Nature子刊揭示:腸道微生物組指導免疫系統對抗癌症的機制

2020-12-05 健康一線視頻網

Ze'ev Ronai博士，該研究的作者，同時也是SanfordBurnham Prebys國家癌症研究所指定的癌症中心的教授

釋放被腫瘤踩住的剎車——免疫檢查點抑制劑

免疫檢查點抑制劑的出現是癌症免疫治療的一個重大突破，它可以「釋放人體免疫系統的剎車」，從而發動一場有效的腫瘤攻擊。然而，這些治療方法並不是對所有人都有效，而且常常伴隨著顯著的副作用。因此，根據對免疫檢查點抑制劑的潛在反應對患者進行分層可以使癌症的治療個性化。

而且，伴隨著研究的深入，科學家們發現，腸道微生物組在「抗腫瘤免疫調節」中發揮重要的作用，但背後具體的分子機制尚不明確。

UPR大顯神通，連結腸道菌群和抗腫瘤免疫

在Sanford Burnham Prebys研究所的科學家的帶領下，研究人員共同發現了11種細菌菌株的混合物，這些菌株激活了免疫系統並減緩了小鼠黑色素瘤的生長。

該研究還指出了未摺疊蛋白反應（UPR）的作用——小鼠模型實驗表明，未摺疊蛋白反應（UPR）細胞信號通路在抑制癌症生長的能力中起作用，而人類數據分析也發現對免疫檢查點治療有反應的黑素瘤患者的UPR降低，揭示了患者分層的潛在生物標誌物。相關研究成果發表在Nature Communications上。

「免疫療法延長了許多癌症患者的生命。然而，我們今天看到的令人難以置信的影響只是冰山一角。通過研究治療反應與抵抗的機制，我們最終可以擴大受益於免疫療法的人數。」芝加哥大學醫學院癌症免疫治療AbbVie基金會教授、醫學博士Thomas Gajewski說，「這項研究為實現這一目標邁出了重要的一步。研究人員已將UPR確定為腸道微生物群與抗腫瘤免疫之間的重要聯繫。鑑於先前的研究表明，宿主微生物群在檢查點阻斷免疫治療的療效中起著因果作用，這一額外的機制研究應該有助於選擇對治療有反應的患者，並有助於指導新的治療進展。」

據美國癌症協會稱，儘管免疫檢查點療法顯著提高了患者的存活率，但轉移性黑色素瘤仍然是最致命的皮膚癌。即使作為聯合治療的一部分使用，免疫檢查點抑制劑也只能使大約一半的患者受益，這些反應可能包括與自身免疫相關的副作用、有限的耐久性(患者對治療反應的時間長度)以及有時對治療的耐藥性。

越來越多的證據支持腸道微生物群在有效免疫治療中的作用：抗生素加某些益生菌降低治療效果，而某些菌株可提高療效。這項研究為這些觀察提供了新的證據。

「無聊」小鼠產生令人興奮的結果

Ronai實驗室致力於研究癌症如何應對壓力及對治療的耐藥性，他們的工作涉及一種基因工程小鼠，缺乏RING指蛋白5（RNF5）的基因，RNF5是一種泛素連接酶，有助於去除不適當的摺疊或受損的蛋白質。雖然這些分子特徵對於目前的研究至關重要，但是Rnf5 - / -小鼠沒有顯示基因敲除效應的任何外在跡象。

「我們稱它們為『無聊小鼠』，因為它們沒有顯著的表型。」Ronai說。

RNF5也參與了控制T細胞啟動和免疫檢查點效率的機制，因此該團隊研究了RNF5敲除免疫檢查點控制與腫瘤生長之間是否存在聯繫。

初步結果表明，與正常野生型(WT)小鼠相比，Rnf5 - / -小鼠的黑色素瘤生長速度更慢，並發展為更小的腫瘤，被敲除的動物存活的時間更長。進一步研究表明，免疫系統參與了Rnf5 - / -小鼠的抗腫瘤反應。

RNF5缺陷動物的IECs試驗刺激DC細胞和T細胞，敲除動物的腸道DC活性增強。

Ronai和他的同事在文章中寫道:「這些數據證實RNF5在控制腸道DC活化方面發揮著重要作用，與之前的報導一致，」DC活化是T細胞活化和抗腫瘤免疫的基礎。

研究小組還發現，降低免疫和腸上皮細胞的UPR也能激活免疫細胞，表明Rnf5 -/ -小鼠的UPR改變足以誘導腸道微生物組和免疫系統的變化。同樣對人類黑色素瘤樣本的分析發現，對免疫治療有反應的患者的UPR降低，並且UPR組分sXBP1，ATF4和BiP可能是反應性的標誌物。

值得注意的是，敲除動物中的黑素瘤抑制需要完整的免疫系統和腸道微生物組。在Rnf5 - / -小鼠中，無論是使用抗生素治療，還是與野生型同窩飼養，抗腫瘤免疫和腫瘤抑制均被消除，這表明腸道微生物群的重要性。

進一步的微生物組和計算分析鑑定出RNF5缺陷型小鼠的腸道富含11種細菌菌株。將這些微生物菌株轉移到缺乏腸道微生物組的正常無菌小鼠中誘導抗腫瘤免疫應答並能減緩腫瘤生長。「這些研究結果確定了選擇性微生物群共生體在抗腫瘤免疫激活中抑制腫瘤生長的關鍵作用。」

為了證實結果與人類疾病有關，科學家們從三組患有轉移性黑色素瘤的人群中獲得了組織樣本，這些人隨後接受了檢查點抑制劑治療。最終，UPR組分（sXBP1，ATF4和BiP）的表達降低與對治療的反應性相關，表明選擇接受免疫檢查點治療的患者存在潛在的預測性生物標誌物。

下一步計劃

接下來，科學家們計劃確定能減緩腫瘤的生長的細菌的代謝物。然後進行測試，以確定它們增強抗腫瘤免疫的能力，同時也可以篩選能用於豐富黑色素瘤患者腸道中的益生菌。

「我們相信這項研究適用於另一個與抗腫瘤免疫和自身免疫之間的平衡有關的疾病，」Ronai說。「因為缺乏RNF5的小鼠也容易發生腸道炎症——這是某些免疫檢查點療法的副作用——我們可以利用這個強大的模型來研究如何在自身免疫和抗腫瘤免疫之間取得平衡，這可能有助於更多人從這些非凡的療法中獲益。」

參考資料：

1）Causal Link BetweenAnticancer Immunity and Gut Microbiome Identified

2）Gut microbiome directs the immune system to fight cancer

3）Gut microbiota dependent anti-tumor immunity restricts melanomagrowth in Rnf5−/− mice

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