一文读懂肠道微生物群对免疫治疗的影响

导语

肠道微生物群是一个极其复杂的群体，因其重要的作用被认为是人体器官或人类的「第二基因组」。肠道微生物群不仅与肠道免疫的关系密切，而且影响了全身免疫系统。近年的研究显示，肠道微生物群可以影响免疫治疗疗效。

本文来源：好医生

因此，在接受免疫检查点抑制剂（ICIs）治疗前后应尽量避免使用抗生素，对部分患者进行粪便移植有望提高免疫治疗疗效，管理肠道微生物群也成为了免疫治疗管理的一个重要内容。肠道微生物群有望成为一个潜在的预测免疫治疗疗效的生物标志物。

近年来，免疫治疗引领了肿瘤治疗的新方向。由于疗效确切、副作用低，多个免疫检查点抑制剂（ICIs）和嵌合抗原受体T细胞（CAR-T）疗法已经获批用于临床。免疫治疗不仅彻底颠覆了肿瘤治疗的理念，而且有望在真正意义上根治肿瘤。然而在总体上，肿瘤免疫治疗的有效率还比较低。

原因之一，就是目前还没有找到精确的生物标志物，用于筛选出潜在有效的人群和剔除可能无效、甚至会出现超进展的患者。虽然程序性死亡分子配体-1（PD-L1）、肿瘤突变负荷（TMB）和微卫星高度不稳定性（MSI-H）已经在临床上用于预测ICIs治疗疗效，但是它们都不尽完美。近年来，越来越多的研究聚焦于肠道微生物群，并且初步认为它有望成为一个潜在的预测免疫治疗疗效的生物标志物。

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认识肠道微生物群

人体肠道微生物群大约重g，约有30个种属，～多种，数量达到了个，是人体细胞总数的10倍。肠道微生物群是一个极其复杂的群体。人体肠道各部位不同，定殖的细菌数量和种类不同。肠道微生物群主要包括细菌群、真菌群、古细菌群、病毒群、原虫等，其中数量最多的是细菌群。细菌群主要由厌氧菌、兼性厌氧菌和需氧菌组成，其中专性厌氧菌占99%以上。

肠道微生物群在每个机体内相对固定，但因为遗传学背景、饮食、环境、用药史、吸烟等原因在个体之间存在一定的异质性。

近十年来，肠道微生物群的重要性逐渐被认识到。肠道微生物群现在被认为是人体器官，具有其独特的功能；使用分子生物学方法分析发现，各菌群种类之间差异很大而宿主个体表现出相对稳定性，故肠道微生物群又被认为是人类的「第二基因组」。

综合目前的研究结果，肠道微生物群的主要功能包括：维持肠道的正常结构和生理功能；拮抗病原微生物的定殖、感染和刺激；影响机体的生理功能如新陈代谢、认知功能、造血、炎症和免疫等。这些功能相互关联、互相促进，从而维持机体的平衡。

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与肠道免疫的关系

肠道有自己独立的免疫系统，主要由上皮及固有层内的免疫细胞和免疫分子、肠集合淋巴结（派伊氏结）和肠系膜相关淋巴结等组成。肠道微生物群与宿主互利共生的直接后果是，肠道微生物群可以确定宿主肠道的免疫系统状态，促进和调节天然和适应性免疫。

一方面，肠道共生菌能调节影响肠道黏膜免疫的形成与成熟，防止外源病原体的入侵。另一方面，病原体一旦入侵，肠道便立即启动天然免疫和适应性免疫机制予以对抗。

所谓天然免疫，是机体对多种抗原物质的生理性排斥反应。天然免疫的一个典型特征即通过模式识别受体（PRRs）来识别潜在的病原菌和无害抗原。Toll样受体（TLRs）属于PRRs系统，能识别病原微生物上高度保守的结构基序（MAMP）。

肠道正常细菌与病原菌一样都表达MAMP，但基于免疫耐受的机制，不会像病原菌那样激活免疫系统。而适应性免疫是指出生后通过与抗原物质接触所产生的一系列防御功能。肠道微生物群失调诱导的适应性免疫主要发生在肠道相关淋巴组织（如派伊氏结、肠系膜淋巴结）等部位。肠道固有层的巨噬细胞、树突状细胞（DC）、T细胞和B细胞也在适应性免疫中发挥了重要作用。

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对宿主免疫系统的调节

肠道微生物群对机体免疫的影响超出了肠道本身而影响了全身免疫系统。主要表现在两个方面：（1）促进宿主免疫系统的发育。包括刺激杯状细胞分泌黏蛋白保障黏膜层完整，以及通过DC识别细菌及其代谢产物诱导肠道粘膜相关淋巴组织发育。（2）调节机体免疫系统。DC通过TLR识别肠道细菌，激活信号通路，产生不同的细胞因子，进而调节T细胞向不同亚群分化，实现细菌耐受与免疫的平衡。

除了细菌的直接调节作用外，细菌的代谢产物也可以从肠腔转位到肠黏膜固有层中，影响宿主免疫相关基因的表达。这些产物包括短链脂肪酸、胆汁酸、维生素、多胺、脂质、组胺等。他们涉及到的肠道细菌各不相同，所产生的免疫调节作用也各不相同。

肠道微生物群一旦出现失调，可能导致多种疾病的发生。目前已经发现，高血压、糖尿病、便秘、腹泻、结肠炎、过敏性疾病、风湿性疾病、尿路感染、皮肤老化、痤疮、骨质疏松、慢性胃炎、肝硬化以及恶性肿瘤均与肠道微生物群失调有关。

肠道微生物群失调不仅参与了消化道肿瘤（如胃癌、结直肠癌、胆囊癌等）的发生，也影响胃肠外癌症（如淋巴瘤、肝细胞癌、乳腺癌、胰腺癌、前列腺癌、肉瘤、卵巢癌等）的发生和生长。

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对免疫治疗疗效的影响

越来越多的研究表明，肠道微生物群参与了化疗、放疗和免疫治疗等抗癌的过程。嗜酸乳杆菌（Lactobacillusacidophilus）等肠道共生菌在顺铂和奥铂发挥抗癌作用的过程中起到了重要作用，而环磷酰胺的抗癌效果也依赖于肠道细菌（主要为屎肠球菌和Barnesiellaintestinihominis）。

全身照射能清除体内抑制性淋巴细胞，激活先天性免疫系统，增加稳态细胞因子水平，促进肠道菌群（主要为革兰氏阴性菌）移位，升高血浆脂多糖水平，从而有效地提高抗肿瘤CD8+T细胞过继性输入的成功率；抑制性淋巴细胞清除强度愈大，CD8+T细胞产生的抗肿瘤效果也愈好。这种治疗在50%～70%的黑色素瘤患者中能产生客观的抗肿瘤效果。

除了过继性T细胞治疗外，肠道微生物群在CpG脱氧寡核糖核苷酸（CpG-ODN）联合IL10R抗体治疗、ICIs（主要是CTLA-4抗体和PD-1/PD-L1抗体）治疗等过程中亦发挥了重要的作用。

CTLA-4抗体治疗诱导的免疫活化依靠肠道黏膜损伤、菌群失调及特定的伯克氏菌目和拟杆菌目（多形拟杆菌、脆弱拟杆菌）移位，后者能诱导IL-12激活、DC增殖，激活粪杆菌特异性Th1细胞，共同营造一个有利于CTLA-4抗体刺激保护性抗肿瘤免疫应答的理想免疫微环境。

虽然PD-L1抗体的抗肿瘤效应并非严格依赖于肠道菌群，但是小鼠肠道菌群中的双歧杆菌属（Bibacteriumspp.），如短双歧杆菌（Bifidobacteriumbreve）、长双歧杆菌（Bifidobacteriumlongum）和青春双歧杆菌（Bifidobacteriumadolescentis），可以激活CD11c+DC，进而提高抗肿瘤效果、抑制肿瘤生长，使PD-L1抗体治疗发挥更好的肿瘤控制效果。

自年起，陆续有文章报道肠道微生物群具有免疫调节作用。年，Science在同一期杂志上发表了两篇使用ICIs治疗黑色素瘤的文章。分别来自法国和美国的两个团队并无交集，但却得出了类似的研究结论：抗生素可破坏免疫单抗的抗肿瘤效应，给无菌或经过抗生素治疗的小鼠补充缺失的微生物可恢复药物的抗癌效应；含有特定微生物群（如拟杆菌、双歧杆菌等）的患者接受免疫治疗疗效较好。这是首次将肠道微生物群与ICIs疗效联系起来的两项研究。

虽然这两篇文章当时引起了大家的广泛，但也有很多人表示这毕竟是动物实验，不足以说明肠道微生物群与免疫治疗之间的关系。

年，Science在新年第一期杂志上同时发表了三篇使用ICIs（主要是PD-1/PD-L1抗体）治疗人类恶性肿瘤的文章。

在这三篇文章中，有两篇仍然是前述两个研究团队的工作，另一篇文章来自美国的另一个团队。三篇文章虽然涉及的人种、瘤种和ICIs各有不同，但研究方法和研究结论确有类似之处。

首先，抗生素会对免疫治疗疗效产生影响。Routy等对接受过PD-1/PD-L1抑制剂二线或以上治疗的例患者（包括NSCLC、肾细胞癌、尿路上皮癌等）等进行分析，发现因各种原因在近期服用过抗生素的69例患者在接受ICIs治疗之后，PFS和OS明显缩短；在总体人群中，未接受和接受抗生素治疗的患者mOS分别为20.6个月和11.5个月（P0.）；在NSCLC中，两类患者mOS分别为15.3个月和8.3个月（P=0.）。

第二，含有特定肠道微生物群的患者接受免疫治疗疗效好。Routy等对PD-1/PD-L1抑制剂治疗反应良好或没有反应的患者的肠道菌群进行分析，发现AKK菌（Akkermansiamuciniphila）普遍存在于那些接受过ICIs治疗之后达到缓解疗效的患者体内。Gopalakrishnan等以例接受过抗PD-1免疫疗法的晚期黑色素瘤患者为研究对象，分析了患者粪便中微生物的多样性，发现肠道菌群与PD-1抗体的疗效有关；对PD-1抗体治疗有反应的30名患者与没有反应的13名患者的肠道菌群明显不同，PFS获益者体内普遍存在Faecalibacterium和Clostridiales两种细菌。

Matson等发现，相比于26名对免疫治疗没有反应的黑色素瘤患者，包括长双歧杆菌（Bifidobacteriumlongum）、产气柯林斯菌（Collinsellaaerofaciens）和屎肠球菌（Enterococcusfaecium）在内的几种特定细菌在16名对ICIs作出反应的患者中更加丰富；定量患者体内「好」菌群和「坏」菌群的比例显示，「好」菌群/「坏」菌群1.5与更好的免疫治疗疗效相关。

第三，检测患者粪便标本有望预测ICIs治疗疗效。可能因为不同地区的微生物群体因地理和饮食而异，上述三篇文章发现的菌群种类不尽相同，但是这3个研究小组所确定的细菌之间存在一定的重叠。

此外，上述3个团队对肠道微生物群改善免疫治疗疗效的机制进行了简单的探讨，包括：益生菌能增加肿瘤组织中IL-12依赖的CCR9+CXCR3+CD4+T细胞向瘤床的募集；增强DC功能和Th1反应，进而引起肿瘤组织及肠道CD8+T细胞增殖和活化；下调CD4+Treg细胞的数量等。

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提高免疫治疗效果

单变量和多变量COX回归分析显示，抗生素治疗是NSCLC、肾细胞癌、尿路上皮癌患者接受免疫治疗原发耐药的独立预后因素[15]。避免使用抗生素，患者对PD-1抑制剂的应答率可从25%提高到40%。因此，在使用免疫治疗前后，应尽量避免使用抗生素。

与移植了对PD-1/PD-L1抑制剂治疗没有反应的患者粪便的小鼠比较，将对免疫治疗有反应的患者的粪便（含有AKK菌）移植到没有消化道细菌的无菌小鼠体内，可以提高荷瘤小鼠对ICIs的反应情况；对ICIs治疗反应不佳的小鼠可以通过喂养AKK菌转化为应答者。此外，富含长双歧杆菌（Bifidobacteriumlongum）、Bifidobacteriumlongum、Collinsellaaerofaciens和Enterococcusfaecium的粪便也可用于粪便移植。

既往的免疫治疗管理比较治疗疗效和毒副反应。随着对肠道微生物群的认识逐渐加深，它也将被纳入免疫治疗的全程管理中去。

第一，期望能发现一种细菌或者一个微生物组合，既能降低免疫治疗毒性，也能促进抗癌治疗疗效。具体策略包括：首先确定对免疫治疗的有利微生物菌群，其次确定肠道微生物弹性、稳定性以及它对生理、病理以及环境变化的响应性，最后修改患者的微生物群。

第二，利用益生菌的代谢产物将「冷肿瘤」变「热肿瘤」。即通过使用益生菌分泌的代谢物刺激白介素等炎症因子释放，激活T细胞，使一部分对免疫治疗不敏感的肿瘤转化成敏感肿瘤。肠道微生物群在免疫治疗中的作用正在逐步被大家所认识。

但是，目前我们对它的了解不过冰山一角而已。

至少有以下问题需要我们去探讨：

（1）肠道微生物群预测免疫治疗疗效与癌种、人种、药物有关吗？因为仅有的数篇报道针对的癌种、人种、免疫治疗药物各不相同，发现的菌群也不完全一样。

（2）目前针对人类恶性肿瘤免疫治疗得出的结论都来自回顾性研究，因此必须通过严格的临床试验才能确认其可信度并最终指导临床实践。

（3）科学家们并没有找到对癌症患者的有益和潜在有害的肠道微生物群清单，并因此设计出相应的药物。

（4）微生物群影响免疫系统对癌症治疗作出反应的机制尚有待进一步阐明。

（5）免疫治疗过程中抗生素的使用时机、剂量、疗程尚不得而知。

对肠道微生物群的研究无疑已经给预测免疫治疗疗效又打开了一扇窗。不过，企图只靠一个生物标志物来预测ICIs疗效是不现实的。如果将肠道微生物群组成与肿瘤基因组学、生殖细胞遗传学整合到一个多参数模型中，有望实现对ICIs治疗治疗的精准预测。

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肠道微生物群

营养的消化吸收离不开它们。

它们还能在另一个意义上帮助我们处理食物——解毒。

它们还会更深地影响到肠壁后面的体内世界。

它们还会直接分泌某些神经递质。

肠道微生物还能帮助调节、教育我们的免疫系统。

另外肠道微生物群本身就是一套免疫系统，就像驻扎在一个国家内的国际维和部队一样。

当某些新的细菌、病毒、真菌、寄生虫等来到肠道内，想要在这儿大有一番作为时，往往发现：根本没有它们的落脚之处了……所有能占的地方都被占了，还有些居民会使出各种手段来排挤它们——这就叫“殖民保护”：为了防范不知好坏的各色人等会干出不知怎样的事情来，欢迎、鼓励那些已知不怎么坏的人先来殖民，把空间都占了，以后的麻烦就少多了——这也许是我们抵御绝大多数有害微生物的首要途径。

肠道微生物群失衡

所以现在商业上有了“益生菌”“益生元”“合生元”的概念（又是一个个引诱我们掏钱的咒语，谁让我们身体的”小天使“们需要呢），就像商业电影里有各种正价值的“好人”一样……

但其实也和人一样，细菌难有真正的好坏之分。比如大肠杆菌，能合成维生素K2，但是数量多了后，也会导致腹泻，甚至其他更严重的疾病；还有幽门螺旋杆菌，好像总长着一副“坏人”的脸（与胃溃疡牵涉不清），但是它们一直以来（两百万年来）都生活在我们的胃里，能调节胃酸水平和一部分免疫反应，控制与胃口相关的某些激素的分泌——没有它们的话，我们更容易反酸、哮喘、发胖……

由几种“好人”组成的社会，必然是不健康的社会；同样，对肠道菌群来说，最重要的也是多样性——各种“好”“坏”“呆”“灵”，各有自己的位置和事业，有自己的家庭和人际关系，并且相互影响、牵制，最终形成一个平衡的“群魔乱舞”的社会，真正发挥一个社会的功能——各种功能……这种平衡是相对稳定的，不会因为某些外来因素而突然崩坏；而其中的多样性越高，就越稳定——其功能也越多样，从而也就越“健康”——我们也就越健康。（胖子肠道内的细菌种类往往比瘦子的少。）

如果肠道微生物太多、太少，或者在不该多的地方（比如小肠上段）太多，或者某些不该多的细菌太多，该多的太少……都算作“肠道微生物群失衡”。在这种情况下，某些细菌失去了原有的制衡（就像人类社会中的公务员太多一样……），就开始肆无忌惮起来，从而会做出许多之前做不了的事情，比如骚扰肠道上皮细胞，造成肠道高渗透性，最终引发各种自身免疫性疾病……

当然，肠道微生物群失衡也会影响到我们健康的所有其他方面，包括我们的睡眠和情绪。

为什么会失衡呢？

首先是现代人会用一种自认为很先进的东西——抗生素。是的，有时某些细菌会让我们生病，但我们还不能有针对性地处理它们，于是干脆“宁可错杀一万”……不管是什么抗生素，都只对一部分微生物有效——而这些可怜的居民冤死后，另外一些微生物就有了新天地，可以大肆繁衍了……

更重要的影响来自于——我们的饮食，当然：一方水土养一方人，我们吃什么，就养什么样的肠道微生物。

如果食物（比如各种深加工食品）中的纤维很少，那么肠道内的某些微生物们（比如那些会合成短链脂肪酸的好同志们）就得不到充足的食物，其数量和种类就会大受影响。

而不易消化的食物（种子里的各种蛋白），还有会用各种方式（比如种子里的有毒凝集素、消化酶抑制剂、植酸）干扰我们消化的食物，都会让某些微生物大量地获得某种原本不该那么大量的食物（某些蛋白质、淀粉、乳糖、果糖等等），使其得以大肆繁衍、壮大，变成原本不该那么大量的细菌。另外，很多肠道细菌还会根据周围的食物构成，改变其“生活方式”（比如大肠杆菌，会根据其周围是蔗糖多还是乳糖多来改变其代谢方式），从而改变对我们健康的影响。

什么样的饮食结构，就对应着什么样的肠道微生物群。比如日本人的肠道里，就有能专门消化海藻类食物的细菌；非洲土著们在肚子里养着一些更善于分解粗纤维的家伙；而胖子的肠道里，有大量喜欢面食或甜品的小胖子……（没有两个人的肠道内有完全相同的微生物群，每个人的肠道，都是一个独一无二的小宇宙。）

而肠道里有什么样的微生物群，你就是什么样的人——是怎么都胖不起来的瘦子，还是“喝水都胖”的“有福之人”；是乐天派还是抑郁症；是娇气的过敏者、空气污染党，还是个吃什么都好胃口的适应派；是否爱“上火”，爱长痘，是否正走在自身免疫性疾病的康庄大道上……

经营这个生态社会

所以优化我们的肠道微生物群，有着深远的健康意义。

注意，没有哪种微生物群在构成上可说是“正确的”“最好的”，它们只会不断地调整、变化，无法“暂停”在某个状态下，所以只能越来越好，或越来越坏（从而，我们的健康也是……如很早之前说过的：健康不是一个状态，而是一个越来越好的过程……）

你理解了：健康的肠道微生物群（还有我们的健康）是可以经营且需要经营的，需要一生经营。

从经营上来说，首先当然是少用抗生素……

其次，要多吃膳食纤维——对一个平衡的肠道微生物群来说，这是其中绝大多数细菌的健康食物。很显然，喜欢吃蛋白质、淀粉、糖的细菌，不该是人类肠道的主要居民——那些是人类自己的食物，本来就不该轮着它们的。

然后，尽量少吃会干扰消化的东西，比如含有有毒凝集素、消化酶抑制剂和植酸的种子。从而不给那些会与人类抢食物的细菌提供太多食物，不让那些边缘种族繁衍过度，甚至成为优势种族……那不是人类肠道内该发生的事。

最后，不要太“卫生”……如前所说，肠道微生物群最需要的是多样性。为了恢复、提升这种多样性，我们需要总是从外界引入各种细菌，比如各种发酵食物里的（没有两坛酸菜里的细菌构成是一样的），还有各种没洗干净的菜里的……纵使它们最终没能驻留在肠道内，也让免疫系统长了些见识，甚至还能给肠道里的常住居民们留下些资料——细菌的基因片段（往往以质粒的形式）——使他们能学习新的技能……

非洲现存的采猎部落里，居民肠道内的微生物群在多样性上就要大大多于城里文明人的。当然，他们的食物——肉、蔬菜、水果——在这方面是有帮助的，但还要看到：他们也没有洗涤剂和消毒液……

可见肠道微生态的多样性、组成、平衡多么重要！这要感谢科技特别是基因科技日新月异的发展才让我们有能力“见微知著”，而科学的饮食等健康生活方式是改善的最佳路径。

好好经营这个微生物群落吧——因为这就是我们人体的一大器官（与肠、脑几乎等重），一个集肝脏、肠道、肾脏、脑、免疫系统等各种器官、系统的功能于一身、与我们的健康有千丝万缕关系的强大器官……而且是除了脑之外，最具可塑性、发展性的器官。

我们的脑每天都需要新鲜事物，否则就会无聊死……我们的肠道微生物群，也同样不能“十年如一日”地呆着。

为了脑，我们要不断学习；

为了”第二大脑“肠道微生物群，我们也要“营养均衡，营养菌衡”……

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