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[文献解读] 肠道菌群对抗肿瘤免疫力的影响研究

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  • TA的每日心情

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    发表于 2017.3.3 10:25:01 | 显示全部楼层 |阅读模式
    今天我们解读白富美杂志《science》的一篇文章,是研究肠道菌群对抗肿瘤免疫力的影响的。文章很长,解读细腻,乃们慢慢刷。
    共生的双歧杆菌促进抗肿瘤免疫力和抗PD-L1免疫疗法的疗效


    文章发表在《Science》,IF(2015)=33.661。

    研究背景

    利用宿主的免疫系统来治疗肿瘤正在成为一种有前途的治疗方法,因为它潜在的特异靶向肿瘤细胞的同时又限定了对正常组织的损害。目前已有研究证实,肿瘤的T细胞浸润与患者病情好转有关,但个体间不同的免疫反应机制尚不清楚。

    肠道菌群响应化疗药物介导免疫激活的作用已被证实。然而肠道菌群对免疫治疗如抗PD-1/PD-L1单克隆抗体的治疗活性及对宿主自发的抗肿瘤免疫反应的影响未知。

    研究内容

    研究者比较了黑色素瘤小鼠不同的肠道共生菌及自发的抗肿瘤免疫反应,通过共同饲养和粪便移植可以消除小鼠间的抗肿瘤免疫反应差异。16S rRNA测序鉴定Bifidobacterium(双歧杆菌)与抗肿瘤疗效有关。小鼠单独口服Bifidobacterium与抗PD-L1治疗有相同的抗肿瘤效果,而且两者联合治疗几乎阻止了肿瘤的生长。增强的树突细胞功能促进CD8+ T细胞活化并在肿瘤微环境浸润并介导免疫反应。研究表明操纵肠道菌群可以调节肿瘤免疫治疗。

    研究思路



    研究结果

    1. 比较不同实验室的同一种品系的JAX和TAC小鼠的肿瘤生长及免疫反应的差异

    肠道菌群不同的JAX和TAC小鼠皮下接种黑色素瘤细胞系后饲养22d。比较发现,JAX小鼠肿瘤生长慢(Fig.1 A),肿瘤特异的T细胞反应(Fig.1B 和C)和瘤内的CD8+ T细胞的浸润(Fig.1 D)比TAC小鼠高。


    Fig.1 A-D

    2. 共同饲养和交互的粪便移植比较JAX和TAC小鼠抗肿瘤免疫反应变化

    JAX小鼠和TAC小鼠共同饲养生活三周后进行肿瘤接种,发现两者肿瘤生长(Fig.1 E)和免疫反应(Fig.1 F-H)没有差异,TAC小鼠获得JAX小鼠的表型,说明了JAX小鼠定植的共生菌促进了抗肿瘤免疫反应。


    Fig.1 E-H

    通过交互地口服填喂粪便菌液,发现移植JAX小鼠粪便的TAC小鼠显著延迟了肿瘤的生长(Fig.2 A)并提高了CD8+ T细胞反应和浸润(Fig.2 B 和C);而移植TAC小鼠粪便的JAX小鼠对肿瘤生长和T细胞反应影响很小,因此表明了JAX小鼠共生菌介导了抗肿瘤免疫作用。


    Fig.2 A-C

    3. 比较JAX小鼠粪便移植和抗PD-L1抗体治疗的TAC小鼠抗肿瘤效果

    移植JAX小鼠粪便的TAC小鼠显著减慢了肿瘤的生长(Fig.2 D)、提高了肿瘤特异的T细胞反应(Fig.2 E)和抗原特异性T细胞在肿瘤组织的浸润(Fig.2 F),且与抗PD-L1抗体治疗的效果一致。

    JAX小鼠粪便移植和抗PD-L1抗体联合治疗更能控制肿瘤(Fig.2 D)和提高循环肿瘤抗原特异的T细胞反应(Fig.2 E)及激活的T细胞在肿瘤微环境的浸润(Fig.2 F)。抗PD-L1抗体单独治疗,JAX小鼠比TAC小鼠有更显著的疗效。

    这些结果表明共生菌可以影响宿主自发的抗肿瘤免疫反应,也可以促进抗PD-L1抗体的免疫治疗。


    Fig.2 D-G

    4. 16SrDNA测序分析与抗肿瘤免疫相关的菌群

    为鉴定与促进抗肿瘤免疫反应相关的特异菌群,通过16S rRNA测序检测交互菌群移植前后的各小鼠肠道菌群。结果发现,移植JAX小鼠粪便的TAC小鼠与JAX小鼠的肠道菌群组成相似(Fig.3 A)。移植TAC小鼠粪便的JAX小鼠肠道菌群多样性显著变化,但菌群的距离变化较小(Fig.3A)。

    比较分析发现JAX小鼠和TAC小鼠肠道菌群有257个分类单元是显著差异的(Fig.3 B)。

    移植JAX小鼠粪便的TAC小鼠肠道菌群分析发现在属水平只有Bifidobacterium是与抗肿瘤的T细胞反应是显著正相关的,该菌的相对丰度增加超过400倍(Fig.3C)。

    在OTU水平,Bifidobacterium属的OTU_681370相对丰度是最大增长的且与肿瘤的T细胞反应是最强相关的(Fig.3 D)。进一步比对发现该菌与B.breveB. longumB.  adolescentis是最相似的(99%一致性)。


    Fig.3 A-D

    5. 比较口服Bifidobacterium和抗PD-L1抗体治疗的TAC小鼠抗肿瘤效果

    为了检验Bifidobacterium可能对抗肿瘤免疫的作用。使用含B. breve B. longum在内的Bifidobacterium菌种的商业“鸡尾酒”进行单独口服填喂或联合抗PD-L1抗体进行治疗。

    结果发现TAC小鼠治疗后肠道菌群Bifidobacterium属的OTU_681370丰度增加约120倍,表明该商业培养液所含菌种与JAX和JAX-fed TAC小鼠的至少有97%的一致性。

    与没有处理的小鼠相比,Bifidobacterium处理的小鼠显著控制肿瘤生长(Fig.3 E)且大量反应的肿瘤特异T细胞出现在肿瘤周围(Fig.3 F)和抗原特异的CD8+ T细胞在肿瘤内的浸润增加(Fig.3G)。口服Bifidobacterium联合抗PD-L1抗体进行治疗效果最好。


    Fig.3 E-G

    CD8-depleted小鼠口服双歧杆菌和口服热失活的双歧杆菌的TAC小鼠,其抗肿瘤生长和肿瘤特异T细胞反应没有作用。

    研究者进一步通过单独使用B.breveB. longum两种菌株分别进行检验发现均能提高控制肿瘤生长,另外对B16亲代肿瘤细胞和MB49膀胱癌细胞接种的TAX小鼠也有相同的效果。而使用没有出现在JAX-fed小鼠肠道菌群分类单元的Lactobacillusmurinus(鼠乳杆菌)也对肿瘤生长没有影响。表明了调节宿主的抗肿瘤免疫是依赖于特异的菌群。双歧杆菌对体内抗肿瘤免疫是正向调控者。

    6. 验证Bifidobacterium与抗肿瘤免疫的作用机制

    细菌移位实验证明双气杆菌并没有移位到肠系膜淋巴结、脾脏或肿瘤,表明机体免疫反应似乎是独立发生于细菌移位。

    JAX小鼠和Bifidobacterium喂食的TAC小鼠肿瘤引流淋巴结和脾脏的IFN-γ(Fig.4 A)和主要组织相容性复合体(MHC)ClassII hi树突细胞(DCs)上升(Fig.4 B)。


    Fig.4 A-B

    TAC、JAX和Bifidobacterium喂食的TAC小鼠早期浸润肿瘤组织的DCs全基因组转录谱分析发现,JAX和Bifidobacterium喂食的TAC小鼠DCs上调表达的760个基因显著富集到与细胞因子-细胞因子受体相互作用、T细胞活化、单核细胞增殖等相关通路(Fig.4C)。


    Fig.4 C

    许多基因在抗肿瘤反应起到关键作用,包括了CD8+ T细胞活化和共刺激、DCs成熟、抗原加工和交叉呈递、趋化因子介导的免疫细胞在肿瘤微环境的招募、I型干扰素信号途径(Fig.4D)。这些基因在体外使用双歧杆菌刺激小鼠骨髓来源的DCs也是表达上调的,与文献报道的双歧杆菌能直接诱导DCs成熟和细胞因子产生是一致的。


    Fig.4 D

    为了验证来源TAC、JAX和Bifidobacterium喂食的TAC小鼠DCs的功能差异,来源于JAX小鼠和Bifidobacterium喂食的TAC小鼠淋巴结组织分离的CDs在更低抗原浓度促进2C T细胞的增殖,并表现为更高水平的T细胞IFN-γ表达(Fig.4 E)。

    结果表明Bifidobacterium产生的信号调控CDs的激活并形成稳态,从而促进肿瘤特异的CD8+ T细胞效应功能。

    Fig.4 E

    结论

    双歧杆菌在体内扮演着提升宿主抗肿瘤免疫的重要角色。考虑到双歧杆菌对多种肿瘤有效的作用和有改变先天免疫功能,这种提升抗肿瘤免疫能力可能是发生在独立于抗原之外。

    活性菌的必要性可能意味着,定殖在肠道内的双歧杆菌能对DCs细胞功能起关键调节作用,或可以通过释放出可溶性因子并全身性扩散而促进DCs细胞功能的宿主细胞相互作用。

    研究结果并不排除其共生菌也可以正向或负向调控宿主的抗肿瘤免疫力。个体间自发的抗肿瘤免疫的异质性和PD-1/PD-L1抗体的治疗效果可能需要肠道菌群的构成,对于其他如针对CTLA-4途径的免疫治疗也是适用的。

    类似的分析可以用16SrRNA测序技术检测接受免疫检查点阻断或其他免疫治疗的患者粪便样本来鉴定与临床有益的肠道菌群。
                        

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    [LV.3]偶尔看看II

    钵水母

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    发表于 2018.12.10 17:40:39 | 显示全部楼层
    文章很长,解读细腻,乃们慢慢刷
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  • TA的每日心情
    忙~
    2018.12.17 21:40
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    [LV.1]初来乍到

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    发表于 2018.12.13 07:19:19 来自手机 | 显示全部楼层
    解读细腻。谢谢!
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