专家解读 | 罗伊氏乳杆菌代谢产物增敏免疫检查点抑制剂的疗效

导读

免疫检查点抑制剂（ICIs）虽然为部分黑色素瘤患者带来长生存获益，但整体有效率仍然不足40%，因此探索ICIs的联合疗法是免疫治疗的重点，而益生菌疗法联合ICIs是目前的一个研究热点。肠道不仅是消化系统的一分部，近来研究发现其同时具有强大的免疫功能，而定居于肠道的益生菌有重要的免疫调节作用。虽然有研究报道过双歧杆菌在促进ICIs疗效上的作用，但是部分临床前研究也报道过肠道内双歧杆菌和鼠李糖乳杆菌对于ICIs的抑制作用，提示益生菌影响ICIs的具体机制尚待进一步探索。本研究发现口服罗伊氏乳杆菌能从肠道迁移到黑色素瘤肿瘤中。罗伊氏乳杆菌分解色氨酸的代谢产物吲哚-3-乙醛（I3A），可通过激活CD8+ T细胞的芳香烃受体（AhR）信号，增强抗肿瘤免疫反应并提高免疫检查点抑制剂（ICI）的疗效（Cell. 2023 Apr 27; 186(9): 1846-1862. e26. doi: 10. 1016/ j. cell. 2023.03.011）。

研究内容：

作者将长双歧杆菌、罗伊氏乳杆菌、约氏乳杆菌等常见益生菌和大肠杆菌加到荷黑色素瘤的小鼠的饲料中，这些益生菌便会经小鼠口服（OG）进入其消化道，研究者发现长双歧杆菌、罗伊氏乳杆菌能显著减缓小鼠黑色素瘤的生长速度，但罗伊氏乳杆菌的效果最为显著。

研究者发现，经罗伊氏乳杆菌处理的小鼠在三个时间节点9天、11天、17天取瘤体用流式检测产IFN-g的Th1细胞水平和产GZMB的Tc1细胞水平均高于未处理的小鼠，提示罗伊氏乳杆菌可以诱导免疫细胞的浸润水平。

接下来作者尝试探索罗伊氏乳杆菌联合PD-1抗体是否具有协同效应，结果提示罗伊氏乳杆菌联合PD-1抗体具有更好的抑瘤效果，并且发现罗伊氏乳杆菌不能在敲除CD8细胞IFN-g的小鼠模型中产生类似的抗肿瘤效应，提示罗伊氏乳杆菌的抗肿瘤效应是杀伤性T细胞依赖性的。

通过收集小鼠瘤体进行细菌培养，发现经过罗伊氏乳杆菌处理的小鼠瘤体内出现罗伊氏乳杆菌的显著富集，提示肠道菌群向瘤体迁移的可能。于是作者通过不同的抗生素联合罗伊氏乳杆菌进行瘤内注射，一组是由于VAN在体外实验中不能杀罗伊氏乳杆菌，所以VAN+罗伊氏乳杆菌的组别仍然存在抑瘤现象，而AMP+罗伊氏乳杆菌则失去了抑瘤效果，提示肿瘤内的罗伊氏乳杆菌活菌的存在是产生抑瘤效应的必要条件。同时为了排除肠道菌群的干扰，研究者使用GF小鼠也得到同样的结论。

接下来，研究者通过对比罗伊氏乳杆菌在不同肿瘤细胞的荷瘤小鼠模型上的抑瘤效果，发现罗伊氏乳杆菌不仅对黑色素瘤有效，对乳腺癌、结肠癌也有效，同时对比了活菌和灭活菌的抑瘤效果，发现只有活菌才能抑制肿瘤生长，提示罗伊氏乳杆菌的抗肿瘤机制与肿瘤和罗伊氏乳杆菌抗原结合的免疫反应机制无关，可能依赖于罗伊氏乳杆菌的代谢活性。

因此研究者就把目光转向了罗伊氏乳杆菌的代谢产物。而目前罗伊氏乳杆菌已被证明可以释放几种免疫调节代谢物，包括吲哚-3-乙醛（indole-3-aldehyde，I3A），而I3A能够特异性激活T细胞上的一种芳烃受体AhR，影响T细胞的免疫反应。

于是研究者利用缺乏芳香族氨基酸转氨酶I/II类基因（罗伊氏乳杆菌 ΔDArAT）的转基因菌，废除了罗伊氏乳杆菌将食物中的色氨酸（Trp）分解为I3A的能力，发现失去代谢I3A能力的罗伊氏乳杆菌未能对肿瘤生长速度和小鼠的存活率产生明显影响，在两者具有相似拷贝数的情况下，野生型的罗伊氏乳杆菌组瘤体中杀伤性T细胞水平更高，并且AhR活性以及I3A水平也更高。接下来，研究者单独把I3A拿出来做了一个剂量梯度的实验，发现I3A的抑瘤效果呈剂量依赖性，并且与PD-1抗体组合应用效果更佳。

为了明确I3A与AhR通路的关系，先用脾脏的幼稚T细胞，利用CD3和CD28的单抗激活T细胞，然后加或不加I3A，观察杀伤和成熟水平相关指标的变化情况，研究者发现加入AhR抑制剂后，I3A不再引起T细胞的杀伤功能增强和向效应细胞分化，敲除AhR的T细胞也不再收I3A的影响；

接着是体内实验，研究者构建了CD8 T细胞内AhR特异性缺失的小鼠，研究者发现AhR敲除后，罗伊氏乳杆菌不再诱导抗肿瘤免疫反应，揭示了罗伊氏乳杆菌释放的I3A介导的肿瘤抑制依赖于CD8 T细胞内生的AhR激活。总而言之，罗伊氏乳杆菌衍生的I3A以AhR依赖的方式促进Tc1分化和效应功能。

最后作者还分析了接受ICIs治疗的黑色素瘤患者的血液样本，发现对免疫治疗反应良好的患者，其I3A水平更高，并且患者接受治疗前的I3A水平也与其预后生存期相关。

小结：

1、口服的罗伊氏乳杆菌能从肠道迁移到黑色素瘤肿瘤中。

2、罗伊氏乳杆菌分解色氨酸的代谢产物吲哚-3-乙醛（I3A），可通过激活CD8+ T细胞的芳香烃受体（AhR）信号，增强抗肿瘤免疫反应并提高免疫检查点抑制剂（ICI）的疗效。

3、高色氨酸水平的饮食有助于抑瘤。

4、高水平I3A血浆水平与ICIs疗效正相关。

5、该研究为开发特定饮食和益生菌组合的肿瘤治疗策略提供了线索，并提示微生物产生的AhR配体（如I3A）或有助于患者对ICIs的应答。