肠道菌群调控通过短链脂肪酸解耦免疫检查点阻断疗效与毒性：一项多发性骨髓瘤研究

《Nature Communications》：Microbiome modulation uncouples efficacy and toxicity induced by immune checkpoint blockade in mouse multiple myeloma

本研究针对免疫检查点阻断(ICB)在多发性骨髓瘤(MM)治疗中疗效受限且伴随严重免疫相关不良事件(IrAEs)的临床困境，通过给Vk*MYC小鼠模型补充人类共生菌普雷沃菌(P. melaninogenica)，发现其能通过增加短链脂肪酸(SCFAs)产生，抑制树突状细胞(DCs)向促Th17表型极化，从而延缓冒烟型骨髓瘤(SMM)向MM进展。该菌与抗PD-L1或抗TIGIT抗体联用可协同增强抗肿瘤CD8+ T细胞应答，同时减轻IL-17介导的皮肤毒性，为MM的微生物疗法提供了新策略。

　　

在血液系统恶性肿瘤中，多发性骨髓瘤(Multiple Myeloma, MM)是一种目前仍无法治愈的B细胞肿瘤，其特征是骨髓中浆细胞的恶性增殖。而冒烟型多发性骨髓瘤(Smoldering Multiple Myeloma, SMM)作为一种无症状的癌前病变，每年约有10%的患者会进展为症状性MM，这使得寻找有效干预SMM进展的策略成为临床研究的重点。近年来，肠道微生物组与癌症免疫治疗的关联备受关注，尤其是在免疫检查点阻断(Immune Checkpoint Blockade, ICB)疗法中，特定的肠道微生物签名被证明可以调节疗效。然而，ICB在MM治疗中的应用却因严重的免疫相关不良事件(Immune-Related Adverse Events, IrAEs)而受阻，其中由IL-17产生细胞介导的皮肤毒性尤为常见。因此，如何解耦ICB的疗效与毒性，成为提高MM治疗成功率的关键科学问题。

发表在《Nature Communications》的这项研究，正是围绕上述问题展开。研究人员假设，通过调控肠道微生物组，或许能够同时增强ICB的抗肿瘤免疫力并抑制其副作用。为此，他们选用了人类共生菌——普雷沃菌(P. melaninogenica)，在模拟SMM的转基因Vk^*MYC小鼠模型中，探究了其单独或与ICB联用对疾病进展及免疫反应的影响。

研究团队主要运用了以下关键技术方法：通过Vk^*MYC转基因小鼠和移植Vk12598细胞的t-VkMYC小鼠构建MM模型；采用16S rRNA测序和核磁共振(NMR)代谢组学分析粪便微生物组成和短链脂肪酸(Short-Chain Fatty Acids, SCFAs)水平；利用流式细胞术检测免疫细胞亚群和细胞因子；通过多重免疫组化(mIHC)进行组织原位空间分析；建立咪喹莫特诱导的皮肤炎症模型模拟IrAEs；并利用体外共培养体系研究树突状细胞(Dendritic Cells, DCs)与T细胞的相互作用。

P. melaninogenica延缓从Early-MM向Late-MM的进展

研究人员设计了一项临床前试验，在Vk^*MYC小鼠处于Early-MM（无症状期）时，将其随机分组，分别给予P. melaninogenica、抗PD-L1抗体、两者联合或对照处理。结果发现，单独给予P. melaninogenica即可显著延缓小鼠向Late-MM（症状期）的进展，降低M-spike（M蛋白）水平和贫血程度。更重要的是，P. melaninogenica与抗PD-L1联用表现出显著的协同效应，在观察期结束时，联合治疗组仍有超过60%的小鼠处于Early-MM阶段，而对照组已全部进展。在模拟硼替佐米耐药的t-VkMYC模型中，此协同效应同样得到验证，联合治疗显著延长了小鼠的总体生存期。

P. melaninogenica抑制Th17细胞并释放ICB诱导的T细胞反应

机制探索表明，P. melaninogenica的治疗显著减少了派伊尔结(Peyer‘s patches)和骨髓(Bone Marrow, BM)中IL-17产生的Th17细胞比例。与此同时，抗PD-L1治疗有效激发了骨髓中产生IFNγ的CD8⁺ T细胞（细胞毒性T细胞）应答。而联合治疗的关键在于，P. melaninogenica在抑制致病性Th17细胞的同时，并未削弱ICB所激发的抗肿瘤CD8⁺ T细胞反应，从而在肿瘤微环境中塑造了更有利的CD8⁺ IFNγ⁺/Th17细胞比例。

P. melaninogenica减轻IL-17介导的皮肤毒性

为模拟ICB相关的皮肤IrAEs，研究团队应用咪喹莫特和抗PD-L1共同处理小鼠，成功诱发了银屑病样皮肤损伤。组织病理学评估和多重免疫组化分析显示，预先给予P. melaninogenica可明显减轻皮肤的过度角化、棘层增厚和炎症细胞浸润，并减少了皮肤引流淋巴结中Th17细胞的积聚。这表明P. melaninogenica通过调控IL-17通路，有效解耦了ICB的抗肿瘤疗效与其皮肤毒性。

P. melaninogenica调控DC功能以抑制Th17细胞

深入研究免疫调控机制，团队发现P. melaninogenica的作用靶点之一是树突状细胞。与另一种Prevotella菌（P. heparinolytica）相比，P. melaninogenica处理的t-VkMYC小鼠骨髓中，产生IL-6和IL-1β的DC更少。体外实验证实，P. melaninogenica刺激后的DC，其促炎活化受到抑制，诱导初始T细胞向Th17分化的能力也显著减弱。RNA-seq转录组分析进一步揭示，P. melaninogenica诱导的DC上调了与固醇代谢稳态相关的基因，而下调了与T细胞活化和增殖相关的通路。

P. melaninogenica促进SCFAs的产生

代谢组学分析指出，P. melaninogenica调控免疫的潜在媒介是短链脂肪酸。该菌处理的小鼠粪便中，乙酸、丁酸盐含量显著升高，并且肠道微生物组成发生改变，丁酸盐产生菌毛螺螺科(Lachnospiraceae)的相对丰度增加。体外细菌培养上清液检测到乙酸和琥珀酸富集，而后者可作为其他菌群生成丁酸盐的前体。

丁酸盐抑制Th17扩增并延缓MM进展

功能验证实验中，直接给t-VkMYC小鼠补充丁酸盐或乙酸，均可延缓肿瘤进展并延长生存期，其中丁酸盐的效果与P. melaninogenica更为相似。丁酸盐治疗降低了骨髓中产生IL-6/IL-1β的DC和Th17细胞的比例。重要的是，丁酸盐与抗PD-L1联用能协同抑制肿瘤，而在IL-17基因敲除(IL-17KO)小鼠中，丁酸盐的保护作用消失，证明其疗效依赖于对IL-17通路的抑制。

P. melaninogenica提高抗TIGIT疗法的疗效

为拓展临床意义，研究还评估了P. melaninogenica与另一种有前景的免疫检查点靶点抗TIGIT抗体联用的效果。在t-VkMYC模型中，联合治疗进一步延迟了肿瘤发生，并延长了小鼠的无病生存期和总生存期，表明微生物调控策略与不同ICB联用的普适性。

本研究结论性地表明，通过补充特定的益生菌P. melaninogenica或其代谢产物丁酸盐，可以有效调节肠道微生物-免疫轴，从而延缓多发性骨髓瘤的疾病进程。其核心机制在于增加SCFAs水平，进而抑制树突状细胞介导的致病性Th17细胞分化与扩增，同时保留甚至增强ICB所激发的保护性CD8⁺ T细胞免疫。更为重要的是，该策略成功地将ICB的抗肿瘤疗效与其剂量限制性的IL-17相关毒性分离开来。这些发现不仅为冒烟型骨髓瘤的干预提供了全新的、相对安全的微生物疗法思路，也极大地推动了利用微生物组调控优化癌症免疫治疗、管理免疫相关不良事件的研究领域，具有重要的临床转化潜力。