肝胆系统恶性肿瘤发病率和死亡率高，且预后差。据2020年全球癌症统计数据估算，原发性肝癌每年约有905,677例新发病例和830,180例死亡病例，其中肝细胞肝癌和肝内胆管细胞癌分别占75%-85%和10%-15%。
虽然免疫治疗为肝胆系统恶性肿瘤的治疗带来了新突破，但其应答率仍然有限，一个重要原因是缺乏有效的疗效预测生物标志物。目前，正在研究的生物标志物（例如PD-L1、免疫基因特征、肿瘤浸润淋巴细胞）的有效性均需要大样本研究验证。因此，探索新的免疫治疗生物标志物非常有必要，对于筛选受益人群及指导临床治疗有重大意义。已有研究表明，肠道菌群与慢性肝病、肝脏纤维化、肝硬化和肝癌有密切关系，主要通过抑制宿主免疫功能和介导次级胆汁酸代谢这两种途径影响肝胆系统恶性肿瘤的形成和进展。既往研究发现，肠道菌群与肿瘤免疫治疗的疗效有关，并在小鼠模型和临床队列进行粪菌移植试验得到验证。此外，肠道菌群还会影响肿瘤免疫治疗相关不良反应的发生频率和严重程度。截至目前，肠道菌群是否会影响肝胆系统恶性肿瘤免疫治疗的应答和免疫相关不良反应尚不清楚。近日，北京协和医院肝脏外科赵海涛教授团队在Journal for ImmunoTherapy of Cancer杂志在线发表了题为“Gut microbiome is associated with the clinical response to anti-PD-1 based immunotherapy in hepatobiliary cancers”的论文。研究团队通过对肝胆恶性肿瘤患者的粪便样本进行宏基因组分析，揭示了肠道菌群中物种多样性和丰度与免疫治疗的临床应答和不良反应的关系，证实了肠道菌群作为肝癌免疫治疗生物标志物的可行性，并且为干预免疫治疗的应答和不良反应提供了新的靶标。
首先，研究团队纳入了65例接受抗PD-1单抗治疗的晚期肝胆恶性肿瘤患者，包括30例肝细胞肝癌患者和35例胆管癌患者。根据RECIST 1.1标准评估免疫治疗疗效，疗效评估为完全缓解、部分缓解或稳定疾病持续时间≥6个月的定义为临床获益应答（clinical benefit response, CBR），疗效评估为稳定疾病持续时间<6个月或疾病进展的定义为无临床获益（non-clinical benefit, NCB）。其中，32例患者为临床获益应答（CBR），33例患者为无临床获益应答（NCB）。总体上，CBR组和NCB组的肠道菌群在门水平的构成大致相似，主要为拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门，其中拟杆菌门的菌种占比最高。在门水平上，CBR组拟杆菌门的丰度显著高于NCB组（p=0.028)。在种水平上，CBR组毛螺旋菌GAM79（Lachnospiraceae bacterium-GAM79）和伶俐瘤胃球菌（Ruminococcus callidus）的相对丰度显著高于NCB组。
通过LEfSe分析（阈值：LDA> 2，p<0.05）鉴定了74个CBR组富集的物种和40个NCB组富集的物种。其中，CBR组特异富集的物种前三分别为拟杆菌门（Bacteroidetes）、拟杆菌纲（Bacteroidia）和拟杆菌目（Bacteroidales），而NCB组特异富集的物种前三分别为革兰氏阴性菌纲（Negativicutes）、韦荣氏菌目（Veillonellales）和韦荣氏菌科（Veillonellaceae），并且在HCC或BTC亚组分析中观察到类似的物种差异富集模式。基于以上显著差异富集物种相对丰度的均值，研究团队将65例患者分为高丰度组和低丰度组，然后进行生存分析。结果显示，具有高丰度的毛螺旋菌GAM79 （Lachnospiraceae bacterium-GAM79）和拟杆菌（Alistipes sp. Marseille-P5997）的患者PFS和OS显著要长。相反，具有高丰度的韦荣氏菌科（Veillonellaceae）的患者PFS和OS显著要短。由此推测，这些菌种可以作为预测肝胆恶性肿瘤患者免疫治疗的生存获益的生物标志物。
肠道菌群可能通过参与不同的代谢通路影响免疫治疗的临床应答
研究人员进一步在KEGG数据库鉴定出29个CBR组相关的KO和4个NCB组相关的KO（LDA> 2，p<0.05）。其中，CBR组富集的KO与能量代谢相关，而NCB组富集的KO与氨基酸代谢相关。例如，在CBR组富集的K06919中，普氏栖粪杆菌（Faecalibacterium prausnitzii）和伶俐瘤胃球菌（Ruminococcus callidus）为主要富集菌种，与DNA复制和修复功能密切相关，而且具有较高丰度普氏栖粪杆菌或伶俐瘤胃球菌的患者OS显著更长。在NCB组富集的K04047中，狄氏副拟杆菌（Parabacteroides distasonis）丰度较高，参与饥饿诱导DNA结合蛋白的代谢，具有高丰度狄氏副拟杆菌的患者OS更短。由此推测，肠道菌群影响肝胆恶性肿瘤免疫治疗的潜在机制可能是与特异富集的菌群参与了不同的代谢通路有关。图5. CBR组和NCB组特异富集物种在KEGG数据库注释的功能通路
以腹泻（免疫治疗相关的结肠炎）为例，研究团队进一步探究了肠道菌群的构成和相对丰度与免疫治疗相关不良反应的关系。数据显示，与轻度腹泻（无或1级）患者相比，重度腹泻（≥2级）患者临床应答似乎更好，PFS较轻度腹泻患者更长。同时，重度腹泻患者的菌群整体丰度较轻度腹泻患者的更低，这可能表明免疫治疗不良反应的发生与肠道菌群物种总体多样性和丰度密切相关。研究发现，共有16个物种在两组患者中存在显著差异，其中来自拟杆菌门的普雷沃氏菌（Prevotellamassilia timonensis）的相对丰度在重度腹泻患者中明显高于轻度腹泻患者，或可作为预测重度免疫不良反应的生物标志物。图6. 肠道菌群的物种丰富度与免疫治疗不良反应有关
综上，该研究通过对肝胆恶性肿瘤免疫治疗患者的粪便进行宏基因组分析，发现肠道微生物群与免疫治疗的应答和生存获益有关，毛螺旋菌GAM79（Lachnospiraceae bacterium-GAM79）、拟杆菌（Alistipes sp. Marseille-P5997）和韦荣氏菌科（Veillonellaceae）可用于肝胆恶性肿瘤患者免疫治疗的疗效预测标志物，同时为干预肠道菌群以增强免疫治疗的应答提供了理论参考。此外，提高肠道微的物种组多样性和丰度，可能降低免疫治疗不良反应的严重程度，对于免疫治疗临床应用的安全性有重要意义。Mao J, Wang D, Long J, et al. Gut microbiome is associated with the clinical response to anti-PD-1 based immunotherapy in hepatobiliary cancers. Journal for ImmunoTherapy of Cancer 2021;9:e003334. doi: 10.1136/jitc-2021-003334.· END ·