Science：膳食纤维+益生菌，吃对了有助抗癌，吃错了则可能“致癌”

来源：生物探索作者：人气：-发表时间：2021-12-28 12:48:00【大中小】

在全球范围内，黑色素瘤是第五大常见癌症。作为最具侵袭性的癌症之一，黑色素瘤通过转移或扩散到其他器官（如肝脏、肺和大脑）而致死。然而，幸运的是免疫检查点阻断的治疗技术(ICB)彻底改变了黑色素瘤和癌症的治疗方法。

肠道微生物组群对免疫治疗反应的影响已经在许多临床前模型以及涉及人类队列的研究中得到证实。人类肠道微生物组群是一个复杂的群落，由来自大约1000个不同细菌物种的超过10万亿个微生物细胞组成。然而，诸如膳食纤维摄入量和益生菌的食用等因素是否会通过微生物组群影响癌症患者的免疫治疗反应尚不清楚。

近日，来自得克萨斯大学和美国国立卫生研究院(NIH)的研究机构在国际知名期刊Science上发表了题为“Dietaryfiber and probiotics influence the gut microbiome and melanoma immunotherapy response”的研究成果，研究表明膳食纤维和益生菌通过调节微生物组群，影响接受免疫治疗的黑色素瘤患者的预后。高膳食纤维摄入可改善患者的预后，而一些市售益生菌可能对患者的预后不良。换句话说，就是接受治疗的黑色素瘤患者在摄入富含膳食纤维的食物后，免疫系统更容易杀死癌细胞，从而对治疗做出更好的反应。而如果食用了不合格的益生菌则可能导致相反的效果。

为了探究这个问题，研究人员首先对黑色素瘤患者的肠道(粪便)微生物组群进行了分析，并评估了他们的临床病理特征和结果。这些患者中的大多数正在接受转移性黑色素瘤的ICB免疫治疗，最常见的是抗 PD-1免疫疗法。依据放射成像评估对治疗的反应，将患者分类为用药缓解的患者（完全或部分缓解或病情稳定≥6个月）或用药未能缓解的患者（病情稳定<6个月）。此外，部分患者被要求共同参加一项生活方式调查方案，其中包括对过去一个月内饮食习惯和益生菌补充剂使用情况的评估。

研究人员进一步证实了他们之前的研究，即与抗 PD-1免疫疗法反应相关的肠道微生物分类群中，瘤胃球菌科(Ruminococcaceae)和粪杆菌属(Faecalibacterium)细菌的相对丰度更高。这两种细菌被认为在淀粉降解和纤维发酵中具有重要的作用。

接下来，研究人员评估了晚期黑色素瘤患者中缓解组和非缓解组的肠道菌群组成。研究结果显示，缓解组患者肠道微生物群中Ruminococcaceae菌属的丰度显著高于非缓解组患者。然而，研究人员并没有观察到缓解组与非缓解组肠道微生物群的总体组成存在显着差异。此外，研究人员还评估了与免疫治疗反应相关分类群的丰度。研究结果显示，粪便菌群移植(FMT) +抗PD-1组合，在免疫治疗难治性黑色素瘤患者中具有潜在疗效。其中，相关的分类群在对FMT治疗有反应的患者的标本中富集。

鉴于癌症患者对使用益生菌补充剂增进肠道健康越来越感兴趣，研究人员评估了市售益生菌的使用是否与免疫治疗效果的结果相关。研究结果显示，服用益生菌的患者与未服用的患者在无进展生存期 (PFS) 或免疫治疗效果方面没有统计学意义的差异。

由于使用益生菌补充剂的患者比例相对较高。因此，研究人员试图在临床前模型中进一步探究使用益生菌对免疫治疗反应的影响。研究人员首先通过使用来自患者(抗PD-1免疫疗法非常有效果的患者)的供体粪便，对无菌小鼠进行FMT造模。之后，用两种商用益生菌(长双歧杆菌或鼠李糖乳杆菌)中的一种口服给小鼠灌胃，与无菌水对照。通过培养和测序，确定了益生菌中的菌株的活性和组成。然后用鼠黑色素瘤肿瘤对小鼠进行攻击，并用抗 PD-L1疗法进行治疗。研究结果显示，接受益生菌的小鼠表现出对抗PD-L1治疗的抗肿瘤反应减弱，并且与对照小鼠相比，肿瘤明显更大。

接下来，研究人员比较了接受益生菌的小鼠与无菌水对照组的肠道微生物群。研究结果显示，接受益生菌的小鼠的肠道微生物群多样性与对照组相比存在差异。研究人员进一步对接受抗PD-L1治疗的小鼠的肿瘤浸润性免疫亚群的分析显示，与对照组相比，接受益生菌的小鼠肿瘤中干扰素-γ（IFN-γ）阳性 CD8+T 细胞的频率显著降低。此外，接受益生菌的小鼠的肿瘤中IFN-γ CD4+T 辅助 1 (TH1) 细胞减少的趋势也被观察到，尽管这没有达到统计学显著差异。

对流式细胞仪数据的分析，证实了益生菌治疗和对照组之间的免疫亚群的发现，表明益生菌治疗的小鼠肿瘤微环境中细胞毒性T细胞的频率降低。这些数据与之前发表的研究一致，这些研究表明益生菌治疗的小鼠结直肠癌小鼠模型中的肿瘤发生增加。

鉴于研究人员发现的许多与抗 PD-1免疫疗法反应相关的细菌在淀粉降解和纤维发酵中具有确定的作用，接下来研究人员试图评估膳食纤维摄入对免疫治疗反应的影响。研究结果显示，有足够膳食纤维摄入量的患者的PFS比膳食纤维摄入量不足的患者有所改善。调整临床因素后，每日膳食纤维摄入量每增加5克，病情进展或死亡的风险就会降低30%。此外，在评估膳食纤维摄入量与ICB反应的几率时也观察到类似的关联。

之后，研究人员进一步评估了膳食纤维摄入量和益生菌的使用是否可能共同影响接受 ICB 治疗患者的临床结果。研究人员评估了综合变量的潜在附加效应，比较了四组患者—包括膳食纤维摄入不足但不使用益生菌的患者(53%)，膳食纤维摄入不足但使用益生菌的患者(19%)，膳食纤维摄入充足但不使用益生菌的患者(18%)，以及膳食纤维充足且使用益生菌的患者(10%)。研究结果显示，各组之间的结果存在显著差异。与所有其他组相比，摄入足够膳食纤维且不使用益生菌的患者的PFS明显更长。此外，膳食纤维摄入量充足且没有使用益生菌的患者的ICB反应也观察到了类似的正相关性。研究人员还发现，在膳食纤维摄入充足且未使用益生菌的患者中，微生物的α-多样性及 Ruminococcaceae 菌属和Faecalibacterium菌属的丰度在数量上也比较高。

由于对这些发现感到好奇，研究人员接下来在临床前黑色素瘤模型中，探究膳食纤维调节是否可以增强对ICB的治疗反应。研究结果显示，接受高纤维饮食的小鼠在接受抗PD-1治疗时，与接受低纤维饮食的小鼠相比，肿瘤生长延迟。相比之下，在无菌小鼠中，高纤维饮食和低纤维饮食对抗PD-1治疗的反应没有影响，这支持了这样的假设，即这种饮食干预对治疗效果的影响是依赖微生物组群的。肠道微生物群的图谱显示，饲喂高纤维饲料和低纤维饲料的小鼠的群落结构存在显著差异。

粪便代谢组学分析还显示，在接受高纤维饮食的小鼠中，调节肠道免疫力的短链脂肪酸(SCFA)丙酸的水平显著更高。通过流式细胞仪对治疗小鼠的肿瘤进行免疫分析，发现在高纤维饮食的小鼠肿瘤中，CD4⁺T细胞的总体频率(以及那些表达PD-1的细胞)显著高于低纤维饮食的小鼠。

接下来，研究人员进行了CD45⁺肿瘤浸润淋巴细胞(TILs)的RNA测序，观察到在使用抗PD-1治疗的情况下，接受高纤维饮食的小鼠肿瘤中，与T细胞激活和干扰素反应相关的基因表达明显高于低纤维饮食的小鼠。以上研究数据表明，在小鼠黑色素瘤模型中高纤维饮食可以增强对ICB的治疗反应。

为了帮助理解微生物组的复杂性，研究人员 Morgun 和 Natalia Shulzhenko 早些时候发明了一种称为跨界网络分析的计算机建模技术。值得注意的是，对小鼠数据的网络分析表明，纤维发酵的瘤胃球菌科细菌可能通过影响T细胞激活的途径以及T细胞在肿瘤中的聚集，包括诱导T细胞共刺激因子(ICOS)—表达 CD8+和CD4+T细胞，来促进纤维对抗肿瘤免疫的影响。

虽然研究结果表明，一些市售的益生菌可能对 ICB 患者预后不良，但还需要更多的研究来确定哪些益生菌实际上可能有益， Morgun说。

总之，这些研究数据具有重要意义。研究表明，膳食纤维和益生菌的摄入（通过调控肠道微生物组群），与ICB治疗的不同效果具有相关性。Morgun表示，虽然不能从观察到的患者队列(可能存在未测量的混杂因素)中解决因果关系，但我们的临床前模型支持这样的假设，即膳食纤维和益生菌调节微生物群，在接受低纤维饮食的小鼠和接受益生菌的小鼠中，抗肿瘤免疫减弱在以上两种情况下都抑制了肿瘤内 IFN-T 细胞反应。

这些研究数据为临床试验提供了进一步的支持：接受ICB治疗的患者可以通过饮食和其它策略，调控微生物组群，改善癌症预后。