《科学》：破解抗生素削弱免疫治疗效果之迷！科学家发现，使用抗生素或肠菌失调会促进免疫抑制细胞从肠道进入肿瘤

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(资料图)

我们知道，癌症患者因为免疫力低通常更容易感染，使用广谱抗生素也是挺常见的事，但抗生素的使用会改变肠道微生物的组成，肠道菌群失调又会影响免疫检查点抑制剂（ICB）的治疗效果。

近年来，不少研究显示，在ICB治疗前1个月或1年接受抗生素治疗，与患者总生存期较差有关。但抗生素引起的肠道菌群失调又是如何影响ICB治疗效果的，目前还不清楚。

近日，法国Gustave Roussy癌症中心的Conrad Rauber，Guido Kroemer和Laurence Zitvogel团队发现，接受抗生素治疗后，小鼠肠道中的Enterocloster菌属会大量定植，导致MAdCAM-1表达下调，使具有免疫抑制作用的嗜肠性T细胞（α4β7+CD4+Treg 17细胞）离开肠道，转移到肿瘤引流淋巴结（tdLN）中，帮助肿瘤免疫逃逸，从而削弱了ICB的疗效。

研究人员还发现，血清可溶性MAdCAM-1的水平或可作为预测癌症患者ICB治疗疗效的生物标志物。研究发表在《科学》上。

论文首页截图

接下来，我们就来看看这个研究是怎么做的吧。

MAdCAM-1是一种细胞粘附分子，主要在肠道相关淋巴组织的血管内皮细胞上表达，通过与T细胞上的整合素α4β7配体结合，可使T细胞从血液进入到肠道固有层中。当MAdCAM-1-α4β7轴被破坏以后，这些T细胞就会从肠道中溜走。

在本研究中，研究人员在接受广谱抗生素组合（氨苄西林、粘菌素和链霉素，ACS）治疗的MCA205（纤维肉瘤）荷瘤小鼠模型中观察到，ACS不仅削弱了PD-1抑制剂的抗癌效果，还降低了大多数回肠趋化因子和Madcam-1的表达。

通过实时定量PCR、免疫组化、流式细胞仪分析后发现，Madcam-1水平在ACS治疗第3天开始下降，直到结束治疗（12天）都没有恢复过来。

Madcam-1在ACS治疗后表达下调

接下来，研究人员对抗生素处理下的肠道菌群进行质谱分析，发现Enterocloster这个属的几个菌种（如Enterocloster clostridioformis和Enterocloster bolteae）会在ACS治疗后4或7天内大量定植，而Enterocloster也可在对PD-1抑制剂耐药的癌症患者粪便样本中检测到。

在对未接受抗生素治疗的小鼠经口灌注Enterocloster clostridioformis后，研究人员同样观察到回肠Madcam-1 mRNA表达下降。这说明，Enterocloster是导致Madcam-1表达下降的关键。

进一步分析发现，灌注Enterocloster后，小鼠胆汁酸的水平发生了明显改变，其代谢物LCA（草酸胆酸）和UDCA（熊去氧胆酸）可下调回肠集合淋巴滤泡和肠系膜淋巴结中的Madcam-1表达，也就是说，Enterocloster导致Madcam-1表达下降是通过影响胆汁酸代谢实现的。

正如上文所说，MAdCAM-1有留存T细胞的功能，因此，研究人员推测，Madcam-1表达下调会让表达α4β7的嗜肠性T细胞从肠道中流出（嗜肠性T细胞是指由幼稚T细胞分化出来的表达α4β7的特殊T细胞亚群）。

嗜肠性T细胞分化情况

为了验证这一猜测，研究人员利用两种不同的方法，监测了肠道T细胞的迁移过程。一种用的是Kaede小鼠，这种小鼠体内有一种能在紫外线照射下发光的蛋白（PC），另一种办法是直接将CFSE（一种荧光燃料）注入到肠系膜淋巴结中，这两种办法都能追踪肠道T细胞的迁移过程。

在追踪24小时后，研究人员从两种方法中观察到，表达PC或CFSE的嗜肠性α4β7+CD4+T细胞会从肠道转移到脾脏、肿瘤和tdLN中。在对这些CD4+T细胞分类后发现，Treg 17细胞是最活跃的α4β7+CD4+T细胞群体，它们在淋巴结中的比例高达40%。

2种追踪T细胞的嗜肠性α4β7+CD4+T细胞的方法

为了确定这种迁移是否是由MAdCAM-1-α4β7轴作用导致的，研究人员在敲除或抗体清除MAdCAM-1，同样观察到α4β7+CD4+Treg 17细胞从肠道转移到tdLN中，这与抗生素治疗效果相同，这提示，Treg 17细胞的肠外迁移是由MAdCAM-1-α4β7轴介导的。

鉴于Treg 17细胞的免疫抑制以及抗肿瘤免疫监视的作用，研究人员想知道抗生素治疗后导致PD-1抑制剂效果不佳是否与MAdCAM-1-α4β7轴介导的Treg 17细胞迁移有关。

结果发现，PD-1抑制剂的疗效受MAdCAM-1-α4β7轴影响，若在PD-1抑制剂治疗期间切断MAdCAM-1-α4β7轴，那么Treg 17细胞会在肿瘤微环境中大量聚集，进一步导致CD8+T细胞的对肿瘤的杀伤能力变弱。

为了验证Madcam-1的表达与Treg 17细胞向肿瘤迁移之间的因果关系，研究人员在小鼠肝脏中注射Madcam-1基因的载体，实现了Madcam-1过表达。

结果发现，Madcam-1在肝脏中的表达减少了Treg 17细胞在肿瘤中的积累，也就是说，即使在非肠道组织中，Madcam-1的表达也能调节Treg细胞的迁移。

此外，研究人员还发现，肝脏中MAdCAM-1的表达与血清可溶性MAdCAM-1的表达呈正相关。

为了验证这一发现的临床意义，研究人员在两个接受抗PD-1/PD-L1抗体治疗的晚期非小细胞肺癌（NSCLC）患者队列中发现，与未使用抗生素的患者相比，接受抗生素治疗的患者血清可溶性MAdCAM-1水平较低。基线血清中的可溶性MAdCAM-1是未使用抗生素的NSCLC患者的强独立预后因素，且高基线水平与较长的总生存期和无进展生存期相关。

可溶性MAdCAM-1是未使用抗生素的NSCLC患者的独立预后因素

这一结果也在肾细胞癌患者和转移性膀胱癌患者中得到了验证，即血清可溶性MAdCAM-1可以作为预测癌症患者对免疫疗法反应的生物标志物。

总之，这项研究揭示了抗生素使用或肠菌失调影响ICB疗效背后的分子机制，强调了肠道菌群调节免疫反应的重要性，为日后开发新的免疫疗法以及预测免疫疗法的生物标志物提供了新的思路。

参考文献：

[1]Fidelle M, Rauber C, Alves Costa Silva C, Tian AL, Lahmar I, de La Varende AM, Zhao L, Thelemaque C, Lebhar I, Messaoudene M, Pizzato E, Birebent R, Mbogning Fonkou MD, Zoppi S, Reni A, Dalban C, Leduc M, Ferrere G, Durand S, Ly P, Silvin A, Mulder K, Dutertre CA, Ginhoux F, Yonekura S, Roberti MP, Tidjani-Alou M, Terrisse S, Chen J, Kepp O, Schippers A, Wagner N, Suárez-Gosálvez J, Kobold S, Fahrner JE, Richard C, Bosq J, Lordello L, Vitali G, Galleron N, Quinquis B, Le Chatelier E, Blanchard L, Girard JP, Jarry A, Gervois N, Godefroy E, Labarrière N, Koschny R, Daillère R, Besse B, Truntzer C, Ghiringhelli F, Coatnoan N, Mhanna V, Klatzmann D, Drubay D, Albiges L, Thomas AM, Segata N, Danlos FX, Marabelle A, Routy B, Derosa L, Kroemer G, Zitvogel L. A microbiota-modulated checkpoint directs immunosuppressive intestinal T cells into cancers. Science. 2023 Jun 9;380(6649):eabo2296. doi: 10.1126/science.abo2296.

本文作者 ｜张金旭