应用免疫检查点抑制剂（ICI）治疗来恢复抗肿瘤免疫是当前癌症治疗的核心组成部分，对部分癌症患者显示出前所未有的疗效。
例如，阻断程序性细胞死亡-1（PD-1）或其配体 PD-L1，可释放 T 细胞的抗肿瘤反应并显示出强大的临床疗效，但仅有 40% 的黑色素瘤患者对治疗产生应答。因此，需要能进一步增强抗肿瘤能力的方法来提高 ICI 的疗效。
前期研究表明，内源性因素如肿瘤抗原呈递、肿瘤突变负荷，和外源性因素包括微生物组组成和益生菌消耗，能够调节 ICI 的疗效，使得癌症患者对使用益生菌增强健康愈发感兴趣。
近日，来自美国匹兹堡大学 Marlies Meisel 教授领衔的研究团队，在「顶刊」Cell（IF = 66.85）上发表了题为「Dietary tryptophan metabolite released by intratumoral Lactobacillus reuteri facilitates immune checkpoint inhibitor treatment（肿瘤内罗伊氏乳杆菌释放的膳食色氨酸代谢产物促进免疫检查点抑制剂治疗）」的文章。
旨在测试一些最常用的益生菌是否会影响临床前黑色素瘤的肿瘤生长。为益生菌在促进 ICI 疗效和晚期黑色素瘤患者生存方面的潜在作用提供证据。
结果显示，在喂食富含色氨酸食物的小鼠中，共生细菌罗伊氏乳杆菌能迁移到位于消化道外的黑色素瘤，并释放代谢产物吲哚-3-醛（I3A）作用于 T 细胞增强免疫反应，提高免疫检查点抑制剂的治疗效果。
研究者使用临床前黑色素瘤模型（C57BL/6 鼠）来测试四种常用益生菌的抗肿瘤活性，包括：长双歧杆菌（Bl）、罗伊氏乳杆菌（Lr）、约氏乳酸杆菌（Lj）和大肠杆菌（Ec）。
图 1. B16-F0 荷瘤小鼠口服不同益生菌的肿瘤生长曲线和小鼠生存曲线
经对比发现，与对照组（PBS）相比，在移植 B16-F0 肿瘤的 C57BL/6 野生型小鼠中，从细胞植入后 1 天开始每日口服 Bl、Ec 或 Lr 可有效抑制黑色素瘤生长 (图 1A 和 1B)，并提高生存率 (图 1C)。其中 Lr 抑瘤效果最显著。
由此研究者假设不同的益生菌促进肿瘤抑制的潜在机制是不同的，并探索了 Lr—— 在该动物模型中具有最强肿瘤抑制能力的肠道共生益生菌，抑制黑色素瘤生长的机制。
研究者发现，在评估的所有时间点上（早期 9 天，中期 11 天，晚期 17 天），Lr 使肿瘤微环境（TME）向抗肿瘤、免疫刺激的环境倾斜，其特征表现为产生干扰素-γ 的 CD4-Th1 和 CD8-Tc1 细胞的扩增。
图 2. 接受 Lr 联合 αPD-L1 治疗的小鼠肿瘤控制显著改善
通过对来源于 TME 的 CD8 T 细胞进行单细胞 RNA 测序分析，识别了 13 个不同的 CD8 T 细胞簇，发现 Lr 治疗导致肿瘤浸润性 CD8 T 细胞中抑制性 T 细胞受体 Tigit、Pdcd1 和 Lag3 的表达显著增加。接受 Lr 联合 αPD-L1 治疗的小鼠肿瘤控制显著改善（图 2）。
越来越多的证据表明，肠道远端肿瘤中存在肿瘤微生物群落，并且已经从患者的乳腺和胰腺肿瘤中回收到活菌。
研究者的观察证实，外源性 Lr 灌胃可驱动易位，可转移到肠道远端黑色素瘤。这种易位独立于已建立的微生物组、肿瘤形成和肠道屏障功能障碍，不会损害肠道屏障的完整性，而是通过血管和淋巴途径易位到包括肝、脾和肠系膜淋巴结在内的系统性组织。
为了探索 Lr 驱动肿瘤抑制的机制，该研究团队进一步研究了 Lr 介导的肿瘤抑制是否具有黑色素瘤模型特异性。
图 3. Lr 在不同肿瘤模型的抑瘤效果
研究者分别在 YUMM1.7 黑色素瘤、MC38 结肠腺癌和 MMTV-PyMT 乳腺癌肿瘤中检测到活的 Lr，并观察到肿瘤生长的显著抑制效果 (图 3A-3C)。这表明 Lr 向肠道远端肿瘤的易位不限于 B16 黑色素瘤。
在 Lr 释放的免疫调节代谢产物中，吲哚衍生物 I3A 被证明在 Lr 诱导的 Tc1 细胞介导的抗肿瘤免疫中发挥关键作用。
图 4. 口服 Lr ΔArAT 与 Lr 野生型的抑瘤效果
利用基因修饰 Lr 菌株 (缺乏芳香族氨基酸氨基转移酶 Ⅰ/Ⅱ 类基因 ——Lr ΔArAT），消除其将膳食色氨酸（Trp）分解代谢为 I3A 的能力。引人注目的是，口服 Lr ΔArAT 与 Lr 野生型的抑瘤效果形成鲜明对比（图 4A-4C）。虽然肿瘤中均能分离出两种菌株的存在，且具有相似的水平，但基因修饰过的 Lr ΔArAT 未能抑制肿瘤生长、提高生存率或引发有效的抗肿瘤 Tc1 免疫。由此证明 Lr 分泌 I3A 是促进抗肿瘤免疫的关键环节。
确定 I3A 在 Lr 介导的肿瘤抑制后，该团队还评估了单独口服 I3A 是否足以诱导抗肿瘤反应。结果表明，I3A 口服给药以剂量依赖的方式抑制肿瘤生长并增加生存率。
图 5. I3A 和/或 PD-L1 治疗 B16-F0 荷瘤小鼠的肿瘤抑制效果
与单药 PD-L1 相比，I3A 联合 PD-L1 治疗显著抑制肿瘤生长，相对于对照组肿瘤重量显著降低。
以上数据表明，Lr 衍生的 I3A 是促进抗肿瘤 Tc1 免疫、抑制黑色素瘤，并进一步增强 ICI 的充分必要条件。
Marlies Meisel 等发现，Lr 释放的 I3A 直接作用于 CD8T 细胞内的 AhR 以促进 Tc1 功能。
图 6. Lr 衍生的 I3A 在体内以 AhR 依赖的方式诱导 Tc1 细胞抗肿瘤免疫
为了测试在 Lr 介导的体内抗肿瘤免疫对 AhR 激活的需求，研究者构建了 AhR 特异性缺失小鼠模型（Ahrfif CD8 Cre+）。在 Ahrfif CD8 Cre+小鼠中，Lr 和 I3A 介导的肿瘤抑制和生存益处都被消除（图 6A-5D），这表明 Lr 通过释放 I3A 介导的肿瘤抑制依赖 CD8 T 细胞内在的 AhR 激活。
以上结果表明，Lr 衍生的 I3A 以 CD8 T 细胞固有的、AhR 依赖的方式促进 Tc1 分化和效应器功能。
考虑到 Lr 将膳食色氨酸分解为 AhR 配体 I3A，研究评估了膳食色氨酸水平是否影响 Lr 介导的抗肿瘤反应。为此，在肿瘤细胞植入前 4 周，将小鼠置于色氨酸富含或缺乏的饮食中，并在整个实验过程中保持各自的饮食。
图 7. 膳食色氨酸与肿瘤抑制效果
结果表明，低色氨酸（0.19%）饮食并不能完全增强 Lr 抑制肿瘤生长的能力，与接受低色氨酸饮食的小鼠相比，接受高色氨酸（1.19%）饮食的小鼠表现出显著的肿瘤抑制和生存率增加（图 7A-7C）。此外，研究团队还发现富含色氨酸的饮食能独立显著增强 PD-L1 的功效。
综上，富含色氨酸的饮食可以增强 Lr 的肿瘤抑制作用；单独富含色氨酸饮食可以抑制肿瘤生长并增强 ICI。
为了直接研究 I3A 在影响人类黑色素瘤 ICI 疗效中的潜在作用，研究者采用靶向质谱测定了晚期 iv 期黑色素瘤患者 (n = 42) 的基线血清 I3A 水平。基于 RECIST v1.1 标准，这些患者对 IFN-α 和 αPD-1 免疫联合治疗有应答 (n = 19) 或无应答 (n = 23)。
图 8. 黑色素瘤患者体内 I3A 丰度与 ICI 疗效
值得注意的是，与无应答者相比，ICI 应答者患者血清中的外源性 I3A 丰度显著升高 (图 8A)。
通过根据高 (> 第 70 百分位数) 和低 (< 第 30 百分位数) 血清 I3A 水平对患者进行分层，进一步发现，与低 I3A 水平的患者相比，基线时系统性高 I3A 的患者具有显著延长的无进展生存期（PFS）和总生存期 (图 8B-8C)。
综上所述，微生物 AhR 配体 I3A 在促进黑色素瘤患者 ICI 反应中发挥潜在作用，有助于延长 PFS 和总生存期。
总结
该项研究结果阐明了 TME 中驱动自发性抗肿瘤免疫并增强临床前黑色素瘤 ICI 疗效的关键微生物-宿主相互作用。更具体地说，Lr 在肿瘤内易位、定植和持续存在，并通过其释放的 AhR 激动剂和膳食色氨酸分解代谢产物 I3A 在局部促进抗肿瘤 Tc1 免疫。Lr 衍生的 I3A 直接作用于 CD8 T 细胞特异性 AhR 信号通路，促进 IFN-γ 的产生，其中 I3A 是增强 ICI 的充分和必要条件。
此外，该项研究还发现富含色氨酸的膳食足以增强 ICI 治疗的疗效，并且富含色氨酸饮食的抗肿瘤作用需要 CD8 T 细胞内的 AhR 活性。
最后，该项研究揭示了 I3A 在提高晚期黑色素瘤患者 ICI 应答和延长生存中的潜在作用。
本文首发：丁香园肿瘤时间
作者：酱香豆腐皮
转自：“丁香学术”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
