腸道菌群與肝癌免疫治療的研究進(jìn)展

張 鑫, 梁 斌

張鑫, 梁斌, 華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院放射科 湖北省武漢市 430022

0 引言

原發(fā)性肝癌是全球第六大常見癌癥和第三大癌癥死亡原因, 肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)占原發(fā)性肝癌病例的75%-85% , 中國是肝癌高危險(xiǎn)地區(qū). 大多數(shù)肝癌患者確診時(shí)已是中晚期而失去根治性治療的機(jī)會(huì), 目前現(xiàn)有的治療方法并不理想. 免疫療法通過激活腫瘤特異性免疫應(yīng)答為腫瘤的治療帶來了新的希望. 隨著腫瘤免疫治療取得一系列進(jìn)展, 肝癌免疫治療也受到了越來越多的關(guān)注, 免疫檢查點(diǎn)抑制劑(immune checkpoint inhibitor, ICI)的應(yīng)用是目前研究的熱點(diǎn). 人體的腸道菌群是一個(gè)龐大而復(fù)雜的體系, 在消化、免疫等各項(xiàng)生命活動(dòng)中發(fā)揮重要作用. 肝臟與腸道具有特殊的解剖和生理關(guān)系, 越來越多證據(jù)表明, 腸道菌群在肝癌的發(fā)生發(fā)展中起著關(guān)鍵作用. 近些年來研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群的變化可以預(yù)測或影響腫瘤免疫治療療效. 因此, 研究腸道菌群與肝癌免疫治療的關(guān)系, 對預(yù)測和提高肝癌免疫治療的療效可能有重要意義.

1 腸道菌群與肝細(xì)胞癌

肝細(xì)胞癌通常發(fā)生在肝臟慢性炎癥的背景下, 諸如病毒性肝炎、酒精性肝病(alcohol-related liver diseases, ALD)、非酒精性脂肪性肝炎(nonalcoholic steatohepatitis, NASH)、非酒精性脂肪肝(non-alcoholic fatty liver disease, NAFLD)及肝硬化等.

腸道和肝臟通過門靜脈緊密相連, 這使得肝臟不僅可以接受血液中來自腸道豐富的營養(yǎng)物質(zhì), 也暴露于腸道菌群的代謝物和產(chǎn)物. 腸道完整的屏障功能與腸道菌群的相對穩(wěn)定狀態(tài)使肝臟免于高度暴露于的腸道菌群的代謝物和產(chǎn)物. 腸道菌群失調(diào), 其特征是致病菌的豐度增加, 同時(shí)被認(rèn)為對身體有益的菌群的多樣性減少或丟失, 這導(dǎo)致了一些細(xì)菌有害的代謝物堆積, 進(jìn)而提高腸道通透性并通過“腸-肝軸”來誘發(fā)肝臟病理過程. Zhu等的研究結(jié)果顯示, NASH患者的腸道菌群在門、科和屬等水平上均與健康者不同. Chen等發(fā)現(xiàn)與健康人相比, 肝硬化患者腸道菌群組成發(fā)生了明顯改變, 生物總體多樣性發(fā)生了下降, 表現(xiàn)為類桿菌減少, 變形桿菌和梭桿菌增加, 并且伴隨一些潛在致病菌流行. Dapito等的報(bào)告, 與傳統(tǒng)小鼠相比, 在無菌條件下生長的小鼠患上肝癌的數(shù)量更少, 體積更小. 這些研究提示, 腸道菌群的變化與慢性肝病和肝癌的發(fā)展具有重要聯(lián)系. 腸道菌群可以通過病原體相關(guān)分子模式(pathogen-associated molecular patterns, PAMP)介導(dǎo)的免疫通路影響肝癌發(fā)生發(fā)展. Toll樣受體(Toll-like receptors, TLR)在多種肝臟疾病中發(fā)揮作用, 而目前研究比較充分的是TLR2和TLR4. TLR2可與革蘭氏陽性菌的細(xì)胞壁成分脂磷壁酸(lipoteichoic acid, LTA)相互作用. 在肥胖誘導(dǎo)肝癌的動(dòng)物模型中, 腸道革蘭氏陽性菌細(xì)胞壁的主要成分LTA的易位可以調(diào)節(jié)肝星狀細(xì)胞的的衰老相關(guān)表型(senescence-associated secretory phenotype, SASP)變化和上調(diào)環(huán)氧合酶2(cyclooxygenase-2, COX2)表達(dá), 前者分泌各種促炎因子和促癌分子, 后者介導(dǎo)前列腺素E2(prostaglandin E2, PGE2)的產(chǎn)生及后續(xù)PTGER4受體作用, 抑制抗腫瘤免疫, 促進(jìn)肝癌的發(fā)展. TLR4是調(diào)控內(nèi)毒素即脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)作用的主要受體和信號(hào)傳導(dǎo)分子, 與革蘭氏陰性細(xì)菌及其內(nèi)毒素的識(shí)別和激活有關(guān). LPS是革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁的主要成分, 通過LPS－TLR4通路可以激活TLR4, 引起相關(guān)促炎反應(yīng), 進(jìn)而促進(jìn)肝細(xì)胞的分化, 抑制細(xì)胞凋亡, 促進(jìn)肝癌的進(jìn)展. 腸道菌群可以通過驅(qū)動(dòng)肝臟炎癥刺激加速肝臟癌變過程.

肝臟含有多種免疫細(xì)胞, 如各種淋巴細(xì)胞(T細(xì)胞、B細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞和自然殺傷T細(xì)胞)、單核巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、肝星狀細(xì)胞、肝竇狀內(nèi)皮細(xì)胞等. 肝癌通常起源伴有大量免疫細(xì)胞浸潤, 免疫狀態(tài)對肝癌的生物學(xué)行為可能有很大影響. 腸道菌群及其相關(guān)產(chǎn)物作為外界刺激因子可以被機(jī)體的免疫系統(tǒng)識(shí)別, 引起一系列的免疫反應(yīng). 輔助性T細(xì)胞17(T helper cell 17, Th17)是一種新的輔助性T細(xì)胞亞群, 可產(chǎn)生促炎和促血管生成介質(zhì), 如IL17A. 健康肝臟中Th17細(xì)胞的豐度很低, 大多數(shù)Th17細(xì)胞是在腸道中通過與腸道菌群相互作用而產(chǎn)生的. 在肝癌患者的腫瘤和血液中檢測到Th17細(xì)胞水平升高, 且Th17細(xì)胞水平與生存不良呈正相關(guān). Th17細(xì)胞分泌的IL17A可能通過分泌血管生成介質(zhì)和細(xì)胞因子來促進(jìn)腫瘤血管生成, 從而發(fā)揮促腫瘤作用. 因此, 推測可能是腸道產(chǎn)生的IL17參與了肝癌的發(fā)生發(fā)展. 腸道菌群失調(diào)可以使腸道上皮增生與白細(xì)胞介素-25(interleukin 25, IL-25)分泌增多. Li等研究發(fā)現(xiàn)肝癌患者中IL-25水平明顯升高, 并且與外科術(shù)后的生存率呈負(fù)相關(guān). IL-25可以促進(jìn)Ⅱ型細(xì)胞因子依賴性免疫, 通過誘導(dǎo)M2巨噬細(xì)胞產(chǎn)生促進(jìn)肝癌的進(jìn)展. 自然殺傷T(natural killer T, NKT)細(xì)胞可以對肝癌的生長具有抑制作用, NKT細(xì)胞的積累受CXCL16的表達(dá)調(diào)節(jié). 腸道菌群可以通過調(diào)節(jié)膽汁酸的代謝來影響CXCL16的表達(dá), 進(jìn)而控制CXCL介導(dǎo)的NKT細(xì)胞的招募. 上述研究表明, 腸道菌群可以通過調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的表達(dá)與積累, 影響肝癌的發(fā)生與進(jìn)展.

2 腸道菌群與腫瘤免疫治療

腸道菌群在腫瘤免疫治療中扮演著重要作用, 操縱腸道菌群可能會(huì)調(diào)節(jié)腫瘤的免疫治療效果. 在對腫瘤免疫治療效果更好的患者中, 對健康有利的細(xì)菌(如艾克曼氏菌屬和雙歧桿菌屬)或免疫原性細(xì)菌(如腸球菌屬)的含量相對更加豐富, 同時(shí)雙歧桿菌屬、艾克曼氏菌屬和擬桿菌屬已被認(rèn)為是能有效提高抗腫瘤免疫能力、更好地控制體內(nèi)腫瘤生長的有利細(xì)菌. 大腸埃希氏菌(, ECN)是一種應(yīng)用廣泛的益生菌, 最近一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明, ECN具有增強(qiáng)抗腫瘤免疫作用, 顯著增強(qiáng)了轉(zhuǎn)化生長因子受體阻滯劑對腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的抑制作用. 同時(shí), ECN能緩解免疫抑制的腫瘤微環(huán)境, 表現(xiàn)為腫瘤特異性效應(yīng)T細(xì)胞浸潤增強(qiáng), 樹突狀細(xì)胞活化. 受ECN的調(diào)節(jié), 腸道菌群還可能會(huì)向某些有益細(xì)菌轉(zhuǎn)移, 與荷瘤對照組相比, ECN治療的小鼠也發(fā)現(xiàn)類桿菌屬的豐度增加. 艾克曼氏菌屬()是一種定植于粘膜層的腸道共生菌, 被認(rèn)為是一種很有前途的益生菌候選菌種. 單獨(dú)使用艾克曼氏菌屬可以恢復(fù)患者免疫力并通過將CCR9+CXCR3+CD4+T細(xì)胞被招募到腫瘤床上, 提高CD4+T細(xì)胞與CD4+FoxP3+T細(xì)胞(regulatory T cells, Tregs)的比率, 增加腫瘤中免疫細(xì)胞浸潤. 除了上述菌群, 一些具有提高抗腫瘤免疫能力的菌群正不斷被發(fā)掘.

目前常用的免疫治療方法有免疫檢查點(diǎn)抑制劑治療、靶向腫瘤相關(guān)抗原的抗體治療、嵌合抗原受體T細(xì)胞免疫治療、腫瘤疫苗治療和免疫聯(lián)合治療. 關(guān)于腸道菌群與腫瘤免疫治療研究大部分圍繞免疫檢查點(diǎn)抑制劑展開. 免疫檢查點(diǎn)指免疫系統(tǒng)中存在的抑制受體和抑制信號(hào)通路, 這些檢查點(diǎn)在腫瘤組織中表達(dá)上調(diào), 抑制T細(xì)胞活性, 從而形成免疫逃逸. 其靶點(diǎn)主要包括細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞抗原-4(cytotoxic T lymphocyte antigen-4, CTLA-4)和程序性死亡受體-1(programmed cell death 1, PD-1)及其配體程序性死亡受體配體-1(programmed cell death ligand 1, PD-L1). CTLA-4作為免疫抑制受體, 與T 細(xì)胞表現(xiàn)的協(xié)同刺激分子受體CD28具有相同的配體CD80和CD86, 通過與CD28競爭性結(jié)合配體, 從而抑制T細(xì)胞活化. PD-1主要表達(dá)于CD8+T細(xì)胞、CD4+T細(xì)胞、NK細(xì)胞、Treg等, 通過與其配體包括PD-L1和PD-L2結(jié)合來傳遞共抑制信號(hào), 阻斷T細(xì)胞活化、增殖, 起負(fù)性免疫調(diào)節(jié)作用. 腫瘤細(xì)胞可以通過表達(dá)PD-L1并與PD-1相互作用抑制T細(xì)胞功能, 從而逃避免疫殺傷. 目前已有多種針對上述兩個(gè)通路的抑制劑應(yīng)用于臨床, 如CTLA-4抑制劑tremelimumab, PD-1抑制劑nivolumab, PD-L1抑制劑atezolizumab. 這些抑制劑通過阻斷免疫檢查點(diǎn)分子與配體的相互作用, 可增加腫瘤內(nèi)淋巴細(xì)胞浸潤、激活原始T細(xì)胞、逆轉(zhuǎn)T細(xì)胞衰竭、減少腫瘤微環(huán)境中免疫抑制成分等, 達(dá)到抗腫瘤免疫治療目的. 有實(shí)驗(yàn)表明CTLA-4拮抗劑的抗腫瘤作用依賴于特定種類的類桿菌, 腸道菌群的組成影響小鼠和患者依賴IL-12的Th1型免疫反應(yīng). 在使用廣譜抗生素的無菌(germ free, GF)小鼠和(specified pathogen free, SPF)小鼠中, 抗CTLA-4治療的作用明顯減弱, 并且可以用具有優(yōu)勢類桿菌的患者進(jìn)行糞便移植逆轉(zhuǎn)這種效應(yīng). 腸道菌群組成不同的小鼠對PD-1/PD-L1阻斷治療的反應(yīng)也有顯著差異. 對抗PD-1治療有利反應(yīng)和腫瘤生長緩慢的小鼠, 腸道菌群中雙歧桿菌的種類顯著增加, 這種作用主要通過促進(jìn)樹突狀細(xì)胞的成熟, 從而提高腫瘤特異性CD8+T細(xì)胞的活性, 進(jìn)而調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境. 將兩種小鼠共棲或者將糞便移植給對治療反應(yīng)較差的小鼠可以減緩小鼠體內(nèi)腫瘤的生長速度并提高對PD-1的治療反應(yīng). 此外, 給腸道菌群組成欠佳的小鼠口服含有雙歧桿菌的益生菌, 也提高了PD-1的抗腫瘤效果. 將對PD-1阻斷有反應(yīng)的患者的糞便樣本轉(zhuǎn)移到GF小鼠身上也成功地復(fù)制了優(yōu)勢表型: 與接受無應(yīng)答者糞便的小鼠相比, 腫瘤生長較慢, 治療效果更好. 一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明, 在接受抗PD-1/PD-L1治療的情況下, 未按常規(guī)適應(yīng)癥接受抗生素治療的上皮性腫瘤患者的總體存活率和無進(jìn)展存活率顯著更高. 這一現(xiàn)象表明, 抗生素的使用可能會(huì)破壞腸道菌群的平衡, 從而削弱抗腫瘤免疫和對免疫檢查點(diǎn)阻斷的反應(yīng). 因此, 補(bǔ)充特定的菌群或調(diào)整菌群的組成, 可能會(huì)顯著改變ICI的治療效果.

3 腸道菌群在肝癌免疫治療中的研究進(jìn)展作用

ICI是近年發(fā)展最迅速的免疫治療策略之一, 在肝癌領(lǐng)域, ICI治療的臨床試驗(yàn)也取得了重要進(jìn)展. Sangro等人開展了一項(xiàng)tremelimumab對晚期肝癌作用效果的Ⅰ期臨床試驗(yàn), 結(jié)果顯示其部分緩解率為17.6%, 疾病控制率為76.4%, 疾病無進(jìn)展生存時(shí)間為6.48個(gè)月. CHECKMate-040研究是一項(xiàng)針對晚期HCC患者的國際性、多中心、開放標(biāo)簽的Ⅰ/Ⅱ期研究, 旨在評估PD-1檢查點(diǎn)抑制劑nivolumab. 試驗(yàn)結(jié)果表明, 這種免疫治療方法具有可接受的安全性和耐受性, 并對肝癌有良好的療效. CHECKMate-459研究是一項(xiàng)Ⅲ期隨機(jī)對照試驗(yàn), 比較nivolumab與sorafenib作為治療晚期肝癌患者的一線療法, 研究初步表明, nivolumab作用于未使用及使用過sorafenib失敗患者的總體存活率有明顯改善的趨勢. 關(guān)于ICI治療肝癌的臨床實(shí)驗(yàn)仍在進(jìn)行中, 現(xiàn)有證據(jù)表明其在肝癌治療領(lǐng)域具有良好的療效和安全性.

ICI的應(yīng)用為肝癌治療帶來了新的希望, 但與在其他實(shí)體腫瘤中使用的療效相比, 其在肝癌領(lǐng)域的臨床反應(yīng)仍然相對較低. 腸道菌群與腫瘤免疫治療有一定相關(guān)性, 腸道菌群有可能影響肝癌免疫治療的效果. Zheng等的研究揭示了腸道菌群與PD-1治療肝癌療效的關(guān)系, 8例肝癌患者給予抗PD-1治療, 其中3例患者被評價(jià)為R組(完全或部分緩解, 或病情穩(wěn)定6個(gè)月以上), 5例患者被評價(jià)為NR組(疾病進(jìn)展或病情穩(wěn)定持續(xù)時(shí)間＜6個(gè)月); R組的菌群的豐富度明顯高于NR組, 并且在R組富集的20種優(yōu)勢菌群中, 發(fā)現(xiàn)有乳桿菌、雙歧桿菌、艾克曼菌和嗜熱鏈球菌等益生菌. 這些益生菌可以通過抑制病原微生物的生長, 對宿主代謝和免疫發(fā)揮有利作用. 這項(xiàng)研究提示肝癌抗PD-1免疫治療的早期腸道菌群的多樣性和組成的動(dòng)態(tài)變化特征可能對藥物療效和疾病預(yù)后有明顯意義. 然而, Shen等的研究結(jié)果顯示腸道菌群與肝細(xì)胞癌患者對ICI的療效不存在明顯關(guān)聯(lián), 結(jié)果還顯示Zheng等研究中發(fā)現(xiàn)的20種優(yōu)勢菌群并沒有在此研究中被鑒定出來. 美國國家癌癥研究所正在進(jìn)行一項(xiàng)將萬古霉素治療和免疫檢查點(diǎn)阻斷結(jié)合的臨床試驗(yàn)(NCT03785210). 這項(xiàng)研究有望解釋ICI的應(yīng)用與對腸道菌群的干預(yù)相結(jié)合是否使肝癌患者獲益. 目前尚未有研究腸道菌群與肝癌免疫治療的關(guān)系的大規(guī)模前瞻性研究, 但將調(diào)節(jié)腸道菌群引入肝癌患者免疫治療領(lǐng)域是一個(gè)有前景的研究方向.

4 結(jié)論

現(xiàn)有的理論依據(jù)和研究進(jìn)展已經(jīng)證實(shí)腸道菌群在肝癌的發(fā)生、發(fā)展中的重要作用. 腸道菌群在調(diào)節(jié)機(jī)體免疫和代謝方面具有巨大潛力, 并且腸道與肝臟的解剖學(xué)和生理學(xué)聯(lián)系也為腸道菌群在肝癌的治療提供理論支持. 然而, 由于個(gè)體宿主的差異, 腸道菌群的種類眾多, 因此還需不斷地探索與挖掘, 進(jìn)一步闡明作用機(jī)理. 但毋庸置疑的是, 腸道菌群可能是預(yù)測和調(diào)節(jié)肝癌免疫治療的一種很有前景的方法.