肠道微生物来源的六酰化脂多糖增强癌症免疫治疗反应

在小鼠模型中，来自肠道微生物群的六酰化脂多糖与接受抗pd -1治疗的癌症患者的疗效相关，并刺激宿主免疫激活以增强抗肿瘤免疫。

　　

肠道微生物源六酰化脂多糖增强癌症免疫治疗效果的研究解读

2025 年，剑桥大学（第一作者单位）的 Puspendu Sardar、Benjamin S. Beresford-Jones 等研究人员在《Nature Microbiology》期刊上发表了题为 “Gut microbiota-derived hexa-acylated lipopolysaccharides enhance cancer immunotherapy responses” 的论文。该研究对于深入理解肠道微生物群与癌症免疫治疗之间的关系具有重要意义，为提高免疫治疗效果、改善癌症患者预后提供了新的理论依据和潜在治疗靶点。

研究背景

免疫检查点抑制剂（ICI）可激活患者自身免疫系统对抗癌症，但仅对部分患者有效。肠道微生物群在调节 ICI 治疗反应中起重要作用，然而此前研究对于肠道微生物群中影响治疗效果的关键成员尚未达成共识。有研究指出，肠道中产生脂多糖（LPS）的细菌与免疫治疗不良预后相关，但微生物来源的 LPS 对免疫治疗的影响尚不明确，且很少有研究考虑肠道微生物产生的 LPS 的不同结构。LPS 激活宿主 toll - 样受体 4（TLR4）在生理过程中具有复杂的作用，其免疫刺激效果取决于自身结构，不同细菌产生的 LPS 结构差异很大，其中六酰化 LPS 可有效激活 TLR4 和宿主免疫，而低酰化的五酰化和四酰化 LPS 激活能力较弱，甚至可拮抗六酰化 LPS 的免疫激活作用。

研究材料与方法

1. 数据来源：从 NCBI 序列读取存档（SRA）获取 6 个公开的人类宏基因组数据集，包含黑色素瘤和肾细胞癌患者数据，筛选符合条件的样本，排除接受联合治疗、近期使用特定药物的患者样本，并根据治疗结果将患者分为应答者和无应答者。

2. 实验动物：选用 9 周龄雌性 C57BL/6 小鼠，在符合英国内政部指南的条件下饲养，实验经剑桥大学动物福利和伦理审查委员会批准。

3. 实验方法：对患者宏基因组数据进行质量控制、预处理、基因注释和功能分析；通过抗生素处理小鼠改变肠道革兰氏阴性菌种群，用多粘菌素 B（PMB）或广谱抗生素处理小鼠，之后进行粪便样本的宏基因组测序；构建小鼠肿瘤模型，皮下接种 MC38 结直肠癌细胞，给予抗 PD - 1 治疗、LPS 处理或 TLR4 抑制剂 TAK - 242 处理；利用质谱分析共生肠道细菌脂质 A 的酰化情况；通过流式细胞术分析肿瘤浸润和淋巴组织淋巴细胞、髓样细胞等免疫细胞。

研究技术路线

1. 分析患者微生物组 LPS 与抗 PD - 1 治疗反应的关系：对患者治疗前肠道微生物群进行宏基因组测序，基于分类学和功能注释进行分析，包括非度量多维缩放（NMDS）排序、功能肠型分析等，探究 LPS 生物合成基因与治疗反应的关联。

2. 探究微生物组 LPS 和 TLR4 对抗 PD - 1 疗效的作用机制：通过抗生素处理小鼠改变肠道微生物群，观察对肿瘤生长的影响；使用 TLR4 抑制剂 TAK - 242 处理小鼠，研究宿主 TLR4 信号对肿瘤免疫的作用；体外实验分析六酰化和五酰化 LPS 刺激 NF - κB 激活的能力。

3. 验证六酰化 LPS 对免疫治疗的增强作用：给荷瘤小鼠补充六酰化或五酰化 LPS，观察肿瘤生长和肿瘤浸润免疫细胞的变化。

研究结果

患者微生物组 LPS 区分抗 PD - 1 治疗应答者

1. 基于功能的分析区分应答者：对接受抗 PD - 1 治疗的黑色素瘤患者基线肠道微生物群进行分析，基于革兰氏阴性菌属的分类学和丰度的 NMDS 排序无法区分应答者和无应答者，但基于 LPS 生物合成基因丰度的 NMDS 排序可显著区分，且发现 lpxM 基因（介导脂质 A 六酰化）的丰度在两者间存在差异。

2. LPS 生物合成基因与治疗反应的关联：对多个数据集的 112 例黑色素瘤患者宏基因组分析发现，多数共生革兰氏阴性菌编码 lpxL 介导的五酰化 LPS 生物合成能力，无应答者的总 LPS 生物合成基因丰度显著更高，但只有 lpxM 在应答者和无应答者之间存在显著差异，且主要由变形菌门（同义词假单胞菌门）代表。功能肠型分析显示，功能肠型 2 的多数患者对抗 PD - 1 治疗有应答，该肠型 lpxM 丰度显著更高；肠型 3 的多数患者无应答，其总 LPS 生物合成基因丰度更高。在肾细胞癌患者中也发现类似趋势，lpxM 和 lpxJ（也介导 LPS 六酰化）在应答者中更丰富，导致应答者总六酰化与五酰化 LPS 基因比例增加。

功能宏基因组学揭示应答的六酰化 LPS 特征

1. 功能肠型与治疗反应的关系：通过分区围绕中心点（PAM）聚类和主坐标分析（PCoA）确定功能肠型，发现功能肠型 2 中多数患者为应答者，功能肠型 3 中多数患者为无应答者。

2. 六酰化与五酰化 LPS 产生菌的比例差异：分类学分析表明，总 LPS 编码和五酰化 LPS 编码的分类群在无应答者中显著更高，而六酰化 LPS 产生菌的差异并非由单一属或种主导，而是应答患者肠道微生物群中多个编码 lpxJ 和 lpxM 的分类群共同作用，使应答者中六酰化与五酰化 LPS 产生菌的比例显著增加。

微生物组 LPS 和 TLR4 是抗 PD - 1 疗效所必需的

1. 抗生素处理对肠道微生物群和抗 PD - 1 疗效的影响：用 PMB 或广谱抗生素处理小鼠，PMB 处理显著保留微生物丰度和群落组成，且仅选择性消耗编码 lpxJ 的分类群，而广谱抗生素显著消耗所有 LPS 编码细菌。在 MC38 结直肠癌小鼠模型中，PMB 和广谱抗生素处理均消除抗 PD - 1 诱导的肿瘤缩小，表明选择性减少产生免疫刺激六酰化 LPS 的肠道细菌足以破坏抗 PD - 1 介导的抗肿瘤反应。

2. TLR4 对肿瘤免疫的重要性：用 TLR4 抑制剂 TAK - 242 处理荷瘤小鼠，发现抑制 TLR4 信号导致抗 PD - 1 治疗效果显著丧失，肿瘤内 IFNγ + 和 TNF + CD8 + T 细胞以及增殖的 Ki67 + 效应 T 细胞浸润减少，表明微生物来源的六酰化 LPS 刺激宿主 TLR4 是抗 PD - 1 治疗有效抗肿瘤免疫所必需的。

六酰化 LPS 刺激宿主免疫并增强免疫治疗效果

1. 六酰化和五酰化 LPS 对免疫激活的差异：在人单核细胞 / 巨噬细胞和小鼠巨噬细胞系中，六酰化 LPS 刺激 NF - κB 激活的能力比五酰化 LPS 强得多，且能诱导更高的细胞因子分泌，添加低浓度五酰化 LPS 会降低六酰化 LPS 激活 NF - κB 的能力。

2. 六酰化 LPS 增强抗 PD - 1 疗效：给荷瘤小鼠在抗 PD - 1 治疗期间口服低剂量六酰化或五酰化 LPS，六酰化 LPS 显著提高抗 PD - 1 治疗效果，减小肿瘤负担，增加肿瘤浸润的效应细胞因子分泌的 CD8 + T 细胞；而五酰化 LPS 对治疗效果无显著影响，且未引起炎症或全身免疫激活。

研究结论与讨论

研究表明，肠道微生物群中编码六酰化 LPS 的细菌比例增加有利于抗 PD - 1 免疫治疗应答，六酰化 LPS 通过激活宿主 TLR4 信号增强抗 PD - 1 介导的抗肿瘤免疫。该研究为理解宿主 - 微生物群相互作用对 ICI 治疗反应的影响提供了新视角，提示应避免在免疫治疗患者中使用抑制 LPS 诱导的 TLR4 信号的药物，如 PMB 及相关抗生素。同时，研究也存在局限性，基于分类学和泛基因组注释推断的 LPS 生物合成能力与功能分析结果并非完全一致，现有微生物组基因功能注释数据库和方法有待完善，且目前缺乏准确测量复杂环境中不同脂质 A 酰化状态的方法。未来可进一步优化 “人源化” 小鼠模型，研究不同细胞类型中 TLR4 对治疗效果的贡献，探索六酰化 LPS 在其他肿瘤模型中的作用，以及肠道微生物群衍生的其他代谢物与 LPS 信号的相互作用，从而为改善癌症免疫治疗效果提供更有效的策略，推动癌症治疗领域的发展。