文献

名称：Gut microbiome modulates response to anti–PD-1 immunotherapy in melanoma patients
译名：肠道微生物调节抗PD-1免疫治疗黑色素瘤
通讯作者：Wargo JA
单位：美国德州大学MD安德森癌症中心，休斯顿
期刊：Science
时间：2017.11

导读

尽管CTLA-4阻断剂和PD-1阻断剂在黑色素瘤以及其他癌症的临床治疗中卓有成效，但是也存在异质性大和有效期短的问题。在肿瘤基因组之外，最近科学家们发现肠道微生物能影响癌症发展和治疗效果。很多研究表明肠道微生物能通过固有和适应性免疫影响抗肿瘤免疫效果，而调节肠道微生物则能改善治疗效果。例如，小鼠模型试验发现肠道微生物组能调节肿瘤对检查点阻断免疫治疗的反应。但是这类工作还很少在癌症病人中进行。

为了更深入的解析人体微生物组在免疫检查点阻断剂疗效中的作用，本项研究收集了112例抗PD-1治疗转移性黑色素瘤病人的口腔、肠道微生物、肿瘤组织和血液标本。临床评估后，研究纳入了89例病人，其中54例治疗有效（R），35例治疗无效（NR）。

研究内容

1. 菌群多样性影响抗PD-1疗效和PFS研究人员首先发现口腔和肠道中的微生物群体构成差异很大：口腔中乳酸杆菌目（Lactobacillales）丰度最高，而肠道中拟杆菌目（Bacteroidales）丰度最高（下图B）。对不同治疗组的肠道微生物分类分析显示：1. R中α多样性（Inverse Simpson）显著高于NR（下图C）；2. Inverse Simpson高的病人的无恶化生存期（PFS）明显高于其他组（下图E）；3. β多样性PCoA分析显示肠道微生物组能聚成两个簇（下图F）。口腔微生物组分析均无显著发现，以下分析全采用肠道微生物组数据。

2. 粪杆菌属、拟杆菌目影响抗PD-1疗效首先，OUT富集分析发现梭菌目（Clostridiales）富集在R中，拟杆菌目（Bacteroidales）富集在NR中（下图A、B）。然后，LEfSe分析、多水平分类单元分析、WGS测序分析三种方法不仅验证了OTU富集分析的结果，还发现梭菌目/瘤胃菌科（Ruminococcaceae）/粪杆菌属（Faecalibacterium）也富集在R中（下图C、D、E、F）。

3. crOTU、分类单元、功能基因组预测抗PD-1疗效1. crOTU非监督等级聚类能人群分成两个组，尽管组2中既有R也有NR，巧合的是组1完全由R组成（下图A、B）。2. 单变量Cox比例风险分析发现α多样性（HR =3.6）、粪杆菌属（HR =2.92）、拟杆菌目（HR =0.39）最能预测治疗效果。3. 利用WGS数据进行pathway非监督分层聚类能把病人分为两个组，组1中约70%是R，组2中约60%是NR。对KO 做相同聚类结果相似。可见，肠道菌群的crOTU、粪杆菌属、拟杆菌目以及pathway和KO对疗效还是有一定预测作用的。

4. 粪杆菌属上调CD8+ T细胞和抗原呈递分子本研究利用自己的样本调查了肠道微生物和系统和肿瘤免疫的关系。他们发现：1. R肿瘤组织中的CD8+ T比NR中更高（下图A）；2.粪杆菌属恰好和CD8+ T 呈正相关（下图B、C）；3.粪杆菌属和血液效应CD8+ T数量也呈正相关（下图D）；4. 粪杆菌属高的病人的肿瘤组织免疫细胞和抗原加工和呈递marker比拟杆菌目高的病人更多（下图E、F）。可见，R中的粪杆菌属可能通过上调CD8+ T等免疫细胞和抗原呈递相关分子促进抗PD-1肿瘤治疗。

5. FMT确定微生物组 –> 抗PD-1疗效的因果关系最后，研究用粪便微生物组移植（FMT）的方法调查了粪杆菌属、拟杆菌目和治疗效果之间的因果关系。他们发现：1. 肿瘤定植的14天后R-FMT小鼠的肿瘤显著小于NR-FMT小鼠的（下图H）；2. R-FMT小鼠的抗PD-L1治疗效果最好，不仅如此，R-FMT小鼠体内肿瘤和肠道的CD8+T的数量也是最高的（下图I、J、K）。可见，R肠道微生物组不仅促进机体免疫，还能促进抗肿瘤治疗，甚至微生物本身就就有抑制肿瘤的作用。

总结

1. 多样性分析、差异分析确定细菌影响治疗效果
2. crOTU聚类、Cox比例风险分析、功能基因组分析确定微生物预测疗效
3. Gut -> response 免疫机制探究
4. Gut -> response 因果关系调探究