匹兹堡大学（University of Pittsburgh）的一项新研究表明，运动通过重塑肠道微生物组改善小鼠的癌症结果并提高免疫疗法效果。
这项研究发表在《细胞》（Cell）杂志上，发现这些益处是由一种特定的化合物——甲酸盐（formate）驱动的。甲酸盐由经过运动的小鼠的肠道细菌产生，并且也与黑色素瘤患者的更好结果相关。
“我们已经知道运动可以增加癌症免疫疗法的效果，而且我们也分别知道运动会改变小鼠和人类的微生物组，”资深作者马里耶斯·梅塞尔（Marlies Meisel）博士说道。梅塞尔博士是匹兹堡大学医学院（School of Medicine）免疫学系（Department of Immunology）的助理教授，并隶属于UPMC希尔曼癌症中心（UPMC Hillman Cancer Center）。“这项研究通过展示运动引起的肠道微生物组变化如何通过甲酸盐增强免疫系统并提高免疫疗法效率，将这些点连接起来。这些发现为针对微生物组的新治疗策略打开了大门。”
主要作者凯瑟琳·菲尔普斯（Catherine Phelps），是梅塞尔实验室中微生物学与免疫学研究生项目（Graduate Program in Microbiology and Immunology）的学生，她和研究团队首先比较了完成四周定期运动的小鼠与保持久坐不动的小鼠。经过运动的动物在受到侵袭性黑色素瘤挑战时，肿瘤更小且生存率更高。但是，当他们使用无菌啮齿动物或用杀死肠道微生物组的抗生素处理小鼠时，这些益处消失了。
“当我们从方程式中移除微生物时，运动对小鼠的癌症结果不再有任何影响，”菲尔普斯说。“我们惊讶地看到如此明确的信号表明运动的有益效果是由于微生物组。”
接下来，研究人员展示了这些效果是由细菌产生的化合物或代谢物而非细菌本身驱动的。然后他们使用了一种名为SLIDE的机器学习工具，该工具分析代谢途径，识别出微生物组衍生的甲酸盐是关键因素。
进一步的实验表明，甲酸盐通过增强CD8 T细胞（免疫系统的主要抗癌部队）的效力发挥作用。在黑色素瘤、腺癌和淋巴瘤的小鼠模型中，每日口服甲酸盐极大地抑制了肿瘤生长并提高了生存率。甲酸盐还增强了患有黑色素瘤的小鼠中免疫检查点抑制剂免疫疗法的疗效。
“识别出一种特定的细菌代谢物，在小鼠中模拟运动的效果，这真的很令人兴奋，”梅塞尔说。“未来，甲酸盐有可能被研究作为一种辅助疗法，以提高非反应者中免疫检查点抑制剂的疗效。”
为了调查甲酸盐在人体中的相关性，梅塞尔和她的团队研究了接受免疫检查点抑制剂治疗的晚期黑色素瘤患者。那些血液中甲酸盐水平较高的患者比代谢物水平较低的患者有更好的无进展生存期。
当他们将具有高或低水平甲酸盐的人的粪便微生物移植（FMT）到患有侵袭性黑色素瘤的小鼠体内时，惊人的是，接受高甲酸盐粪便移植的动物表现出增强的T细胞活性和更好的肿瘤控制。
粪便微生物移植已经被探索作为改善非反应者免疫疗法结果的一种疗法。但为什么某些“超级供体”粪便会导致更好的结果尚不完全清楚。
“我们希望描述代谢生物标志物来识别FMT超级供体，因为那确实是一个黑箱，”梅塞尔说。“目前每个人都关注细菌种类，但我们的研究表明，这不仅仅是关于哪些微生物存在，而是它们在做什么以及它们正在生产哪些代谢物。”
现在，梅塞尔和她的团队正在研究运动引起的肠道微生物组变化是否可以在其他疾病如自身免疫性疾病中发挥作用。他们还对运动最初如何影响微生物组的机制感兴趣。
本研究得到了美国国立卫生研究院（NIH/National Institutes of Health）、伯罗斯·韦尔科姆基金（Burroughs Wellcome Fund）、美以双边科学基金会（United States–Israel Binational Science Foundation）、堪萨斯州生物医学研究卓越网络（Kansas IDeA Network of Biomedical Research Excellence）等机构的支持。
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