铂类药物具有较强的毒性和耐药性， 随着科技的不断发展， 越来越多毒副作用减弱的铂类抗肿瘤药物被研发出来， 目前已有5种铂类药物成功上市， 其中应用最广泛的为卡铂和奥沙利铂。同时洛铂、奈达铂、庚铂在亚洲部分地区成功上市。

有关学者曾以无菌小鼠进行过相关试验， 结果显示， 肠道菌落群的有无对铂类化合物的抗肿瘤效果存在较大影响， 在缺少肠道菌落群的情况下， 其疗效表现较差[1]。以往基因表达分析研究表明， 铂类化合物发挥抗肿瘤作用时， 与肿瘤坏死因子之间无明显联系， 主要是经一定作用生成活性氧簇（ROS）， 从而对组织细胞的DNA造成损伤， 致其凋亡[2]。而在经ABX处理的小鼠或是GF小鼠细胞中， 由于缺少肠道菌落群而令ROS的生长成数量明显减少， 进而降低其细胞毒性， 使铂类化合物的抗肿瘤效果大幅减弱。

2. 2 环磷酰胺 作为一种在对抗肿瘤方面效果较为显著的药物， 环磷酰胺的相关研究颇受关注。它属于烷基化药物， 目前在抗肿瘤临床中很受重视。环磷酰胺类药物可有效杀死免疫原性肿瘤细胞， 同时免疫抑制性T细胞造成一定程度的破坏。另外， 此类药物可通过对Th1和Th17细胞的辅助作用， 使肿瘤细胞的恶性增殖得到良好控制。有报道表示， 在治疗肠道类相关疾病的过程中， 若使用链霉素或氨苄西林等广谱抗生素， 可令脾细胞对白细胞介素-17（IL-17）以及γ干扰素（IFN-γ）的环磷酰胺刺激性分泌得到抑制[3]。而当使用特异性抗生素， 如万古霉素或革兰阳性菌等予以治疗时， 亦可令环磷酰胺诱导型Th17细胞的转化有所减少。此外， 一些研究所得也说明， 肠道微生物对于由环磷酰胺所引发的宿主免疫反应存在较好的调节作用， 由此可使环磷酰胺在抗肿瘤方面的疗效得以提升[4， 5]。

2. 3 CpG寡核苷酸 机体的免疫系统主要经高度保守的受体对病原体予以识别， 进而使其固有免疫或获得性免疫应答过程激活， 发挥免疫效用。就目前而言， 受体研究中最为透彻的一类包含由10个分子家族组成的Toll样受体（TLR）。其中作为TLR9受体激动剂的CpG寡核苷酸（CpG-ODN）对浆细胞样树突状细胞（pDC）具有直接诱导作用， 可加速其活化与成熟， 对Th1型细胞因子的分泌过程具有良好的促进作用， 同时还可促使抗原提呈细胞（APC）快速成熟与活化， 由此激活免疫系统， 发挥相应作用。此类研究表示， 对于细菌产物， 如脂多糖（LPS）等在经由TLR4活化后， 可对肿瘤相关的骨髓细胞的CpG-ODN免疫应答反应产生间接甚至直接的诱导作用， 而肠道菌落群的缺乏可对CpG-ODN抗肿瘤反应产生较大影响， 致其疗效大打折扣。

3 肠道菌落群增强检测点抑制剂及抗体类药物的肿瘤治疗效果

3. 1 增强检测点抑制剂的治疗效果 作为T淋巴细胞的一类负调节器， 细胞毒性T细胞相关蛋白-4（CTLA-4）对机体免疫系统存在很大影响， 可在一定程度上削弱药物的抗癌能力， 目前很多专家都尝试以此作为癌症免疫治疗靶点， 进行该方面的研究。免疫检查点抑制剂Ipilimumab在2011年获得美国FDA批准并上市， 主要应用于晚期黑色素瘤的临床治疗。主要通过和CTLA-4相结合， 使得CTLA-4及其配体CD80/CD86间的相互作用受到阻滞， 进而加快T细胞活化与增殖。不过， 部分临床研究表示， 经此法治疗的黑色素瘤患者中， 生命得以延长的仅有20%， 对此经16SrRNA高通量基因测序分析， 结果显示肠道菌落群数量受CTLA-4抗体药物的影响较为显著， 其中CTLA-4封锁使得存在于小鼠粪便中的拟杆菌属与伯克氏菌属自数量上大幅减少[1， 2]。同时经实时荧光定量核酸扩增检测系统（QPCR）对小肠黏膜与粪便中存在的拟杆菌属予以分析研究， 结果发现在使用CTLA-4抗体药物的过程中， 拟杆菌属的相对丰度降低， 而存在于小肠黏膜中的多形拟杆菌与单行拟杆菌等特殊种属的相对丰度反而有所增加。因此在相关后续研究中， 有学者将多形拟杆菌及脆弱拟杆菌等特定生物种群， 定植于经由ACS处理的小鼠或GF小鼠的肠道之中， 结果发现， 肠道菌落群的再生可使抗CTLA-4抗体药物的疗效得以恢复[6]。另外， 以口服的方式对使用CTLA-4抗体药物治疗的GF小鼠给予脆弱拟杆菌， 在提升其淋巴肿瘤细胞中的Th1免疫应答方面具有积极作用， 同时可加速树突细胞的成熟与分化。以上研究显示， 在CTLA-4检测点抑制剂抗肿瘤免疫刺激方面， 拟杆菌属具有良好的调节作用， 可发挥重要的作用。endprint

3. 2 肠道菌落增强抗体类药物的肿瘤治疗效果 在肿瘤治疗方面， 肿瘤逃逸是该类研究中所面临的一项较大难题。相关报道表示， 程序性死亡因子配体-1（PD-L1）和肿瘤的免疫逃逸机制有很大联系[3]。癌细胞可于自身表面形成PD-L1， 并与T细胞表面的细胞膜蛋白受体PD-1相结合， 而PD-L1/PD-1信号通路一旦激活， 就会形成一种免疫抑制性的肿瘤微环境， 进而使得肿瘤细胞能够逃脱机体免疫系统的监视， 无法对其产生杀伤力， 故有利于肿瘤细胞的形成及生长。因而在治疗中使用PD-L1/PD-1抗体类药物方可对相应信号通路予以阻断， 使得利于肿瘤生长的免疫微环境得到有效改善， 并促使内源性的抗肿瘤免疫效应不断增强。另外， 在自身特异性T细胞应答与肿瘤内CD8+ T细胞累积方面， JAX小鼠均顯著高于TAC小鼠， 由此可见， 二者在抗肿瘤免疫反应方面存在的差异与相关免疫系统的介导具有较大联系。大量研究测试表明， 双歧杆菌和漫游的树突状细胞间可以发生相互作用， 而此类作用对于相关免疫反应的发生具有积极的促进作用， 进而可以令肿瘤杀伤性T细胞被有效激活[7-10]。由此看来， PD-L1/PD-1抗体在表现出的抗肿瘤效应方面具有个体差异， 该原因可能在于不同个体之间在肠道微生物组成方面存在差异， 而双歧杆菌对抗肿瘤免疫反应具有良好的促进作用， 同时还可令PD-1/PD-L1抗体发挥的抗肿瘤作用得以增强。

4 小结

作为机体组成的一部分， 肠道的正常运转重要且复杂， 对人体健康起着十分关键的作用。近年来， 越来越多的专家学者将研究重心转移到肠道微生物与免疫系统之间的联系， 很多报道显示， 机体肠道中的菌群在抗肿瘤免疫反应方面具有重要作用[11， 12]， 而通过对二者之间的联系予以研究， 并据此对肠道菌落群进行适当调节， 进而对免疫疗法进行不断改善， 已发展成为肿瘤治疗中的一种新型方法。希望未来有更多相关方面的研究， 使肿瘤治疗更加有效， 真正造福肿瘤患者。

参考文献

[1] Vétizou M， Pitt JM， Daillère R， et al. Anticancer immunotherapy by CTLA-4 blockade relies on the gut microbiota. Science， 2015， 350（6264）：1079.

[2] Pardoll DM. The blockade of immune checkpoints in cancer immunotherapy. Nature Reviews Cancer， 2012， 12（4）：252-264.

[3] Sivan A， Corrales L， Hubert N， et al. Commensal Bifidobacterium promotes antitumor immunity and facilitates anti-PD-L1 efficacy. Science， 2015， 350（6264）：1084.

[4] 马守宝， 刘海燕. 肠道菌群在肿瘤进程中的作用及其临床研究进展. 中国肿瘤生物治疗杂志， 2016， 23（3）：318-325.

[5] 董开芯， 王正强， 于新娟， 等. 胃肠道菌群与肿瘤发生的关系. 现代生物医学进展， 2014， 14（11）：2196-2200.

[6] 宗方方， 谭俊， 邵雷， 等. 肠道菌群调节免疫反应增强肿瘤治疗效果. 工业微生物， 2016， 46（1）：53-56.

[7] 薛越， 王青青. 肠道菌群与恶性肿瘤的研究进展. 实用肿瘤杂志， 2016， 31（1）：9-13.

[8] 黄亚， 吴红艳. 肠道菌群与抗肿瘤治疗. 中国免疫学杂志， 2016， 32（12）：1859-1861.

[9] 韩晓丹， 张俊伶， 樊赛军. 肠道菌群对肿瘤治疗的影响. 中国肿瘤临床， 2016， 43（22）：1017-1020.

[10] 靳雅荣， 宋鑫. 肠道菌群干预肿瘤负性免疫调控机制的研究进展. 中国肿瘤生物治疗杂志， 2017， 24（3）：215-221.

[11] 何健. 进食和禁食可激发不同的免疫反应. 国外医学情报， 2003（5）：25.

[12] 傅佑丽. 我们能否有选择地关闭免疫反应？ 世界科学， 2005 （11）：44.

[收稿日期：2017-04-21]endprint