以微生物为中心的干预: 免疫肿瘤学的下一个突破？
编译|杰克鲍尔
摘要
受免疫肿瘤学干预的癌症-免疫对话明显受到微环境因素的影响。事实上，粘膜微生物群——更具体地说，肠道生态系统——影响抗癌免疫反应的基调以及免疫疗法的临床益处。抗生素会削弱免疫检查点抑制剂 (ICI) 的功效，粪便微生物移植可能会恢复 ICI 抗性黑色素瘤的反应性。在这里，我们回顾了在抗癌治疗过程中肠道屏障、新陈代谢和局部或全身免疫反应之间十字路口的肠道细菌的阴阳。我们讨论识别肠道菌群失调的诊断工具和基于微生物群的治疗的未来前景干预。
意义
鉴于最近证明粪便微生物移植对主要对 PD-1 阻断剂耐药的黑色素瘤患者具有潜在疗效的概念，讨论如何以及为什么是及时的抗生素会损害癌症免疫疗法的功效，描述治疗过程中发挥作用的有益和有害微生物物种之间的平衡，并为免疫肿瘤学的未来引入以微生物群为中心的干预措施的潜力
引言
在过去的十年中取得了革命性的进展，因为FDA批准了几种免疫检查点抑制剂 (ICI) 来阻断 PD-1/PD-L1 通路并治疗16种（含）以上的癌症：(i)首次批准组织不确定类癌症药物（是指不依照肿瘤病发的组织器官或来源确定适应症，而是以生物标志物进行划分的药物，编者注），用于治疗所有具有 DNA 错配修复缺陷的癌症；(ii) 使用过继性T细胞疗法（过继性细胞免疫是将供体的淋巴细胞转移给受体，增强其细胞免疫功能-编者注）进行“合成免疫学”的真实世界实践，其中包含两个CD19定向嵌合抗原受体T细胞 (CAR-T) 产品，用于治疗复发性或难治性B细胞恶性肿瘤; (iii) 2018 年诺贝尔奖授予 Honjo 和 Allison，“因为他们通过抑制负免疫调节发现了癌症药物”和 (iv) 使粘膜微生物组正常化以调节全身免疫的新兴概念(1-8)。事实上，大多数能够被 PD- 1/PD-L1 阻断的癌症都存在于入口处，在那里丰富的微生物生态系统有助于局部免疫系统的发展。肠道微生物组成和功能的不利变化，被称为“生态失调”，最近被认为与癌症免疫设定点的改变和对癌症免疫治疗的原发性耐药有关(1)。
本文综述了抗生素对肿瘤免疫治疗的影响，讨论了有益和有害微生物种类之间的平衡是如何预测免疫治疗成功的，并介绍了以微生物为中心的干预措施(MCI)在克服对免疫原性化疗(草酸铂、环磷酰胺)和 ICIs 的原发或继发耐药方面的潜力。
抗生素揭开了神秘面纱
抗生素不仅杀死病原菌，他们也显著影响肠道微生物组的多样性和组成(1-5)，随后对外周免疫系统产生影响(4)。这些临床前的发现使我们对肠道微生物群如何影响癌症免疫监视和对癌症免疫治疗的反应有了更深入的了解(5-8)。
图 1 Meta分析分析抗生素(ATB)在不同时间对癌症患者 ICI 疗效的影响。2020 年 12 月对 Medline 和 Embase 进行了文献回顾，以收集所有可用的回顾性和前瞻性临床研究，评估抗生素摄取对 ICIs 临床获益的影响。保留了 38 项研究，其中包括11,959名接受抗 PD-1/PD-L1 或抗 CTLA-4 单药治疗或两者兼用的患者(参考补充图S1；方法论的补充表S1；和整个队列的补充图 S2)。考虑到研究间的高度异质性(I2 = 84.9%) ，我们将研究人群分为 3 组，以确定抗生素使用时间对 ICI 疗效的影响。第 1 组为开始 ICI 前任何时间使用抗生素治疗的患者，第 2 组为开始 ICI 前 60 天至 42 天使用抗生素的患者，第 3 组为开始 ICI 后使用抗生素的患者。死亡率的风险比(hazard ratio，HR) ：第 1 组为2.26（95% CI，1.76–2.90) ，第 2 组为1.57 (95% 1.27, 1.96)，支持不使用抗生素的第 3 组为1.32 (0.63–2.79)（不显著）。
自这些结果发表以来，首次回顾性研究了249 例ICIs 治疗晚期非小细胞肺癌(NSCLC)、肾细胞癌(RCC)或尿路上皮癌(6 例)的疗效。该研究强调 ICI 开始前的抗生素治疗与无进展生存期(PFS)和总生存期(OS)的显著降低有关，从而证实了小鼠实验。考虑到这些发现对常规肿瘤学的潜在影响，一系列回顾性和后来的前瞻性研究考察了抗生素使用对广泛肿瘤 ICI 疗效的影响。2020 年发表的一项荟萃分析(包括来自 18 项研究的2889名患者)显示，ICI 前使用抗生素对 OS 的危害比 ICI 后使用抗生素更大(9)。这些结果通过限于 NSCLC 患者的额外荟萃分析得到了巩固(10)。
在这篇综述中，我们进行了一项研究级别的荟萃分析，以评估抗生素治疗对 ICI 临床益处的影响。因此，我们对 Medline 和 Embase 截至 2020 年 12 月 23 日的文献进行了一次新的回顾，其中包括美国临床肿瘤学会(ASCO)和欧洲肿瘤内科学会(ESMO)的所有文献摘要。S1 方法)。我们确定了 38 项研究，包括 11,959 名用抗 pd- 1/PD-L1 抗体，抗 ctla4 抗体或两者治疗的患者。所有纳入的研究都在 2017 年至 2020 年期间发表。38 项研究中有两项是前瞻性设计(11,12)。在第一次 ICI 治疗之前或之后，共有 2,804 名患者(23.4%)接受了抗生素治疗。此外，抗生素摄取与死亡率增加有关， 在统计学显著性的 HR为1.81[95% 置信区间(CI) ，1.50-2.17] ，在没有抗生素给药时间分层的情况下。在 ICI 前使用抗生素治疗时，HR甚至更优(HR，2.26; 95% CI，1.76-2.90; 图 1; 补充表 S1)。在许多恶性肿瘤中，在 III 期和 IV 期癌症中，无论研究设计如何, 这种荟萃分析在 ICI 开始之前加强了抗生素使用的有害影响的概念。
除了这些流行病学观察之外，最近的两项研究表明抗生素对符合ICI诊断的患者粪便分类组成的影响。在第一项研究中，69 例转移性 RCC 患者在抗 PD-1 之前进行了粪便的鸟枪宏基因组分析(6)。当仅考虑未服用抗生素的患者时，基线时的微生物群丰富度决定了预后，较高的 α 多样性与更好的临床结果相关。16% 在 ICI 之前接受了抗生素治疗，临床结果更差。在基线时，抗生素患者的 α- 多样性低于无抗生素患者。在分类群水平上，抗生素的使用与Clostridium/Hungatella hathewayi 的富集和 Eubacterium genus 的相对丰度降低有关。此外，在对 ICIs 无反应的患者组中，两种哈氏梭菌物种过多。在第二项研究中，使用16S rRNA 对 70 例用 ICIs 治疗的 NSCLC 患者的粪便样品进行测序(13)。在这个队列中，抗生素的使用与较低的基 线微生物组多样性以及 Hungatella 相对于 Ruminococcaceae UCG 013 和 Agathobacter 属的流行率的增加和降低有关。在无抗生素治疗的患者中，瘤胃球菌科 ucg013 和Agathobacter 属的流行均与总有效率(ORR)、 PFS 和 OS (13)的改善有关。
这些数据表明抗生素使用，微生物群失调和 ICI 疗效差之间存在因果关系，尽管有一些注意事项。首先，很难将抗生素的摄取与较差的性能状态和增加的感染易感性分开。虽然对 ICIs 有害，但抗生素不影响化疗对膀胱癌的杀瘤活性(14)。其次，单纯基于抗生素使用的患者分层并不考虑其他重要变量(如抗生素谱、持续时间或给药途径)对临床结果的影响。第三，在 ICI 开始之前，抗生素有害作用背后的机制联系仍然粗略。长期使用抗生素可降低肠道 IL-4 和tgfβ 基因表达、结肠固有层(LP)和产生 IL-9 的肿瘤浸润淋巴细胞(TIL) ，同时增加黑色素瘤的易感性(15)。Fecal 微生物移植(FMT)或重组 IL9 可以恢复肠道微生物多样性和肺转移瘤 TH9 细胞库，从而有效地控制肿瘤(15)。
与抗生素一样，质子泵抑制剂(PPI)对免疫治疗的疗效有负面影响(16)。已经对20个意大利癌症中心 1,012 例可接受 ICI 治疗的癌症患者的摄取后果进行了审查。虽然基线服用他汀类药物、阿司匹林和 β 受体阻滞剂与客观反应率的增加独立相关，但类固醇、抗生素、PPIs、抗凝剂和阿片类药物与疾病进展的高风险显著相关(16)。包括总共1,815 名 PPIs 用户的三个队列一致表现出“口腔”微生物的显着富集(17)。这些数据在另一个超过 2700 人的队列中得到证实，揭示了链球菌科和微球菌科家族成员(18)的粪便优势。从对基于奥沙利铂的化疗或 ICI 耐药的结直肠癌患者的回肠腔或粪便中分离出相似的物种(6,19); 总之，肿瘤学家将需要指导方针来应付抗生素和质子泵抑制剂在 ICIs 之前的使用。延迟 ICIs 的给药或通过 FMT 或补偿性益生菌(如丁酸梭菌; 参考文献)修复生态失调(20) 是本评论最后一节讨论的选项。
肿瘤免疫监视中的有益和有害细菌
在过去的十年中，科学家们已经了解到哪些微生物在个别疾病中发挥作用，哪些有害微生物在特定疾病患者中获得或丧失有益的共生体，如果肠道微生物的某些变化发生在许多病理生理紊乱中，以及如何处理混杂因素，如年龄(21)。关于不同的细菌共生体如何单独或集体介导LP、肠系膜淋巴结(mLN)和远处组织的先天和同源免疫反应的知识正在扩大(22,23)。此外，回肠微生物群对于癌症免疫监视可能比结肠微生物群更重要。这可能是由于选择性地在回肠中存在特定的免疫细胞类型，特别是产生 IL12 的 LP 树突状细胞(DC)、滤泡 Th 细胞(TFH)和共同产生 IFNγ 和IL17 的致病性Th1 细胞；回肠中存在细菌种类和菌株(22,24) ; 免疫肿瘤学家试图了解肠道中不同微生物类群的抗癌免疫刺激特性依赖于多种论据(图2)。
免疫刺激和/或有益的生态系统 基于宏基因组学的特征与癌症免疫治疗
许多地理位点(欧洲、美国、日本、中国)和一些实体癌(补充表S2总结)都描述了与 ICIs 客观反应相关的粪便遗传指纹。虽然大多数研究发现粪便分类组成的 α 或 β 多样性对患者的 预后有影响，但它们在临床相关细菌的排序方面并不总是一 致的，在顺序、属或种的水平上存在差异。这些明显的差异 可归因于癌症的类型和分期、临床参数(ORR vs. PFS vs. OS)、提取和测序技术[16S rRNA 测序 vs. 霰弹枪宏基因组学(MG)]、饮食、临床中心、队列大小和地理位置，以及混杂因素(如社 会经济差异、疾病、合并症等)。尽管有这些考虑，但这些肠道蓝图中共享了一些具有临床和功能意义的细菌。因此，对 PD-1/PD-L1 阻断的反应与随着疣微菌科家族（主要是 Akkermansia muciniphila）的丰度增加，属于瘤胃球菌（包括Faecalibacterium prausnitzii）、Collinsella（特别是产气柯林斯菌）、真杆菌和双歧杆菌(B. longum) 属、毛螺菌科成员（Coprococcus come, Dorea formicigenerans），以及来自几项独立研究中的拟杆菌目（Barnesiella intestinihominis、Prevotellacopri) 。
事实上，有人赞成这些发现的趋同性。因此，物种相互作用群体可以建立使用共生网络，根据它们的丰度和相互作用的联系在一个大群体的个体(6) 细菌聚集。Akkermansia muciniphila 在晚期癌症患者肠道中的存在预示着 PD-1 抑制对RCC 和 NSCLC 患者的长期益处，而且与以瘤胃球菌、阿斯利氏菌和真杆菌属为主的高度多样性的肠道微生物群以及许多Lachnospiraceae 家族成员的肠道微生物群相吻合(6,26)。此外， “行会”代表包含细菌的微型生态系统在其生态位需求中重叠， 并共享相似的生物功能(27)。例如，在富含纤维的饮食过程中， 已经确定了一个由 15 种细菌组成的协会，它们分属于三个分类群，调节乙酸盐和丁酸盐的产生，并调节 2 型糖尿病患者的胰岛素敏感性(27)。Kasper 及其同事 (28) 证明了选择的拟杆菌属。(如脆弱拟杆菌、B. thetaiotaomicron) 可以通过胆汁酸 (BA) 受体调节结肠 RORγ+ 调节性 T 细胞 (Treg) VDR（维生素 D3 受体）。该协会可能在胃肠道 (GI) 和肝癌中具有临床意义，其中失调的肠道 BAs 介导免疫抑制（补充表 S3）。
在肿瘤免疫学中，A. muciniphila、Faecalibacterium 和 Ruminococcus 属构成了一个“免疫学”行会。事实上，Xavier 及其同事 (29) 将 Faecalibacterium、uminococcus 2 和 Akkermansia 鉴定为与造血干细胞移植（HSCT）后白细胞恢复期间的免疫细胞动力学高度相关的优势分类群; Mager 及其同事(30)描述了一个与腺苷 A2A 受体相关的公会，由双歧杆菌(Bifidobacterium pseudolongum)、粘液杆菌(A. muciniphila)和约翰逊乳杆菌(Lactobacillus johnsonii)组成，它们能够产生肌苷或次黄嘌呤，这两种都是腺苷 A2A 受体的有效配体，并能在 t 细胞上引起共刺激信号，以增强 CTLA4 阻断的效力。值得注意的是，在 11 种免疫原性细菌的共同作用下，小鼠的盲肠和血清中的单磷酸肌苷和缺氧氨酸也高度升高，提高了ICI 的疗效(31)。除了分类学和代谢组学分类外，微生物群的功能特征可以通过研究微生物群表达的基因来推断 (21, 32, 33)。重要的是，对免疫疗法有反应的患者倾向于拥有相对较高丰度的细菌高纤维饮食并具有抗糖尿病作用，众所周知生产短链脂肪酸（SCFA；参考文献34-36）和二级 BAs（参考文献 37；图 2）。
图 2 参与 ICI 作用模式的病理生理学的细菌科，属和物种。细菌家族和属或种显示与健康状态或没有病理生理失败相关，属于类似的“行会”，或与成功的癌症免疫治疗相关列在左侧。相反，与生态失调、慢性炎症(包括癌症、衰老、虚弱、抗生素(ATB)摄取或对 ICI 的抗性)相关的有害细菌在右侧。补充表 S2 列出了与 ICI 敏感性或抗性相关的肠道微生物指纹中的一些细菌。
不同细菌的内在免疫刺激潜力
成功的癌症免疫治疗依赖于宿主产生肿瘤抗原特异性、分泌 ifnγ 的 Th1 细胞和细胞毒效应 t (Tc1)细胞的能力。CTLA4 和 PD-1 共阻断诱导的抗癌作用涉及在小鼠中依赖于转录因子 Batf3 的 DCs以及 IL12p70(3,4)和 th1 相关的 Cxcr3 受体(39)。因此，在抗生素治疗的荷瘤小鼠中，能够纠正 Th1/Tc1 免疫应答缺陷的肠道共生体被证明是 MCI 的良好候选者(补充表 S3)。
许多研究表明，hirae 肠球菌、脆弱拟杆菌、粘液拟杆菌和啮齿类杆菌联合环磷酰胺、抗 ctla4、抗 PD-1 和 Rnf5 基因缺陷分别诱导 ifnγ-、DC-和 IL12 依赖性 Th1/Tc1 免疫应答，从而减轻肿瘤的进展(3,4,40,41)。其活性代谢产物肌苷是结肠癌抗 ctla4 和 CpG (30)免疫治疗过程中 il12rβ2 依赖性T细胞触发和 Th1 免疫应答的必需物质。肿瘤来源的趋化因子 CCL5 和由髓样细胞分泌的 ifnγ 诱导型 CXCR3 配体之间的合作是协调免疫反应性肿瘤的T细胞浸润所必需的。类似的趋化因子驱动的途径协调肠道中抗肿瘤T细胞的活化。在 Rnf5-/-小鼠中，以 b. rodentium 为主的肠道共生物刺激肠屏障释放 CCL5，导致抗原呈递细胞的动员和Th1 的启动并转运到黑色素瘤病变(41)。
抗 PD-1 和抗 CTLA4 抗体介导的功效通过触发 FTH 细胞和 B 细胞反应，产生抗体依赖性细胞毒性，从而引发抗肿瘤 IgG2b 抗体，从而对抗具有高突变负荷的低免疫原性乳腺肿瘤 (42)。在微卫星稳定 (MSS) 结直肠癌中，不同的回肠共生体（包括B. fragilis、Alistipes ondordonkii、Erysipelatoclostridium ramosum) 参与了奥沙利铂诱导的隐窝细胞凋亡，诱导了抗肿瘤 TFH 免疫应答和 IgG2b 抗体。这种免疫原性细菌可以促进产生il1β 和 IL12p70 的 LP DCs 的动员，这对于奥沙利铂后启动TFH 是不可或缺的。
当免疫原性回肠共生体定植回肠隐窝时，奥沙利铂联合 PD-1 阻断剂对通常对 PD-1 阻断具有抗性的 MSS 结肠癌变得有效(19)。类似地，粘质芽孢杆菌是最具免疫原性的共生菌之一，能够触发各种类型的适应性免疫应答(TFH、 Th1、 Th17、 IgA 和 IgG1) (43)。因此，具有 Th1 或 Tc1 记忆 T 细胞反应能力的癌症患者比没有这种反应的患者表现出更长的 PFS (3,4,40)。同样，对 PD-1 阻断剂具有耐药性的黑色素瘤患者受益于来自应答供体的同种异体 FMT，产生了具有与抗供体微生物群 IgG 应答相关的 TFH (血浆 IL21 和 Cxcl13)特征的免疫应答(37)。
共生体还可以调节免疫的先天臂系统，本地或远程站点。 不同肠道细菌对分布于次级淋巴器官或肺部的 DCs 的I型 IFN 指纹的控制能力分别对保护小鼠免受黑色素瘤进展或流感病毒感染至关重要。本土微生物群浆细胞样 DCs 控制 I 型干扰素的产生(44, 45)。事实上，一种与梭状芽孢杆菌相关的代谢物，脱氨基酪氨酸，可以通过增强的 I型干扰素信号来保护小鼠免受流感病毒感染。在携带黑素瘤的小鼠中，结肠双歧杆菌属控制 DCs 产生 I 型 IFN 并调节 PD-L1 阻断的有效性(47)。
一些分类群可能通过减少药物诱导的肠毒性和将肠道生态系统转向更健康的状态而具有治疗益处。PD-1 和 CTLA4 联合阻断剂对可移植的癌症模型和患者有效，但会加剧自身免疫。IL1β 和 TNF 在患有 ICI 诱导的结肠炎的癌症患者的 LP 中增加，并且粪便拟杆菌占优势，同时结肠 IL1β 和 ICI 诱导的副作用增加 (48, 49)。因此，用 TNF 或 IL1R1 抑制剂治疗小鼠可能通过减弱生态失调来改善 ICI 的临床前疗效(48)。事实上，TNFα 抑制剂通过增加克罗恩病病原菌的丰度和产生 SCFA 的细菌来纠正肠道微生物的生态失调，同时减少病原菌的共生体(50,51)。
细菌增强肠上皮适应性
在许多慢性炎症过程中，肠道屏障适应性受损，导致肠道通透性增加，全身炎症，最终导致免疫抑制(52,53)。进行性癌变是否以及如何介导这种综合征仍然是一个悬而未决的难题。
选择性细菌(如短双歧杆菌)能够减轻肠道炎症，如葡聚糖硫酸钠诱导的结肠炎和 CTLA4 阻断诱导的结肠毒性。它们通过将结肠微生物生态系统转向乳酸杆菌属(特别是鼠李糖杆菌属) 和增加产生 il10 的 Tregs (54)的线粒体适应性或增强肠道调节b 细胞来实现这一目的。Toll 样受体 -2(TLR2)和 TLR9 配体及肠道细菌裂解物优先诱导肠道 b 细胞产生 IL10 及其调节能力(55)。特定益生菌对肠屏障适应性的抗炎作用对基于顺铂的化疗对小鼠肝癌的疗效具有显着的影响。益生菌调节肠道微生物组成，使其向有益菌(b. fra-gilis、 Parabacteroides distasonis、Prevotella 和 Oscillibacter)靠拢，这些有益菌产生抗炎代谢物， 有利于产生抗炎 IL10 的 Treg 的局部分化，而不利于促血管生成的 Th17 细胞的分化。因此，益生菌与化疗的组合产生了抗肝癌的协同抗肿瘤作用(56)。
相反，在免疫原性细胞死亡介导的化疗过程中，其他细菌需要从小肠转移到次级淋巴器官以刺激同源免疫系统。 大肠杆菌 hirae 调节回肠上皮屏障的许多成分(杯状细胞和Paneth 细胞，上皮内 γδt 细胞)有助于环磷酰胺的疗效(56)。有氧大肠杆菌从肠道到脾脏的易位被上皮 NOD2 分子抑制(56)。自噬机制的 AtG4b 或 Atg5 成分的一个由绒毛蛋白驱动的缺陷表达消除了大肠杆菌和环磷酰胺对肉瘤模型的抗肿瘤作用(57)。然而，需要更全面的分析才能更好地确定 致癌过程对上皮屏障功能障碍的内在影响及其共生作用， 以便更好地了解癌症治疗的抗炎和/或免疫刺激生物活性。
抗癌治疗后肠道微生物群重编程
癌症治疗可能通过以下方式影响肠道微生物群: 直接机制（通过它们对肠细胞或隐窝干细胞的作用方式）或间接机制（通过肠道免疫系统或异生物质的代谢）, 因此，在 RCC 患者中，PD-1 阻断 6 个月增加了肠道微生物群丰富度(6)。酪氨酸激酶抑制剂(如卡唑替尼、阿西替尼、舒尼替尼)引起了微生物群组成的显著原型转变，其特征是免疫刺激共生物(如粘液菌、塞内加尔阿斯替尼) 在小鼠和患者中(6)相对过多, (如塞内加尔阿斯替尼、塞内加尔阿斯替尼、塞内加尔阿斯替尼、塞内加尔阿斯替尼、塞内加尔阿斯替尼、塞内加尔阿斯替尼、塞内加尔阿斯替尼、塞内加尔阿斯替尼、塞内加尔阿斯替尼等拥有属性)(31)。
全身性雄激素剥夺和口服醋酸阿比特龙影响前列腺癌患者的肠道微生物群。雄激素的消耗降低了雄激素使用和促炎性棒状杆菌属的丰度。结果，口服醋酸阿比特龙通过有利于健康相关和抗炎肠道共生菌的过度表现，选择性地重塑了肠道微生物群(58)。
总之，有益肠道细菌在维持肠道屏障完整性和代谢内稳态以避免全身炎症以及在免疫治疗期间增强癌症免疫监视方面发挥着核心作用(图2)。
病原体和有害细菌
肠道微生物除了具有抗炎和促免疫刺激作用外，还可以促进肿瘤的生长和扩散，包括(i)促进肿瘤细胞从上皮细胞向间质细胞的转变，促进肿瘤细胞的增殖，(ii)引导免疫系统产生 Treg 和 Th17 反应，以及正如几篇综述中讨论的那样，颠覆健康的新陈代谢(59)。
年龄和联合用药会影响微生物群的组成，使其朝着不利的模式发展，这种模式在耐 ICI 的患者中也有发现。年轻人逐渐获得与疾病相关的肠道微生物，而老年人倾向于失去与健康相关的肠道微生物。此外，在许多疾病和不同年龄组中都可以获得不同的微生物。不同年龄的梭状芽孢杆菌在各种疾病中都有丰富的种类，其中包括梭状芽孢杆菌属(C. bolteae, C. symbiosum, C. hathewayi, C. citronae, C. asparagiforme; Fig. 2). 大多数(如果不是全部的话)这些分类群在 ICI 无反应者或预后不良的癌症中被发现过多。干扰 ICI 成功的联合用药可能提供有关免疫抑制病原体的信息。如上所述，在免疫治疗前 1-2 个月服用抗生素可能通过干扰有益和有害细菌之间的平衡而减少其临床益处。
Derosa 及其同事(6)和 Hakozaki 及其同事(13) 均鉴定了抗生素诱导的梭状芽孢杆菌属 (如Hungatella/c. hathewayi)或丹毒菌科(Erysipelotrichaceae)的过度表现，与有益的直肠真菌(Eubac-terium rectale)或拉克诺螺旋菌科(Lachnospiraceae)属(Dorea，Roseburia，Cop-rococcus spp。)和瘤胃球菌属(Faecalibacterium spp。)的相对丰度降低相一致。同样，对免疫治疗效果有负面影响的 PPIs (16) ，促进了粪便中由肠球菌、葡萄球菌、链球菌和 Rothia 属组成的口腔微生物的显著富集(17)。事实上，这些细菌种类是从对化学免疫疗法耐药的结直肠癌患者的粪便中回收的(6,19)。
ICIs 无 应 答 者 的 肠 道 微 生 物 组 特 征 以 变 形 杆 菌(Proteobacteria) (E.coli ， Shigella ， Klebsiella) 、 梭 杆 菌 属(Fusobacteria genera)、卟啉单胞菌科(Porphyromonadaceae) 家族成员和放线菌(Actinobacteria)(Egg-erthella lenta，atobobium parvulum)为主，但其介导免疫抑制的有害作用尚未得到正式证实。目前尚不清楚缺乏对 ICI 的反应是由于缺乏有益的共生物还是由于存在有害的共生物(图 2; 补充表 S2)。作为有害共生体的一个例子，在近端结肠癌患者回肠共生体中占主导地位的 Fusobac-teria 和 Prevotella spp 引起 Th17 反应而不是 TFH 和 b 细胞反应，从而降低了奥沙利铂单独或联合 PD-1 阻断剂的肿瘤生长抑制活性(19)。
更有争议的是在肿瘤中发现的共生菌的临床意义(62)以及癌症患者血液中独特的微生物特征(63)。最近的一篇综述文章(64)广泛讨论了微生物在癌症中的复杂作用。一方面，不同的细菌通过感染骨髓细胞在肿瘤巢内或外部定殖肿瘤。细胞内的细菌可以被加工并且肽被呈递到 MHC i 类和 II 类分子上以引起 til 的召回反应，至少在黑色素瘤中是这样(65)。另一方面，越来越多的证据表明这种局部微生物群的促炎和负面预后影响。在晚期非小细胞肺癌中， 微吸入和吞咽障碍可能是下支气管肺泡气道声门上病原体(Veillonella， Fusobacteria， Staphylococcus， Streptococcus genera)的鉴定原因，与预后不良有关(61)。
细菌易位实验表明肠道和胰腺隔室之间的相互作用，可能通过胰管。Proteobacteria 和 actino 细菌被分离出来并与胰腺炎性病变的转化有关(66)。这些细菌已被培养，并建立了它们的居留或其 TLR 配体(TLR2/5)和 γδt17，Th17 与骨髓细胞之间的致病联系。抗生素消融细菌引发胰腺导管腺癌微环境的免疫原性重编程，M1 巨噬细胞和 Th1 分化促进细胞毒性 t 细胞效应功能(66)。
因此，局部和远处(肠道)微生物群的双重作用可能会增加抗生素对癌症患者的影响的复杂性。根据肿瘤的确切位置及其分期，可以使用特定的抗生素来消除致病微生物。
行动机制
肠道微生物群通过肠-骨髓-胸腺-次级淋巴器官轴，调节肠屏障上皮细胞、免疫细胞或造血细胞成分中元生物的多种不同功能。肠道微生物群对局部和远处组织的功能影响因 α 和 β 多样性、活体生物量的丰度和地理分布、选定共生体的生长动力学、调控菌株的存在以及它们之间的差异而有所不同，有趣的是，不同的物种可能具有多效的作用模式(57)。
图3 MCI 的作用机制 肠道微生物含量通过扩展肿瘤细胞或影响宿主功能对 TME 有直接或间接影响。不同的细菌属或种可作用于上皮屏障，通过各种机制（隐窝中的内质网应激或细胞凋亡、炎性体平台、TLR、NOD、趋化因子受体、具有加速造血和免疫重建的肠道-BM 轴、IFNR 信号传导），在 GALT 和次级淋巴器官上调节 DC 功能，增强针对细菌和肿瘤抗原的先天和同源免疫反应。佐剂性、抗原性、趋化性或抗炎性作用可以由整个活细菌、它们的囊泡、它们的微生物相关分子模式 (MAMP) 或它们的代谢物介导，以促进启动阶段（具有 DC 抗原呈递和细菌和肿瘤抗原之间的抗原模拟）和效应阶段（招募TILs、肿瘤细胞上 MHC I 类分子的上调、CTL 的适应性）免疫反应。由引发产生 IL10 的 Treg 的不同细菌介导的抗炎作用抵消了局部促肿瘤发生的 Th17 反应，从而限制了炎症引发或维持肿瘤发生的慢性化。MAIT，粘膜相关的不变T；SLO，次级淋巴器官。
肠上皮屏障重编程
肠粘膜上皮成分与肿瘤微环境(TME)之间的功能联系最近被揭示出来。敲除小鼠和骨髓嵌合体可以确定 RnF5 的作用，这是一种膜锚定的 E3 泛素连接酶，与内质网相关蛋白的降解和 dc 和 t 细胞向侵袭性黑色素瘤的募集有关。RNF5 控制错误折叠的蛋白质的清除和 ATG4B 和 STING 的稳定性。缺失 RNF5的小鼠表现为内质网应激反应的激活，这与 TLR4/Myd88 和 NLRP3/NLRP6 炎症平台在肠道 的表达和信号传导相一致。在Rnf5-/-小鼠中，抗微生物肽的分泌减少和回肠隐窝中细胞死亡增加导致肠道生态失调。这种肠损伤加剧了表达 ccr7 的 DCs 对 Peyer 淋巴结、 mln 和黑色素瘤引流淋巴结的募集、激活和动员，最终导致这些低免疫原性黑色素瘤的大量浸润，通过浆细胞样和常规 DCs 和 IFNγ 产生抑制肿瘤进展的 CD4+ 和 CD8+ T 淋巴细胞 (41)。
Rnf5-/-与野生型(WT)小鼠共同饲养或给予 Rnf5-/-小鼠抗生素可恢复肿瘤的侵袭性，而 Rnf5-/- 小鼠口服含有 11 种( 富含 Bacteroides 和Parabacte-roides spp. 包 括 Bacteroides rodentium) 的 混 合 物 过多表达的混合物可以重现肿瘤免疫监视机制。Rnf5-/-十二指肠上皮细胞与 b. rodentium 共培养，体外诱导 TLR 信号通路和 ER 应激，以及炎性趋化因子/细胞因子释放触发骨髓 DC 活化和T细胞受体转基因T细胞抗原呈现。因此， 肿瘤细胞和回肠内质网应激降低与偏离的微生物群相一致， 并加剧了抗肿瘤免疫力(图 3)。
回肠隐窝细胞凋亡是 Rnf5-/-小鼠的一个表型特征，化疗可以在 WT 动物中重现(19)。事实上，奥沙利铂诱导的位于回肠隐窝的肠上皮细胞 caspase-3/7 依赖性凋亡有利于回肠粘膜免疫原性细菌的扩增。这些共生菌（包括脆弱拟杆菌和 E. ramosum）控制着上皮细胞凋亡和随后在 mLN 中引发 1 型 TFH，最终导致 B 细胞活化、IgG2b 产生以及 TIL 在小鼠和患者中浸润结肠直肠癌(19)。
先天和同源免疫反应:
Th1 对 Th17 细胞
肠道微生物群在稳定状态和包括癌变在内的病理生理条 件下对后天免疫系统和适应性免疫系统具有广泛的作用。抗癌疗法强调了不同共生体与保护性抗肿瘤T细胞应答之间的联系。环磷酰胺能够使大肠杆菌移位并刺激致病性Th17 反应和产生 ifnγ 的 CD8-t 细胞效应，从而控制肿瘤的生长(1,40)。CTLA4 阻断有利于脆弱拟杆菌和促进 MHC II 类限制性 TH1 记忆应答的 b. thetaiotaomicron 的回肠优势， 其对肿瘤有益(4)导致T细胞引发抗黑素瘤的 PD-L1 或 CD47 阻断在结肠中含有来自双歧杆菌属的物种的宿主中更有效。全身照射后的 adop 活性T细胞转移依赖于肠道微生物群的分类组成、肠道通透性和 TLR4 配体的易位(69,70)。奥沙利铂诱导的回肠肠上皮细胞死亡逆转了免疫原性丹毒菌科和耐受性梭杆菌科在回肠的比例，决定了结肠癌中抗肿瘤 TFH 和有害Th17 反应之间的平衡(19)。这些共生体的免疫原性依赖于抗原性和佐剂性(图3; 补充表S3)。
佐剂性: DCs，I 型IFN，IL12 和TLR 激动剂
GALT 或肿瘤引流淋巴结 - 无蒂 DC 感知免疫原性共生体，参与抗原加工和成熟。接触双歧杆菌后，DC 激活导致 I 型 IFN 表达 (47, 71) 或 IL12 在遇到脆弱拟杆菌或双歧杆菌 (3, 19)、A. muciniphila (4)、B.rodentium (41) 或 Bacteroidales S24-7 富集菌群 (70) 后释放。
因此，口服给药鸡尾酒的鸡尾酒双歧杆菌不能促进 Ifnarf/fCD11cCre 小鼠中 CD47 阻断的抗肿瘤作用(71)。抗生素可以提供微生物相关的分子模式，刺激局部或远处的免疫应答(72)。肠道菌群的消耗损害 BM 移植后系统性感染的清除，并使小鼠对半致死剂量的辐射 敏感。事实上，微生物衍生的化合物可以通过释放与微生物相关的分子模式来保护骨髓细胞和中性粒细胞的功能， 从而防止辐射引起的造血损伤(73)(74,75)。这种效应至少可以部分解释为 RIG-I 的内源性配体(如 3pRNA 和来自病毒、噬菌体或细菌的 RNA)在肠上皮细胞中诱导 IFN1 信号传导，从而促进肠屏障修复（参考文献72; 图 3)。
为了调解它们的完全佐剂性，选择免疫原性共生体可能需要也可能不需要存活。巴氏杀菌 a. muciniphila 或其特异性外膜蛋白含有 TLR2 配体以 t 细胞依赖的方式有效地预防结肠炎相关的大肠癌(76)。相反，只有活的，而不是死的，双歧杆菌提高了抗原交叉呈递能力的树突状细胞通过诱导刺激依赖型 1 型干扰素应答(71)。活体肠球菌的移位受肠上皮细胞特异性 NOD2 调控，而活体肠球菌激活 DCs 则依赖于脾脏 NOD2 和 TLR2 增强环磷酰胺介导的 Th1 细胞依赖性抗肿瘤作用。上述肿瘤治疗过程中细菌免疫原性的例子(脆弱类杆菌、啮齿类杆菌、枝状类杆菌、类杆菌S24-7)均依赖于肠道中的 TLR4 或 TLR9 信号通路。
细菌可以帮助 DCs 不仅引发抗癌 T细胞，而且参与肠道屏障适应性。双歧杆菌属感知肠腔铁并调节结肠内 LP DCs 分泌 hepcidin 激素的能力，这是修复肠屏障的关键(77)。微生物群也影响 TME 的骨髓细胞。抗生素通过诱导肿瘤相关髓系细胞中的 NADPH 氧化酶 NOS2 产生活性氧类，削弱了奥沙利铂介导肿瘤早期遗传毒性的 tlr4依赖性能力(2)。这些例子说明了特定细菌对髓系细胞功能的多种作用。
抗原性
除了提供佐剂之外，肠道微生物群还是引起共生特异性T细胞反应的最主要抗原来源(参考文献43,78; 图 3)。计算机模拟预测显示，来自长期幸存者的胰腺肿瘤具有与强CD8 + CTL 浸润相关的高新抗原负荷。这些新抗原与感染性细菌衍生的肽表现出同源性，表明新抗原和微生物表位之间的分子模拟(79)。Fluckiger 及其同事证明了一种属于 Siphoviridae 家族的肠球菌溶解噬菌体的免疫原性，该噬菌体包含一个 MHC I 类限制性 CD8 + T 细胞表位，位于带状测量蛋白(TMP; 参考文献22)。该噬菌体编码的抗原与致癌驱动因子 PSMB4 的 h-2kb 限制性表位共享 78% 的结构同源性。表位内的突变由噬菌体或 PSMB4 编码降低了肠球菌菌株与环磷酰胺或PD-1阻断剂协同作用的能力(22)。
一些噬菌体有可能将免疫原性序列转移到宿主生态系统内的其他菌株。儿童和成人不同种类的大肠杆菌或粪肠杆菌中含有的溶解噬菌体在 小鼠肠道中感染和溶原鸡肠球菌，从而传递一个 H-2Kb 限制性表位，增强抗癌免疫应答(22)。以短双歧杆菌表达的八肽表位(SVYRYYGL)为靶细胞，与小鼠黑色素瘤 B16- SIY 细胞(80)表达的模型新抗原(SIYRYYGL)发生交叉反应。此外，一部分特异于天然加工的黑素瘤表位的人类T细胞识别微生物肽(22) ，支持这些发现的临床意义。事实上， 在 RCC 和 NSCLC 患者的粪便中含有 TMP 噬菌体序列的患者对 PD-1 阻断剂的反应要好于缺乏这种粪便噬菌体的 癌症患者(22)。此外，黑色素瘤被发现含有细胞内细菌， 从中肽可以呈递到 MHC I 类和 II 类复合物刺激原发性和转移性病变的细胞毒性淋巴细胞(65)。
趋化因子
通过它们与 DCs 或上皮细胞的相互作用，共生体触发病原体识别受体，导致趋化因子的释放，有利于极化效应 t 细胞浸润肿瘤。因此，在大肠癌中，共生体及其 TLR 配体作用于癌细胞，调节控制 Th1、 Th17 或 TFH 细胞肿瘤内转移的趋化因子的产生，从而影响免疫评分和患者预后(81)。肝癌自然杀伤(NK) T细胞依赖性免疫监视受肠道微生物调控，BA 转化为肝窦内皮细胞释放 CXCL16 的调节因子。革兰氏阴性菌的外膜囊泡以及革兰氏阳性共生菌(金黄色葡萄球菌或嗜酸乳酸杆菌) 的胞外囊泡可能刺激 TME 坏死区域的促 th1 趋化因子分泌模式(Cxcl10，IFN-γ) ，从而有利于表达 cxcr3 的 NK 和T细胞的活化。82; 图 3)。
代谢物
细菌可以通过自身产生或在宿主体内诱导的代谢物触发 先天和同源免疫反应。在抗 ctla4(与 CpG 或抗 PD-L1 抗体联合应用)免疫治疗过程中，肠道微生物(如假结肠杆菌和 粘液杆菌)产生的肌苷对 t 细胞产生腺苷 A2A 受体依赖性共 刺激作用，促进 Th1/TC1 在肿瘤中的分化和积聚。事实上， t 淋巴细胞中的 A2A 受体信号传导是拟南芥ICI促进作用的 必需条件，并允许 IL12Rβ2 和 ifnγ 的转录，而 IL12 是由cDC1 与拟南芥接触时传递的，可能存在于次级淋巴器官中（参考文献30; 图 3)。
治疗剂量的辐射或 HSCT 期间的调理诱导造血和胃肠功能障碍。肠道来自幸存者(小鼠或白血病患者)到全身照射都被螺旋藻科和肠球菌科的成员过度定殖。这种细菌通过产生丙酸和色氨酸代谢物来促进造血和 GI 修复的放射后恢复(83)。同样， 某些肠源性代谢物抑制了对常规放疗的免疫应答。在万古霉素存在下，肿瘤病变的照射更有效，所述万古霉素消除了产生梭菌的免疫抑制代谢物(丁酸盐和丙酸盐)。这些 SCFAs 在体外削弱了 DCs 的抗原呈现，并消除了万古霉素增强的体内放射治疗的抗肿瘤活性(84)。SCFAs 也与小鼠和黑素瘤患者对 CTLA4 阻断的抗性有关。高血丁酸盐和丙酸盐水平与 Treg 比例增加，DC 和效应T细胞活化减少以及对 IL2 的反应降低有关(85)。这几个例子说明了细菌代谢产物影响抗肿瘤免疫反应的能力，表明许多影响癌症免疫对话的其他代谢产物将在未来被破译。
平衡 Th17 细胞的致瘤作用
在炎症诱发的癌变过程中，肠道微生物可以起到预防或治疗性的抗炎作用，干扰癌症的进展(图 3)。先前在癌基因驱动的原发性肺癌模型中的实验证据揭示了局部共生体可能受到癌变的干扰，从而引发肺泡巨噬细胞和产生 IL17 的肺内 γδt 细胞之间的炎症相互作用，从而促进肿瘤的进展。Tsay及其同事(61)证实，下呼吸道微生物群可能具有声门上型共生体(如小细小韦罗氏菌) ，这种共生体启动 IL17 介导的炎症通路并重编程宿主转录，从而加剧 NSCLC 的进展(86)。主要包含声门上分类群的下呼吸道微生物群谱与 NSCLC 诊断的晚期阶段以及不良的治疗反应相关。胰腺癌——众所周知被微生物侵袭(87)——可能是由 IL17 介导的中性粒细胞募集到肿瘤床以及 CD8 + t 细胞排斥(88)之间的恶性循环引起的。在胰腺癌的临床前模型中，阻断 IL17RA/IL17 或抗生素可以恢复对 PD-1 阻断剂的敏感性(66,89)。
同样，产生 IL10 的 Tregs 可以阻止炎症诱导的肿瘤发生。例如，GPR109a 对丁酸和烟酸介导的结肠上皮细胞 IL18 的诱导和结肠炎诱导的大肠癌的抑制是不可或缺的。GPR109a 信号还能促进结肠巨噬细胞和 DCs 的抗炎反应， 并能诱导产生 IL10 的 Tregs (90)分化。另一个策略是补充肠道益生菌，能够将肠道微生物群落转移到已知能产生抗 炎代谢物(如长链脂肪酸棕榈酸酯和二十二碳六酸酯)的物 种(Prevotella，Oscil-libacter，P.distasonis)。这些物种维持肠道产生 IL10 的 Treg，同时减少促血管生成和促肿瘤生成 Th17 细胞的肠道外流，从而增加铂盐在鼠肝癌中的抗癌作用（参考文献 56；补充表 S3）。
药物微生物学
随着人们对肠道微生物群作为人类第二基因组的认识不断提高，药物基因组学-微生物组学的概念作为药物基因组学的自然扩展而被引入。微生物酶解毒细胞毒性抗肿瘤药物的几个例子不在本综述的范围之内: 变形杆菌破坏吉西他滨(91) ，肠道细菌 β-葡萄糖醛酸酶破坏喜树碱 (92,93) ，以及涉及细菌维生素 B6、维生素 B9 和核糖核苷酸代谢的氟嘧啶代谢药物的相互转化。
ICIs成功的盟友: MCIs
动物研究表明，肠道生态系统的分类组成和宿主-肿瘤相互作用对临床结果有因果关系(补充表 S3)。因此，免疫或代谢色调的不同方面可以通过粪便移植或灌胃特定细菌菌株或聚生体来转移。因此，目前正在针对癌症患者的临床试验中评估几种 MCI 操作。MCI 前的宿主调节（例如用口服万古霉素或基于聚乙二醇的渗透溶液预处理）和生活方式的改变（例如饮食和运动）对于提高定植成功和 MCI 的生物活性可能很重要
FMT
这个术语是指通过内窥镜或口服胶囊将粪便中的微生物成分从健康个体(或治愈的病人)转移到病人的肠道中。FMT 制备的基本原则已在其他地方详细介绍(94)。根据不同的国家，FMT 被作为一种药物、组织或由人类细胞和非人类成分(微生物 DNA 和代谢物)组成的组合产品进行管理。建议粪便库在每个国家的指定权限下运作(94) ，特别是在2019 冠状病毒疾病的情况下。使用 FMT 治疗难治性或复发性(> 3 次发作)艰难梭菌相关性结肠炎受到专业指南的青睐，但仍被 FDA 认为是一种研究性治疗。此外，FMT目前还处于治疗炎症性肠病、肠易激综合征、肝性脑病、中风、心力衰竭、肥胖(95)和癌症的实验阶段。(参考文献96; 补充表S4)。
FMT 对癌症患者有多种适应症。通过重新编程粪便成分以增加 α 多样性和正确传递与健康相关的细菌(21) ，FMT 被认为是广谱抗生素引起的生态失调的潜在治疗方法。因此，FMT 可能会逆转抗生素诱导的梭菌组 XIVa 和变形杆菌类成员的优势，这会抑制 ICI 的功效（97）。其次，用具有内在免疫原性的物种丰富宿主微生物群可能会规避初级耐药性并恢复对 ICI 的反应性（补充表 S3 和 S4）。因此，将治愈患者的粪便直接回收到 ICI 抗性个体可以解决这个问题 (96)。
在概念验证的第一阶段试验中，Baruch 和他的同事们(NCT03353402; 参考文献96)用来自2名对抗 PD-1 抗体完全应答的患者的同种异体 FMT 治疗 10 例 PD-1 阻断难治的转移性黑素瘤患者。在 FMT 过程中重新引入 PD-1 阻断。用相同供体衍生的 FMT 定植的5名患者中的3名表现出部分(n = 2)或完全(n = 1)的反应。来自另一个供体的移植患者没有回应。值得注意的是，这两个供体样品在基线时的微生物组成存在分类学差异。
治疗后，所有患者肠道菌群均发生变化，接受更多免疫刺激性粪便的患者肠道菌群相对丰度更高，被 认为可能有利于免疫治疗的Ruminococci spp. (R.gnavus，R.callidus) 和 Bifidobacte-rium adolescent，以及乳酸杆菌(Lactobacillus ruminis，一种抗炎细菌) ，而接受其他供体样本的患者肠道菌群过多表现为Coprococcus spp. 和 Clostridiaceae 家族成员(c. clostridi- oforme，Erysipelatotrichaceae) ，这些成员已在抗生素治疗的个体中得到描述(6)。这些肠道成分变化与 5 例接受更有效粪便的患者 TME 的重编程有关，其中肿瘤浸润性 CD8+ T细胞增多，干扰素和效应性 t 细胞分化基因模式(PRF1、GrZMB、 CD69、 CD27、 CD28、 IDO1、 PD-L1 和 PD-L2)增多。
匹兹堡大学进行的一项平行研究报告了类似的有希望的结果。15 例难治性黑色素瘤患者经结肠镜检查仅接受 1 次FMT 治疗，并重新引入 pembroli-zumab (37 例) ，6 例患者(3 例部分缓解，3 例病情稳定 > 12 个月)临床获益恢复。有趣的是，1 名有反应的患者发生了需要广谱抗生素的软组织感染。然而，抗生素改变了这个病人的微生物组，失去了有益的 Ruminococcaceae，Alistipes 和 f. prausnitzii，并转化为临床进展(37)。因此，研究人员在原始供体 1 年后与同一供体进行了第二次 FMT，该供体定殖了受体并引发了临床反应。Metagen 组学分析和供体细菌特异性 IgG 应答进一步显示，与无应答者相比，应答的受体微生物群显示出向供体组成的显着转变(37)。
值得注意的是，成功的FMTs 以 Ruminococcaceae 、 Bifidobacteriaceae 、Lachnospiraceae 和 Erysiplotrichaceae 为主，而无效的FMTs 以 Tannerellaceae 、 Sutterellaceae 和 bacteroidaceae 为主(37)。最后，在FMT后评估血液免疫组学和TME 背景。响应者患者血液中 CD8 + CD56 + 和活化的粘膜相关不变性 t 细胞的频率较高，这两个亚群都过度表达杀伤分子（颗粒酶、穿孔素 NK 激活受体），同时与 TIL 中 II 类分子的上调一致。相反，无应答者(NR)在肿瘤中积累骨桥蛋白和产生 CXCL8 的骨髓细胞和TREG。血清分析也将 FMT 后的应答者与无应答者分开，应答者中炎症标志物(如 CXCL8、IL18、CCL2)浓度降低， 同时 Flt3L、CX3CL1、2 型和TFH 细胞/趋化因子(37)水平升高。总之，这两个概念验证研究证实，FMT 可以改变移植成功的癌症患者的微生物组成，并具有重编程的外周免疫和炎症张力以及 TME 的潜力，最终在临床上有益于ICIs。总体而言，有利的安全性和有效性的早期迹象支持进一步研究同种异体 FMT 以增强免疫治疗效果。
FMT 的另一个指标可能是减轻免疫球蛋白诱导的免疫相关副作用，如结肠炎。事实上，粪便分类含量的低多样性指数不仅与对 ICI 的耐药性有关，而且与新辅助剂 PD-1 和CTLA4 阻断后免疫相关不良反应的风险增加有关(98)。在一项涉及 2 名患者的开创性临床研究中，FMT 成功抑制了ICI诱导的结肠炎。严重结肠炎的解决可以归因于这些患者中的 1 例梭状芽孢杆菌和双歧杆菌类群的扩增。
FMT 的进一步指标是在异基因造血干细胞移植的情况下降低移植相关的死亡率，其中患者预先使用广谱抗生素，有利于出现抗生素耐药的兼性病原体(E.faecium，E.faecalis;) (99).在allo-HSCT 中，FMT 促进造血和 GI 恢复(83) ，因为它可以预防急性移植物抗宿主病。FMT有可能重新引入促进健康的微生物，例如白菜科、落叶螺科和放线菌科，这些微生物有助于降低与移植相关的死亡风险。(参考文献100-102; 补充表 S4) ，以及与造血干细胞移植后免疫细胞动力学相关的分类群(如粪杆菌、瘤胃球菌 2 和 Akkerman-sia)(29)。这些有益的效果可以通过常规的自体或同种异体 FMT 或富含特定促进健康的微生物的 FMT 来实现(补充表 S4)。自体 FMT 与无干预的随机对照临床试验允许分析 25 例 allo-HSCT 患者的肠道微生物群谱。自体FMT干预增强了微生物多样性，并重建了患者在调理前的肠道微生物群组成(补充表 S4)。
然而，FMT 具有重大的安全风险(103) ，限制了其在预防性使用中的实施。FMT 应在前瞻性随机试验中进行检测， 以确认其对ICI原发耐药的有效性，破解移植物长期定植的肠粪相容性规律及其对延长生存期的临床意义。
单克隆和最小化细菌生态系统
粪便移植在社会接受性、安全性、可制造性和一致性方面提出了挑战。活体生物疗法 (冻干包封的细菌)可以潜在地解决这些问题。益生菌菌株在作用机制、胃肠道转运过程中的存活潜力、代谢和免疫局部调节以及与微生物群生态位和病原体的竞争方面差异很大。已经进行了许多随机对照试验，使用用于治疗慢性炎症或自身免疫性疾病的市售“益生菌”（补充表 S4），结果为中性。这些试验中使用的许多益生菌物种是与食品生产相关的耐氧乳酸生产者（乳杆菌属、双歧杆菌属、凝结芽孢杆菌、嗜热链球菌和布拉氏酵母菌）。
益生菌已用于癌症患者，以解决一些副作用的抗癌治疗， 特别是放射治疗。然而，大多数报道的试验都是益生菌菌株类型和剂量不同的小型研究。尽管数据有限，这样的活性生物治疗药物似乎可以在化疗或放疗引起的中性粒细胞减少的情况下安全地使用(补充表S4)。然而，这个概念仍然存在争议，有病例报告的感染，过敏，代谢紊乱，和抑郁症后使用特定的菌株给予脆弱的病人。一项对 122 例可手术的大肠癌患者的回顾性研究表明，使用益生菌与 CD8+ TIL 密度增加和更好的生存率有关(补充表 S4)。
在一项对 116 例用 ICI 治疗的晚期黑色素瘤患者进行的开创性研究中，分析了定期消耗益生菌的影响。高达 40% 的患者在免疫治疗期间服用了食物补充剂，这似乎与微生 物群落多样性较低和与不服用的患者相比应答率降低有关(104)。因此，现成的益生菌可能在免疫抑制的癌症患者中是禁忌的。许多乳酸杆菌菌株诱导耐受(补充表 S3)。毫不奇怪，口服乳酸杆菌灌胃未能改善小鼠肿瘤的控制(57; 补充表 S3)。然而，一组日本晚期非小细胞肺癌患者接受抗 PD-1/PD-L1 抗体治疗的有趣结果揭示了益生菌 c. butyricum MIYAIRI 588 菌株(据报道它增强了双歧杆菌属，降低了Th17 细胞分化)在开始免疫治疗前 60 天内服用抗生素的患者恢复 ICI 的临床益处的潜力(20)。
从健康个体或经 ICI 治愈的“精英”患者身上分离培养出的细菌菌株，结合对作用机制的精确阐明，可能有助于MCI 的研究。例如，在动物模型中，粘虫与苗条、健康和一般健康以及成功衰老和直接减少肥胖和代谢紊乱有关。食物补充 a. muciniphila 降低了糖尿病前期患者的胰岛素抵抗和血脂异常(补充表 S2)。一项双盲、随机、安慰剂对照的研究进一步证实了这一发现: 一种新的 5 菌株益生菌配方(WBF-011，其中含有 a. muciniphila、 b. infant、 e. hallii 和 2 Clostridia spp.)显著改善了二甲双胍治疗的 2 型糖尿病患者的血糖控制(补充表 S2)。A. muciniphila 与 ICI 的临床反应和肿瘤携带者的免疫刺激特性有关 (4, 6)。一个从百岁老人分离的 a. muciniphila 菌株将很快在晚期 NSCLC 患者中进行评估(26)。
基于类似的原理， 几个 I/II 期临床试验使用具有内在免疫原性的细菌(如肠球菌或双歧杆菌菌株，梭状芽孢杆菌属，11 菌株为基础的鸡尾酒(31)被引入临床试验，纳入ICI-naive 或抗 PD-1 难治性癌症患者(补充表 S4)。具有 TLR5 激动潜能的口腔大肠杆菌MRx0518 在 12 例确诊为 PD-1 阻断难治的晚期肾癌或肺癌患 者中取得了令人鼓舞的结果。12 例患者中有 5 例在第12周 I期评估后仍在接受治疗，2 例部分缓解，3例病情稳定。
然而，在这里再次强调，菌株和组织相关的肠粪相容性规则之间的益生菌和受体微生物群仍然是一个开放的难题。患者的天然微生物群可能会排斥益生菌菌株(105)的植入，相反，益生菌可能会破坏受体微生物群(106)的活性，可能导致微生物群生态系统的有害失衡。通过对细菌植入的系列进化及其对全系统(免疫、新陈代谢、上皮细胞、微生物群) 的药效学影响的辅助研究，可以规避这些对人类 MCI 发展的限制。
益生元，饮食和辅助药物影响肠道微生物群
一些具有肠道微生物组终点的短期饮食研究已经显示了饮食诱导肠道微生物组分类学变化的能力(27)。然而，测试特定食物或营养素的随机对照试验显示对微生物群和免疫功能的适度影响(107)。事实上，由于持久采用有益的饮食习惯和生活方式改变方面的臭名昭著的困难，饮食诱导的微生物组调节是短暂的。尽管存在这些缺点，但最近的证据表明，食物-肠-免疫轴对于癌症免疫疗法的结果具有生物学和临床意义。
高纤维饮食
膳食纤维是不可消化的碳水化合物聚合物，推荐剂量 > 30 克/天，最好来自每周 > 30 种不同的植物，以形成一个健康和多样化的微生物组(108)。这样的饮食增加了发酵膳食纤维以产生 SCFAs 的潜在有益物种的丰度。首次研究食物-肠道-肿瘤轴对抗 PD-1 抗体临床效益影响的临床研究初步结果表明，食物消耗确实可能调节肠道微生物群，丰富瘤胃球菌家族成员，并最终影响客观反应率。最近在黑色素瘤(35,107)和非小细胞肺癌(109)患者中进行的两项研究描述了与高纤维饮食相关的宏基因组学和代谢组学粪便改变，与 ICI 和 TME 重编程反应率增加相一致。目前正在进行旨在用不可消化的纤维丰富饮食的前瞻性临床试验(补充表 S2)。
生酮饮食
酮症是一种新陈代谢状态，在这种状态下，机体从酮体(KB) 的分解代谢中获取能量，而不是葡萄糖，并在较小程度上从脂肪酸和氨基酸中获取能量。KBs 包括乙酰乙酸，3-羟基丁 酸(3HB)和挥发性丙酮。生酮饮食(KD)是由高脂肪、中等蛋白质和低碳水化合物(通常< 40g/d)组成的饮食，引起 3HB 的激增。3HB 的这种增加也发生在禁食后，有利于线粒体呼吸而不是能量代谢的糖酵解(110)。非人灵长类动物的长期卡路里 限制降低了癌症发病率和死亡率(111)。在小鼠中，短期饥饿 和隔日禁食减少了肿瘤进展(112)。KD 在粪便宏基因组学和代谢组学方面与高脂饮食(HFD)不同。而 HFD分别增加和减少了肥胖男性病人 和小鼠体内放线菌 (Actinobacteria，Actinobacteria)的相对丰度，特别是双歧杆菌和乳酸杆菌的相对丰度。
有趣的是，这种效应可以通过直接影响双歧杆菌生长的口服 3HB 补充剂来重现。川崎病和3HB 补充 HFD 或青春双歧杆菌灌胃可降低小肠和脂肪组织中 Th17 细胞(但不降低Th1 细胞和 Treg 细胞)(113)。这与先前的研究结果一致，表明KD在感染甲型流感病毒(114)或小鼠冠状病毒(115)时对内脏脂肪组织中的 γδt 细胞以及肺中的 γδt 细胞具有保护作用。3HB 对攻击性癌症也具有免疫刺激作用(116)。
在标准的饮食条件下，单独或联合抗 PD-1 抗 ctla4 抗体不能减少肿瘤生长，间歇性 KD 或口服 3HB 补充剂恢复治疗反应。用蔗糖(其破坏酮合成)或用 βhb 受体 GPR109A 的药理学拮抗剂补充 KD 消除了抗肿瘤作用(116)。从机制上讲，3HB 阻止了 ifnγ 介导的骨髓细胞上 PD-L1 的上调，同时有利于 CXCR3 +T细胞的扩增(116)。KD 还引起肠道微生物群的组成变化与不同的种类，如艾森伯格马西里菌，通常出现在小鼠和人类的低碳水化合 物饮食，与伴随的免疫抑制性乳酸杆菌(116)的损失相关。
值得注意的是，禁食或 KD 的抗炎作用可能与 3HB介导的 NLRP3 炎性体(117)抑制有关。事实上，肿瘤细胞自主的 NLRP3 被鉴定为驱动 PD-1 阻断的适应性免疫逃避的新型分子线索(补充表 S3; 参考文献。118).所有这些结果指出了 ICI 期间 KD 或 KBs 的有效免疫刺激作用，促进了新临床试验的设计(NCT03950635)。
益生元
可以调节肠道微生物群组成的食品补充剂可能会影响肠道屏障健康、局部免疫系统，并最终影响肿瘤免疫监测。据报道，菊粉和粘蛋白具有促进粪便微生物群组成发生实质性改变的共同能力，从而导致具有免疫原性的多种细菌系统发育型的相对丰度增加（例如双歧杆菌、拟杆菌、巴氏杆菌和副杆菌；参考文献 3、31、40、41、47、119）。粘蛋白和菊粉都没有增强抗 PD-1 抗体的作用，但菊粉的作用方式与粘蛋白不同，有利于双歧杆菌属的优势。在肠道中，增强脾 CTL 功能，并克服黑色素瘤对 MEK 抑制剂的抵抗（补充表 S3）。同样，不同类别的益生元可能会对抗免疫刺激疗法的效果。事实上，SCFA 可以拮抗肿瘤局部放疗 (84) 或 CTLA 阻断 (85) 的免疫原性。需要做更多的工作来确定益生元的精确临床适应症。
图 4 MCI 相关的诊断工具 将需要旨在监测受体宿主肠道中药物回收率和短期或长期稳定性的药代动力学工具，使用特定于细菌菌株的PCR 探针、流式细胞仪测定或使用特定程序的基于培养组学的方法。MCI 的多方面作用模式导致广谱药效学分析，包括流式细胞术和/或基于ELISA 的方法，用于量化针对共生体和共享肿瘤抗原的细胞和体液免疫反应、质谱和 MS/MS 代谢模式、恢复微生态平衡 和 MG 的健康物种相互作用组、肠道通透性的愈合、系统炎症的缓解或停止、免疫张力的改善和 TME 的重新编程。FDG，氟脱氧葡萄糖；HbA1c，糖化血红蛋白；WGS，全基因组测序。这些数字是未发表的原创作品，由 L. Derosa、L. Zitvogel 和所有合著者创作，目的是在这篇癌症发现文章中发表。GOMS，肠道肿瘤微生物组特征。
结束语
毫无疑问，未来 MCI 将补充免疫治疗（图 4）。尽管大多数文献都关注将 MCI 与免疫原性化学疗法和 ICI 结合使用的可能性，但 MCI 也将与 CAR T 细胞、抗体-药物偶联物和尚未成为-开发了免疫疗法。尽管在过去十年取得了巨大进步，但仍需要用于定义“健康微生物组”的诊断工具，例如，用于识别最佳 FMT 供体或对患者人群进行分层。还需要新的诊断工具来定义免疫原性或抑制性细菌、物种相互作用群以及肠道生态系统的地理分布。需要一套新的药代动力学工具来表征 MCI，包括同种异体细菌在肠道的定植和内源微生物群的变化（图 3）。
必须开发分子策略来研究 MCI 的药效学，包括它们对肠道屏障功能和远处靶组织的影响，例如循环代谢物、针对共生或肿瘤抗原的全身体液和细胞免疫反应，以及对（肿瘤的表观）遗传和免疫环境的影响（图 4）。工程技术必须改进与连续给药兼容的可摄入 MCI 配方（补充表 S2-S4），以及对腔内内容物进行采样或在胃肠道中进行连续活检以获得有关微生物群和肠道状态的空间分辨信息的设备墙。这些信息可以指导最佳治疗干预。支持这一概念，ICI 开始前结肠18F-氟脱氧葡萄糖的摄取可以预测转移性黑色素瘤患者对 CTLA4 阻断剂的完全反应（图 4；参考文献 120）。我们希望这些技术将有助于完善免疫肿瘤学中 MCI 发展的初步建议（表 1）。
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