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编译：仰望星空，编辑：小菌菌、江舜尧。 原创微文，欢迎转发转载。 导读越来越多的证据支持微生物组在癌症治疗中的作用，最近的多项研究都表明了肠道微生物群的影响，特别是对不同癌症类型的免疫检查点阻断的反应。随着精准医学时代技术的发展，了解微生物群对免疫反应和癌症的影响非常重要。同时，了解影响肠道微生物群的因素和操纵微生物群以增强治疗反应的策略也具有重要医疗意义。 肠道微生物群怎样影响癌症治疗，以及肠道微生物群为什么会发生这种情况，为了阐释这些问题，文章综述了复杂的癌症网络、免疫监视，以及影响宿主免疫和抗肿瘤免疫的因素，以及肠道微生物群等影响因素中的每一个因素的作用，以及它们对彼此的影响和对免疫治疗的反应；最后，文章也描述了调整肠道微生物群的策略和正在进行的试验。 原名：The Influence of the Gut Microbiome on Cancer, Immunity, and Cancer Immunotherapy 期刊：Cancer Cell IF：23.916 发表时间：2018.4 通讯作者：Jennifer A. Wargo 免疫系统长期以来被认为是控制癌症的主导力量，免疫缺陷不仅会导致癌症的发生和恶化，而且会导致癌症治疗的不良反应。最近的证据证实，在具体介导免疫治疗的反应方面，需要保留全身免疫。识别影响肿瘤治疗反应敏感性的因素方面已经取得了巨大的进展，主要集中于以肿瘤为中心的标志物，包括“异物”(包括突变负荷)、肿瘤代谢(例如葡萄糖代谢)，以及影响免疫效应的因子(包括人白细胞抗原[HLA]和干扰素gamma基因表达)。然而，癌症治疗的反应的标记物不断发展，已远远超出建立的以肿瘤为中心的标志物的范围，这些标记物提供了解更全面的模式，包括影响治疗反应的多种因素。更新的模型已被拓展以助于识别整体免疫状态的组分和肿瘤微环境，包括可刺激(例如CD8+T细胞)或抑制(例如骨髓衍生的抑制细胞)免疫应答的渗透免疫细胞。此外，更重要的是发现了微生物群（尤其是肠道微生物群）对多种肿瘤治疗的反应产生了影响。微生物群（microbiome）被定义为一个群落内微生物的集体基因组，而微生物群一词是指微生物本身的总和。在人类体内，有数以万亿计的微生物--就像人类细胞一样--在发育过程中不断地与宿主在许多部位(包括皮肤和粘膜表面，如胃肠道)相互作用。因此，它们在包括免疫在内的众多宿主功能中扮演如此重要的角色，这一点也就不足为奇了。肠道微生物群和免疫系统之间的相互关系是至关重要的，它不仅能耐受共生菌和口腔的食物抗原，而且还能使免疫系统识别和攻击机会性致病细菌，从而防止细菌的入侵和感染。除了影响局部免疫反应外，这些微生物区系还具有更广泛的影响，在多个水平上促进天然免疫和适应性免疫。这一概念在临床前的模型中得到了支持；缺乏肠道微生物群的无菌(GF)小鼠被认为在免疫功能上存在严重缺陷，没有粘膜层，免疫球蛋白A(IgA)分泌改变，减少Peyer's斑和肠系膜淋巴结引流(mLNs)的大小和降低其功能。总的来说，这些有力的证据表明，微生物群有助于塑造整个免疫系统。肠道的结构包含由由肠上皮细胞(IECs)和上皮内淋巴细胞组成的单个上皮细胞层组成的粘膜，促进与免疫系统的相互作用。IECs包含分泌抗微生物肽的paneth细胞和分泌粘液的杯状细胞，该分泌粘液依次涂覆上皮层。在粘膜层下面是固有层，含有Peyer's的结缔组织层和其它免疫细胞的宿主，包括抗原呈递细胞和先天淋巴细胞，以及CD4+和CD8+T和B细胞。肠道相关的淋巴组织是体内免疫系统的最大组成部分，并在局部和全身都影响着免疫应答（图1）。肠道腔内的共生菌对肠道粘膜局部的免疫系统、肠系膜淋巴结的引流以及系统的免疫系统都有着深远的影响。免疫系统同样可以改变肠道微生物群。1. 杯状细胞创造厚厚的黏液保护层覆盖粘膜，这一粘膜层在无菌动物中基本是缺乏的。固有层中的浆细胞向肠道内腔分泌IgA。Paneth细胞分泌许多抗菌肽，它们的活性是根据局部免疫细胞对微生物的反应而放大的。2. 细菌代谢物或细菌本身可以激活局部树突状细胞，它们迁移到引流淋巴结，激活幼稚T细胞，激活效应T细胞、Tregs或Th17细胞，这些细胞可以迁移回肠粘膜或进入全身循环。特定的代谢物或细菌的副产品可以改变树突状的方式，使他们向Treg和Th17表型转化。Tregs的作用是分泌IL-10，营造局部抗炎细胞因子环境。同时，Th17细胞产生IL-17，能促进Paneth细胞产生抗微生物肽，并能从血液中吸收多形核中性粒细胞。一些细菌代谢物可以直接进入血液，进一步改变全身免疫系统。局部免疫反应的增强是依靠识别病原体相关分子模式（PAMPs)（如脂多糖和鞭毛素）通过模式识别受体（如IECs上的Toll样受体（TLRs）以及肠道内的天然免疫效应器）实现的。细菌产生的代谢物也可能通过短链脂肪酸（SCFAs）的产生影响局部免疫，在许多关键活动中，已被证明通过浆细胞产生IgA来增强免疫。IgA主要通过阻断细菌对上皮细胞的粘附、凝集、封闭和清除，也直接影响细菌的毒力。肠道的引流淋巴结位于小肠和结肠的肠系膜内，肠道的共生进一步形成了适应性免疫反应，影响了肠系膜内幼稚T细胞的分化。PAMPS通过直接通过粘膜层的树突交叉来诱导抗原提呈细胞(如树突状细胞)的成熟，或在经过专门的IECs(称为m细胞)处理后间接诱导抗原提呈细胞的成熟。一旦激活，DCs就会迁移到肠系膜淋巴结内，在那里它们与幼稚的T细胞相互作用并刺激它们形成CD4+T细胞，特别是调节性CD4+T细胞(Tregs)和辅助性T17细胞(Th17)，这两种细胞都对肠道具有取向性。DCs还可直接刺激CD8+ T细胞。T细胞进入肠系膜淋巴结驯化后可以影响多个不同部位的免疫反应。它们在肠内稳态中发挥着关键作用，Tregs诱导的粘膜耐受和免疫抑制细胞因子(如白细胞介素-10)的作用突出了这一作用。重要的是，肠道共生菌与粘膜T细胞(如Tregs)之间存在持续的相互作用，这些细胞在肠道水平上的维持是由细菌代谢物(如SCFAs)促进的；SCFAs的功能依赖于它们抑制组蛋白去乙酰化酶活性的能力，这意味着引起了表观遗传调节。此外，一些细菌物种通过依赖多糖A和TLR信号的替代途径驱动Treg的发育。Th17细胞是已被证明在肠道微生物相互作用中重要的CD4+细胞的一个特定亚群。这些细胞在小肠和大肠的固有层中非常突出，在防止细菌和真菌感染方面起着至关重要的作用。Th17细胞还在粘膜免疫中发挥作用，Th17细胞分泌细胞因子刺激IECs形成紧密连接，并分泌抗微生物蛋白。Th17细胞在无菌动物中明显缺失，可以通过特定的细菌亚群(如分段丝状细菌)诱导。IL-17可导致进一步释放更多的炎性细胞因子，并从循环中募集中性粒细胞进入肠道微环境。除了影响肠道粘膜的局部免疫外，微生物还可以通过免疫细胞启动形成全身免疫反应。由共生引发的DCs通常不会进入循环中，也不会传播到远处的淋巴结，但在某些情况下可以发生。从微生物肽到DCs和其它天然免疫效应的TLR信号产生细胞因子和干扰素以旁分泌和内分泌的方式在远处发挥作用；人们认为肠道中的这种信号构成了免疫系统的“音调”。也就是说，系统免疫系统(可能在表观或转录水平)时刻准备着在对病原体作出强有力的反应，并在没有威胁的情况下维持非炎症状态。此外，在胃肠道的肠系膜淋巴结中B和T细胞，包括Tregs和Th17细胞，一旦通过DCs呈递来自肠道共生物的抗原，经过系统地循环可以促进对同一生物体或其他抗原的交叉反应，对相似的表位作出免疫反应。有趣的是，向外迁移的Th17细胞在功能上具有明显的可塑性，根据现有的局部炎症或非炎症状态改变细胞因子的释放。共生细菌微妙平衡的破坏表现在失调的环境中，其特点是微生物种类多样化减少和稳定性减低，机会性致病菌也有可能富集。菌群失调可导致局部的和全身的免疫反应受损，导致黏膜屏障破坏，肠道细菌移位至肠系膜和周围循环，从而改变肠粘膜内的细胞因子环境，使肠系膜淋巴结分泌形成炎症表型，激活Th17细胞和效应T细胞，导致中性粒细胞大量涌入，并在局部和全身引发严重的炎症反应。疫苗接种的反应是菌群平衡在保持免疫能力方面的重要作用一个例证。一种高度多样化的微生物群与改善婴儿对各种疫苗的适应性免疫反应有关。微生物群的特定成分可以作为激活TLR信号通路的天然疫苗佐剂，从而启动免疫系统。因此，肠道微生物不仅会影响局部免疫，还会影响全身免疫反应，这一点越来越明显。鉴于肠道微生物在调节宿主免疫中的作用，相当直观地说，它可以显著影响对各种形式的肿瘤治疗的反应和毒性。虽然早期的研究主要使用小鼠模型来评估这些相互作用，但现在有越来越多的临床队列数据表明肠道微生物群是介导对这些治疗策略的反应和毒性的主导力量。关于细菌分类与免疫治疗反应和毒性有关（图2）的临床研究和小鼠模型将在此进行讨论。图2 系统发育树总结已建立的肠道微生物群、治疗结局和肿瘤患者人群毒性之间的联系
通过phyloT软件利用进化距离构建了系统发育树，描述与人类研究中的免疫检查点阻断的反应或毒性相关的所有细菌分类群的系统发育相似性（或缺乏），从更广泛的领域到更具体的物种分类。根据所包括的各种研究中的关联表型，以及来源的已发表成果（彩色点）标记细菌分类群，并对其进行着色。R，治疗应答（淡蓝色）；NR，治疗非应答（淡红色）；T，毒性（浅绿色）；和NT，非毒性（淡紫色）。肠道微生物对肿瘤治疗的反应和毒性作用的最早证据之一是异基因干细胞移植(allo-HSCT)治疗血液恶性肿瘤。在这些患者中，菌群失调和系统免疫受损相当常见，因为他们经常接受综合治疗，这些疗法显著改变了肠道微生物群的免疫和组成--包括免疫抑制剂、广谱抗生素，甚至全身照射。一些研究人员假设，菌群失调可能与改变的反应和潜在的毒性治疗有关。对粪便样本的纵向分析表明，HSCT后肠道微生物的平衡状态受到破坏，细菌多样性和稳定性丧失，肠球菌、链球菌和各种蛋白细菌占主导地位。重要的是，促进健康的细菌，如肠杆菌和瘤胃球菌反而减少。HSCT环境下的菌群失调也与长期生存的差异有关，在HSCT发生时肠道微生物多样性较低的患者与肠道微生物高度多样性的患者相比，总体存活率缩短，死亡率(特别是与移植相关的死亡率)更高。据报道，当尿液中低水平的3-吲哚基硫酸盐（共生微生物代谢的一种副产品和细菌失调的标记物-3-吲哚基硫酸盐）水平较低时与allo-HSCT后的总体存活率更差有关。除多样性外，还研究了HSCT后肠道微生物群的组成差异与治疗反应和生存预后的关系，发现Blautia属内的细菌丰度较高时总体存活率提高，较高丰度的伊巴特菌(Eubacterium Limosum)可降低复发的风险。除了与反应和存活的关系外，还研究了肠道微生物群在HSCT治疗毒性方面的影响，特别是移植物抗宿主病(GVHD)。GVHD的特点是免疫能力强的供体免疫细胞(主要是T细胞)的激活，并对皮肤、肝脏、肠道等多种器官以及造血部位造成严重损害。GVHD易感性与预处理方案的类型、程度、HLA错配程度、供体细胞活化状态有关。严重急性GVHD的长期存活率低于5%，慢性GVHD也与显著的发病率和死亡率有关。急性GVHD的发生与微生物构成的重大变化有关，导致整体多样性的丧失和促进健康的厌氧菌的减少，如肠杆菌和瘤胃球菌、乳酸菌和Blautia菌等，以及肠球菌和梭菌的浓缩也有关。在接受allo-HSCT治疗的两组独立患者中，发现梭菌类Blautia的高丰度与GVHD致死率降低有关。肠道微生物菌群也可能与HSCT治疗期间因为并发感染使用抗生素治有关，其中，使用不同的抗生素治疗方案与GVHD相关死亡率的差异相关。关于肠道微生物群对消除毒性的调节作用在临床前的动物模型中进行了研究，但结论不一。益生菌鼠李氏乳杆菌单独或联合环丙沙星在小鼠移植前和移植过程中的应用与GVHD的发生率降低和整体存活率的提高有关。在这项工作中，作者假设益生菌的补充有助于保护肠粘膜的完整性，因为对肠系膜的观察显示肠系膜淋巴结内没有病原体。然而，临床队列中的结果更加不一致，早期研究表明，在HSCT之前使用广谱抗生素治疗的患者中GVHD的发生率有所降低，最近的研究则表明抗生素使用时GVHD的发生率较高。为了降低GVHD的风险，更精细的调节肠道微生物群的策略正在临床试验进行中，包括饮食改变和粪便微生物组移植(NCT03359980，NCT03148743，NCT03214289和NCT2763033)。这些试验的基础是一个中心假设，即重新塑造肠道微生物群到其治疗前的共生状态将减少随后的GVHD发展的风险，并且主要是探索性的，为了评估这些模式的安全性和可行性。然而，这些临床试验将作为基础，并将根据所获得的结果进行更多的试验。虽然干细胞移植可以被认为是肿瘤免疫治疗最早的有效形式之一，但是现在已经有许多新的免疫治疗方法，毫不意外，这些方法同样受到肠道微生物群的影响。来自小鼠模型的许多重要初步结果已在接受免疫治疗、特别是免疫检查点阻断的患者队列中得到了验证。十多年前，来自国家癌症研究所的调查人员证实，抗生素治疗显著地消除了黑色素瘤的过继细胞治疗的小鼠模型中的抗肿瘤活性。作者提出，作为制备方案，通过将肠道微生物群转移到与全身照射相关的mLNs，肿瘤中转移的T细胞增殖能力提高。他们推测肠道细菌的易位有助于通过TLR4信号传递免疫应答。研究证实了在无菌或抗生素治疗的小鼠中行肿瘤内注射TLR激动剂后，其反应受损。在该方案中，肿瘤相关的髓细胞通过共生的肠道细菌(通过TLR4信号传导)进行灌注，用于产生肿瘤坏死因子和介导这些因子的抗肿瘤作用的其它炎性细胞因子。虽然化疗在传统上不被认为是免疫疗法，但常规化疗的有效治疗也依赖于完整的免疫反应，因此，肠道微生物群也能影响对这些治疗形式的反应的观点得到了验证。这在铂基化疗和环磷酰胺治疗中已经得到证实。在环磷酰胺治疗过程中，共生菌(尤其是革兰氏阳性菌，如约翰氏乳杆菌和hirae肠球菌)易位到肠系膜淋巴结内，有可能促进脾脏中的Th17反应，并诱导记忆性Th1反应。对环磷酰胺的免疫反应也被证明依赖于MyD88和TLR信号--表明共生微生物可能起作用。事实上，环磷酰胺和其他化疗方案的作用在无菌或抗生素处理的小鼠中被消除，并且受到特定细菌种类的影响。重要的是，肠道微生物群对免疫检查点抑制剂治疗的影响也进行了研究，这些抑制剂以T细胞(或其配体)表面的免疫调节分子为靶点，以增强抗肿瘤免疫反应。尽管应用这些药物治疗的热情很高，但相当大比例的患者没有得到预期的反应，而且即使有反应也可能是很持久。大量的研究焦点集中在确定对免疫检查点阻断作出反应的预测因素以及克服治疗抵抗力的战略。新的证据表明肠道微生物群可能在调节这些疗法的反应中起着重要的作用。关于肠道微生物群对免疫检查点阻断反应的影响首先在小鼠模型中进行了研究，并在2015年在《Science》杂志上发表了具有里程碑意义的论文，证明了肠道微生物群的组成可以影响针对细胞毒性T淋巴细胞抗原4(CTLA-4)和程序性死亡受体1(PD-1)的免疫检查点抑制剂的反应。在CTLA4阻断的情况下，行抗CTLA4治疗后小鼠肠道微生物群的丰度显著变化，杆菌体和滴虫相对增加，梭菌群则减少。应用广谱抗生素对无菌小鼠和SPF级f小鼠的抗CTLA4的治疗效果明显降低。此外,与乳酸杆菌或头孢杆菌结合的口服喂养，通过诱导淋巴结中的th1反应并促进肿瘤内DCs的成熟，增强抗CTLA4治疗的作用。这些研究发现的移植的影响证明，当来自在其肠道中具有优势杆菌属物种的患者的粪菌移植与具有明显的多形杆菌或普氏菌属的患者相比，肿瘤控制得到改善。在PD-1阻断治疗时这些发现得到了再次验证，证明了基因相似的小鼠使用了从两个不同的供应商购买不同的肠道菌群，肿瘤生长依然有显著差异。这些小鼠的治疗反应也不同，并且使用粪菌移植或共培养将具有较好微生物群的小鼠的有益效果移植到其他小鼠。肠道菌群分析显示，双歧杆菌在肿瘤生长延迟和对PD-1治疗有良好反应的小鼠中的比例异常增高。此外，补充含有双歧杆菌的口服益生菌恢复了“不良肠道微生物群”小鼠的PD-L1阻滞的抗肿瘤疗效，其主要通过增强的DC细胞成熟导致肿瘤特异性CD8+T细胞活性增加。在过去几个月发表的多项研究进一步补充了证据，这些研究表明肠道微生物在患者免疫检查点阻断治疗中的作用。据报道，一些颠覆性的发现证实了肠道菌群在形成治疗反应中的作用。首先，在大量非小细胞肺癌、肾癌或尿路上皮癌患者中，抗生素使用对免疫检查点阻断反应的影响。在抗PD-1/PD-L1单抗治疗前、期间或治疗后的常规指征用抗生素治疗的患者与未使用抗生素的患者相比，无进展生存率和总生存率明显降低。这表明(通过使用抗生素)破坏肠道微生物群可能会损害抗肿瘤免疫反应以及对免疫检查点阻断的反应。该小组还通过对这些患者的粪便样品进行全基因组测序直接研究分析了肠道菌群，结果表明对PD-1阻断的应答者有不同的肠道细菌组成，包括该小组所强调的在应答的患者中富集的特定属(Akkermansia和Alistipes)。在PD-1阻断治疗前，用应答者(R)或非应答者(NR)的粪便样本对无菌和SPF小鼠进行FMT治疗，结果显示R-FMT治疗后反应增强。在这些研究中，抗PD-1对接受NR-FMT的无菌小鼠的疗效可以通过单独或与嗜酸埃希氏菌联合使用来恢复。嗜粘菌的使用与肿瘤内免疫浸润增加有关，CCR9+CXCR3+CD4+T细胞募集进入癌灶后，CD4+T细胞与CD4+ FoxP3+T细胞(Tregs)的比率增加，这是对PD-1阻断的反应。这些发现在同一期《Science》杂志上发表的另外两篇论文中得到了证实，这两篇论文描述了肠道菌群对转移性黑色素瘤患者抗PD-1治疗反应的影响。Gopalakrishnan等人的研究显示，对抗PD-1治疗有反应的患者在其肠道菌群中具有显著更高的细菌多样性，以及较高相对丰度的梭状芽孢杆菌、鲁米球菌科和肠杆菌。相反，NR具有显著较低的肠道细菌多样性和较高的菌目丰度。重要的是，将肠道内细菌的组成与肿瘤微环境中的免疫分析比较表明，与具有不利肠道菌群的患者相比，具有良好肠道菌群的患者增加了毒性T细胞标记物和抗原处理和呈递的表达。在来自R与NR的FMT的无菌小鼠中进行了机制研究，在同期发表的研究中共同发现，从R接收FMT的小鼠具有显著延迟的肿瘤生长和增强对具有免疫检查点阻断的治疗的反应。Matson等人研究的另一个转移性黑色素瘤患者队列也显示了根据肠道微生物群内的特征对治疗进行免疫检查点阻断治疗具有显著差异。特别地，该小组发现，对抗PD-1治疗反应的患者在基线粪便样品中富集了长双歧杆菌、肠杆菌和屎肠球菌。在该研究中，将粪便样品从患者转移到GF小鼠也成功地对表型进行了概括，其中接收了R粪便的小鼠的肿瘤以较慢的速率生长，并且与接受NR粪便的小鼠相比，对抗-PD-L1免疫疗法的效力显著提高。这些作用是通过增加CD8+T细胞的密度和在肿瘤微环境中减少FoxP3+CD4+T细胞介导实现的。虽然免疫检查点阻断剂在治疗各种恶性肿瘤方面取得了一定的成功，但仍有相当一部分患使用抗PD-1、抗CTLA-4和联合疗法进行治疗时继续出现了限制毒性，分别为16%、27%和65%。在接受抗CTLA-4治疗的所有患者中，约有三分之一因黏膜免疫失调而发生肠道炎症。目前正在努力确定肠道菌群的特征与免疫检查点阻断治疗产生毒性作用的关系。临床前模型显示抗CTLA-4治疗的小鼠口服脆弱杆菌和头孢菌素有助改善毒性评分，同时在临床队列中也进行了关于肠道微生物群对毒性的影响的研究(图2)。与结肠炎患者相比，抗CTLA-4治疗的黑色素瘤患者在分类和功能上存在差异，他们没有结肠炎(细菌的富集以及多胺转运和维生素b合成的丰富遗传途径)。这可能与已知的这些细菌对Treg分化的影响有关。另外还对其他队列研究的结果也表明，在抗CTLA-4治疗中，大粪杆菌和其他相关细菌丰度较高、其它硬壁门菌丰度较低的患者患结肠炎的风险较高。该小组还报告说，结肠炎患者在基础血中的效应CD4 T细胞表面ICOS表达增加，Tregs和全身炎症蛋白(如IL-6、IL-8和sCD25)水平较低，这可能与菌群构成的差异有关。根据现有文献，有特定的细菌分类群与反应和毒性相关，在研究中的细菌特征中有一些重叠（图2）。细菌分类中硬壁门菌中的Ruminococaceae菌（如F. prausnitzii)）与免疫检查点阻断的反应和毒性均与研究相关（图2）。相反地，拟杆菌门中的Bacteroidales菌与缺乏对免疫检查点阻断的反应相关，而肠道内这些分类群的较高丰度也通常与较低的毒性发生率有关。然而，在较低水平的分类中，这些概括并不适用，因为在硬壁门菌内的一些分类群与缺乏应答相关(Roseburia，Streptococcus)，并且拟杆菌门的一些分类群已经与应答(Alistipes,Porphyromonas pasteri, and C. aerofaciens)相关。重要的是，厚壁菌门/拟杆菌门外的分类群也与反应相关(如A. muciniphila, B.longum, Bifidobacteriumadolescentis, and C. aerofaciens)和无反应(如Actinomycesviscosus and Garnderella vaginalis)。总体而言，在这些已发表的研究中，与应答相关的特定细菌分类群之间没有很大的重叠，尽管与反应或毒性相关的几个分类群与系统发育有关(例如，Ruminococcaceae科和Lachnospiraceae科以及Bacteroidales目中的一些特定种类)(图2)。重要的是，差异可能与几个不同的因素有关--包括用于分析样本的技术和用于分析的参考数据库的差异，这些差异在2018年的研究中差异就很大--表明制定微生物群分析标准化方法的重要性。地理因素的影响也可能存在，因为这些研究是在世界各地不同地点的中心进行的。与此相一致，饮食和生活方式因素也可能是观察到的一些差异的原因。然而，肠道微生物群对治疗反应的影响是无可争议的，这些数据提供了强有力的证据，证明肠道微生物群可以调节抗肿瘤免疫反应和免疫检查点阻断的反应。鉴于越来越多的文献报道，已经很明确的是，肠道微生物群的调节可能是目前的抗癌治疗模式的一种新颖和重要的辅助手段。虽然进一步剖析微生物对癌症发展和抗肿瘤免疫反应的影响的分子相互作用的研究正在进行中，但一些正在进行的和计划中的临床试验将研究通过直接调控肠道微生物在癌症患者中的治疗潜力。肠道微生物群的主要功能是帮助宿主食物消化和吸收宿主在没有微生物帮助的情况下代谢的关键营养物。然而，饮食摄入也可促进肠道菌群的组分差异，有证据表明饮食方案的变化可在相对较短的时间内显著改变肠道菌群。该领域的现有文献已经将特定细菌群及其下游代谢物的响应性映射到各种营养和免疫参数，并初步了解饮食调节如何可用作丰富肠道菌群和免疫健康的策略，其在癌症治疗的也可能具有同样的应用。膳食纤维是已被证明对肠道微生物组分有着深远影响的一种成分，在健康受试者减少膳食纤维摄入量后，促进免疫的普鲁士尼茨氏菌减少和粪便样本中的SCFA-丁酸含量减少。其他研究侧重于用植物多糖菊粉益生素补充日粮，表明这种饮食干预显著增加了肠杆菌和双歧杆菌种类。相反，在人类饮食中消除动物脂肪与有害细菌减少有关。鉴于这些细菌在癌症治疗中的重要性，饮食可能是通过调节肠道菌群来改善预后的一种可能的策略。膳食干预的有利的安全性特征、成本和可接近性能够提供一种简单而安全的机会来评估微生物群和下游免疫调控对肿瘤患者的影响。事实上，一些群体已经开始研究癌症患者肠道微生物群的饮食影响（表格1）。“BE GONE”试验（NCT02843425）旨在研究通过在癌症患者的正常饮食中添加半杯豆增加肿瘤患者的纤维补充，并检测细菌种群的变化。同时，“生活方式因素在乳腺癌相关结果中的作用”（NCT02079662）试验采用了一种全面的生活方式，在第三阶段乳腺癌患者开始放射治疗时，提供饮食咨询和膳食供应以及运动和心理社会服务，并进行随机设计。这项研究假设，与对照组相比，生活方式干预组中的女性将有更好的结果。虽然这项试验主要是为了检测复发率的差异，但纵向肠道和口腔微生物群样本以及一组问卷被列为次要结果，以更好地衡量微生物群在癌症患者行为模式中的变化。血液样本也被收集在同一时间点，以获得洞察与生活方式改变和微生物转移在干预和治疗过程中的机械变化。虽然这两项研究都处于起步阶段，但它们将提供关于生活方式因素如何调节肠道微生物群、疾病标志物和患者预后的有价值的信息。虽然饮食干预似乎相对容易设计和实施，但对菌群的影响可能不大，病人的依从性很难执行和监测。混合菌剂或“设计益生菌”的应用可为临床提供一种较为可行的菌群调控方法。几项在癌症患者中使用益生菌的试验已经开始，一些研究已经完成，大多数研究都集中在安全和生物标志物相关的端点上，少数研究包括癌症相关结果(如无疾病生存)作为主要终点(NCT02079662)。第一批开展的一些研究涉及到在结直肠癌(CRC)患者中使用益生菌治疗(表格1)。其中一项试验对CRC患者使用含有嗜酸乳杆菌和乳酸双歧杆菌的益生菌进行治疗，发现肿瘤内产生丁酸的细菌(特别是肠杆菌和其他梭菌)的丰度增加，其相关的非肿瘤结肠粘膜和粪便(NCT 03072641)。另一项研究评估了术前益生菌治疗对CRC患者黏膜免疫的影响，显示结肠切除术时结肠粘膜内细胞因子谱发生改变，益生菌治疗后结肠粘膜细胞因子水平降低，IL-1b、IL-10和IL-23A的mRNA水平低于未接受益生菌治疗的对照组(NCT01895530)。这些研究显示结肠黏膜的综合变化在健康的结肠黏膜中，促炎细胞因子和抗炎细胞因子的产生减少；因此，很难解释这些发现对CRC的发展、进展或治疗反应方面可能意味着什么。然而，根本上可以证明的是益生菌疗法可以改变局部免疫。除CRC的这些研究外，目前正在进行评估益生菌对其他癌症类型的影响的试验，包括一项研究益生菌对Ⅰ-Ⅲ期乳腺癌患者肿瘤内CD8+T细胞浸润的影响的试验(NCT03358511)。这是一项单臂研究，所有患者都将接受相同的益生菌(原始防御超多菌株益生菌配方)。其他的研究目前正在开发中，重要的是要强调，在这些研究中，对菌群的改变以及抗肿瘤免疫的评估是至关重要的。当然，益生菌制剂在组成、稳定性和真实性方面有很大的差异；因此，在对癌症患者使用益生菌制剂进行仔细测试之前应慎用。目前正在努力为癌症患者确定“理想的”混合菌剂，以加强对癌症治疗的反应，但尚未确定。粪菌移植（FMT）是控制微生物区系最直接的手段，FMT制剂可以通过口服冻干或冷冻药丸或通过结肠镜或胃镜直接灌输给患者。FMT已经在其他患者群体中得到应用，在治疗难辨梭菌感染方面取得了显著的成功。在肿瘤患者中使用FMT的临床试验还处于"婴儿期“，但是，根据上述临床前研究的结果，他们已经产生了令人兴奋的结果。急性髓系白血病的自体FMT正在接受强化治疗，目的是为了在治疗过程中预防肠道微生物的失调和增加肠道微生物的多样性(NCT02928523)。此外，在接受实体肿瘤免疫治疗的患者，特别是那些使用免疫检查点抑制剂治疗的患者中，正在考虑进行FMT(表格1)。一项针对先前免疫治疗失败的转移性黑色素瘤患者的一期单中心试验最近开始(NCT03353402)，其中来自对免疫治疗有良好反应的患者的FMT应用于难治性患者。主要结果包括菌群移植的安全性和时间，次要结果包括免疫细胞转移、免疫细胞活动的改变和客观反应。目前正在进行额外试验的设计，以验证肠道微生物群的调制将改善免疫检查点阻断治疗的反应的假设。微生物群的时代就在我们眼前，关于菌群在癌症中作用，临床前和临床研究的精辟报道已经揭示了其癌症治疗中作为一种潜在的主导介质的主题。我们已经对微生物群对免疫和癌症的影响有了深入的了解。然而，关于其内在机制，以及调节肠道微生物群以增强对癌症免疫治疗反应的最佳策略，我们仍有很多需要学习的东西。从这些研究中也提出了令人兴奋的临床问题，并对癌症治疗患者微生物群分析的潜在需求和效用提出了质疑。然而，在最佳分析方法（16S rRNA测序与宏基因组鸟枪法测序和参考数据库的选择）方面存在复杂性。此外，还有许多其他问题涉及其他因素如何影响肠道微生物群-如饮食、药物（包括益生菌、抗生素和其他药物）、心理健康或其他环境因素-以及它们如何影响癌症治疗等，也需要清晰在癌症治疗期间监测这些因素的潜在需要。此外，随着我们努力调整肠道微生物群以增强治疗反应，还存在更多的复杂性。目前尚不清楚哪些肠道菌群组分是促进抗肿瘤免疫反应的最佳成分，目前存在多种治疗方案来改变需要在临床试验中仔细测试的菌群。在调整肠道菌群(例如抗生素)之前使用预备方案和维持改变的方法(通过饮食和益生前补充)也是重要的考虑因素。只有通过对这些相互作用的全面理解(在临床前模型和这些临床试验的背景下)，我们才能学会优化调节肠道菌群，以增强整体抗肿瘤免疫和免疫能力，从而加强免疫监测和癌症治疗。
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