Nature Communications │具有镓多酚网络功能的益生菌能调节胰腺癌患者体内的微生物群并促进抗肿瘤免疫反应

导读：

2024年8月17日，武汉大学研究团队在Nature Communications期刊发表了一篇题为“Probiotics functionalized with a gallium-polyphenol network modulate the intratumor microbiota and promote anti-tumor immune responses in pancreatic cancer”的研究论文。该研究发现鼠李糖乳杆菌GG益生菌，配备了镓-多酚网络（LGG@Ga-poly），通过调节微生物群-免疫相互作用，来加强胰腺癌的免疫疗法，这可能成为胰腺癌治疗的新策略。

01研究背景

胰腺癌是一种高度侵袭性和致死性的恶性肿瘤，其治疗一直面临巨大挑战。近年来，免疫治疗作为新兴的治疗手段，在多种癌症中展现出了良好的应用前景。然而，胰腺癌的肿瘤微环境（TME）高度免疫抑制，这极大地限制了免疫治疗的疗效。研究发现，肿瘤内的微生物群失衡会促进免疫耐受反应，并导致免疫治疗抵抗。因此，如何调节肿瘤内微生物群，改善免疫微环境，成为提高胰腺癌免疫治疗疗效的关键。

02结果

首先，作者评估了抗PD-L1对皮下和原位胰腺癌小鼠模型的治疗效果，发现抗PD-L1治疗显著抑制了皮下肿瘤生长，但在原位肿瘤中没有抑制作用，原位肿瘤中LPS水平相较于皮下肿瘤明显增高。随后，作者研究了抗生素恢复对免疫检查点治疗的反应性，发现与正常胰腺相比，胰腺肿瘤中变形菌门显著增加，厚壁菌门显著减少，肿瘤内LPS含量增高。此外，当抗PD-L1与多粘菌素B联合使用时，抗肿瘤效果提高，T细胞浸润增加。值得注意的是，LPS处理后m2型巨噬细胞和MDSCs的比例显著增加，而CD8+ T细胞比例降低。这些结果表明肿瘤内微生物群，特别是微生物LPS，介导胰腺肿瘤的免疫抑制，并有助于抵抗抗肿瘤免疫。（Fig.1）

Fig.1肿瘤内微生物群失调诱导胰腺肿瘤免疫抑制

为了消除肿瘤内微生物群，作者利用LGG益生菌促进细菌灭活的Ga³⁺靶向并渗透到肿瘤中。发现Ga³⁺是一种有效灭活多种微生物的药物，且结合ECGG后，Ga³⁺的抗菌活性显著增强。进一步通过静电交联沉积带正电的壳聚糖膜，形成镓-多酚LGG。TEM辅助的C, O和Ga元素的元素映射证实了Ga基聚合物层位于细菌细胞表面。此外，Ga-ECGG和壳聚糖没有抑制LGG的生长和生物活性，并在模拟胃液和结肠液中有良好的稳定性。抑菌实验发现LGG@Ga-poly有效抑制PDA肿瘤内的大肠杆菌、金葡菌和具核梭杆菌的生长，外源Fe³⁺的添加显著抑制了LGG@Ga-poly的抗菌作用，表明LGG@Ga-poly通过破坏细菌铁代谢来杀死细菌。此外，LGG@Ga-poly在大肠杆菌感染的肿瘤中穿透性增强。（Fig.2）

Fig.2 LGG@Ga-poly的制备与表征

接下来，作者用Cy5.5标记LGG@Ga-poly灌胃于胰腺癌小鼠，肿瘤和主要器官的荧光成像证实LGG@Ga-poly具有肿瘤靶向能力。此外，肿瘤中Ga³⁺的浓度高于主要器官。光声成像显示，用LGG@Cy5.5治疗的肿瘤光声信号更强，表明LGG促进了抗菌剂的肿瘤渗透。对瘤内微生物群进行分析发现OTUs和Simpson指数在两组之间无显著差异，但LGG@Ga-poly处理导致了变形杆菌丰度下降，乳酸杆菌丰度增加。此外，LGG@Ga-poly治疗后，瘤内总体细菌负荷下降，肿瘤和血液内LPS浓度降低，而肠道内LPS浓度无变化。这些结果表明口服LGG@Ga-poly可以有效地消除肿瘤内微生物群及衍生的LPS，同时恢复肠道稳态。（Fig.3）

Fig.3 LGG@Ga-poly对瘤内微生物群的体内调控

随后，作者评估了不同材料预处理的胰腺癌小鼠，发现LGG@Ga-poly处理组肿瘤体积和重量最小。TUNEL和CD3免疫荧光染色显示LGG@Ga-poly处理导致肿瘤细胞凋亡数量增多，抗肿瘤T细胞反应增强。随后，作者在治疗性实验中发现LGG@Ga-poly处理的小鼠肿瘤体积和重量降低，表明LGG@Ga-poly治疗效果优越。此外，H&E和TUNEL染色显示，LGG@Ga-poly治疗导致肿瘤坏死区域和肿瘤细胞凋亡增大。Ki67染色显示LGG@Ga-poly处理显著抑制肿瘤细胞增殖。此外，口服给药LGG@Ga-poly显著抑制PDA肿瘤的肺转移。（Fig.4）

Fig.4 LGG@Ga-poly体内抗肿瘤有效

为了评估LGG@Ga-poly治疗后肿瘤组织的免疫反应，作者进行了转录组分析，共鉴定出1265个差异表达基因，火山图展示了两组的上调和下调基因。GO功能富集发现LGG@Ga-poly处理后“调节先天免疫应答”，“正向调节免疫效应过程”、“正向调节淋巴细胞活化”等基因显著富集。KEGG富集分析发现LGG@Ga-poly激活的免疫应答主要依赖于“TLR信号通路”、“nod样受体信号通路”和“NF-kB信号通路”。体内实验显示，LGG@Ga-poly治疗后肿瘤组织中TLR表达显著降低。随后作者进行了体外实验，发现LPS短期刺激使巨噬细胞向M1表型极化，而LPS长期刺激可显著提高m2样巨噬细胞的比例。此外，当LGG@Ga-poly与LPS联合注射时，LGG@Ga-poly的免疫激活作用明显减弱，肿瘤生长加快。这些结果阐明了LGG@Ga-poly治疗通过抑制TME内微生物依赖性TLR的激活有效地抵消PDA的免疫抑制。（Fig.6）

Fig.6微生物群调节与全身抗肿瘤免疫应答之间的相互作用

为了研究LGG@Ga-poly对化疗的增强效果，作者将Gem静脉注射给胰腺癌小鼠，发现用LGG@Ga-poly联合Gem治疗可以减轻化疗副作用，表现为肿瘤生长抑制，细胞凋亡数量增加，T细胞浸润增强。而当使用LGG@Ga-poly和α-PD-L1的组合时，小鼠肿瘤生长减慢，生存率延长。此外，LGG@Ga-poly和α-PD-L1联合治疗改善了CD8 T细胞的肿瘤内浸润，且不诱导生态转移位。这些结果表明，LGG@Ga-poly联合化疗具有提高PDAC治疗效果的潜力。（Fig.7）

Fig.7 LGG@Ga-poly与化疗和α-PD-L1治疗的协同抗肿瘤作用

03供稿者短评

本研究通过开发具有镓多酚网络功能化的益生菌（LGG@Ga-poly），成功实现了对胰腺癌肿瘤内微生物群的调控，并促进了抗肿瘤免疫反应。这一创新策略为胰腺癌的免疫治疗提供了新的思路和方法。

然而，本研究也存在着诸多不足之处：其一，尽管本研究对LGG@Ga-poly进行了标记并检测了Ga³⁺其在身体各部位的定植情况，但没有对其安全性进行评估，这可能对身体有害；其二，作者对LGG@Ga-poly抗肿瘤的机制研究不够深入，仅通过转录组测序及以部分生物信息学的结果得出结论，更多的体内外实验可能可以进一步支持作者的研究结论。

文献来源

https://doi.org/10.1038/s41467-024-51534-z

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编辑：黄启发    排版：徐沁雯     审核：徐唐昌