综述：肠道菌群对黑色素瘤 PD-L1 治疗的影响及其机制

《Cancer Immunology, Immunotherapy》：Gut microbiota affects PD-L1 therapy and its mechanism in melanoma

这篇综述聚焦黑色素瘤，深入探讨了 PD-1/PD-L1 通路在肿瘤免疫中的作用机制，以及肠道菌群及其代谢物如何影响 PD-1 治疗效果。研究发现肠道菌群可重塑肿瘤微环境，克服治疗耐药，为黑色素瘤治疗策略优化提供了新方向。

　　

一、引言

黑色素瘤是一种常见且严重的癌症，以往晚期黑色素瘤患者五年生存率仅 10% 。免疫检查点抑制剂（ICIs）的出现革新了癌症治疗方式，PD-1/PD-L1 阻断疗法通过激活患者免疫系统来杀伤肿瘤细胞，在黑色素瘤治疗方面成效显著。不过，许多晚期黑色素瘤患者对 PD-1 治疗存在耐药性，而肠道菌群被发现对解决这一问题至关重要。肠道菌群作为人体最大的免疫器官，在调节免疫反应和影响疾病进展方面发挥着关键作用，其代谢物对增强抗肿瘤免疫也至关重要，与 PD-1 治疗效果密切相关。因此，探究肠道菌群在黑色素瘤 PD-1/PD-L1 治疗中的作用意义重大。

二、PD-1 的生物学活性

1992 年，程序性死亡受体 - 1（PD-1，CD279）作为免疫球蛋白基因超家族的新成员被分离出来。它是一种 50 - 55kDa 的跨膜蛋白，属于 CD28/CTLA-4 受体家族，主要在活化的 T 细胞和 B 细胞表面表达，在静止或初始淋巴细胞中表达极少。研究表明，PD-1 基因敲除的小鼠会出现狼疮样自身免疫疾病和自身免疫性扩张型心肌病，这充分说明 PD-1 在免疫耐受中起重要的负调节作用。

三、PD-1 及其配体的作用机制

PD-1 主要通过与两个配体 PD-L1 和 PD-L2 结合发挥生物学效应。PD-1 的细胞质区域含有两个酪氨酸残基，分别位于免疫受体酪氨酸抑制基序（ITIM）和免疫受体酪氨酸转换基序（ITSM）。当 PD-1 与受体结合后，自身磷酸化，ITIM 或 ITSM 招募含有 SH2 结构域的磷酸酶 SHP1 和 SHP2，使 T 细胞受体（TCR）和 B 细胞受体（BCR）信号通路中的关键信号成分去磷酸化，从而抑制 B 细胞和 T 细胞的增殖与活化。

PD-L1（B7-H1，CD274）是 PD-1 的配体之一，1999 年被确定为 B7 共刺激分子家族的新成员。它主要表达在 T 细胞、抗原呈递细胞（APCs，包括 B 细胞、巨噬细胞和树突状细胞）以及实质细胞（如血管内皮细胞和胰岛细胞）上，且在激活后表达会进一步上调。缺乏 PD-L1 的小鼠会患自身免疫性糖尿病，这表明 PD-L1 在介导组织内 T 细胞耐受性、保护靶器官免受自身反应性 T 细胞攻击方面发挥着关键作用。除 PD-1 外，B7-1 也是 PD-L1 的受体。

PD-L2（B7-DC，CD273）是 PD-1 的另一个配体，主要分布在巨噬细胞中的树突状细胞以及 50 - 70% 的静息腹膜 B1 细胞中。在 T 细胞激活过程中，PD-L1 和 PD-L2 与 PD-1 结合的效果相似，都能抑制白细胞介素 - 2 和干扰素 -γ 等的产生，抑制 T 细胞免疫激活。不过，由于 PD-L2 的功能局限性，目前临床研究主要集中在 PD-1/PD-L1 通路。

四、PD-1 通路在黑色素瘤抗肿瘤免疫中的机制

肿瘤反应性 T 细胞在抗肿瘤免疫中起核心作用，其激活、增殖和凋亡受 TCR 介导的信号通路调节。T 细胞激活需要两个信号：一是抗原呈递细胞（APCs）呈递的抗原肽 - 主要组织相容性复合体（pMHC）与 TCR 的特异性结合；二是 T 细胞表面共受体（如 CD28）与 APCs 配体（如 CD80/CD86）的共刺激信号。缺少第二个信号会导致 T 细胞失活。

在黑色素瘤中，PD-1 与 PD-L1 的相互作用会破坏 T 细胞激活信号通路，抑制肿瘤反应性 T 细胞的增殖和活化。肿瘤细胞可通过表达 PD-L1 与 T 细胞上的 PD-1 结合，诱导肿瘤反应性 T 细胞凋亡，促进免疫原性肿瘤生长，从而逃避机体免疫监视。

五、黑色素瘤中与 PD-1 通路相关的信号通路

1. JAK-STAT 信号通路：干扰素 -γ（IFNγ）刺激可上调 PD-L1 表达，黑色素瘤中的 T 细胞可通过 II 型 IFN - IFNγ - JAK1/JAK2 - STAT1/STAT2/STAT3 - IRF1 轴促进 PD-L1 表达，其中 STAT1 是诱导 PD-L1 表达的关键分子。同时，I 型 IFN 信号通路可通过 IFNAR、JAK1、TYK2、STAT1、STAT2 和 IRF9 等效应器诱导黑色素瘤细胞中 PD-1 基因和蛋白表达，降低 STAT1 或 STAT2 水平可抑制 PD-1 表达。JAK-STAT 信号通路与 PD-1 免疫检查点阻断（ICB）的效果逆转有关，研究该通路机制有助于解决干扰素信号转导导致的 PD-1/PD-L1 免疫检查点阻断疗法的临床耐药问题。
2. PI3K/AKT/mTOR 信号通路：PI3K/AKT/mTOR 信号通路在调节细胞增殖、凋亡和免疫反应中起重要作用。在黑色素瘤中，12% 的患者存在抑癌基因 PTEN 缺失或失活突变，导致该通路下游效应分子过度激活，肿瘤免疫抑制作用丧失。然而，敲低 PTEN 会使 PD-L1 上调，进而降低 PI3K 水平，这表明 PI3K 通路与 PD-1/PD-L1 通路在功能上相互调节。PD-1 ICB 疗法可通过抑制该通路来抑制肿瘤细胞增殖。此外，PI3K/AKT/mTOR 在 T 细胞中主要发挥促增殖作用，激活 PD-1 会降低 p-S6 的磷酸化水平，促进肿瘤生长，同时抑制 TCR 中的 PI3K/AKT/mTOR 信号通路，减少 T 细胞增殖。黑色素瘤细胞常表达 SHP2，可通过参与 SHP2 介导的 TCR 信号传导去磷酸化，经 PD-1 通路抑制 T 细胞增殖。
3. NF-κB 信号通路：NF-κB 是一种转录因子，参与宿主对细胞应激的反应和对病原体的免疫反应。AKT 介导的 NF-κB 通路激活可促进肿瘤细胞存活并导致化疗耐药。在一些癌症中，NF-κB 与 PD-L1 表达相互促进。在黑色素瘤中，NF-κB 信号通路的激活与黑色素瘤的存活和侵袭相关，IFNγ 诱导的 PD-L1 表达通路可能受 NF-κB 调节，但具体机制尚不清楚。在非小细胞肺癌（NSCLC）等其他肿瘤中，已明确部分 PD-L1 与 NF-κB 信号通路相互作用的分子机制，如表皮生长因子受体（EGFR）磷酸化 IκB，导致其泛素化和蛋白酶体降解，释放 NF-κB，后者进入细胞核与 PD-L1 启动子结合，促进 PD-L1 表达；转化生长因子 -β（TGF-β）上调转录共激活因子 MRTF-A，其与 NF-κB/p65 相互作用，促进 NF-κB/p65 与 PD-L1 启动子结合，激活 PD-L1 转录表达。
4. MAPK 信号通路：MAPK 通路参与细胞生长、增殖、发育和分化，其过度激活在肿瘤增殖和发展中起重要作用。在 BRAF 抑制剂耐药的黑色素瘤中，MAPK 通路下游信号分子 c-Jun 通过 STAT3 激活，可增加 PD-L1 表达，c-Jun 是 PD-L1 的转录促进因子。在 EGFR 突变的肺腺癌（LUAD）肿瘤细胞中，PD-L1 可通过 MAPK 信号通路诱导增殖和自噬，导致耐药等不良临床后果。在肝细胞癌中，MAPK 激活可通过下调 miR-675-5p，增强 PD-L1 mRNA 的稳定性，使 PD-L1 表达增加。基于此，MEK 抑制剂可通过抑制 MAPK 通路调节黑色素瘤、非小细胞肺癌、结肠癌等多种肿瘤的 PD-L1 表达。
5. WNT 信号通路：WNT 信号通路在细胞周期调节和癌症等多种生命过程中起重要作用。在黑色素瘤小鼠病理模型中，发现 WNT/β-catenin 信号通路激活，该通路下游信号分子介导了对 PD-L1 免疫治疗的耐药性。研究表明，黑色素瘤中 Wnt5a 表达可通过旁分泌信号通路诱导树突状细胞（DC）上调吲哚胺 2,3 - 双加氧酶 - 1 表达，触发 β-catenin 依赖的通路，驱动局部调节性 T 细胞（Treg 细胞）分化，最终抑制 CD8?T 细胞，介导对抗 PD-L1 免疫治疗的耐药。阻断该通路可改变肿瘤微环境，增强黑色素瘤抗 PD-L1 治疗的活性。
6. Hedgehog 信号通路：Hedgehog 信号通路在黑色素瘤中的具体作用机制尚不清楚。研究发现，下游信号分子 Gli1 和 Gli2 的小分子抑制剂 GANT61 可促进黑色素瘤细胞凋亡，显著降低与 PD-L1 相关基因的表达。在胃癌模型和胰腺导管腺癌细胞系研究中也发现，Hh 信号通路可促进 PD-L1 表达，在缺氧条件下调节淋巴细胞的抗肿瘤免疫功能。

六、肠道菌群在肿瘤免疫治疗中的作用

人体肠道是最大的免疫器官，约 65 - 80% 的免疫细胞存在于此。肠道菌群通过代谢物、激素和细胞因子调节局部和全身免疫反应，其产生的代谢物与免疫细胞相互作用，调节机体免疫反应，是维持免疫稳态的重要途径。肿瘤免疫治疗基于激活特异性细胞毒性 T 淋巴细胞（CTLs）来识别和清除肿瘤细胞，而肿瘤微环境是肿瘤细胞生长的土壤，也是其逃避免疫检测的帮凶。研究发现，肠道菌群可通过调节固有免疫、适应性免疫和肿瘤抗原的免疫原性，重塑肿瘤微环境，增强免疫治疗效果，解决晚期黑色素瘤患者对 anti-PD-L1 治疗的耐药问题。

七、肠道菌群影响肿瘤免疫治疗的作用机制

肠道菌群在调节肠道免疫和塑造免疫系统方面发挥着关键作用，主要通过肠道菌群产生的细胞因子和代谢物，经循环和免疫调节途径实现。这些代谢物可调节肠道菌群平衡、保护肠道黏膜屏障、维持内分泌稳态和控制肠道免疫。

肠道菌群还影响 ICIs 疗法的疗效。无菌或抗生素处理（ATB）小鼠的临床前研究表明，ICIs 的抗肿瘤活性依赖于肠道微生物成分的存在。肠道菌群通过抗原特异性和抗原非特异性途径调节 ICIs 治疗结果。抗原特异性机制涉及微生物与肿瘤抗原之间的共享表位，可通过交叉反应增强或削弱适应性免疫反应；抗原非特异性途径包括多种方式，如肠道菌群产生的小分子代谢物可调节免疫细胞活性，分泌物质增强紧密连接蛋白表达，维持肠道黏膜屏障完整性，降低肠道通透性，这些途径在免疫调节过程中发挥作用，与癌症免疫治疗结果密切相关，且不依赖于抗原特异性效应。

八、肠道菌群对黑色素瘤治疗的影响

研究发现，黑色素瘤患者肠道菌群的组成和多样性与抗 PD-1 免疫治疗的反应显著相关。治疗过程中，患者肠道菌群发生显著变化，微生物多样性增加，如粪杆菌属（Faecalibacterium）和阿克曼菌属（Akkermansia）等。特定的微生物群，如粪杆菌属和双歧杆菌属（Bifidobacterium），与治疗反应良好的患者相关。肠道菌群的代谢物，如短链脂肪酸（SCFAs），可调节免疫反应，增强 T 细胞活性，从而增强对肿瘤的免疫监视。

同时，肠道微生物可直接影响免疫系统中多种细胞的功能，包括 CD8?T 细胞和自然杀伤细胞（NK 细胞）。肠道菌群代谢物可作用于肠道屏障，激活 CD8?T 细胞和 M1 巨噬细胞，CD8?T 细胞可直接杀伤肿瘤细胞，M1 巨噬细胞可促进免疫激活，二者均发挥免疫监视功能，抑制黑色素瘤发展。但肠道菌群也可诱导髓源性抑制细胞（MDSC）、M2 巨噬细胞和调节性 T 细胞（Treg 细胞）增加，抑制免疫反应，形成有利于黑色素瘤生长的微环境，促进黑色素瘤进展。

肠道菌群的多样性可促进这些细胞的有效性，增强抗肿瘤免疫反应。通过调节肠道菌群，如补充特定益生菌，可增强黑色素瘤患者对免疫检查点抑制剂的反应。研究团队利用合成生物学方法改造微生物，增强其代谢特性，为提高免疫治疗的协同效应和未来治疗的拓展提供了新思路。改变肠道菌群可克服黑色素瘤患者对 anti-PD-1 治疗的耐药性，增加肠道微生物类群的丰度可降低黑色素瘤患者与 anti-PD-1 治疗相关的反应，改变肠道菌群种类可重塑肿瘤微环境，克服部分晚期黑色素瘤患者对 PD-1 的耐药性，提高 PD-1 治疗黑色素瘤的治愈率。

九、与黑色素瘤相关的常见肠道微生物种类及其功能

免疫治疗的疗效受肠道菌群组成的显著影响。对治疗有反应的患者常接受口服益生菌（如双歧杆菌属）、黏蛋白嗜性阿克曼菌或粪便微生物群移植（FMT）等干预措施。这些干预措施可增强基于 PD-1 的免疫治疗效果，抑制肿瘤生长，其机制是通过增强树突状细胞和 T 细胞反应实现的。黑色素瘤患者对 anti-PD-1/PD-L1 抗体的部分耐药性也与肠道菌群的分类组成有关。多种特定细菌种类，如阿克曼菌、瘤胃球菌属（Ruminococcus）和双歧杆菌属，与 ICIs 临床反应改善和抗 PD-1 单克隆抗体治疗效果良好相关，可增强机体免疫系统功能。不过，这些细菌种类与免疫反应之间的关系尚未完全明确。FMT 联合 anti-PD-1 治疗可改变肠道菌群组成，重塑肿瘤微环境，有效克服部分晚期黑色素瘤对 PD-1 的耐药性，为晚期黑色素瘤的治疗提供了新的方向。

十、肠道菌群代谢物在免疫治疗中的机制

在肿瘤免疫领域，肠道菌群代谢物在免疫治疗中发挥着关键作用。短链脂肪酸（SCFAs）是一类饱和脂肪酸，链长为 1 - 6 个碳原子，主要包括乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐。丁酸盐是研究最广泛的 SCFA，是肠杆菌科、真杆菌科、瘤胃球菌科、丁酸梭菌、双歧双歧杆菌和无形体门等肠道微生物的代谢产物。SCFAs 可维持肠道菌群平衡、减轻肠道炎症、抑制肿瘤发生，还影响肿瘤 ICIs 治疗效果。临床研究表明，SCFAs 与 ICIs 相关，PD-1 阻断疗法的非响应者中产生 SCFAs 的细菌数量少于响应者。丁酸盐可通过增强 Th1 和 Th17 效应 T 细胞极化，加速 ILC3 和 CD4 T 细胞产生 IL-22，促进 IFN-γ 产生，增加 CD8 T 细胞的细胞毒性，促进细胞分化和细胞因子分泌，还可增加肿瘤内 CD8 T 细胞的积累。丁酸盐通过抑制组蛋白去乙酰化酶（HDAC）活性诱导 ID2 表达，进而调节 IL-12 依赖的途径，诱导 CD8?T 细胞中 DNA 结合抑制因子（ID2）表达，直接增强 CD8?T 细胞的抗肿瘤细胞毒性。

肌苷（Inosine）是由肠道菌群产生的代谢物，来源于假长双歧杆菌、黏蛋白嗜性阿克曼菌等对核酸中腺嘌呤部分的代谢。肌苷具有调节肠道菌群、保护肠道黏膜屏障的功能，可激活免疫细胞、刺激代谢，还能提高肿瘤细胞呈递肿瘤抗原的能力，使细胞毒性免疫细胞更容易识别和杀伤肿瘤细胞。肌苷可通过调节 Th1 分化增加 IFNγ、CD4 和 CD8 T 细胞浸润，但仅在外源 IFNγ 存在时促进 T 细胞向 Th1 细胞分化，反之则抑制 Th1 分化。补充肌苷联合 anti-PD-L1 治疗比单独使用 PD-L1 治疗可增加表达 IFNγ 和 TNF-α 的 CD8 肿瘤浸润淋巴细胞（TILs）数量。

三甲胺氧化物（TMAO）由肠道菌群对富含胆碱或肉碱的食物（如鱼、蛋和肉制品）代谢产生。TMA 经门静脉循环进入肝脏，被催化为 TMAO。研究发现，TMAO 可通过激活 CD8 T 细胞介导的抗肿瘤免疫抑制肿瘤生长。瘤内注射 TMAO 联合腹腔注射 anti-PD-1 单克隆抗体比单独注射 anti-PD-1 单克隆抗体更能显著抑制肿瘤生长，促进 CD8 T 细胞和 M1 巨噬细胞浸润，增强 CD8 T 细胞功能。此外，TMAO 还可通过激活 PERK 介导的内质网应激增强抗肿瘤免疫，引发细胞焦亡。

胞壁肽（Muropeptides）是肠道粪肠球菌的代谢产物，可增强小鼠抗 PD-L1 单克隆抗体免疫治疗效果，促进肿瘤浸润淋巴细胞中 CD8 T 细胞的表达。粪肠球菌表达和分泌 NlpC/p60 肽聚糖水解酶的同源物 SagA，可分解细菌细胞壁释放肽。胞壁肽通过天然免疫感应蛋白 NOD2 的信号传导发挥免疫激活功能，可增加肿瘤浸润淋巴细胞中 CD8 T 细胞的比例和颗粒酶 B 的表达，改善肿瘤免疫微环境，增强多种免疫治疗单克隆抗体的疗效。

FimH（革兰氏阴性菌表面的 I 型菌毛黏附素）来源于大肠杆菌等革兰氏阴性菌，可作为 Toll 样受体 4（TLR4）的配体。FimH 与 TLR4 结合可激活小鼠和人类 NK 细胞，增强抗肿瘤免疫。研究表明，FimH 与鸡卵清蛋白结合可促进抗原特异性免疫激活、T 细胞增殖，促进 IFN-γ 和 TNF-α 产生，增加 T 细胞肿瘤浸润，抑制小鼠<