肠道共生菌介导宿主免疫调控效应改善肿瘤免疫治疗研究

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肿瘤免疫治疗通过调动机体自身的抗肿瘤免疫应答来控制与消除肿瘤细胞,在临床上具有显著优势。然而,单一免疫治疗药物对实体瘤的客观应答率偏低,导致多数患者不能从治疗中获益。肠道共生菌通过调控宿主免疫应答显著影响免疫治疗的疗效和不良反应。目前关于肠道菌群与肿瘤免疫治疗的研究大多仅聚焦于二者之间的相关性,而特定共生菌是如何介导宿主抗肿瘤应答来辅助增敏免疫治疗药物的作用机制仍不明确。本文旨在研究肠道特定共生菌大肠杆菌Nissle 1917(Escherichia coli Nissle1917,EcN)和嗜黏蛋白阿克曼氏菌(Akkermansia muciniphila,AKK)的干预分别对细胞因子相关免疫治疗药物TGF-β受体抑制剂(Galunisertib,Gal)和白细胞介素-2(Interleukin-2,IL-2)抗肿瘤免疫治疗的改善作用,并对EcN和AKK介导宿主抗肿瘤免疫应答的作用机制进行探讨。本文主要研究内容和结果如下:(1)H22肝细胞癌荷瘤小鼠和4T1乳腺癌荷瘤小鼠药效学实验表明,EcN持续口服干预可以显著增强Gal对荷瘤小鼠肿瘤生长的抑制作用。肿瘤组织免疫微环境分析结果表明,EcN的干预可以显著增强Gal对肿瘤组织免疫抑制微环境的改善作用,降低调节性T细胞(regulatory T cells,Tregs)的比例,促进抗原呈递细胞的激活以及增强细胞毒性T淋巴细胞(cytotoxic T lymphocytes,CTLs)介导的抗肿瘤免疫应答。此外,EcN可以进一步提高Gal对荷瘤小鼠肿瘤肺部转移以及斑马鱼尾部肿瘤微血管转移的抑制作用。(2)减菌荷瘤小鼠抗肿瘤药效学实验表明,EcN介导的抗肿瘤治疗效果在一定程度上依赖于与肠道菌群之间的相互作用。同型对照菌株MG1655和肠道定殖必需基因foc A缺陷菌株EcN-foc A-的体内抑瘤实验结果表明,EcN的抑瘤作用具有菌株特异性且以肠道定殖为必要条件。同笼饲养和菌群移植实验进一步验证了肠道菌群是EcN发挥抗肿瘤治疗效果的重要因素。16S r DNA测序结果表明,EcN的持续干预可以显著改善荷瘤小鼠肠道菌群结构,提高菌群的多样性以及肠道中与抗肿瘤免疫应答显著相关的特定菌株的相对丰度,从而发挥肿瘤抑制效果。(3)B16F10黑色素瘤小鼠和CT26结肠癌荷瘤小鼠药效学实验表明,在IL-2静脉注射治疗的基础上,AKK的持续干预可进一步抑制肿瘤生长,同时显著延长生存期。肿瘤组织免疫微环境分析发现,AKK可以显著促进IL-2对T细胞介导的抗肿瘤免疫应答的活化,增加CTLs的浸润同时下调Tregs,从而改善肿瘤局部的免疫抑制性微环境。肿瘤组织流式侧群分析、纤维软胶体外细胞培养和肿瘤干细胞表面标志物的检测结果表明,IL-2和AKK的联合干预可以有效降低肿瘤再生细胞的比例。此外,对免疫治疗抵抗的结直肠癌(colorectal cancer,CRC)患者来源肿瘤组织的体外实验同样表明,AKK的干预可以显著促进IL-2对肿瘤细胞的杀伤作用。(4)AKK培养上清及巴氏灭活处理菌株的体内抑瘤结果表明,AKK介导的抗肿瘤应答可能由其菌体表面某些特异性分子所介导。进一步研究发现,AKK的体内抑瘤效果主要由其外膜蛋白Amuc所介导,且口服Amuc进行干预同样可以增强IL-2的抗肿瘤治疗作用。体外细胞实验表明,Amuc的抑瘤效果并非来自对肿瘤细胞的直接杀伤。荷瘤小鼠体内实验表明,Amuc在AKK介导的抗肿瘤免疫应答中发挥重要作用,并由此提高IL-2的抗肿瘤治疗效果。基于转录组学测序及双荧光报告基因体外实验发现,TLR2(Toll like receptor 2,TLR2)信号的激活在Amuc诱导的体内抗肿瘤免疫应答中发挥重要作用。血清生化分析和组织病理分析结果表明,Amuc和IL-2的联合疗法具有较高的生物安全性。(5)体内示踪结果表明,AKK经灌胃后可在肠道内容物和粪便中显著富集,而不能进入肿瘤组织。肠道组织病理分析结果表明,AKK的干预可以促进肠道黏液分泌,降低肠道通透性,修复IL-2单独治疗对肠道屏障功能的损伤。16S r DNA测序结果表明,AKK的干预还可以显著改变荷瘤小鼠肠道菌群的整体结构,增加菌群的多样性,提高与抗肿瘤免疫应答显著相关的特定菌株的相对丰度。综上所述,本文系统研究了肠道特定共生菌EcN和AKK对细胞因子相关免疫治疗药物抗肿瘤治疗效果的改善作用,揭示了EcN和AKK介导宿主抗肿瘤免疫应答的作用机制。以上结果为开发基于肠道菌群为靶点的新型肿瘤免疫联合治疗策略提供了思路,也为现有免疫疗法联合EcN和AKK干预的临床转化提供了重要参考。
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