【Nature子刊】武汉大学张先正团队：益生菌助力胰腺癌免疫疗法取得突破进展！

2024年8月17日， 武汉大学化学与分子学院张先正团队在期刊《Nature Communications》上发表了题为“Probiotics functionalized with a gallium-polyphenol network modulate the intratumor microbiota and promote anti-tumor immune responses in pancreatic cancer”的研究论文。研究结果表明，针对肿瘤内微生物群的精心设计的生物材料，可以有效地增强胰腺癌的免疫疗法的疗效。

https://www.nature.com/articles/s41467-024-51534-z

研究介绍

 01 

癌症免疫疗法，尤其是免疫检查点阻断（ICB）的治疗方式，在各种肿瘤类型中，都显示出显著的疗效。然而，它对胰腺导管癌（PDAC）的影响有限。这种局限性主要源于肿瘤微环境（TME）的免疫抑制动力学。这种环境的特点，是大量存在肿瘤相关巨噬细胞（TAM）和髓源性抑制细胞（MDSC），同时CD8细胞毒性T淋巴细胞（CTL）的浸润极少。此外，肿瘤相关的成纤维细胞主要通过胶原和趋化因子分泌，极大地有助于建立物理屏障，这导致产生致密的细胞外基质（ECM），阻碍T细胞渗透到PDA肿瘤的核心。

肿瘤内微生物组的多样性，显著影响胰腺癌患者的生存率。这种复杂的微生物环境与免疫系统相互作用，通过扩增免疫抑制免疫细胞（如TAM和MDSC），来促进TME内的免疫耐受途径。PDAC中肿瘤内微生物群的失调，通过影响免疫细胞和肿瘤细胞，全面塑造了肿瘤免疫抑制的格局。战略性地操纵PDA微生物组，是重塑耐受性先天性和适应性免疫TME，并增强基于检查点的免疫疗法疗效的关键方法。

团队选择了商业化的鼠李糖乳杆菌GG（LGG），该菌具有口服后，通过肠-胰腺轴精确靶向和浸润PDA肿瘤的能力。LGG可以独立于铁源，进行自我增殖，确保镓不会干扰其生物活性。

在本研究中，团队展示了一种利用LGG益生菌的策略，该益生菌配备了镓-多酚网络并涂有壳聚糖纳米涂层（LGG@Ga-poly），来调节肿瘤内微生物群，并引发针对PDAC的抗肿瘤免疫反应。LGG@Ga-poly在预防性环境中，表现出显著延迟肿瘤起始，以及作为独立疗法，或与免疫疗法联合治疗已确诊PDA肿瘤的潜力。这种生物化学材料有效且安全地调节肿瘤内微生物组，增强了ICB免疫疗法对具有挑战性的PDAC的整体疗效。

研究进展

 02 

微生物群调节与全身抗肿瘤免疫反应之间的相互作用

LGG@Ga-poly处理后，APCs的比例显著增加，包括成熟的DCs和M1样巨噬细胞。MHCII在单核细胞上的表达也增加。相比之下，LGG@Ga-poly处理后，与肿瘤免疫抑制相关的M2样巨噬细胞和MDSCs的数量显著减少。LGG@Ga-poly处理导致肿瘤组织内CD8 T细胞的最高浸润，并显著减少了免疫抑制性调节性T细胞（Tregs）的存在。在用LGG@Ga-poly处理后，IFN-γ和GzmB阳性CD8 T细胞的水平均显著升高。LGG@Ga-poly处理后，肿瘤组织的PD-L1表达也显著降低。LGG@Ga-poly处理，导致抗肿瘤细胞因子（包括IL-6、IL-12、IFN-γ和TNFα）显著上调，免疫抑制细胞因子（如IL-10和IL-1β）显著下调。这些发现表明，LGG@Ga-poly有效地调节免疫TME，以促进抗肿瘤免疫反应。

LGG@Ga-poly对PDA免疫激活的机制分析。

与化疗和免疫疗法的协同作用

在整个治疗期间，用LGG@Ga-poly加Gem治疗的小鼠体重略有波动，而单独使用Gem治疗导致小鼠体重明显下降，表明Gem与LGG@Ga-poly的组合，可以减轻化疗的副作用。与PBS对照组相比，联合疗法有效抑制肿瘤生长约80%，而单独使用Gem仅抑制肿瘤生长约15%。LGG@Ga-poly联合Gem诱导的凋亡肿瘤细胞数量最高，对正常器官无明显弓形性。LGG@Ga-poly加Gem治疗，可最大程度地增强T细胞浸润。与游离Gem组相比，LGG@Ga-poly加化疗后，肠道微生物组中益生菌丁酸球菌的水平，有所改善。这表明LGG@Ga-poly在稳定肠道微生物组方面，发挥作用。

LGG@Ga-poly和α-PD-L1的组合，主要抑制肿瘤生长。接受联合治疗的小鼠存活超过60天，而接受游离α-PD-L1治疗的小鼠均在45天内死亡。LGG@Ga-poly和α-PD-L1联合疗法，改善了CD8 T细胞的肿瘤内浸润。联合ICB治疗，不诱导转移生态位。这些结果表明，LGG@Ga-poly可以进一步结合化疗，并且，基于ICB的免疫疗法，其具有提高PDAC治疗效果的潜力。

化疗和α-PD-L1治疗的协同抗肿瘤作用。

研究结论

 03 

该设计具有几个显著的优势。首先，Ga³⁺诱导的杀菌作用依赖于铁的可用性，这是LGG不需要的，确保Ga³⁺对LGG的生存能力没有不利影响。这一特性使LGG@Ga-poly具有高度的稳定性和生物活性。卓越的肿瘤靶向能力，加上壳聚糖保护，可防止游离Ga³⁺过早的释放在胃肠道中，最大限度地减少对肠道微生物群平衡的破坏。此外，LGG@Ga-poly的所有成分都是GRAS，具有出色的生物相容性和临床转化潜力。

综上所述，这项研究为开发能够调节肿瘤微生物组的高度靶向的活体材料，铺平了道路，从而提高了癌症免疫疗法对各种类型微生物定植癌症的有效性。

参考资料：

1.Chen, P. L. et al. Analysis of immune signatures in longitudinal tumor samples yields insight into biomarkers of response and mechanisms of resistance to immune checkpoint blockade. Cancer Discov. 6, 827–837 (2016).

2.Darvin, P., Toor, S. M., Nair, V. S. & Elkord, E. Immune checkpoint inhibitors: recent progress and potential biomarkers. Exp. Mol. Med. 50, 1–11 (2018).