肠道微生态与结直肠癌及其免疫治疗相关的研究进展*

赵佳颖，章如意，郑怡，邵政，方维佳△

1杭州富阳树康康复医院肿瘤康复科 浙江 杭州 311400

2浙江大学医学院附属第一医院肿瘤内科（三） 浙江 杭州 310003

肠道微生态以多种方式与肿瘤产生相互作用，特定的肠道微生物会促进肿瘤的发展并影响肿瘤治疗的有效性、安全性与耐受性。例如，肠道微生态可影响靶向细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4（cytotoxic T-lymphocyte-associated protein 4，CTLA-4）、程序性细胞死亡蛋白1或其配体（programmed death protein 1 or its ligand，PD-1/PD-L1）的肿瘤免疫治疗的效果[1]。尽管研究者们已认识到肠道微生态对肿瘤免疫治疗存在影响，但如何深入揭示相关机制及如何合理应用到临床，仍存在巨大的挑战，当动物研究模型拓展到人体研究时由相关生物学差异所导致的诸多困难是原因之一[2]。目前，结直肠癌（colorectal cancer，CRC）是第三大常见的癌症，也是癌症患者死亡的第二大原因[3]。在经济和生活方式快速发展变化的条件下，结直肠癌发病率往往随着人类发展指数的上升而增加[4]；同时，在资源和卫生基础设施不足的区域，死亡率有所增加[5]。2020年全球癌症统计数据显示，中国男性结直肠癌患者的死亡率高达31.99%，女性患者的死亡率为28.89%[6]；而转移性结直肠癌患者的5年生存率低于20%[7]。部分结直肠癌患者能从免疫检查点抑制剂治疗中获益[8]，目前免疫疗法仅对微卫星高度不稳定型（microsatellite instability-high，MSI-H）及以错配修复缺陷（mismatch repair deficiency，dMMR）为特征的一小部分结直肠癌患者有效[9]。对于MSI-H结直肠癌患者，PD-1/PD-L1阻断治疗的有效率为30%～50%，而肿瘤被控制后仍可能出现疾病的再次进展，这提示存在耐药[10]。因此，在前沿实验研究的基础上，在结直肠癌患者尤其是晚期患者中，稳步推进人体新药临床研究具有重要的临床意义[11]。本文拟从基础研究与转化研究的角度回顾近年来肠道微生态与结直肠癌及其免疫治疗相关的研究进展，梳理其中相关的分子作用机制和潜在的疗效预测标志物，以期为该领域后续的研究提供新的思路。

1 肠道微生态与结直肠癌

人体的肠道菌群及其生存的肠道环境构成肠道微生态，其中肠道菌群占据肠道微生态的核心地位[12]。肠道微生态包含数量庞大、结构复杂的微生物，如细菌、真菌、古细菌、原生动物和病毒等。肠道微生态影响机体多种生理活动，尤其是新陈代谢、炎症活动及免疫反应[13]，在癌症的发生、发展及治疗方面也发挥着重要作用[14]。其中，人类肠道微生态中的细菌大部分与宿主共生[15-16]，它们可以调节肠道屏障功能，维持肠道黏膜免疫稳态，防止病原体感染及过度生长[17]。肠道微生态对肿瘤的影响及其作用机制的探索多体现在肠道菌群方面。肠道菌群可通过以下方式促进肿瘤形成和（或）进展：（1）分泌微生物产物，包括产毒分子和氧化应激相关的分子及其代谢物；（2）通过附着、侵袭和易位方式与宿主细胞直接接触并发生相互作用；（3）修饰宿主基因组和信号通路[18]。例如，具核梭杆菌、厌氧消化链球菌和产肠毒素脆弱拟杆菌通过诱导肿瘤细胞增殖[19-20]、促进炎性反应[21]、诱导DNA损伤[22]和介导肿瘤免疫逃逸[20]等方式促进肿瘤进展。其中，具核梭杆菌可以通过粘附素Fap2抑制自然杀伤细胞毒性和肿瘤浸润淋巴细胞表达T细胞免疫受体（T cell immunoglobulin and ITIM domain，TIGIT），促成免疫逃逸[23]。

1.1 肠道菌群对结直肠癌相关基因突变的影响

结直肠癌的发生与导致正常肠上皮细胞向恶性肿瘤转变的一系列基因突变相关[24]。小鼠研究表明，pks+致病性大肠杆菌长期暴露于肠道内会诱导DNA双链断裂，造成肿瘤相关基因突变风险增加[25]，并可在特定炎性肠病模型中促进结直肠癌的发生[26]。而产肠毒素脆弱拟杆菌分泌的脆弱拟杆菌毒素可激活宿主IL-17R、NF-κB、STAT3通路，诱导致癌炎症级联反应，影响肠道正常屏障功能[21,27]，同时，该毒素可提高染色质对AP-1/ATF转录因子结合位点的可及 性[28]，从而启动结直肠癌进程。

1.2 肠道菌群对肠道免疫微环境的调节

肠道菌群通过影响局部和（或）全身的免疫反应参与机体免疫调节。具核梭杆菌于结直肠腺瘤、结直肠癌中富集[29]，这可能基于粘附素Fap2的介导作用[30]；此外，具核梭杆菌通过表达另一种粘附素——FadA，并与肿瘤细胞表面分子结合以促进肿瘤生长[31]，同时招募髓源性抑制细胞、M2巨噬细胞等免疫抑制性细胞，抑制自然杀伤细胞及肿瘤浸润淋巴细胞的作用以形成有利于疾病进展的肿瘤微环境，逃避免疫监视[23,32]。

1.3 肠道菌群对肿瘤相关代谢的影响

肠道菌群的组成来源于不同肠道部位的微生物群，而除肠道菌群的组成及其变化外，不同条件下 的肠道菌群对机体代谢的作用亦影响结直肠癌的进程[33-34]。例如，肠道菌群可通过调节内源性胆固醇代谢以维持肠道免疫稳态[35]。基于不同人群粪便样本进行的宏基因组分析结果显示，结直肠癌患者肠道中富集的细菌种类与脂多糖代谢途径相关[36-37]，后者可通过增强LR4信号通路传导作用促进结直肠癌肝转移[38]。

2 结直肠癌与免疫治疗

2.1 肿瘤免疫治疗概况

免疫疗法已用于多种恶性肿瘤，治疗方法主要集中在Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）激动剂、疫苗、免疫检查点抑制剂和过继性细胞疗法（adoptive cell therapy，ACT）等方面，其中抗CTLA-4抗体、抗PD-1/PD-L1抗体等免疫检查点抑制剂是恶性肿瘤免疫治疗的热点[1]，基于免疫检查点的作用是调节T细胞和B细胞活性从而维持生物体的免疫稳态[39]。例如，抗CTLA-4抗体能增加外周血中活化T细胞的水平[40]，而抗PD-1抗体和抗PD-L1抗体则主要作用于介导肿瘤细胞免疫逃逸的PD-1/PD-L1通路，解除T细胞的免疫“刹车”状态[41]。

2.2 结直肠癌的免疫治疗研究

目前，肿瘤免疫治疗更多应用于血液系统恶性肿瘤及传统的免疫敏感型肿瘤（如恶性黑色素瘤）[42-43]，而对于结直肠癌，免疫疗法如抗PD-1抗体仅被批准用于以MSI-H表型为特征的一小部分患者。KEYNOTE-177研究经过44.5个月的随访，相对于化疗组36.7个月的中位生存期，应用抗PD-1抗体组患者的中位生存期仍未达到，化疗组的中位无疾病进展生存期为8.2个月，抗PD-1抗体治疗组为16.5个月[44-45]。另有临床研究发现，联合应用免疫检查点抑制剂的治疗方案或可延长晚期难治性结直肠癌患者的总生存期，在这项2期的随机研究中，研究者将180例患者以2:1的比例随机分配至曲美木单抗+度伐利尤单抗+最佳支持治疗组或单独的最佳支持治疗组，该研究的中位随访时间为15.2个月，而两组的中位总生存期分别为6.6个月、4.1个月[46]。

2.3 结直肠癌免疫治疗耐药的潜在应对策略

临床前动物实验和临床患者研究结果表明肠道菌群会影响免疫检查点抑制剂的治疗反应，其中，肠道菌群的多样性和丰度对治疗效果和预后有影响[47-48]。例如，肠道菌群可促使具有正向作用的T细胞运输至结直肠癌肿瘤组织[49]。而在体外实验中，T细胞募集趋化因子的表达与大肠杆菌、脆弱拟杆菌的增加（in vitro），以及厚壁菌门（特别是毛螺菌科、瘤胃球菌科）、拟杆菌属、变形菌门的丰度（ex vivo）[50]显著相关，这可为解决免疫治疗耐药性问题提供新的思路。

3 肠道菌群与结直肠癌免疫治疗

3.1 肠道菌群影响免疫治疗反应的分子机制

肠道菌群可参与调节机体对抗肿瘤治疗的耐受性和反应。鼠李糖乳杆菌GG等肠道共生菌可促使细胞毒性T细胞和辅助性T细胞聚集至结直肠癌肿瘤组织中，从而提高抗肿瘤免疫力，并提高宿主对免疫检查点抑制剂的反应[49,51-53]。双歧杆菌属和嗜粘蛋白—阿克曼氏菌可通过促进树突状细胞的抗原呈递来提高免疫检查点抑制剂的治疗反应[54]。Mager等[55]发现假长双歧杆菌、约氏乳杆菌和欧陆森氏菌增强了免疫检查点抑制剂在小鼠模型中的疗效，其中假长双歧杆菌通过产生代谢物肌苷发挥作用，而广谱抗生素的使用则削弱了疗效[56]，后者可能是肠道菌群失调所导致的。此外，具核梭杆菌水平与MSI-H结直肠癌中的肿瘤浸润细胞表达水平呈负相关，且与促癌免疫反应有关[57]；而肠道菌群代谢产物丁酸盐则可起到减缓结肠癌生长并维持肠道免疫稳态的作用[58]。

3.2 .肠道菌群与免疫治疗相关的转化研究

3.2.1 转化研究的相关进展 探讨肠道菌群的调节功能与结直肠癌免疫检查点抑制剂治疗反应关系的研究已有报道。Overacre-Delgoffe等[59]在结直肠癌小鼠模型中引入肝螺杆菌（Hhep），增加了细胞毒性淋巴细胞对肿瘤的浸润并抑制了肿瘤生长；Hhep定植诱导Hhep（-）特异性滤泡辅助性T细胞（T follicular helper，Tfh），增加了结肠Tfh数量，并支持Hhep（+）肿瘤邻近三级淋巴结构的成熟进程。因此，免疫原性肠道细菌的引入可以增强结肠Tfh相关的抗肿瘤免疫，为治疗结直肠癌提供新的思路。一项针对6 018例健康体检者进行的回顾性横断面临床研究结果提示，幽门螺杆菌的感染增加了结直肠腺瘤及晚期腺瘤的发生风险[60]，由此认为，临床中重视幽门螺杆菌的防治对于预防结直肠癌具有潜在价值。此外，一项临床研究对结直肠癌患者基线粪便样本的肠道菌群进行了分析，发现梭杆菌属丰度低的患者对瑞戈非尼+特瑞普利单抗的治疗反应相对较好，且梭杆菌属丰度高的患者的中位无进展生存期短于丰度低的患者（2.0个月vs.5.2个月，P=0.002）[61]，因此，通过降低基线梭杆菌属的丰度来改善患者预后或是一种潜在的治疗策略。

3.2.2 转化研究的局限性 人们利用微生物群以增强肿瘤免疫治疗的效能是有限的，因为主导某一特定共生细菌促进或抑制肿瘤生长的潜在作用机制尚存在诸多有待明确的地方。此外，虽然大部分肿瘤免疫治疗的作用机制依赖于激活T细胞，但微生物特异性T细胞增强或削弱抗肿瘤免疫反应的作用还有待于进一步研究[59]。微生物群是宿主免疫反应的重要调节因子，然而，开发基于抗肿瘤微生物群的治疗策略一直具有挑战性，目前已有研究分别就不同的细菌分类进行探索[48,54]。免疫反应与微生物群成员之间的相互作用密切，宿主环境的改变会影响肠道菌群相关的免疫反应，如感染、炎症和饮食等对微生物特异性T细胞的免疫反应有重要影响[62-64]。免疫疗法对结直肠癌的疗效具有局限性，其原因尚未完全明确，除需要对结直肠癌独特的肿瘤微环境进行更深入的研究外[59]，还应注意肿瘤所在部位（左侧或右侧）[50]。

3.3 肠道菌群调节免疫治疗反应的前沿探索

已有啮齿动物模型研究基于粪菌移植的研究方法展开了相关探索，结果提示参与调节人体免疫的细菌可直接影响模型动物接受免疫检查点抑制剂的治疗反应，这或与增强CD8+T细胞及髓样树突状细胞相关的肿瘤浸润有关[65]。Tanoue等[51]开发了一个由11种细菌组成的混合物（其中7种属于拟杆菌目），并将其定植于模型小鼠，结果发现它们协同作用可提高免疫检查点抑制剂的治疗效果。由此可见，肠道菌群对免疫治疗成功与否有着不容忽视的作用，但目前仍然无法明确哪些细菌具有重要临床意义及它们的具体作用机制。关于减少肠道菌群对免疫治疗反应的影响的措施，目前被广泛认可的是避免预先或同时使用抗生素[47]。而基于已有的研究结果可认为，通过增加益生元、益生菌及采用饮食干预、粪菌移植等方法对肠道菌群进行有针对性的调节，也是提高免疫检查点抑制剂治疗反应的潜在策略。一项临床研究发现，在难治性转移性黑色素瘤患者中，基于完全缓解供体的粪菌移植联合再次引入抗PD-1抗体治疗是安全、可行和潜在有效的[43]。另一项临床研究发现，在晚期黑色素瘤患者中采用粪菌移植方法联合抗PD-1抗体改变了患者肠道菌群的构成并重编程了肿瘤微环境，这对克服对抗PD-1抗体的耐药性有一定作用[66]。

一些细菌能够伴随结直肠癌的生长并迁移至肿瘤转移部位[67-68]。梭杆菌被发现具有抑制抗癌T细胞介导的适应性免疫的作用[69]，对部分结直肠癌患者的生存期有影响，具有研判预后的潜在价值[70-71]。也有数据表明特定细菌与人类结直肠癌相关，如粪便和肠道组织中的具核梭杆菌被认为是结直肠癌的潜在生物标志物[72]。肠道菌群在结直肠癌发病机制中的作用及其对治疗结果潜在影响机制的进一步明确，将为开发基于肠道微生态的靶向治疗提供更多可能。

4 小结与展望

结直肠癌免疫治疗领域的治疗需求日益增多，有关肠道微生态与结直肠癌免疫治疗反应关系的探讨已成为该领域基础研究与转化研究的热点，在新技术和新理念的推动下，这方面的研究获得了持续的关注和大力的发展。值得注意的是，其中大部分有关肠道微生态的研究属于横断面研究，即在单个时间点取样，具有明确干预措施的纵向研究尚有待开展。此外，后续还可开展针对结直肠癌免疫微环境的研究，先进的菌群及其代谢物递送系统（包括粪菌移植）的研究来探讨如何调节、重塑人体肠道微生态，以致力于实现结直肠癌免疫治疗反应的突破性提高。

利益冲突声明 全体作者均声明不存在与本文相关的利益冲突。