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。

研究介绍

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

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细胞的较高浸润，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较高，对正常器官无明显弓形性。LGG@Ga-poly加Gem治疗，可较大程度地增强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

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，较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。