免疫检查点抑制剂（ICIs）是癌症免疫治疗领域的一项突破性技术，抗PD-1是ICIs的代表药物，在治疗晚期肿瘤方面具有巨大前景。然而，由于肿瘤免疫微环境具有免疫抑制作用，抗PD-1不能充分抑制肿瘤生长，许多晚期实体肿瘤患者对抗PD-1反应不佳或根本没有反应。既往研究证明肠道微生物群在影响实体肿瘤抗PD-1反应中发挥关键作用。阿卡波糖是目前应用广泛的治疗糖尿病的口服药物，是一种α-糖苷酶抑制剂，可调节肠道菌群，改善肠道微生物的繁殖环境，对肠道生态失衡为特征的疾病具有潜在治疗意义，但在癌症免疫治疗方面的潜力尚未得到探索。
2024年9月25日，复旦大学中山医院王志明、王妍、张世龙团队和西北工业大学贾庆安团队在Nature Metabolism（IF2023=18.9）期刊发表了一篇题为“Acarbose enhances the efficacy of immunotherapy against solid tumours by modulating the gut microbiota”的研究论文。该研究提出阿卡波糖通过色氨酸代谢产物吲哚乙酸增强抗PD-1治疗的疗效，促进CXCL10表达，从而促进CD8+ T细胞募集，使肿瘤对抗PD-1治疗敏感。
该研究构建了多种小鼠肿瘤模型，给予小鼠阿卡波糖联合抗PD-1治疗，通过对比各组小鼠的生存率、肿瘤大小体积等分析阿卡波糖在肿瘤小鼠模型中协同抗PD-1治疗的情况；然后进一步利用16S rRNA分析给予阿卡波糖联合抗PD-1治疗后荷瘤小鼠肠道微生物群的组成变化、代谢组学分析血清代谢物的变化以及转录组学分析肿瘤组织中T细胞的浸润情况，并结合T细胞耗竭实验、粪菌移植等实验，验证了阿卡波糖发挥作用依赖肠道菌群，肠道微生物代谢产物-免疫轴介导了阿卡波糖增强抗PD-1疗效的潜力。
该研究同时构建了MC38荷瘤和偶氮氧甲烷(AOM)/葡聚糖-硫酸盐钠(DSS)诱导的结直肠癌小鼠模型，发现阿卡波糖联合抗PD-1治疗组小鼠生存率、肿瘤体积、大小、重量、结肠长度、结肠病理等均出现显著改善，提示阿卡波糖增强了抗PD-1治疗的疗效。（Fig.1）![]()
Fig. 1 阿卡波糖增强了结直肠癌小鼠模型抗PD-1的疗效
阿卡波糖改善抗PD-1治疗的荷瘤小鼠肠道微生物群的多样性和组成
对各组荷瘤小鼠粪便进行了16S rRNA测序，结果提示阿卡波糖显著增加了荷瘤小鼠肠道菌群α-多样性。此外，对照组、抗PD-1组、阿卡波糖组和联合组之间的肠道微生物谱出现了明显分离，阿卡波糖富集了包括乳杆菌、双歧杆菌和阿克曼氏菌等在内的产短链脂肪酸细菌，提示阿卡波糖联合PD-1治疗可促进肠道微生物群向更健康状态的重组。（Fig.2）Fig. 2 阿卡波糖改善荷瘤小鼠肠道微生物群的多样性和组成
为了阐明阿卡波糖促进抗PD-1治疗作用的分子机制，该研究对各组肿瘤组织进行了RNA-seq，结果提示阿卡波糖联合抗PD-1治疗组小鼠的肿瘤显示出以淋巴样细胞为主，其中CD8+T比例显著增加，免疫组化提示了相同结果。之后，作者利用T细胞耗竭实验证实阿卡波糖的促进效果依赖于CD8+T细胞浸润。（Fig.3）阿卡波糖通过上调肿瘤微环境中CXCL10的产生来促进CD8+T细胞募集
TIMER数据库分析发现CXCL 10表达与人实体瘤中CD 8 + T细胞的浸润水平相关，尤其是在结肠癌中。动物实验显示阿卡波糖联合抗PD-1治疗显著增加小鼠肿瘤组织及血液中CXCL10，而给予CXCL10抗体干预会减少肿瘤组织中CD8 + T细胞的募集，并逆转其抗肿瘤作用，提示阿卡波糖促进CD8+T细胞募集是通过上调肿瘤微环境中CXCL10的产生来实现。（Fig.4）Fig.4 阿卡波糖通过CXCL10-CXCR3通路介导CD8+ T细胞浸润
非靶向代谢组学检测各组小鼠血清代谢物变化，分析结果显示阿卡波糖联合抗PD-1治疗与荷瘤小鼠色氨酸代谢存在密切相关。（Fig.5）![]()
Fig.5 阿卡波糖联合抗PD-1可影响荷瘤小鼠的色氨酸代谢
色氨酸代谢物吲哚乙酸介导阿卡波糖促进抗PD-1治疗的抗肿瘤活性
进一步对各组小鼠血清行靶向代谢组学，分析发现抗PD-1组与联合组之间色氨酸代谢存在明显分离，对组分离贡献最大的代谢物包括吲哚乙酸酯(IAA)、吲哚-3-甲醛、3-吲哚羟基硫酸酯和吲哚-3-乳酸，其中IAA是联合组中富集最显著的代谢物。补充IAA可显著抑制荷瘤小鼠肿瘤生长，肿瘤组织中CD8+T细胞和CXCL10的显著升高，提示IAA介导阿卡波糖增强抗PD-1治疗效果。（Fig.6）![]()
Fig.6 肠道菌源性吲哚乙酸通过促进CD8+ T细胞浸润促进抗PD-1的抗肿瘤作用
为了进一步解释阿卡波糖诱导的肠道微生物群变化是否是抗PD-1增强作用的原因或结果。将经阿卡波糖处理小鼠的粪菌移植至抗PD-1治疗的小鼠，发现菌群丰度与联合组存在明显重合，且表现了同样的抗肿瘤效应。而在抗生素处理后，阿卡波糖改善效果消失，CXCL10和CD8+ T细胞均出现下降，提示阿卡波糖的促肿瘤免疫作用通过调节肠道菌群实现。（Fig.7）![]()
Fig.7 阿卡波糖通过调节肠道微生物群促进肿瘤免疫作用
阿卡波糖介导的长双歧杆菌婴儿亚种（B. infantis）富集促进了抗PD-1的作用
分析各组小鼠高通量测序数据发现阿卡波糖联合PD-1治疗组小鼠B. infantis丰度最高。对荷瘤小鼠给予B. infantis处理，结果提示B. infantis可显著抑制荷瘤小鼠肿瘤生长。（Fig.8）![]()
Fig.8 阿卡波糖介导的B. infantis富集促进了抗PD-1的作用
该研究表明口服阿卡波糖可显著增强雌性荷瘤小鼠对抗PD-1治疗的疗效，其主要是通过调节肠道微生物群组成和色氨酸代谢物IAA，促进CXCL10 表达，增加CD8+ T细胞在肿瘤组织的浸润，使肿瘤对抗PD-1治疗敏感。本研究支持阿卡波糖作为实体肿瘤抗PD-1治疗的辅助药物的观点，对扩大抗PD-1治疗的益处具有重要的临床意义。研究旧药新用，将常见降血糖药物阿卡波糖与抗PD-1联用治疗实体肿瘤，具有较大创新性，为临床癌症免疫治疗提供了新思路。然而，本研究也存在部分局限性：（1）动物福利及伦理对动物实验人道终点指出，肿瘤在小鼠体内体积不能超过2000mm3，即任何一个维度直径需小于20mm，而该研究Fig. 6f中，对照组中第三个肿瘤直径似乎有超过20mm的嫌疑。（2）在临床中，阿卡波糖最大使用剂量为5mg/（kg·d），而文中给予MC38荷瘤和结直肠癌小鼠灌胃剂量为500 mg/（kg·d），远超于临床患者药物最大使用剂量，且阿卡波糖使用说明书中提出有明显消化和吸收障碍的慢性胃肠功能紊乱患者及患有由于肠胀气而可能恶化的疾患(如Roemheld综合征、严重的疝气、肠梗阻和肠溃疡)的病人禁用阿卡波糖，而本研究将阿卡波糖应用于结直肠癌小鼠模型是否会加重小鼠肠道损伤，导致菌群进一步紊乱，而非恢复肠道菌群需进一步探讨。（3）该研究对肿瘤组织CD8+ T细胞浸润情况仅使用免疫组化进行检测，如果能增加流式细胞术检测有助于增加实验饱满度。（4）阿卡波糖作为常用降血糖药物，将其应用于荷瘤小鼠是否会导致低血糖反应，仍需进一步探讨。
DOI: https://doi.org/10.1038/s42255-024-01137-1编辑：杨诗琦 排版：吴佩仪 审核：陈永
