科研 | 上海交大陆舜等：中国晚期NSCLC患者肠道微生物组多样性与抗PD-1免疫治疗疗效之间的强相关性
本文由易哲编译，玛莉、江舜尧编辑。
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从随着免疫检查点抑制剂（ICI）在晚期非小细胞肺癌（NSCLC）取得显著的疗效，在西方人群中肠道微生物组学与免疫治疗疗效的关系已经被探究。然而，鉴于遗传和肠道微生物群的差异，东亚NSCLC人群中该相关性仍不清楚。来自上海市胸科医院的陆舜教授团队近日在Journal of Thoracic Oncology发表的一项研究，探讨中国NSCLC患者使用PD-1单抗治疗后肠道微生物组学与临床预后之间的关系，发现具有更高水平肠道微生物多样性的患者对免疫治疗疗效更好。
论文ID
原名：The diversity of gut microbiome is associated with favorable responses to anti-PD-1 immunotherapy in Chinese non-small cell lung cancer patients
译名：中国晚期NSCLC患者肠道微生物组多样性与抗PD-1免疫治疗疗效之间的强相关性
期刊：Journal of Thoracic Oncology
IF：10.336
发表时间：2019年
通信作者：陆舜
通信作者单位：上海交通大学附属上海市胸科医院上海市肺癌中心
实验设计
本研究中，共纳入37名接受nivolumab治疗的晚期NSCLC患者。分别在基线、每次接受治疗时、疗效评估和疾病进展时收集患者粪便样品（图1）。通过16S核糖体RNA基因测序来评估肠道微生物群特征，并通过多色流式细胞术平行检测外周血免疫学特征。
图1.研究方案
实验结果
1、接受nivolumab治疗的晚期NSCLC患者的临床表现
根据RECIST1.1标准将患者分为应答人群（R）和无应答人群（NR）。其中，部分应答（n = 5）或稳定疾病（n = 18）的23名患者被分为R，在第一次临床评估后患有疾病进展的其他患者（n = 14）被分为NR。临床资料显示，参加本研究的大多数患者为男性（78.3％）。 所有患者在入组前均接受过至少一次或两次化疗。除吸烟史外，R和NR患者的性别，疾病史，疾病分期和治疗没有差异（P = 0.008）。使用或不使用抗生素的R / NR比率是相似的（表1）。因此，在该研究中，吸烟是与nivolumab反应相关的唯一临床因素。
表1.接受nivolumab治疗的晚期NSCLC患者的临床表现
2、基线样本肠道微生物群多样性与对nivolumab的应答相关
收集25名患者（13名患者为R，12名患者为NR）的基线粪便样本。应答人群在基线时具有更高水平的肠道微生物多样性，并且在治疗期间其组成更为稳定（图2A,B）。与低多样性的患者相比，具有高水平微生物组学多样性的患者无进展生存期（PFS）显著延长（图2C）。另外，在基线时两组之间菌群组成也存在显著性差异（图2D）。
图2.R和NR组之间肠道微生物群多样性的比较（A-B）在基线（A）和T1时间点（B）的R（n = 13）和NR（n = 12）肠道微生物群的Shannon指数和反向Simpson指数（** P <0.01，* P <0.05）；（C）不同水平肠道微生物多样性患者无进展生存期（PFS）的Kaplan-Meier（K-M）（D）基线样本中R和NR人群肠道微生物群的PCoA分析（红色图例代表NR，蓝色图例代表R，P = 0.001）。
3、对nivolumab应答人群的肠道微生物组的组成差异
在属的水平上，在基线处R和NR之间有不同丰度的七种肠道细菌（图3A）。NR组富含Ruminococcus_unclassified细菌（p = 0.0135）（图3B，上图），而R组富含Alistipes putredinis（p = 0.0437）（图3B，下图），Prevotella copri，Bifidobacterium longum, Lachnobacterium, Lachnospiraceae和Shigella等细菌（图3A）。在基线和T1点，R组中富含Bifidobacterium logum和Prevotella corpri（图3C）。
图3.R和NR之间肠道微生物群组成的比较。（A）在基线时R（n = 13）和NR（n = 12）的丰度差异的其中细菌属的热图，（B）基线处的两个代表性差异丰度细菌属的直方图。（C）基线（左）和T1时间点（右）的Bifidobacterium logum和Prevotella corpri的直方图。（** P <0.01，* P <0.05）
4、在nivolumab治疗期间，肠道微生物群组成是稳定的
通过收集不同治疗期间的时间点的粪便样本，对其肠道微生物群进行动态分析发现，从基线到不同的治疗时间点（T1到T8）以及进展时间点（图4A，左），Shannon多样性指数保持稳定。在基线和T1点（图4A，中）或基线和进展时间点（图4A，右）的对应的粪便样本肠道微生物群的Shannon指数也没有差异。在基线和进展疾病时间点，其中10对粪便样本的肠道微生物群在属的水平上组成无显著性差异（图4B）。对10名患者（7名来自R和3名来自NR）的粪便样本进行肠道微生物组的PCoA分析发现，同一个患者在不同采样时间点（由一个形状表示）的肠道微生物群聚集良好，且R和NR区分明显（紫色圆圈为R，粉红色为NR）（图4C）。 在门的水平，肠道微生物中主要细菌的相对丰度随时间保持稳定（图4D）。在基线时，R和NR差异丰度的七个细菌属在治疗期间显示出轻微的变化，但无统计学差异（图4E）。因此，研究结果表明，nivolumab治疗不会改变晚期NSCLC患者的肠道微生物群落。
图4.肠道微生物群特征在治疗期间保持稳定。（A）纵向样本（左）、基线和T1时间点（中间）或进展时间点（右）的成对样本中的Shannon多样性指数的动态变化（蓝点：R，红点：NR）；（B）成对样品中在属的水平上细菌的系统发育组成的堆积条形图（左：基线，右：进展）；（C）10名患者在不同时间点采样的粪便样本肠道微生物组的PCoA分析，每个符号代表一名患者。（D-E）在门（D）和属（E）水平的代表性细菌的Kruskal-Wallis检验分析（P> 0.05）。
5、肠道微生物群特征与外周免疫特征之间的关联
通过外周血流式细胞术分析患者全身免疫反应显示，Shannon多样性指数与几种CD8 + T细胞和NK细胞特征呈正相关（图5A）。在T细胞中，CD45RO + CD8 +影响记忆T（Tem）细胞亚群和其他功能子集，如GZMB + CD45RO + CD27 + CD8 + T细胞（GZMB + CD8 + Tem），GZMB + CD45RO + CD27-CD8 + T细胞（GZMB + CD8 + Tem）与Shannon指数正相关。此外，表达特异性标志物如Ki-67，TIM-3和ICOS的CD8 + Tm细胞也与香农指数有统计学相关性。肠道中具有高丰度微生物组多样性的患者，GZMB + CD8 + Tm，Ki67 + CD8 + Tm和CD8 + Tcm在外周的百分比显着升高，使用抗PD-1单抗后产生更多的记忆CD8+T细胞和NK细胞亚群。
图5. Shannon多样性指数与外周免疫特征的相关性分析。（A-B）Shannon多样性指数与记忆CD8 + T细胞亚群之间的Spearman相关性；（C）Shannon多样性指数与NK细胞亚群之间的Spearman相关性；（D）高多样性组和低多样性组之间免疫参数的比较。（黑条：高多样性；灰色条：低多样性）（** P <0.01，* P <0.05）。
肠道微生物组的多样性与某些系统免疫特征之间存在强烈的关联。因此，肠道微生物组对抗PD-1治疗的影响可能是由于调节记忆T细胞应答和NK细胞功能。
结论
研究结果表明，中国晚期NSCLC患者肠道微生物组多样性与抗PD-1免疫治疗疗效之间的强相关性。具有优势肠道微生物组（如高多样性）的患者在外周表现出更强的记忆T细胞和NK细胞特征。这些发现为中国人群抗PD-1免疫治疗NSCLC疗效的预测和评估提供了重要参考。
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