派姆單抗和納武單抗這兩種PD-1單抗可用于DNA錯配修復缺陷（dMMR）和微衛星不穩定性（MSI-H）轉移性結直腸癌（mCRC）的治療，但只有5%的mCRC患者是dMMR或MSI-H類型，絕大多數結直腸癌患者對免疫治療無應答。近期，眾多證據表明腸道菌群影響多種惡性腫瘤對免疫治療的應答，包括非小細胞肺癌、結直腸癌和黑色素瘤等，免疫治療的相關不良反應也與腸道菌群的組成相關。具核梭桿菌是是一種革蘭氏陰性厭氧菌，與牙周炎、結直腸癌、食管癌、流產等密切相關，可促進腫瘤發生發展、促進腫瘤免疫逃逸、誘導化療耐藥，但其與結直腸癌免疫治療療效的關系尚不清楚。

2023年5月，上海交通大學醫學院附屬仁濟醫院消化內科房靜遠/陳縈晅團隊在Cell Host & Microbe發表了題為“Fusobacterium nucleatum-derived succinic acid induces tumor resistance to immunotherapy in colorectal cancer”的文章。該研究聚焦于腸道微生態與宿主免疫治療之間的相互作用機制，通過對接受免疫治療的結直腸癌患者微生物組、代謝組和臨床預后進行整合分析，證實對免疫治療無應答的晚期結直腸癌患者糞便具核梭桿菌豐度升高和血清琥珀酸含量增加，并與不良預后相關。
 

圖片來源：《Cell Host & Microbe》

研究材料

在這項研究中，研究人員使用了無菌小鼠、SPF級C57小鼠和Balb/C小鼠等進行皮下瘤模型造模，其中使用的無菌小鼠是由賽業生物提供的。此外研究者還運用了多個基因敲減或敲除的小鼠結腸癌細胞系及小分子抑制劑等進行機制驗證。

技術方法

在分析腸道菌群和代謝物時作者采用了宏基因組測序、靶向代謝組學和非靶代謝組學分析。通過轉錄組學測序、免疫沉淀、雙熒光素酶報告基因實驗等確定了調控的分子機制。

技術路線

實驗摘要^[1]

01 通過宏基因組測序和定量PCR分析發現無應答組糞便和腫瘤組織中具核梭桿菌富集

02 通過糞菌移植、無菌小鼠單菌灌胃等動物模型確定具核梭桿菌誘導抗PD-1單抗治療抵抗

03 通過多種代謝組學確定具核梭桿菌來源的琥珀酸誘導免疫治療抵抗

04 通過體外分子生物學和體內驗證具核梭桿菌代謝物琥珀酸的作用機制

研究結果

高豐度具核梭桿菌與mCRC免疫治療療效下降相關^[1]

首先，為探究腸道菌群與結直腸癌免疫治療的關系，作者納入了擬接受抗PD-1單抗聯合瑞戈非尼治療的轉移性結直腸癌患者，對患者糞便進行宏基因組測序和定量PCR檢測，發現無應答組糞便中具核梭桿菌豐度明顯高于應答組，糞便具核梭桿菌豐度高的患者其無進展生存期較短。

之后作者對抗生素清腸小鼠進行來源于免疫治療患者的糞菌移植，之后進行皮下瘤接種，一周后予以抗PD-1單抗治療。發現在抗PD-1單抗治療的情況下，移植了低具核梭桿菌豐度應答者糞便的小鼠對抗PD-1單抗治療保持敏感，而移植了高具核梭桿菌豐度無應答者糞便的小鼠則對PD-1單抗治療產生抵抗。

具核梭桿菌抑制腫瘤內CD8⁺T數目及功能，降低對免疫治療的療效^[1]

為評估具核梭桿菌單菌對免疫治療的影響，作者對SPF清腸后荷瘤小鼠和無菌荷瘤小鼠進行PD-1單抗治療和具核梭桿菌灌胃，發現在具核梭桿菌灌胃后，抗PD-1單抗療效大幅下降。流式檢測結果提示與PD-1組相比，PD-1+具核梭桿菌組的腫瘤浸潤CD8⁺T細胞和分泌IFN-γ和TNF-α的效應性CD8⁺T明顯減少。這表明具核梭桿菌可能通過抑制腫瘤內浸潤的CD8⁺T細胞的數量和效應功能，降低免疫治療療效。

具核梭桿菌通過其代謝產物琥珀酸減弱對免疫療法的反應^[1]

通過腸道通透性測定發現抗PD-1單抗治療和具核梭桿菌灌胃均可誘發小鼠腸道通透性升高，灌胃熱滅活的具核梭桿菌不影響抗PD-1單抗效力。之后作者對患者血清樣本進行了靶向代謝組學分析，對具核梭桿菌培養上清液代謝物進行了非靶代謝組學測定，并進一步分析了日本Yachida隊列中高梭桿菌豐度結直腸癌患者的代謝組學數據。三個數據集進行交集分析后顯示，具核梭桿菌產生的琥珀酸可能影響結直腸癌患者免疫治療療效。小鼠實驗提示與抗PD-1單抗組相比，口服和腹腔注射琥珀酸均降低了免疫治療療效，并伴隨腫瘤浸潤CD8⁺T細胞減少和CD8⁺T細胞效應功能下降。

甲硝唑清除腸道具核梭桿菌使腫瘤對免疫療法重新敏感^[1]

具核梭桿菌敏感的抗生素甲硝唑降低了腸道具核梭桿菌豐度并恢復了抗PD-1單抗療效；而耐藥抗生素紅霉素對腸道具核梭桿菌豐度沒有影響，且不會使腫瘤對抗PD-1單抗重新敏感。通過一系列體外和體內機制探討和驗證，作者發現具核梭桿菌來源的琥珀酸可通過腫瘤細胞表面SUCNR1受體穩定腫瘤細胞內的HIF-1α，后者促進EZH2表達，進而抑制了腫瘤細胞cGAS通路的表達，降低了腫瘤中CD8⁺T細胞的浸潤和效應功能。

免疫組化和生存分析^[1]

最后通過免疫組化和生存分析，作者發現高具核梭桿菌豐度、高EZH2表達量與較短的的生存相關，高cGAS、IFNβ、CCL5、CXCL10表達則與較長的生存相關。

研究結論

具核梭桿菌限制腫瘤內CD8⁺T細胞的浸潤和效應功能^[1]

該研究表明高具核梭桿菌豐度與結直腸癌抗PD-1單抗治療抵抗相關，具核梭桿菌通過其代謝物琥珀酸限制腫瘤內CD8⁺T細胞的浸潤和效應功能，進而促進抗PD-1單抗治療抵抗；在高具核梭桿菌豐度的患者中，應用甲硝唑降低腸道具核梭桿菌豐度或可改善免疫治療療效，為結直腸癌菌群、代謝物與免疫之間的串擾提供了新見解。

原文檢索：

[1]Jiang SS, Xie YL, Xiao XY, Kang ZR, Lin XL, Zhang L, Li CS, Qian Y, Xu PP, Leng XX, Wang LW, Tu SP, Zhong M, Zhao G, Chen JX, Wang Z, Liu Q, Hong J, Chen HY, Chen YX, Fang JY. Fusobacterium nucleatum-derived succinic acid induces tumor resistance to immunotherapy in colorectal cancer. Cell Host Microbe. 2023 Apr 27:S1931-3128(23)00161-0. doi: 10.1016/j.chom.2023.04.010