腸道微生物對肺癌免疫治療的影響

摘要：腸道微生物組是人體內一個復雜的微生態(tài)系統，與許多腸內外疾病的發(fā)生和發(fā)展密切相關。近年來，越來越多的研究表明，腸道微生物在肺癌的發(fā)生、發(fā)展、診斷及治療中扮演著不可忽視的角色。本文基于對腸道微生物與腸-肺軸以及免疫系統關系的深入探究，重點介紹了其在影響肺癌發(fā)生、進展和免疫檢查點抑制治療方面所起到的作用，并總結了目前可行調節(jié)腸道微生物以提高免疫治療效果方法，同時也指出可能存在困難和挑戰(zhàn)，為免疫檢查點抑制劑在肺癌治療中的應用提供參考。

關鍵詞：腸道微生物；肺癌；免疫治療；腸-肺軸；糞菌移植

中圖分類號：R734.2" " " " " " " " " " " " " " " " "文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " "DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2024.16.043

文章編號：1006-1959（2024）16-0184-05

Effect of Intestinal Microbiota on Immunotherapy of Lung Cancer

XIE Fang-mei，YANG Ji-yuan

（Department of Oncology，Jingzhou First People's Hospital，Jingzhou 434000，Hubei，China）

Abstract：The intestinal microbiome is a complex microecosystem in the human body， which is closely related to the occurrence and development of many intestinal and intestinal diseases. In recent years， more and more studies have shown that intestinal microbes play a non-negligible role in the occurrence， development， diagnosis and treatment of lung cancer. Based on the in-depth exploration of the relationship between gut microbiota and gut-lung axis and immune system， this article focuses on its role in affecting the occurrence and progression of lung cancer and immune checkpoint inhibition therapy， and summarizes the current feasible methods to regulate gut microbiota to improve the effect of immunotherapy. At the same time， it also points out that there may be difficulties and challenges， and provides a reference for the application of immune checkpoint inhibitors in the treatment of lung cancer.

Key words：Intestinal microbiota;Lung cancer;Immunotherapy;Intestinal-pulmonary axis;Fecal bacteria transplantation

肺癌（lung cancer）是全球癌癥死亡的主要原因，其發(fā)病率和死亡率在中國均居首位，起病早期無明顯癥狀，多數確診時已處于晚期，即使采用手術、化療、放療、靶向、免疫等多種治療手段，總體生存率仍然很低。目前，免疫檢查點抑制劑（immune checkpoint inhibitors， ICIs）為治療晚期肺癌的首選藥物，由于個體體質、肺癌特征以及腫瘤微環(huán)境的差異，導致對藥物的反應也有所不同。最近研究表明[1，2]，腸道微生物通過調節(jié)免疫來影響腫瘤形成和治療的轉歸，并對ICIs功效和毒性產生影響。作為一個復雜的微生態(tài)系統，腸道微生物群中細菌數量最多（約1013個）[3]。它們對人體許多生理過程至關重要，尤其是在人體內炎癥和免疫反應方面扮演著重要角色。因此，本文總結近年來針對肺癌免疫治療中與人類腸道微生物相關性的研究，以期通過檢測腸道微生物可以預測免疫治療療效，將腸道微生物干預納入肺癌免疫治療可以改善治療效果和減輕毒性反應。

1腸道微生物與腸-肺軸

“腸-肺軸”概念由Budden KF等[4]提出，腸-肺軸是肺部與腸道微生物之間相互作用的雙向軸。肺部與腸道在解剖上雖無直接聯系，但許多證據表明了“腸-肺軸”的存在。一項基于中醫(yī)理論“肺與大腸相表里”的組織細胞學研究發(fā)現[5]，在胚胎早期，肺與腸形態(tài)一致，而且在胚胎各期，二者的上皮細胞功能蛋白亦無明顯差別，這為“腸-肺軸”提供了組織及生理學依據。國內外研究發(fā)現腸道微生物與“腸-肺軸”間存在致病關系。例如，急性呼吸窘迫綜合征患者的肺部菌群中富含螺旋體科和腸桿菌科等腸道相關菌群，并預測危重癥結果[6]；而口服植物乳桿菌可以降低小鼠肺炎克雷伯菌（大多來源于胃腸道）感染后的細菌負荷和肺組織中巨噬細胞、中性粒細胞的數量以及促炎細胞因子（角質細胞趨化因子、白介素-6、腫瘤壞死因子-α）水平[7]。除了微生物本身對肺部疾病的影響外，其菌體成分也可以發(fā)揮一定的作用。例如，革蘭陰性菌細胞壁的主要成分脂多糖（lipopolysaccharides， LPS）在哮喘模型中通過給予腸道共生LPS使小鼠產生輔助型T細胞2反應的能力明顯下降，從而改善肺部過敏反應[8]。腸道微生物的代謝產物短鏈脂肪酸，包括丁酸、戊酸及丙酸等，對宿主免疫系統的發(fā)育和功能也具有廣泛的影響[9]。丙酸或乙酸可促進巨噬細胞和樹突狀細胞祖細胞轉化為Ly6C-單核細胞，在肺中分化成巨噬細胞，此類巨噬細胞產生較低水平的趨化因子CXCL1，從而減少中性粒細胞浸潤，發(fā)揮抗炎作用[10]。總之，菌體、成分和代謝產物通過機體免疫系統的改變而影響肺部疾病。研究發(fā)現[11]，肺-腸軸還可以通過黏膜免疫系統建立聯系。肺和腸具有共同的黏膜免疫系統，其杯狀細胞均可分泌IgA作為連接二者的橋梁。腸道微生物可引起樹突狀細胞表型變化并遷移至腸系膜淋巴結，通過淋巴結內T細胞亞群的激活、T和B細胞的歸巢以及TOLL樣受體的激活來靶向肺部粘膜部位，從而促進或抑制肺部炎癥反應[12]。Huang Y等[13]發(fā)現腹腔內注射IL-25的小鼠肺2型固有淋巴細胞（type 2 innate lymphoid cells， ILC2s）相比于肺組織駐留的ILC2s細胞（natural ILC2s， nILC2s），與腸ILC2更為相似。Mj？觟sberg J等[14]也發(fā)現注射IL-25后的小鼠肺ILC2來源于腸道ILC2，且并能返回腸道。腸-肺軸的提出有助于解釋這種復雜的雙向聯系，下一步需要探討腸道微生物在肺部疾病中的作用機制，為調節(jié)腸道微生物治療肺部疾病提供理論依據。

2腸道微生物與肺癌

隨著宏基因組測序技術及統計學的快速發(fā)展，微生物研究進入一個新的階段。越來越多的研究證實了腸-肺軸的存在，并且利用其雙向調節(jié)機制，可以更好地理解腸道微生物與肺部疾病之間的關聯性，特別是在與肺癌相關方面的研究中。Zhang WQ等[15]對肺癌患者和健康志愿者糞便樣本中的細菌16srRNA基因進行了測序，發(fā)現在門水平和屬水平上以及多樣性方面，兩組間均存在顯著差異，肺癌組的厚壁菌和變形桿菌豐度降低，而擬桿菌和梭桿菌豐度升高。Zhuang H等[16]則觀察到肺癌組放線菌屬與雙歧桿菌屬豐度下降，而腸球菌屬豐度增加。Zheng Y等[17]發(fā)現肺癌組擬桿菌門和變形桿菌門增加，而厚壁菌和放線菌減少，且微生物組在非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer， NSCLC）的三種主要亞型（腺癌、鱗癌、大細胞癌）以及轉移性肺癌中也具有差異。以上研究表明，肺癌的發(fā)生發(fā)展可能與某些致病菌的增加和益生菌的減少有關。袁文杰等[18]采集肺癌患者和肺部良性病變患者糞便標本，通過二代高通量測序手段，發(fā)現兩組之間存在各自特異的微生物菌群。以上研究表明，腸道微生物對肺癌的發(fā)生發(fā)展的影響有促進作用，也有抑制作用。由于檢測手段限制，目前僅能確定細菌種類，而未能鑒定出具體菌株。

越來越多的證據表明，腸道微生物群落可以通過調節(jié)代謝、免疫反應、炎癥反應、遺傳毒性和毒力效應等多種途徑影響肺癌的發(fā)生發(fā)展。未來需要對腸道微生物進行更深入的檢測，探究其變化在肺癌患者中的因果關系，以期通過腸道微生物影響肺癌的預防與治療。

3腸道微生物與肺癌免疫治療

當前，腫瘤治療的焦點正從靶向腫瘤細胞轉向免疫系統，越來越多的免疫治療藥物被應用于肺癌，并取得了顯著的臨床效果。不同的腸道微生物的組成及多樣性對免疫治療的療效、毒副作用及耐藥性產生影響。

3.1腸道微生物及肺癌免疫治療效果" 腸道微生物的組成及多樣性對免疫治療效果具有一定的影響。Routy B等[19]分析了239例晚期NSCLC患者接受PD-1/PD-L1抑制劑治療期間，未接受抗生素組總生存時間為15.3個月，而接受抗生素組為8.3個月。Hakozaki T等[20]回顧性分析了90例接受nivolumab治療的晚期NSCLC患者臨床資料，發(fā)現接受抗生素治療的患者的中位無進展生存期較未接受的患者縮短3.2個月，未接受抗生素治療的患者沒有達到中位總生存時間，而接受的患者為8.8個月。抗生素引起的腸道菌群失調對免疫治療患者的無進展生存期和總生存時間產生不良影響，這種影響在停用抗生素后是否持續(xù)存在，持續(xù)時長，以及腸道菌群恢復后是否改變對免疫治療的應答，都需要進一步的研究。Katayam Y等[21]對17例日本NSCLC患者進行ICIs治療回顧性分析發(fā)現，ICIs應答者較無應答者具有更豐富的微生物組，并且乳酸桿菌和梭菌較為豐富的患者在ICIs治療后表現出現更長的治療失敗時間。腸道微生物中某些微生物的組成與多樣性影響患者對免疫檢查點抑制劑的應答，這可能是免疫檢查點抑制劑異質性的重要原因[22]。

以上研究表明，腸道微生物的組成及多樣性影響ICIs治療肺癌的療效，但也有兩項研究表現出相反結論。Hakozaki T等[20]研究發(fā)現，盡管抗生素使用有負面影響的趨勢，但總生存率與既往抗生素使用之間沒有顯著關聯。Kaderbhai C等[23]則對74例局部晚期不可切除或轉移性NSCLC患者進行了回顧性分析，并發(fā)現抗生素導致腸道微生物群的改變似乎并未影響nivolumab在NSCLC患者中的療效。這可能是由于兩項研究中免疫檢查點抑制劑藥物均為nivolumab，均用于晚期NSCLC二線及以上患者，且接受抗生素組人數均較少的原因導致。但是否存在使用抗生素引起腸道菌群失調導致部分不應答患者出現應答的可能，這必須要在具有前瞻性數據收集的更大患者隊列中得到證實。

3.2腸道微生物及肺癌免疫治療毒性" ICIs具有獨特的不良反應，即免疫治療相關不良反應（immune-related adverse events， irAEs）。目前已有許多研究報道了腸道微生物與irAEs之間的相關性。Hakozaki T等[24]對70例接受ICIs治療的晚期或復發(fā)性NSCLC患者糞便樣本中進行測序，發(fā)現乳酸桿菌科和拉烏爾菌屬在輕度irAEs的患者中富集，而不動桿菌屬與重度irAEs相關。一項小樣本研究對13例發(fā)生irAEs以及11例未發(fā)生irAEs的肺癌患者糞便、口腔和鼻腔樣本進行回顧性分析，發(fā)現雙歧桿菌和脫硫桿菌富集的患者irAEs的發(fā)生率明顯降低[25]。在一項納入150例腫瘤患者（其中102例NSCLC）的真實世界研究中發(fā)現[26]，3～4級irAEs組表現出鏈球菌、擬桿菌和窄食單胞菌水平明顯增加，而0～2級irAEs組則具有更高水平的糞桿菌和未分類的毛螺菌。此外，該研究發(fā)現，在門水平上重度irAEs組變形桿菌豐度高于未發(fā)生及輕度irAEs組。上述研究表明，腸道微生物對ICIs治療毒性中既有抑制又有促進作用。因此，區(qū)分腸道內的保護性和有害菌群將是ICIs的治療領域邁出的重要一步。

3.3腸道微生物及肺癌免疫治療耐藥性" 目前而言，對ICIs的耐藥仍是一個重要的挑戰(zhàn)。研究表明[27]，腸道菌群失調引起ICIs的原發(fā)性耐藥，而調節(jié)腸道菌群則可以克服耐藥。已有研究證明[28]，抗生素會減少腸道微生物群的多樣性并導致生態(tài)失調，從而影響ICIs療效。Vétizou M等[29]發(fā)現，接受抗生素治療或無菌的小鼠表現為抗CTLA-4無應答，而通過脆弱擬桿菌處理后能克服這一缺陷。Ferrere G等[30]在未減少接受標準飲食的情況下，單用抗PD-1或聯合抗CTLA-4治療耐藥后，通過生酮飲食或口服補充主要酮體3HB（3-羥基丁酸）能重新建立治療反應，且生酮飲食中馬西利安斯艾森伯格氏菌在糞便中的相對豐度與3HB的血漿濃度呈正相關。這可能是生酮飲食調節(jié)腸道微生物后產生了保護性免疫反應，從而對抗耐藥。Routy B等[19]用8例NSCLC患者收集的糞便通過糞菌移植（fecal microbiota transplantation，FMT）給小鼠，此后接受PD-1抑制劑，結果發(fā)現臨床R（部分反應或疾病穩(wěn)定）組的糞便樣本表現為治療敏感，而NR（進展或死亡）組則表現為耐藥。這些研究均小鼠模型在無應答情況下通過生酮飲食或糞菌移植等方法后產生應答，并發(fā)現應答后糞便樣本的改變。但人和小鼠的腸道微生物是不同的，未來的研究需要證實在人體是否也可以產生和小鼠同樣的效應。

人類腸道微生物組因人而異，隨著時間的推移，相對穩(wěn)定和富有彈性。然而，多種因素可以改變其成分，比如飲食、益生菌和藥物等，尤其是抗生素。目前，用于改變腸道微生物的醫(yī)學治療策略多種多樣，如飲食干預、益生菌及FMT等。FMT是將來自健康供體的大量腸道微生物群移植到菌群失調受者的胃腸道，從而治療腸道內外疾病的一種治療手段[31]。Routy B等[19]發(fā)現抗PD-1治療效果較差的NSCLC患者體內缺乏一種叫嗜黏蛋白阿克曼菌的細菌，而無菌或抗生素治療的小鼠通過糞菌移植了這種細菌后，治療效果得到了改善。Tomita Y等[32]納入118例接受ICIs治療的NSCLC患者，研究發(fā)現益生菌丁酸梭菌療法對ICIs治療效果有積極的影響。Dai X等[33]發(fā)現生酮飲食通過降低PD-L1表達和促進抗腫瘤免疫途徑來提高抗CTLA-4治療的效果。目前改變腸道微生物的策略仍未能達到治療所需的理想狀態(tài)。通過采用適宜的措施改變腸道菌群，并將其優(yōu)化到最有利于免疫治療的狀態(tài)，將是免疫檢查點抑制劑個體化治療發(fā)展的重要方向。

4總結

目前，雖然免疫治療在治療肺癌中已被證明具有確切的療效，但僅有三分之一的患者能夠從中獲益，此外，部分患者不僅表現出無反應，還可能出現嚴重免疫相關不良反應。因此，尋找預測免疫治療標志物顯得尤為重要。目前，免疫預測標志物研究主要集中在程序性死亡受體-配體1、腫瘤突變負荷、微衛(wèi)星高度不穩(wěn)定性以及血漿循環(huán)腫瘤DNA等方面。隨著對腸道微生物與腫瘤免疫治療關系的深入探索，它們有望成為新型生物標志物之一。人體內微生物種類復雜多樣，并受到眾多因素影響，對這個領域的認識還十分有限。當前大部分研究集中在腸道微生物與腫瘤及免疫治療的聯系上，但確切的機制尚未完全闡明，需要進一步深入探索調節(jié)腸道微生物的方法以及改善免疫治療的機制，從而為調節(jié)腸道微生物治療腫瘤提供依據。然而面對龐大功能復雜的腸道生態(tài)系統，如何精準地調控其中細菌群落并增加ICIs的療效、擴大獲益人群是接下來面臨的巨大挑戰(zhàn)。

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收稿日期：2023-08-10；修回日期：2023-09-16

編輯/王萌

作者簡介：謝方美（1988.6-），女，湖南邵陽人，碩士研究生，主治醫(yī)師，主要從事腫瘤免疫治療研究

通訊作者：楊繼元（1961.1-），男，湖北荊州人，博士，教授，博士生導師，主要從事腫瘤綜合治療研究