通过细菌源性丁酸盐的膳食干预引发抗肿瘤活性并增强抗PD-1反应

《Gut Microbes》：Dietary intervention through bacterial-derived butyrate elicits anti-tumor activity and increases anti-PD-1 response

　　

肠道微生物组日益被认为是癌症免疫治疗效果的关键调节因子。鉴于饮食是肠道微生物组组成和功能最重要的决定因素之一，营养策略已成为调节抗肿瘤免疫反应的有前景工具。在此，研究人员证明，膳食补充菊粉可减少小鼠肿瘤生长并增强αPD-1疗效。这些效应与瘤内CD8?和CD4? T细胞频率增加相关，特别是CCR9?CXCR3?亚群，以及有益菌群如阿克曼氏菌属（Akkermansia）和毛螺菌科（Lachnospiraceae）的富集，同时伴有短链脂肪酸（SCFA）水平升高。在SCFA中，丁酸盐（butyrate）单独即可重现菊粉的抗肿瘤效应，并在与αPD-1联合治疗时以CD8? T细胞依赖性方式产生叠加作用。丁酸盐通过CD8? T细胞的转录变化发挥其抗肿瘤作用，涉及增殖、迁移和代谢通路的激活。在一组117例适合免疫治疗的非小细胞肺癌（NSCLC）患者队列中，中位膳食纤维摄入量低于先前已发表的研究，但与普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）富集以及蔗糖降解和色氨酸生物合成相关代谢通路的富集相关。总体而言，研究人员的发现强调了靶向饮食-微生物组-免疫系统相互作用以改善癌症免疫治疗结果的治疗潜力。

**研究背景、问题与开展研究的必要性**
尽管免疫检查点抑制剂（ICI）在治疗非小细胞肺癌（NSCLC）方面取得了成功，但多数患者最终仍会出现疾病进展。过去十年，肠道微生物组组成被视为ICI活性的主要决定因素，特定细菌如阿克曼氏菌（Akkermansia muciniphila）和毛螺菌科（Lachnospiraceae）成员与ICI应答正相关。然而，环境因素（尤其是饮食习惯）是肠道微生物组组成最重要的决定因素之一，但膳食纤维如何调节肠道微生物组及其对NSCLC患者ICI应答的影响尚不清楚。此外，微生物来源的短链脂肪酸（SCFA）在增强ICI疗效方面的治疗潜力尚未得到充分研究。

**研究人员开展的研究、结论与意义**
研究人员在小鼠模型中证实，补充发酵性纤维菊粉（inulin）可重塑肠道微生物组组成，增加SCFA（特别是丁酸盐（butyrate））的粪便水平，并降低肿瘤生长、增强αPD-1疗效。口服丁酸盐补充单独即可重现抗肿瘤效应，并与αPD-1联合产生叠加作用，且依赖CD8? T细胞。通过转录组分析，丁酸盐诱导瘤内CD8? T细胞中增殖、迁移和代谢通路的激活，并增加表达肠归巢标志物CCR9和CXCR3的T细胞频率。在117例接受ICI治疗的NSCLC患者队列中，中位膳食纤维摄入量较低（15.6 g/d），虽未与临床结局直接相关，但与有益菌普拉梭菌（F. prausnitzii）富集以及蔗糖降解和色氨酸生物合成代谢通路相关。该研究发表在《Gut Microbes》上，强调了靶向饮食-微生物组-免疫相互作用改善癌症免疫治疗的治疗潜力。

**主要关键技术方法（不超过250字）**
研究人员使用了小鼠皮下肿瘤模型（MCA-205、E0771、B16-OVA），通过膳食添加（标准饮食、10%纤维素低发酵纤维饮食、10%菊粉高发酵纤维饮食）或饮水补充SCFA（丁酸盐、丙酸盐、乙酸盐）进行干预。利用16S rRNA基因测序（V3-V4区）分析小鼠粪便微生物组成，液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）定量粪便SCFA。通过流式细胞术和多重免疫荧光（COMET）评估肿瘤浸润免疫细胞。对B16-OVA肿瘤进行RNA测序及基因集富集分析（GSEA）。人类队列纳入117例NSCLC患者（主要来自蒙特利尔大学医院研究中心（CHUM）），采用改良食物频率问卷（FFQ）评估膳食摄入，并通过鸟枪法宏基因组测序分析粪便微生物组，使用MetaCyc通路分析。用粪便微生物群移植（FMT）将患者粪便转移至抗生素预处理的受体小鼠。

**研究结果**
**高发酵纤维饮食增强抗肿瘤反应及ICI疗效，与小鼠肠道微生物组组成和SCFA产生调节相关**
在MCA-205模型中，菊粉饮食显著降低肿瘤体积并增强αPD-1活性。多重免疫荧光和流式细胞术显示，菊粉+αPD-1组瘤内CD8? T细胞、增殖性Ki67?和细胞毒性颗粒酶B? CD8? T细胞频率升高，且CCR9?CXCR3? CD8? T细胞富集。16S rRNA测序表明菊粉组微生物β多样性改变，阿克曼氏菌、阿里斯蒂佩斯菌（Alistipes）和毛螺菌科UCG006富集。LC-MS/MS显示菊粉组粪便总SCFA、乙酸盐、丁酸盐和丙酸盐水平显著升高。

**丁酸盐通过影响肠道微生物组组成增强抗肿瘤反应**
在MCA-205、E0771和B16-OVA三个模型中，仅口服丁酸盐（100 mM饮水）一致降低肿瘤体积，乙酸盐无效，丙酸盐仅对E0771有效。丁酸盐补充显著增加粪便丁酸盐和总SCFA浓度。16S测序显示丁酸盐对α多样性影响不显著，但MCA-205模型中富集阿克曼氏菌，E0771模型中富集双歧杆菌（Bifidobacterium）和节杆菌（Eubacterium nodatum），B16-OVA模型中富集梭菌（Clostridium）。

**丁酸盐与αPD-1的叠加作用涉及肠道归巢标志物**
在B16-OVA模型中，丁酸盐与αPD-1联合产生叠加抗肿瘤效应。流式细胞术显示联合组瘤内CCR9?CXCR3? CD4?和CD8? T细胞增加。CD8? T细胞耗竭消除了丁酸盐的抗肿瘤效应，而CD4? T细胞耗竭无影响。RNA测序表明，丁酸盐+αPD-1组CD8?肿瘤浸润淋巴细胞（TILs）中转录组显著区别于其他组，GSEA富集细胞周期（E2F靶点、G2M检查点）、氧化磷酸化和干扰素γ应答通路。基因水平上调增殖标志物（Mki67、Ccnb1、Cdk1）和效应功能（Ifng、Prf1、Fasl），下调干性记忆程序（Tcf7、Ccr7、Id3）。靶向分析显示丁酸盐+αPD-1组CD8? TILs中Ahr（芳烃受体）表达趋势升高，Itga4、Icam1上调，Ccr9数值增加。肿瘤微环境中CCL25和CXCL11在联合组升高。体外人类T细胞实验显示1 mM丁酸盐可增加CCR9平均荧光强度（MFI），且AhR拮抗剂CH-223191降低整合素α4β7表达。

**膳食纤维与接受ICI治疗的NSCLC患者结局不相关**
在117例NSCLC患者队列中（中位随访14个月），中位纤维摄入量15.6 g/d，未观察到纤维摄入与总生存期（OS）或无进展生存期（PFS）的相关性。Cox比例风险模型调整混杂因素后，仅PD-L1表达与结局显著相关。鸟枪法宏基因组测序（90例）显示，高于纤维中位数组富集普拉梭菌、纤维素拟杆菌（Bacteroides cellulosilyticus）、梭菌等，且Spearman相关分析证实纤维摄入与普拉梭菌丰度正相关。MetaCyc通路分析显示高于中位数组富集蔗糖降解和色氨酸生物合成通路，主要由普拉梭菌和梭菌贡献。粪便SCFA与纤维分组不相关，但将高丁酸盐浓度患者粪便移植至小鼠后，可降低受体小鼠肿瘤生长并增加粪便丁酸盐水平。

**总结讨论与结论翻译**
讨论部分指出，菊粉补充重塑肠道微生物组，而丁酸盐直接发挥抗肿瘤作用而不引起微生物组重大变化，两者作用于微生物组-免疫轴的不同层面。丁酸盐以CD8? T细胞依赖性方式改善ICI应答，涉及转录重编程和归巢标志物上调。在NSCLC患者中，纤维摄入低可能限制了与临床结局的关联，但仍与有益菌普拉梭菌富集相关。研究结果支持发酵性纤维可通过调节微生物组和丁酸盐产生改善αPD-1应答的模型，为基于营养或微生物组的干预措施提供新见解，并强调进一步验证因果关系的必要性。
**研究结论：** 总之，研究人员的结论支持一个模型，即发酵性纤维可能通过调节肠道微生物组、丁酸盐产生和免疫迁移通路来改善αPD-1反应。这些发现为开发旨在支持癌症免疫治疗的营养或基于微生物组的干预措施提供了新见解，同时强调需要进一步研究以建立因果关系并进一步验证这些机制。