瘤内微生物源S1P增敏卡培他滨联合PD-1抑制剂治疗结直肠癌的机制研究

《iScience》：Intratumoral microbiota-derived S1P sensitizes the combination therapy of capecitabine and PD-1 inhibitors

本研究针对结直肠癌(CRC)治疗中肿瘤微环境(TME)异质性导致的疗效差异问题，通过构建无菌(GF)与SPF小鼠模型，筛选出瘤内微生物显著增强的卡培他滨-MIH4(抗PD-1抗体)联合方案。研究发现联合疗法可富集产肠毒素脆弱拟杆菌(ETBF)，通过微生物鞘氨醇激酶2(SphK2)催化生成鞘氨醇-1-磷酸(S1P)，进而抑制HDAC1活性并增强H3K56乙酰化修饰，最终上调PD-L1表达并扩增效应记忆CD8+T细胞。该成果为靶向瘤内微生物的CRC精准治疗提供了新型生物标志物。

　　

结直肠癌作为全球高发恶性肿瘤，其发病率与死亡率呈逐年上升趋势。尽管化疗、靶向治疗和免疫检查点抑制剂等联合疗法不断推陈出新，但由于个体差异和肿瘤异质性，相同治疗方案在不同患者中呈现显著疗效差异。近年来，瘤内微生物组在结直肠癌发生、发展及治疗中的作用备受关注。研究表明，瘤内微生物的组成和多样性不仅影响肿瘤免疫微环境，还与药物疗效及不良反应密切相关。然而，瘤内微生物如何调控结直肠癌治疗反应的复杂机制尚未完全阐明。

在这项发表于《iScience》的研究中，研究人员通过构建无菌和SPF小鼠结直肠癌模型，系统筛选了33种潜在治疗方案，发现卡培他滨与PD-1抑制剂(MIH4)联合疗法在SPF小鼠中展现出显著的肿瘤抑制效果。为了阐明其机制，团队整合了宏基因组学、代谢组学、表观遗传学和单细胞RNA测序等多组学技术，揭示了瘤内微生物来源的S1P在增强联合治疗效果中的关键作用。

研究采用的主要技术方法包括：通过AOM/DSS诱导的小鼠结直肠癌模型进行疗效筛选；利用宏基因组测序分析瘤内微生物组成；采用代谢组学检测微生物代谢产物；通过染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)分析组蛋白修饰；对22例接受卡培他滨-纳武利尤单抗治疗的结直肠癌患者进行纵向单细胞RNA测序。

瘤内微生物显著影响的结直肠癌治疗方案筛选

通过比较GF和SPF小鼠结直肠癌模型的治疗效果，研究人员建立了瘤内微生物介导的抗肿瘤疗效筛选平台。在33种治疗方案中，卡培他滨与MIH4联合疗法显示出最大的疗效差异，其Z因子评分最高，表明瘤内微生物对该方案的增效作用最为显著。

瘤内产肠毒素脆弱拟杆菌富集促进卡培他滨-MIH4联合治疗

SPF小鼠接受卡培他滨-MIH4联合治疗后，瘤内微生物β多样性发生显著改变。通过LEfSe分析发现，产肠毒素脆弱拟杆菌(ETBF)在联合治疗组中特异性富集。该富集现象通过RT-qPCR得到验证，且微生物共现网络分析表明ETBF在维持瘤内微生物组成稳定性中起核心作用。

ETBF来源的鞘氨醇-1-磷酸通过抑制HDAC1活性上调瘤内PD-L1水平

代谢组学分析显示，联合治疗显著提升了SPF小鼠瘤内S1P水平。相关性分析证实ETBF丰度与S1P含量呈正相关。机制上，微生物SphK2催化生成的S1P可穿透结直肠癌细胞，通过抑制组蛋白去乙酰化酶1(HDAC1)活性，增强H3K56乙酰化修饰。ChIP-seq分析发现H3K56ac在CD274(PD-L1编码基因)启动子区域富集，进而上调PD-L1转录表达。

ETBF的SphK2活性调控卡培他滨-MIH4联合治疗的抗肿瘤疗效

在GF小鼠中定植野生型ETBF(BF^WT)或SphK2缺陷菌株(BF△SphK2)后，发现BF^WT定植小鼠接受联合治疗后瘤内S1P水平显著升高，肿瘤体积和数量明显减少，而BF△SphK2定植小鼠则疗效有限，证实微生物SphK2催化的S1P产生是联合治疗增效的关键环节。

卡培他滨-纳武利尤单抗联合治疗患者的单细胞动态图谱

对22例接受卡培他滨-纳武利尤单抗治疗的结直肠癌患者进行纵向单细胞测序分析，根据瘤内微生物SphK2活性分为高/低活性组。结果显示SphK2高活性组患者瘤内S1P和PD-L1水平更高，T细胞浸润显著增加，效应记忆CD8⁺T细胞(c08_CD8_GZMK)扩增，而衰竭T细胞(c03_CD8_LAYN)比例下降。

衰竭T细胞与卡培他滨-纳武利尤单抗联合疗效的关联

伪时序分析表明，在SphK2高活性组中，LAY⁺衰竭CD8⁺T细胞可向功能 competent的CD8⁺T细胞亚群转化。临床随访数据显示SphK2高活性患者接受联合治疗后无病生存期(DFS)和总生存期(OS)均显著延长，提示微生物SphK2活性可作为疗效预测生物标志物。

本研究系统阐明了瘤内微生物来源的S1P通过表观遗传调控机制增强卡培他滨与PD-1抑制剂联合疗效的分子通路。该发现不仅深化了对瘤内微生物参与肿瘤治疗调控的理解，还为结直肠癌及其他恶性肿瘤的个性化治疗提供了新的生物标志物和干预策略。未来研究应聚焦于关键微生物及其代谢产物的机制解析，并将这些发现转化为临床适用的精准治疗方案。