免疫检查点阻断（immune checkpoint blockade，ICB）是治疗多种恶性肿瘤疾病的重要手段，肠道菌群是影响ICB疗效的主要环境因素之一；在ICB治疗中祖细胞耗竭型CD 8 + T细胞（progenitor exhausted CD8+ T cells，Tpex）的产生与疾病的预后关系密切。而肠道菌群是否与ICB治疗中Tpex的激活及后续免疫效应相关尚不清楚。
2024年3月28日浙江大学王良静教授团队在Cell（IF2023=45.5）期刊上发表了题为“Microbial metabolite enhances immunotherapy efficacy by modulating T cell stemness in pan-cancer”的研究论文。该研究发现了一种肠道菌群产生的小分子代谢物吲哚-3-丙酸(IPA)，可以持续调动T细胞杀伤肿瘤，增强抗PD-1单抗在结直肠癌、乳腺癌、黑色素瘤等实体肿瘤中的疗效，指出了一种基于微生物的佐剂治疗方法来提高免疫治疗的有效性。
研究首先收集ICB干预后的结直肠癌（Colorectal Cancer，CRC）小鼠粪便，按照药物反应性分为反应良好组和反应不佳组，通过16S rRNA测序和LC-MS/MS比较了两组肠道菌群及代谢物的组成和多样性差异。随后通过多组学联合粪菌移植，流式细胞术及染色质免疫共沉淀等技术证实了约氏乳杆菌代谢物IPA可通过促进Tpex的激活从而改善ICB治疗的有效性。最后，为了验证上述发现的普适性，作者在乳腺癌和黑色素瘤小鼠模型中进行了类似的实验验证，结果显示IPA在多种恶性肿瘤模型中均能有效促进ICB治疗的疗效，从而证实了其在泛癌治疗中的潜在应用价值。（Fig.1）![]()
Fig.1 约氏乳杆菌通过IPA促进ICB治疗效益示意图
约氏乳杆菌通过激活浸润性CD 8 + T细胞增强免疫反应
首先，作者通过粪菌移植、宏基因组测序和流式细胞术等研究手段，发现预后良好组和预后不佳组之间肠道菌群和代谢物存在显著差异，预后良好小鼠的肠道菌群中乳杆菌属特别是约氏乳杆菌丰度高，且CD8+T细胞比例增加，暗示强免疫反应。（Fig.2）![]()
Fig.2 肠道菌群差异与ICB治疗效益相关
代谢组学深入剖析显示，ICB治疗应答良好的小鼠体内，色氨酸代谢途径显著富集。为了进一步探究这一机制，作者采用无色氨酸饮食喂养小鼠，并进行ICB和约氏乳杆菌干预。实验结果显示，当食物中色氨酸缺失时，约氏乳杆菌原本对ICB治疗的正向促进作用被明显削弱或逆转。这表明约氏乳杆菌通过调控色氨酸代谢途径，进而影响ICB免疫治疗的效果。（Fig.3）
Fig.3 约氏乳杆菌通过色氨酸代谢促进ICB免疫应答
作者构建了体内缺乏成熟淋巴细胞的rag1+小鼠模型，对其进行T细胞、B细胞、T细胞联合B细胞的过继免疫治疗，结果发现约氏乳杆菌通过色氨酸代谢途径产生关键代谢物IPA。IPA通过促进T淋巴细胞的激活，进而影响ICB免疫治疗疗效。(Fig.4）
Fig.4 约氏乳杆菌衍生的IPA通过CD8+ T细胞促进ICB治疗的免疫应答
Tpex细胞和效应T细胞的激活是ICB疗效改善的关键因素
作者对ICB治疗预后良好组和预后不良组小鼠体内的CD8+T淋巴细胞进行流式细胞分选，再结合单细胞测序、体外共培养体系及细胞分化轨迹分析，发现IPA干预会显著促进Tpex细胞和效应T细胞的激活，并促进CD8+Tpex细胞和效应T细胞分化。（Fig.5）Fig.5 IPA通过激活Tpex和效应T细胞进而维持CD8+T的免疫应答
作者构建了小鼠的原位乳腺癌模型和黑色素瘤皮下移植瘤模型，在ICB治疗的基础上进行IPA干预，生存分析发现ICB联合IPA组的两种模型小鼠的生存期均明显延长，肿瘤生长得到明显抑制。以上结果表明IPA能在包括结直肠癌、乳腺癌和黑素色瘤在内的多种恶性肿瘤中发挥促进ICB治疗反应性的作用。（Fig. 6）![]()
Fig.6 IPA促进泛癌ICB治疗反应性
在该研究中，作者在粪菌移植的基础上结合多组学分析，发现一种肠内共生菌—约氏乳杆菌，该菌在预后良好组和预后不良组两个群体之间存在显著差异，并阐明约氏乳杆菌可通过增加色氨酸衍生的代谢物IPA的合成来增强ICB治疗的疗效。具体来说，约氏乳杆菌关键代谢物IPA通过促进CD 8 + T细胞向肿瘤内浸润进而激活Tpex细胞以发挥抗肿瘤作用。（1）研究设计中，作者采用接受免疫治疗小鼠的粪菌进行移植实验，以验证肠道菌群差异对ICB疗效的影响。然而，鉴于小鼠肠道菌群与人类肠道菌群的本质差异，这一实验设计在直接应用于人类临床情境的预测力上可能受限。若能将粪菌移植的供体来源替换为实际接受免疫治疗的患者群体，不仅能更贴近临床实际，还能显著提升研究结果的说服力和临床转化潜力（2）在评估肠道菌群或特定菌株对ICB疗效的改善效果时，研究采用了肿瘤体积作为关键指标之一。然而，值得注意的是，部分实验图片显示，在干预措施实施之前，各实验组小鼠的肿瘤体积已存在显著差异。这种基线不一致可能干扰了对干预效果的准确判断。因此，采用肿瘤增长曲线作为评价指标将更为合理，因为它能够动态地反映肿瘤体积随时间的变化趋势，从而更准确地评估干预措施对肿瘤生长的抑制效果
https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.02.022编辑：张正凤 排版：徐沁雯 审核：黄启发
