在没有读本文之前，有些小伙伴会觉得人体中单位个体数目最多的是细胞，但是这个答案显然是不正确的。研究表明，光人体的肠道中就大约有1014个细菌，这已经是人体细胞总数的10倍，更何况是人体所有部位细菌加起来的总和。此外，还有研究发现，婴儿在2岁时，体内的微生物就已经转化为成年人形态，之后就会很快变得相对稳定，其种类及总量一直保持基本不变。直到人步入老年以后（>65岁），肠道菌才会发生质的改变，表现为种类下降，特定种群丰度的降低等特征；因此，有研究显示老年机体的慢性炎症体征和肠道菌的改变密切相关。
肠道内的不同菌群共同维持肠道内微生态的平衡，其可参与人体的消化、代谢、免疫、能量转化等多项功能调节。早在2015 年， Science杂志背靠背发表的两篇重磅论文就已经点燃了肠道菌群和免疫治疗关系的研究，美国和法国的两个团队相继在小鼠模型里，证明了肠道菌群对PD-1免疫疗法的应答起到了决定性作用。紧接着，多项研究表明肠道菌群的微环境可以影响到癌症的治疗效果。Nature与Science杂志上连续多篇文章报道人体肠道内的微生物可能对癌症患者的免疫治疗有直接影响。
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那么，肠道菌群如何对人体免疫功能产生影响的呢？小编今天就来系统总结一下最新的有关肠道菌对免疫系统影响机制的重大研究成果。
1.肠道菌和免疫系统的爱恨情长
肠道微生物群和免疫系统之间的相互作用机制复杂且至关重要，一方面肠道菌诱导免疫系统允许共生细菌和口服食物抗原的耐受性；另一方面，还使免疫系统能够识别和攻击致病性细菌，从而防止细菌的入侵和感染。除了影响局部免疫反应，这些微生物群还在多个水平上对先天免疫和适应性免疫有更广泛的影响。这一概念在临床前模型中得到了支持，如研究者发现无菌(GF)小鼠缺乏肠道菌群，免疫缺陷严重，黏膜层缺失，免疫球蛋白A (IgA)分泌改变，派氏小结变小和功能降低，肠系膜淋巴结(mLNs)免疫细胞引流缺陷等。
事实上，肠腔内的细菌在肠粘膜局部水平、肠系膜淋巴结引流和系统上对免疫系统有深远的影响，免疫系统同样也可以改变肠道微生物群。杯状细胞在粘膜上形成一层厚厚的粘液保护层;这一粘膜层在GF动物中是非常缺乏的。固有层的浆细胞分泌IgA进入肠腔。派氏细胞可以分泌大量抗菌肽，他们的活动被放大响应信号从局部免疫细胞的反应微生物群。
图2：
细菌代谢物或细菌本身还可以激活局部树突状细胞（DC）的活化, 随后迁移到引流淋巴结，激活naive T细胞到效应T细胞，调节型T细胞（Treg）或Th17细胞，同时这些细胞可以迁移回肠道粘膜或进入体循环。此外，特定的代谢物或细菌副产品可以改变DC，使其倾向于Treg表型而不是Th17表型。Treg作用于分泌IL-10，创造局部抗炎细胞因子环境。与此相反，Th17细胞可产生IL-17, IL-17可刺激派氏细胞产生抗菌肽，并可从血流中招募多形核中性粒细胞(PMNs)。一些细菌代谢产物也可以直接进入血液，进一步改变全身免疫系统。
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探索微生物群对癌症的影响已经成为热点领域，特别是近些年发现的无论是临床前还是临床研究的开创性报告均揭示了微生物群在癌症中有重要作用，并将其作为癌症治疗反应的潜在主导介质。我们已经深入了解了微生物组对免疫和癌症的影响，然而，关于其内在机制，以及调节肠道微生物组以增强癌症免疫治疗反应的最佳策略，仍有很多需要进一步研究的地方。
2. 肠道细菌调节抗癌药物疗效的机制
虽然很久之前就有多项研究发现肠道菌可以影响抗肿瘤治疗的疗效，但是在很长的一段时间内，研究者均无法解释肠道菌通过何种机制来产生这种影响。直到有实验证实了存在脑-肠轴这样的调控关系，研究者对肠道菌调控外周系统的机制才得以窥见一斑。
肠道菌种类通过不同的机制影响化疗药物和免疫检查点抑制剂的疗效。其中，某些细菌可通过细菌维生素B6、B9和核糖核苷酸代谢调节5-FU的疗效，而抑制细菌脱氧核苷酸代谢促进5-FU疗效。在另一种化疗药物环磷酰胺的抗肿瘤作用中，名为Naininihominis和Enterococcus Hirae的肠道菌发挥了关键作用，清除这些细菌会导致对环磷酰胺的耐药性。在机制上，Hirae从小肠转位到次级淋巴器官，可刺激Th17细胞的产生，而B. nhtinihominis在结肠积聚，并促进在环磷酰胺治疗癌症病灶中产生IFN-γ的γδ-T细胞的浸润。此外，核梭杆菌通过TLR4和MYD88作用，诱导miR-18a和miR-4802的选择性缺失，激活自噬，从而促进患者的化疗耐药性。同时，抗CTLA-4治疗的抗肿瘤作用取决于拟杆菌属。脆弱拟杆菌定植于粘膜层，并且可以进入淋巴结，诱导I型免疫免疫反应，从而促进瘤内树突状细胞的成熟，并介导免疫检查点抑制剂的抗癌活性。
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同时，随着测序技术的进步和强大的生物信息计算工具的发展，对肠道菌的研究模式已从基于关联的方法转向基于机制的方法。仅仅是研究某些细菌种类的存在或不存在，对肠道微生物群在癌症中的作用只提供了非常有限的认识。事实上，揭示细菌和癌症之间的因果联系，以及潜在的机制，已经成为密集研究的焦点。此外，结直肠癌中还涉及到改变的病毒体和真菌微生物群，这表明这些微生物可能与肠道细菌相互作用，从而调节患者对癌症治疗的反应。综合分析肠道微生物群及其与宿主、抗癌药物和其他外源性因素的相互作用对于改善癌症患者的预后至关重要。
3.肠道菌对放化疗效果的影响
上述我们讲述了肠道菌对各种肿瘤治疗的手段均有不同程度的影响，那么接下来我们就来具体通过相关文献来了解一下如何设计此类研究。
放疗与免疫治疗结合，可使抗肿瘤免疫反应最大化，达到持久的控制肿瘤生长的效果。2021年发表在COMMUNICATIONS BIOLOGY（IF: 6.27）的一项研究，就着手探索肠道微生物可能通过免疫机制调节放化疗（CRT）治疗效果。
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截止到目前，妇科恶性肿瘤患者的癌症治疗和肠道微生物组之间的关系性研究非常有限。作者的合作单位以前研究过CRT对肠道微生物的纵向影响,他们的分析发现，在治疗的第五周，CRT会引起肠道多样性的下降。CRT后，肠道微生物多样性趋于恢复到基线水平，但其结构和组成仍发生显著变化。CRT也被证明可以改变癌症患者肠道微生物群的丰富度和多样性。这一现象发生的机制尚未完全阐明，但CRT的累积部分可能会诱导耐辐射微生物的生长，最终选择耐受辐射的细菌持续存在。
图6：
最终这项研究，通过对接受放化疗的宫颈癌患者的肠道微生物群进行宏基因组测序，揭示了这类患者肠道菌的多样性与对放化疗的良好反应有关。此外，患者之间的成分差异与短期和长期生存率相关。短期生存的癌症患者粪便样本在卟啉单胞菌、卟啉单胞菌科和小杆菌属中显著富集，而长期生存的癌症患者粪便样本在大肠杆菌、肠杆菌科和肠杆菌目中显著富集。此外，通过流式细胞术对来自宫颈肿瘤刷子样本的免疫细胞进行的分析显示，具有高微生物组多样性的患者在放射治疗过程中增加了CD4+ T淋巴细胞的肿瘤浸润以及表达 ki67+ 和 CD69+ 的激活的 CD4 T细胞亚群。因此，在放化疗前调节肠道微生物群可能为提高宫颈癌患者的治疗效果和改善治疗结果提供了一种替代方法。
4.肠道菌影响免疫治疗应答
接下来要介绍的是2021年底刚被JITC（IF:13.75）发表的一项研究，作者着手揭示了肠道菌群对免疫治疗效果影响的潜在机制。
已有多项研究证实ICI治疗的疗效在一定程度上依赖于肠道微生物组的组成，良好的抗肿瘤免疫反应与肿瘤浸润淋巴细胞的富集和骨髓源性抑制细胞的减少有关。此外，在临床前肿瘤模型和癌症患者队列中，肠道微生物组的操作可以增强癌症免疫治疗的反应或影响其毒性。据报道，对ICI治疗有反应的大多数细菌类群属于厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)和 疣微菌门(Verrucomicrobia)门。在上皮性肿瘤(包括黑色素瘤、非小细胞肺癌和肾细胞癌)患者中，高丰度的Akkermansia，muciniphila与增加的CCR9+CXCR3+CD4+ T淋巴细胞相关，并对基于程序性细胞死亡蛋白1(PD-1)的免疫治疗有更好的临床反应；在晚期黑色素瘤患者中，瘤胃球菌科、粪杆菌和几种共生细菌(长双歧杆菌、气相大肠杆菌和屎肠球菌)的富集与抗pd-1免疫治疗的良好反应有关。
这项研究纳入了不能切除的肝细胞癌或晚期胆道癌患者，在一线化疗(吉西他滨+顺铂)后出现进展的患者。在抗pd - 1治疗前和治疗期间采集新鲜粪便样本，并进行宏基因组测序分析。鉴别出具有显著差异的丰富分类单元和预后相关的分类单元。进一步应用KEGG和MetaCyc数据库注释差异丰富的分类群，以探索肠道微生物群影响癌症免疫治疗的潜在机制。
图7：
这项研究通过对宏基因组数据分析发现74个类群在临床受益反应(CBR)组显著富集，40个类群在非临床受益(NCB)组显著富集。其中，在CBR组中显著富集的有Lachnospiraceae细菌，并且Alistipes sp marseile丰度较高的患者比丰度较低的患者获得了更长的无进展生存期(PFS)和总生存期(OS)。PFS较好的患者在CBR组中也有较高丰度的高温瘤胃球菌(Ruminococcus calidus)和丹毒杆菌。通过数据库功能注释提示，在CBR组富集的类群与能量代谢相关，而在NCB组富集的类群与氨基酸代谢相关，这可能调节了肝胆癌患者对免疫治疗的临床反应。此外，免疫治疗相关的不良事件也受到肠道微生物群多样性和相对丰度的影响。
图8：
最终这项研究结果表明在肝癌患者中，肠道微生物群与抗pd-1免疫治疗的临床反应有关。应答者中丰富的分类特征是预测免疫治疗的临床反应和生存效益的有效生物标志物，这可能为调节癌症免疫治疗的反应提供一个新的治疗靶点。
这篇文章只是测了几十例癌症患者的宏基因组加上一些简单的流式分析结果就能发表在这么高分的杂志上，说明此类研究深得编辑的喜爱。
5.小结
在本文的最开始我们就已经谈到肠道菌的组成可以影响免疫系统，与此同时，机体的免疫系统也会反过来作用于肠道菌群。在很多自身免疫病患者的肠道中，各种菌群的种类和风度均遭到严重破坏。除此之外，还有其它很多其他因素可影响肠道微生物组成——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，以及它们是否共同参与影响癌症治疗，类似于此类重要问题仍然存在。
虽然截止到目前，虽然我们对肠道菌已经有了初步的认识，但是尚不清楚怎样的肠道菌群组成对促进抗肿瘤免疫反应是最佳的，而且存在各种各样的治疗选择来改变菌群，需要在大量临床试验的保障下不断测试。此外，在调节肠道微生物群(例如，使用抗生素)和维持变化的方法(通过膳食和益生元补充)之前使用预备方案也是重要的考虑因素。只有通过对这些相互作用的全面了解(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微生物群，以增强抗肿瘤免疫和整体免疫，从而有可能加强免疫监测和癌症治疗。
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