近日，在《自然微生物学》（Nature Microbiology）杂志上发表的一项研究中，研究人员调查了肠道微生物组衍生的六酰化脂多糖（LPS）对免疫检查点抑制剂（ICI）在癌症治疗中的疗效的影响。
背景
功能性肠型聚类揭示了与免疫疗法反应相关的微生物组特征——研究人员在黑色素瘤患者中发现了三种不同的微生物组肠型，其中一种富含六酰化LPS产生菌，并与更好的抗PD-1治疗结果显著相关。
每年，癌症在全球范围内夺去超过1000万人的生命，成为主要的死亡原因之一。尽管免疫疗法取得了进展，许多患者仍无法产生反应，促使研究人员寻找解决方案。ICIs，如抗程序性细胞死亡蛋白1（抗PD-1），通过调动人体的免疫系统对抗肿瘤，彻底改变了癌症治疗。然而，响应率差异显著。
研究表明，肠道微生物组在调节免疫反应中起着关键作用，但具体机制尚不清楚。先前的研究将LPS产生菌与较差的免疫疗法结果联系在一起，但这项研究揭示了LPS结构——无论是六酰化还是五酰化——起到了决定性的作用。虽然某些形式的LPS刺激免疫反应，而其他形式则抑制它们，导致结果不一致。现在已确定六酰化LPS是一种免疫刺激因子，增强了抗PD-1反应，而五酰化LPS可能会抑制这些反应。了解这些相互作用可以改变免疫疗法，为全球数百万患者带来希望。
关于研究
为了研究肠道微生物组衍生的六酰化LPS在免疫疗法中的作用，研究人员对患者微生物组进行了宏基因组分析，将其聚类为功能肠型，而不是仅依赖于细菌物种组成。分析了112名接受抗PD-1治疗的黑色素瘤患者的粪便样本。
根据临床结果，患者被分类为应答者或非应答者。进行了生物信息学分析，以鉴定编码LPS生物合成基因的细菌物种，特别是负责脂质A六酰化和五酰化的基因。
同时，利用结直肠腺癌（MC38）的小鼠模型评估了微生物组衍生LPS对抗PD-1疗法的功能影响。小鼠预先用多粘菌素B（PMB）处理，这是一种选择性针对六酰化LPS产生菌的抗生素，或使用广谱抗生素混合物。
经过两周预处理后，进行皮下肿瘤植入。从植入后第10天开始，腹腔内注射抗PD-1。另一组小鼠口服补充纯化的六酰化或五酰化LPS。
随时间测量肿瘤体积，并通过流式细胞术评估肿瘤浸润淋巴细胞和髓样细胞的免疫反应。至关重要的是，该研究检查了Toll样受体4（TLR4）的激活情况，TLR4识别LPS并调节免疫激活。巨噬细胞中的细胞因子分泌和核因子κB（NF-κB）活化也在体外进行了分析。统计分析包括Kruskal-Wallis检验和双因素方差分析（ANOVA），以比较各治疗组的免疫反应和肿瘤生长率。
研究结果
微生物组基线标志物可以在治疗前预测治疗成功——基线肠道微生物组中六酰化LPS编码基因比例较高的患者更有可能对免疫疗法产生反应，这表明粪便宏基因组筛查可能成为一种诊断工具。
宏基因组分析显示，对抗PD-1治疗有反应的患者表现出编码六酰化LPS生物合成基因的细菌物种丰度较高。相反，无反应者则富集了产生五酰化LPS的细菌。
细菌分类群的功能注释确认，六酰化LPS的存在而非总LPS水平与更强的抗肿瘤免疫反应相关。这一发现澄清了之前关于LPS与免疫疗法结果之间关系的研究不一致之处。
在小鼠模型中，PMB处理显著减少了六酰化LPS产生菌的数量，导致抗PD-1诱导的肿瘤缩小丧失。同样，广谱抗生素消除了肿瘤缩小，突显了六酰化微生物组衍生LPS在介导免疫疗法反应中的重要作用。
流式细胞术分析显示，PMB处理的小鼠表现出干扰素γ（IFN-γ）产生的CD8+ T细胞浸润减少和调节性T细胞群体增加，表明免疫抑制。
相反，口服纯化六酰化LPS的小鼠增强了抗PD-1的疗效，导致更大的肿瘤消退和特异性细胞毒性T细胞浸润增加。这一效应在接收五酰化LPS的小鼠中完全缺失，未能恢复抗PD-1反应。体外实验进一步证实，六酰化LPS选择性激活TLR4和NF-κB，触发巨噬细胞中的细胞因子分泌，而五酰化LPS拮抗免疫激活。
机制研究表明，使用小分子拮抗剂阻断TLR4会消除六酰化LPS对抗PD-1疗法的有益效果。这强调了TLR4信号传导在微生物组驱动的免疫疗法增强中的必要性。
此外，患者粪便样本中六酰化LPS编码菌群的相对丰度与更好的临床结果相关，表明其作为免疫疗法反应预测生物标志物的潜力。
结论
总之，这些发现强调了微生物组衍生的六酰化LPS在增强抗PD-1免疫疗法有效性方面的深远影响。
本研究表明，识别富含六酰化LPS产生菌的微生物组患者可以作为免疫疗法成功的生物标志物。
这一发现不仅对个体患者有重要意义，还为全球改进免疫疗法方案和提高生存率提供了机会。尽管基于微生物组的干预措施如益生菌、饮食调整或粪便移植是前景广阔的领域，但仍需进一步研究以确认其临床有效性。
此外，功能肠型分析可能比传统分类学分析提供更精确的方法来预测患者反应。这可能为个性化策略铺平道路，优化肠道微生物组组成以增强免疫疗法效果。
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