综述|肿瘤微环境如何影响免疫治疗？

　　

前言

肿瘤免疫治疗的效果在很大程度上取决于肿瘤微环境，尤其是肿瘤免疫微环境。新的研究表明，微生物存在于肿瘤细胞和免疫细胞中，说明这些微生物可以影响肿瘤免疫微环境的状态。

 

肿瘤微生物微环境在肿瘤免疫微环境中起着多方面的作用，它可以作为免疫激活剂、抑制剂或旁观者。潜在的机制包括:

(一)癌细胞和免疫细胞存在微生物抗原，

(二)微生物抗原模拟肿瘤抗原，

(三)微生物诱导免疫原性细胞死亡

(四)模式识别受体介导的微生物

(五)微生物衍生代谢物

(六)抑制检查点的微生物刺激。

 

总的来说，肿瘤微环境调节肿瘤免疫微环境，使其成为改进免疫治疗的潜在靶点。这是一个面临重大挑战的新领域，值得进一步探索。

 

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肿瘤微环境

人体含有数万亿个微生物，其中一些微生物有助于致癌或抗癌反应。微生物，如细菌、真菌、病毒和支原体存在于肿瘤组织中。在癌细胞和肿瘤浸润的免疫细胞中可以观察到微生物残留物，如DNA、RNA、多肽和细胞壁成分。

一些微生物代谢产物，包括脂肪酸和肌苷，可以在肿瘤中积累，并与癌细胞和免疫细胞的受体结合。这些成分在肿瘤的发生、发展、转移和免疫反应中发挥作用。

它们所形成的微环境不同于通常提到的肿瘤微环境，因此可以作为一种新型的肿瘤微生物微环境加以利用，称为“肿瘤微生物微环境”。

 

 

肿瘤微环境具有重要的临床意义。首先，瘤内微生物组具有肿瘤类型特异性和亚型特异性，可作为诊断工具。例如，胰腺癌微生物组以变形菌纲为主;结直肠癌微生物组主要为厚壁菌门和变形菌门。第二，肿瘤组织的微生物组与正常组织的微生物组有显著的差异，使其成为强大的治疗靶点。

某些微生物特异性地聚集在肿瘤组织中，而微生物被肿瘤吸引的事实使这些微生物被用作精确的抗癌药物载体。第三，不同存活率的患者的肿瘤微生物组是不同的，这使得它成为一个潜在的预后工具。

在胰腺癌中，与寿命较短的患者相比，长期存活患者的肿瘤微生物组具有更高的alpha多样性和Pseudoxanthomonas-Streptomyces-Saccharopolyspora-Klaus Bacillus的特征。

 

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肿瘤微生物微环境的作用机制

许多研究已经观察到肿瘤内微生物与肿瘤微环境之间的相关性。近年来的研究表明，肿瘤微环境作用于肿瘤微环境有多种机制，包括:

(一)癌细胞和免疫细胞存在细菌多肽，

(二)细菌抗原模仿肿瘤抗原

(三)微生物诱导免疫原性细胞死亡

(四)辅助模式识别受体介导的信号通路

(五) 微生物衍生的代谢物

(六)刺激抑制检查点。

 

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微生物抗原可激活抗肿瘤T细胞

成功诱导适应性抗肿瘤反应需要两个关键步骤。第一步是用人白细胞抗原(HLA)提呈肿瘤抗原，激活CD8+ T细胞。第二步是激活CD8+ T细胞识别并杀死抗原特异性癌细胞。然而，癌细胞可以通过多种机制在免疫细胞面前隐藏它们的抗原。

细菌多肽在黑色素瘤转移中普遍存在。它们可以通过黑色素瘤细胞和肿瘤浸润免疫细胞上的HLA分子表现出来，证明了它们作为肿瘤特异性抗原的潜力。携带细菌多肽HLA复合物的B细胞可激活肿瘤浸润T细胞分泌IFN-γ。其他的细菌肽在各种黑色素瘤患者中也普遍存在。此外，鉴于细菌多肽是外源性的，它们与肿瘤有关。与抗原相比，它们更有可能引发免疫反应。

然而，细菌多肽作为肿瘤特异性抗原仍存在一些问题。首先，正常组织中是否存在细菌多肽尚不清楚。如果细菌多肽也出现在正常组织中，这些组织将不可避免地受到攻击。其次，癌细胞呈现的细菌多肽并没有在体内引发有效的抗癌免疫，其根本原因尚不清楚。细菌多肽与体内癌细胞、免疫细胞之间的相互作用还有待进一步研究。

 

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微生物抗原模拟抗肿瘤T细胞的激活

抗原拟态是指微生物抗原与肿瘤抗原具有相似的抗原表位。微生物特异性T细胞可以识别并杀死表达类似抗原决定基的癌细胞。

Alexandra Snyder和同事分析了不同预后的黑色素瘤患者的肿瘤新抗原表位。他们发现一些肿瘤新抗原表位与微生物表位具有同源性，且同源性越高，临床预后越好。这一发现表明，肿瘤中存在类似抗原，并可能影响免疫反应。

Shin Heng Chiou和他的同事分析了178名肺癌患者的77万T细胞受体序列。他们发现，与正常组织相比，肿瘤组织过度表达一种与EB病毒和大肠杆菌交叉反应的蛋白质，而且这种交叉反应存在于多种肺癌样本中。在未来，有必要探索存在于各种类型肿瘤中的微生物抗原的模拟物。这些“模拟抗原”可能为癌症治疗提供新的前景。

 

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微生物诱导免疫原性细胞死亡

免疫原性细胞死亡(ICD)是死亡细胞释放抗原和佐剂以增强免疫反应的一种细胞死亡形式。它可以由微生物引起。一些研究人员将细菌空包膜和奥沙利铂结合起来治疗晚期结直肠癌小鼠模型。该联合策略通过加强ICD，强烈抑制肿瘤生长，延长小鼠生存时间。

溶瘤病毒或细菌特异性靶向肿瘤微环境，溶解肿瘤细胞，释放肿瘤抗原、损伤相关分子模式、病原体相关分子模式，招募周围免疫细胞或重新启动已有的抗肿瘤免疫细胞。同时，微生物本身可以作为一种很有前景的免疫佐剂，促进炎症性TME，从而进一步增强抗肿瘤免疫。

 

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辅助模式识别受体调控TME

微生物辅助是指来自微生物的病原体相关分子模式的免疫调节作用。病原体相关分子模式可被模式识别受体(PRR)感知。toll样受体(Toll-like receptor, TLR)是目前研究最多的PRR亚型。TLR的微生物激活在肿瘤免疫微环境中起着双刃剑作用。

 

 

首先，肿瘤中的微生物通过TLR驱动免疫抑制肿瘤微环境的形成。在小鼠胰腺癌模型中，肿瘤中的微生物选择性激活单核细胞中的TLRs，诱导M2样TAM分化。TLR4识别的细菌脂多糖诱导肝细胞表达CXCL1。CXCL1是一种趋化因子，可招募CXCR2+多态核MDSCs形成免疫抑制环境，促进小鼠胆管癌。同样，TLR4识别的Fusobacteria上调IL-6/p-STAT3/c-MYC信号通路，导致M2样TAM极化和结直肠癌进展。

另一方面，肿瘤中的微生物通过tlr维持免疫刺激的肿瘤微环境，起到抗癌作用。在肺癌小鼠模型中，细菌脂蛋白激活TLR2, MDSCs被重编程分化为炎症M1表型。此外，TLR激动剂与IFN-γ协同作用，增加促炎细胞因子TNF-α、IL-12p40和IL-12p70，减少IL-10，形成炎症微环境，激活抗肿瘤免疫应答。

一般情况下，微生物通过PRR调控肿瘤免疫微环境，某一特定微生物可同时与多种PRR相互作用。因此，微生物的免疫调节作用是不同PRR介导的许多信号通路的总和。

 

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微生物代谢物衍生

微生物代谢产物如短链脂肪酸(SCFA)、胆汁酸和肌苷可以进入血液。一些微生物衍生代谢物的受体在癌细胞和肿瘤浸润的免疫细胞上表达，表明微生物衍生代谢物在肿瘤微环境中的潜在作用。

 

 

短链脂肪酸是膳食纤维经肠道厌氧细菌发酵的产物。短链脂肪酸包括乙酸、丙酸和丁酸。对于正常肠上皮细胞，SCFAs可抑制肿瘤炎症。

例如，丁酸可以增加肠道微环境中IL-10和维甲酸的水平，从而促进初代T细胞向调节性T细胞分化。此外，它还促进调节性T细胞的增殖，从而抑制促肿瘤炎症。

 

次级胆汁酸，如ω-多酚酸，下调窦状内皮细胞趋化因子CXCL16的分泌。

因此，CXCR6-CXCL16相互作用招募的自然杀伤T细胞减少。抗生素可以消除微生物并逆转上述作用。

目前研究表明，胆汁酸通过CXCL16-CXCR6调节自然杀伤细胞，在肝癌的发生发展中发挥重要作用。

 

 

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刺激抑制检查点

核梭杆菌通过Fap2和TIGIT或Fap2和CEACAM1的相互作用抑制自然杀伤细胞和细胞毒T细胞的活性。

幽门螺杆菌通过CEACAM1外膜蛋白HopQ作用于CEACAM1，抑制免疫细胞。除幽门螺杆菌和梭杆菌核外，其他细菌，如致病性奈瑟菌，也可与CEACAM1结合。

 

 

另一个检查点，CD47，表达在肿瘤细胞的表面。SIRPα是CD47的配体，在树突状细胞和巨噬细胞上表达。肿瘤内注射抗生素可消除双歧杆菌，降低CD47阻断作用，提示双歧杆菌可能是CD47阻断的潜在佐剂。

 

 

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肿瘤微生物微环境的临床应用

成功诱导抗肿瘤适应性免疫应答需要三个要素:抗原、佐剂和合适的免疫微环境。肿瘤微生物环境同时影响这三种元素，使其成为ICIs治疗的一个有前途的组合。

内源性微生物调节的临床策略包括抗生素和益生菌。外源微生物调节合成生物学方法产生的微生物，如工程细菌和溶瘤病毒。

使用卡介苗(BCG)治疗非肌肉浸润性膀胱癌和使用溶瘤病毒talimogenelaherparepvec (T-VEC)治疗晚期黑色素瘤是两个成功的肿瘤微生物微环境调控的例子。

 

 

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合成生物学

长期以来，微生物一直被用作可编程的药物传递平台。最近，微生物被设计用于增强免疫治疗。本研究设计了一种装载CD47纳米抗体阻断剂的非致病性大肠杆菌菌株。这种菌株在肿瘤上定植，释放CD47纳米体阻遏剂，然后激活肿瘤浸润T细胞来消除肿瘤。

 

另一种名为SYNB1891的工程大肠杆菌菌株也使用了类似的策略。该菌株激活抗原提呈细胞中的STING通路，从而增强癌细胞的吞噬能力。除了向肿瘤中添加免疫刺激微生物外，合成生物学还可以从肿瘤中去除免疫抑制微生物。

例如，核梭杆菌特异性噬菌体与纳米银复合物可清除肿瘤中的梭杆菌核，减少肿瘤中髓源性抑制细胞，增强ICIs的疗效。

 

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抗生素和免疫检查点抑制剂

临床上，抗菌药物的使用与ICIs治疗的临床疗效呈负相关。抗生素对免疫治疗的影响可以用抗生素介导的微生物调节来解释。一方面，抗生素会引起微生物干扰，影响ICIs的疗效;

另一方面，抗生素可以消除化疗引起的有害微生物，从而提高ICIs的疗效。因此，有必要监测临床前实验和临床试验中微生物的变化，以确定微生物在抗生素和ICIs相互作用中的影响。

 

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益生菌和免疫检查点抑制剂

目前，一些结合益生菌和ICIs的临床试验正在进行中。研究发现，口服益生菌可通过多效机制恢复ICIs的抗癌免疫和疗效。

但口服益生菌对肿瘤微环境的影响尚不清楚，需要在未来的临床试验中进行检测。

 

 

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总结

一般来说，微生物，包括细菌、真菌、病毒及其成分和代谢物，存在于各种肿瘤组织中，形成肿瘤微生物微环境。目前的研究揭示了一些微生物作为免疫激活剂、抑制剂或旁观者的作用。

考虑到肿瘤微环境的多方面影响，其调控策略包括合成生物学、抗生素和益生菌，可以作为一种潜在的免疫治疗组合。

肿瘤微生物微环境是一个面临重大挑战和机遇的新领域。全面认识肿瘤微生物及其在肿瘤免疫微环境中的作用，将为肿瘤-免疫-微生物关系的研究提供概念上的转变。

肿瘤微生物组可以作为预后或预测工具，也有助于开发新的抗癌药物。重要的是，它可能开启下一波精准医学和免疫治疗相结合的策略。

 

 (来源:互联网,仅参考)

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