顶刊综述

编译：微科盟小木，编辑：微科盟小编、江舜尧。

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导读  

肠道和其他生态位内的微生物可能有助于致癌，以及塑造癌症免疫监测和对免疫治疗的反应。我们对不同宿主固有微生物之间的复杂关系以及它们影响健康和疾病的多方面机制的理解，极大地促进了靶向微生物群的新型治疗策略的发展，以改善癌症的治疗结果。因此，对患者微生物组成和功能的评估及其后续的靶向调节是未来多学科和精准医学方法的关键要素。本篇综述概述了利用微生物群更好地预防和治疗癌症的研究现状。  

论文ID

原名：Targeting the gut and tumor microbiota in cancer   

译名：靶向癌症中的肠道和肿瘤微生物群  

期刊：Nature Medicine  

IF：   87.241  

发表时间：2022.4  

通讯作者：Jennifer A. Wargo  

通讯作者单位：美国德克萨斯大学MD安德森癌症中心  

DOI：10.1038/s41591-022-01779-2  

综述目录

1 前言

2 涵盖健康、疾病和癌症的肠道微生物群

2.1 对系统免疫和癌症治疗反应的作用机制

2.2 临床前证据

2.3 临床证据

2.4 对治疗相关毒性的影响

2.5 超越细菌

3 组织驻留微生物和肿瘤内微生物是敌是友？

3.1 组织和肿瘤微生物及其致癌作用

3.2 组织和肿瘤微生物及其在抗肿瘤免疫反应中的作用

4 靶向癌症中的肠道和肿瘤微生物群：当前和新兴策略

4.1 粪便微生物移植

4.2 确定的微生物群和益生菌

4.3 靶向抗生素、基于噬菌体、小分子和基于CRISPR的策略

4.4 饮食和益生元策略

4.5 涉及基于组织和肿瘤微生物的治疗策略

5 未来展望：个性化方法

6 结论

主要内容

1 前言

起源于35亿年前的微生物是地球上最古老的生物之一，它们通过光合作用和其他过程产生氧气，创造了更适宜居住的环境。自古以来，微生物一直在塑造地球和我们的环境，栖息在单个生物体中的微生物对生理有着深远的影响，能够影响整体健康和疾病状态。这包括存在于人类胃肠道(GI)系统中的大部分微生物，这些微生物影响许多生理过程，包括消化、代谢、认知发育和功能，以及免疫系统发育和功能。重要的是，胃肠道和其他生态位中的微生物也可以促进疾病的发展，如癌症。

在过去的十年中，癌症治疗领域最具变革性的进步之一是免疫疗法的使用，这种方法被整合到几乎所有癌症的治疗中。具体来说，免疫检查点阻断(ICB)治疗显著提高了多种癌症类型的生存率。然而，ICB的全部治疗潜力仍未完全实现，因为并非所有患者都能获得持久的疗效，很大一部分患者表现出原发性或获得性耐药。例如，高达50%的黑色素瘤患者和25-44%的非小细胞肺癌患者存在原发性ICB耐药。这为发现改善反应和克服对这种强大治疗形式的抗性的新策略提供了机会。

研究已经确定了与对ICB反应相关的宿主相关基因组和分子生物标志物，并且新出现的证据体现在也涉及宿主固有微生物及其基因(统称为微生物组)，特别是那些存在于GI内的微生物，影响对ICB的反应。事实上，肠道微生物群的组成似乎对ICB的治疗反应具有预测性和预后作用，因为在几个接受ICB治疗的癌症队列中，不同的肠道微生物特征将健康个体与癌症患者、反应者与无反应者区分开来。这些发现导致了新的基于微生物群的治疗策略的开发和实施，旨在调节患者肠道微生物及其功能，以增强对ICB的临床反应并消除治疗毒性。目前，几种干预策略，如粪便微生物群移植(FMT)、益生元、益生菌和抗生素治疗以及饮食干预，已显示出作为肠道微生物组调节剂的早期前景。然而，肠道微生物群的最终治疗作用与其功能状态及其对系统免疫和整体宿主健康产生有利影响的能力有关。因此，表征肠道微生物群相关的系统生物学功能和潜在的分子机制对于发现新的、可操作的靶点以用于未来的干预和临床评估至关重要。

除了肠道微生物组，我们现在正进入研究和操纵肿瘤内微生物组以增强对癌症治疗的临床反应的时代。肿瘤微环境(TME)是微生物生长的一个有吸引力的生态位，一个多世纪以来，已经在癌症患者的肿瘤中发现了微生物，尽管迄今为止微生物的广度及其影响的深度还没有得到完全的认识，主要是由于技术限制。现在，新一代测序(NGS)技术的进步使人们对实体恶性肿瘤中肿瘤内微生物组的局部多样性和功能相关性有了更大的认识，但其最终作用尚不完全清楚，因为某些微生物似乎促进了肿瘤的发生，而另一些微生物则通过充当免疫佐剂来辅助抗肿瘤免疫反应。事实上，与肠道相关的特征不同，与反应相关的肿瘤内微生物组特征的综合表征仍处于起步阶段。然而，现在存在新的研究和治疗机会来靶向肿瘤内微生物来阻断、治疗甚至完全预防癌症。

本篇综述讨论了肠道和肿瘤内微生物群在癌症发展和治疗反应中的相关性，重点介绍了近年来推动该领域向前发展的关键研究。我们强调了寻求操纵这些微生物群以提高癌症治疗结果的新兴和未来策略；最后，我们讨论了未来5到10年内将微生物靶向发展为个性化癌症护理支柱的潜在未来策略。

2 涵盖健康、疾病和癌症的肠道微生物群

除了特定胃肠道细菌在局部致癌作用中的公认贡献外(如胃癌中的幽门螺杆菌 Heliobacter pylori 和结直肠癌中的具核梭杆菌 Fusobacterium nucleatum )，现在很清楚的是，GI(肠道)内的微生物也可以塑造整体免疫并影响系统水平的健康和疾病(包括癌症)状态(表1)。这是由系统免疫和炎症标志物、组织免疫和肿瘤免疫以及肠道和肿瘤微生物群之间的动态相互作用介导的。重要的是，微生物群现在被确定为癌症标志最新迭代中的一个促成因素。

表1 肠道和组织微生物对健康、疾病和癌症的影响。

系统免疫：加符号表示观察到的免疫水平(++++表示最高水平)；“Minimal”表示最低水平。全身炎症，加符号表示观察到的炎症程度(++++表示最高)；“Minimal”表示最低水平。组织免疫，加号表示组织内局部免疫水平(++++表示最高水平)；“Minimal”表示最低水平。

2.1 对系统免疫和癌症治疗反应的作用机制

许多研究表明肠道微生物群和ICB反应之间存在联系。肠道内的微生物通过几种标志性机制影响宿主免疫和对癌症治疗的反应。其中包括：(1)对肠道内其他微生物的影响，导致生态系统发生变化；(2)对肠壁的影响，包括肠细胞(诱导自噬和细胞凋亡)和肠道相关淋巴组织；(3)感知辅助信号的模式识别受体的局部或全身刺激，(4)通过肠道激素的分泌发挥全身神经内分泌作用，(5)通过合成多胺和B族维生素产生系统代谢作用，以及(6)诱导对与肿瘤相关抗原交叉反应的微生物抗原的免疫反应(图1)。虽然这些特征影响对各种癌症治疗的反应和耐药性，但重要的是要注意它们高度依赖于环境，这强调了在评估微生物组在个体癌症治疗中的作用时考虑患者特异性和肿瘤特异性因素的重要性。

图1 肠道微生物组对免疫、健康和疾病影响的特征。过去十年的研究表明，肠道微生物组与健康之间存在多方面的关联，涉及多个领域：免疫调节、内分泌调节、分子模拟、微生物代谢物、膳食代谢物、药效学改变和MAMPs。每一种都在健康和疾病中发挥作用，包括癌症。与有利的抗肿瘤反应相关的作用或机制没有任何符号列出，而与促肿瘤状态相关的作用或机制用星号表示。上下文相关的作用用两个星号表示。效应生物的示例列在作用或机制下面，其活性已被证明。

2.2 临床前证据

肠道微生物影响系统免疫的临床前和临床证据无处不在。例如，无菌小鼠(在无菌环境中饲养)免疫系统不成熟，缺乏成熟的次级和三级淋巴器官，无法对疫苗接种作出反应。此外，在无特定病原体条件下饲养的小鼠中，广谱抗生素联合使用会降低胃肠道内细菌多样性，这会对化疗药物(如环磷酰胺或奥沙利铂)的疗效产生负面影响，这两种药物都部分通过免疫机制发挥作用。在临床前模型中，广谱抗生素的使用也会对靶向细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4 (CTLA-4)或程序性细胞死亡蛋白1/程序性死亡配体1 (PD-1/PD-L1)的ICB治疗结果产生负面影响。值得注意的是，从癌症患者到抗生素预处理小鼠的FMT将动物转化为具有预测患者对PD-1阻断反应或无反应的潜在能力的“化身”，尽管这种方法并未广泛使用，并且需要进一步的研究和验证。

2.3 临床证据

与来自临床前模型的证据一致，大量研究表明，与未接受抗生素治疗的患者相比，在ICB治疗前或治疗期间接受广谱抗生素治疗的癌症患者的无进展生存期(PFS)和总生存期较短。这支持了这样一个假设，即不受干扰且多样化的微生物群对于有效的癌症免疫监测至关重要，同样，生态失调的微生物群对癌症免疫周期产生负面影响。事实上，之前的研究已经表明，在几种癌症类型中，活动性癌症患者肠道中某些微生物类群的相对丰度与无癌症个体相比有所增加(图2a)，尽管这些肠道微生物与癌变之间的因果关系尚未确定，显然有必要进一步调查。此外，特定微生物类群与几种癌症类型对ICB的反应有关，在这些癌症类型中发现了一些一致的细菌类群(图2b)。

然而，尽管在已发表的癌症类型研究中，与ICB反应相关的肠道微生物存在一些重叠，但这种重叠是适度的，不能用测序方法的差异来解释。这强调了从功能角度和/或通过对人类队列进行更深入和彻底的表征，以及通过临床前模型中的机制研究来识别肠道微生物组更统一的免疫激活和反应相关特征的机会。

图2 与癌症诊断或对ICB反应相关的肠道肿瘤微生物组特征。a Yonekura等人在最近的研究中描述了对从1900多名癌症患者(8个不同阶段的不同恶性肿瘤)收集的粪便材料进行了鸟枪法宏基因组学分析，并将其与5500多名健康个体的粪便材料进行了比较。LEfSe分析以及相对丰度的成对比较被用于所选群组之间的比较。这表明健康个体肠道微生物群中选定的分类群(蓝色)过多，而癌症患者肠道微生物群中其他分类群(红色)相对过多。b数据来自14项研究，这些研究分析了基线癌症患者粪便的分类组成对ICB治疗后各种癌症类型和阶段(III和/或IV期)以及地理位置(法国、欧洲、美国、加拿大、日本和中国)的临床结果(根据实体瘤疗效评价标准(RECIST 1.1)进行放射学评估的ORR或PFS)的影响。研究的选择基于以下标准：使用16S rRNA和/或鸟枪法宏基因组测序的大型队列、排除伴随化疗或酪氨酸激酶抑制剂的ICB治疗、排除抗生素治疗的个体。使用LefSe(LDA得分>1.5)仅保留与结果显著相关的细菌或古菌(经错误发现率(FDR)校正后)，以评估粪便微生物组在科和/或属和/或种水平上的判别特征。与临床获益相关(或不相关)的有益微生物和有害微生物分别用蓝色和红色表示。只有在独立研究中发现至少两次并与相同的一般效应(有益与有害)相关的科、属或类群在b中突出显示。CMML，慢性粒单核细胞白血病；HCC，肝细胞癌；NSCLC，非小细胞肺癌；HBC，肝胆癌。

2.4 对治疗相关毒性的影响

除了识别与反应相关的微生物特征外，肠道中的特定微生物类群和生态失调也与治疗相关毒性(与ICB、干细胞移植和其他癌症治疗相关)有关。这些发现为分别使用FMT疗法或靶向微生物调节疗法等技术恢复健康微生物群或靶向特定微生物以减少治疗相关毒性提供了机会。例如，在CRC的临床前模型中，FMT已被证明可以减轻5-氟尿嘧啶化疗的不良事件。在临床前模型中，FMT和吲哚3-丙酸(一种具有细胞内信号转导活性的微生物代谢物)均被证明可以防止辐射相关毒性，并且双歧杆菌(Bifidobacterium)给药与CTLA-4相关肠道毒性降低有关。

2.5 超越细菌

虽然迄今为止的许多研究都集中在与反应和毒性相关的细菌类群上，但今后还必须考虑对其他微生物(例如病毒/噬菌体和真菌)进行研究。这将需要结合宏基因组测序方法，因为传统的微生物组分析依赖于细菌特有的16S核糖体RNA(rRNA)测序。全基因组测序可能有助于识别与反应相关的其他几种微生物，也可能辅以其他功能评估，如RNA测序(RNA-seq)、短读长测序和代谢组测序。这些方法可能会产生新的和关键的机制见解，为未来靶向这些微生物功能的策略提供信息，而不是仅仅依赖于系统发育学。目前，缺乏用于样品制备、测序、数据处理和分析的标准化方法是一个重大挑战，需要在未来的努力中加以解决。尽管存在这些挑战，但在未来十年中，肠道微生物分析和靶向几乎肯定会成为个性化医疗和健康方法结构的一部分。

3 组织驻留微生物和肿瘤内微生物是敌是友？

除了肠道内的微生物外，其他生态位中的微生物也可能会深刻影响宿主生理机能。这包括外表面和粘膜部位的微生物，以及组织驻留微生物。一个多世纪以来，在肿瘤组织中也发现了微生物，尽管在它们影响癌变和治疗反应的机制方面已经有了一些见解，但仍有很多方面需要了解。最近，NGS的进展极大地促进了全身组织中微生物的鉴定及其与健康和疾病(包括癌症)的关系，尽管为其他目的收集的NGS数据的挖掘存在复杂性。例如，poly(A) mRNA捕获通常用于在RNA-seq之前富集真核转录本，这限制了传统RNA-seq数据集用于研究微生物组的效用，因为它们缺乏有价值的原核转录本。即使当NGS方法被专门用于识别组织和肿瘤中的微生物时，也存在额外的复杂性，因为这些外周位点的相对生物量(以及起始信号)远低于肠道内的生物量。此外，在组织采集、处理和测序过程中，环境来源的污染对正确分析微生物存在构成了另一个重大挑战，尽管正在开发先进的计算机“去污”算法以应对这一挑战。尽管如此，虽然对样本中的微生物进行准确分析仍然至关重要，但对人体组织中的微生物进行深度测序是一个富有成果的研究领域，有机会靶向癌症和其他疾病中的组织和肿瘤微生物进行研究。

为什么会在生物体内的组织和肿瘤中发现微生物？事实上，肿瘤/癌症和癌前病变可以证明特别适宜微生物定植和持续存在的环境。快速血管生成和肿瘤坏死有助于高度缺氧和营养丰富的TME的发展，该TME可以支持兼性和/或厌氧细菌菌株的特定定植。这些微生物可通过多种机制深刻影响癌症的发生、发展、治疗反应和抗肿瘤免疫(图3)。

图3 组织和肿瘤微生物对癌症的影响的特征。越来越多的证据表明，基于组织和基于肿瘤的微生物与宿主细胞在多个领域之间存在关联和相互作用：宿主遗传、局部免疫、代谢物和MAMPs。这些都在肿瘤进展和抗肿瘤治疗反应中发挥作用。与抗肿瘤反应相关的作用、介质或机制没有任何符号标记，而与促肿瘤状态相关的作用、介质或机制则用星号表示。上下文相关的作用、介质或机制用两个星号表示。

3.1 组织和肿瘤微生物及其致癌作用

在不同的肿瘤类型中，TME的特性导致检测到每种癌症类型的不同肿瘤内微生物组。肿瘤内微生物通常在TME的癌细胞、基质细胞和免疫细胞内定植。有趣的是，历史证据已经阐明了肿瘤内微生物驱动致癌作用的几种机制。

首先，组织驻留微生物可以通过改变宿主基因组的各个方面来促进肿瘤的发生。例如，组织驻留细菌可以通过它们表达的基因毒素直接诱导DNA损伤。值得注意的是，表达大肠杆菌素的大肠杆菌(Escherichia coli)、表达细胞致死膨胀毒素的变形菌和空肠弯曲杆菌(Campbylobacter jejuni)可诱导双链DNA断裂，而Bilophila wadsworthia、具核梭杆菌和Desulfovibrio desulfurican则可通过产生活性氧诱导DNA氧化应激。除了直接诱导DNA损伤外，组织驻留微生物(如表达EspF的大肠杆菌和幽门螺杆菌)可以破坏DNA错配修复机制，进一步加剧基因组不稳定性并驱动肿瘤发生。单独而言，细胞周期也可能被组织驻留病毒直接破坏，从而促进肿瘤的发生，人类乳头瘤病毒(HPV)和EB病毒(EBV)驱动恶性肿瘤的机制就证明了这一点。微生物(及其残体，如内源性逆转录病毒)也已被证明通过与宿主基因组相关的其他机制驱动肿瘤的发生，例如通过改变局部表观遗传景观或劫持宿主转录。

其次，基于组织的微生物可以通过在组织内诱导促肿瘤炎症环境来促进肿瘤形成。一些物种，如产肠毒素的脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)(ETBF)、具核梭杆菌、大肠杆菌和窄食单胞菌/S单胞菌(Stenotrophomonas/Selenomonas)，会产生能够引发炎症反应和募集免疫亚群的毒素，共同促进局部组织的过度增殖。在结肠细胞中，脆弱拟杆菌毒素启动STAT3核因子-κB(NFkB)依赖的促炎信号级联反应，产生细胞因子，如白细胞介素(IL)-17和IL-23，已被证明可募集促肿瘤髓样细胞。此外，幽门螺杆菌通过其细胞毒素相关基因A(CagA)的表达促进胃组织中的过度增殖性炎症，而具核梭杆菌通过表达蛋白FadA在结直肠组织中实现同相同的表型。选择的微生物相关分子模式(MAMPs)也被证明可以促进肿瘤发生。例如，在化学诱导的皮肤癌模型中，骨髓源性白细胞中鞭毛蛋白依赖性Toll样受体5(TLR5)的激活增强了致癌作用。

微生物对肿瘤进展的影响也超越了细菌。由特定微环境的真菌成分组成的真菌生物组与胰腺导管腺癌(PDA)的发展有关。真菌的迁移，特别是马拉色菌属物种(Malassezia spp.)从肠道迁移到胰腺，通过甘露糖结合激活补体促进PDA的发展。

最后，微生物代谢的副产物也可能导致癌变。次级代谢物，如次级胆汁酸、石胆酸和脱氧胆酸，以及分解代谢物(如乙酸和丁酸)，在一些癌症模型中均通过促进上皮间质转化和/或细胞增殖发挥致癌作用。脱氧胆酸与CRC、肝细胞癌和食道癌有关，在高脂肪饮食的作用下，脱氧胆酸水平升高，这进一步为某些高风险饮食与消化道癌症发展之间的关联提供了机制基础。

3.2 组织和肿瘤微生物及其在抗肿瘤免疫反应中的作用

除了在某些组织类型的肿瘤发生中发挥作用外，基于组织的微生物还可以通过改变局部细胞因子和免疫细胞形态来影响已发展的癌症病灶内的免疫景观。但必须指出的是，这些影响高度依赖于环境，因为不同的微生物已被证明会极化不同类型的局部免疫反应，这些免疫反应可有利于肿瘤生长，也可以抑制肿瘤生长。

在许多情况下，肿瘤内微生物通过促进免疫耐受性来驱动肿瘤进展。首先，微生物可能通过有条件地激活模式识别受体来实现这一目标。例如，在TME的癌细胞和免疫细胞中都发现了细菌脂多糖，它可以结合浸润单核细胞上的TLR4，使其分化为免疫抑制性M2表型；也可以在肿瘤细胞上促进CD11b+Gr1+髓源性抑制细胞和CD1d+CD5+调节性B细胞的募集，它们可共同抑制局部抗肿瘤T细胞反应。此外，在CRC中，微生物肽聚糖对NOD1的激活已被证明以精氨酸酶1依赖性方式诱导髓源性抑制细胞驱动的免疫抑制。

肿瘤内微生物也可以通过改变局部细胞因子环境或上调肿瘤细胞上的免疫调节配体来介导免疫抑制。在PDA中，变形菌(Proteobacteria)通过上调免疫调节细胞因子(如IL-10)来促进免疫逃逸，从而降低干扰素(IFN)-γ+ 1型辅助性T细胞的极化，并使肿瘤浸润性单核细胞向M2表型发展。此外，最近的研究表明，在病毒介导的肿瘤中，涉及PD-1和CTLA-4的免疫调节通路上调。例如，在头颈部鳞状细胞癌(HNSCC)中，HPV整合已被证明可以上调编码PD-L1(CD274)和PD-L2(PDCD1LG2)的基因的表达，从而抑制抗肿瘤免疫反应。

另一方面，肿瘤内微生物也可能支持抗肿瘤免疫。在不同的情况下，MAMPs对TLR2、TLR6、STING154和NOD1的肿瘤内激活已经证明了对癌性病变的免疫监视增强且有效。最近的证据还表明，微生物可以作为局部淋巴细胞活化的焦点，导致在TME内形成高治疗性的三级淋巴样结构(TLSs)。在CRC小鼠模型中，肝螺杆菌(Helicobacter hepaticus, Hhep)的实验定殖通过诱导经典的、含有生发中心的TLSs来降低肿瘤负荷。引人注目的是，这些经典的TLSs同时含有Hhep和Hhep特异性滤泡辅助性T细胞，这表明肿瘤内Hhep是TLS衍生的抗肿瘤免疫的焦点。与HPV阴性HNSCC相比，HPV阳性HNSCC等微生物相关癌症的特点是生存期延长、TLS频率增加和B细胞活性增强(体细胞超突变增加和优先向IgG1同型转变)，来自TLS相关肿瘤浸润性B细胞的抗体也显示出对HPV蛋白E2、E6和E7的高度识别。此外，微生物肽也被描述为存在于黑素瘤肿瘤细胞表面，并被T细胞识别。总之，这些结果表明，肿瘤内微生物抗原可以在TME中发现，并可能诱导强烈的局部免疫反应，特别是在TLS中，可以引发高治疗性和跨功能免疫。

4 靶向癌症中的肠道和肿瘤微生物群：当前和新兴策略

鉴于微生物在塑造免疫和其他生理过程中不可或缺的作用，人们可以预见，通过靶向重组来操纵肠道和组织驻留/肿瘤驻留微生物群的干预策略，和/或通过施用微生物衍生物来增强当前治疗，将成为癌症治疗的一个组成部分，将来会发展为癌症治疗的主要支柱。现在可以使用几种策略来靶向肠道和肿瘤微生物，包括(但不限于)FMT、使用单一菌株或设计联合体的靶向微生物策略、基于饮食和益生元、益生菌以及后生元的干预措施、靶向抗生素方法和基于噬菌体的方法。在癌症患者中研究这些方法的大量临床试验正在进行和/或已经完成(补充表1)，下面讨论了迭代这些方法以完全治疗、阻断和最终预防癌症的不同策略和机会。

4.1 粪便微生物移植

调节肠道微生物组最激烈但最有效的方法可能是FMT，即将供体(通常是健康个体或对治疗反应特别好的个体)的整个肠道微生物补体移植到受体中，如癌症患者。这种方法已证明成功地逆转了对ICB治疗的抗性；最近在转移性黑色素瘤患者中进行的两项关键研究表明，从对ICB完全缓解的患者到ICB耐药患者的FMT与这些患者的ICB耐药性逆转有关。在这些研究中，供体微生物群在受体肠道的成功定植增加了受体肠道中瘤胃球菌科(Ruminococcaceae)和双歧杆菌科(Bifidobacteriaceae)等细菌的丰度，这些变化与临床反应的改善有关。此外，FMT后这种改善的反应的特征是治疗患者的肿瘤和肠道中的免疫浸润增强，以及特异性治疗相关血清代谢物的富集。鉴于这些发现，目前正在进行严格的研究以确定癌症试验中理想的FMT供体是通过免疫疗法成功消除癌症的患者，还是未患过癌症的身体非常健康的个体。目前正在进行将ICB治疗与来自完全缓解供体和/或健康供体的FMT相结合的其他试验(NCT03772899、NCT04521075、NCT04924374和NCT04951583)，并显示出有希望的早期结果。

FMT的临床相关性也超越了ICB治疗，并改善了其他治疗应用。在临床试验中，早期I期研究的初步结果已将FMT确定为治疗类固醇难治性胃肠道移植物抗宿主病(一种造血干细胞移植治疗白血病的并发症)的一种有前景的方式，其中FMT受体表现出更大的移植物抗宿主病的临床缓解。因此，一些临床试验(NCT03819296、NCT04038619、NCT04721041和NCT04163289)也在探索FMT作为一种减轻治疗相关毒性的方法。需要注意的是，FMT试验遇到了一些挑战(如确定合适的FMT供体、确定移植前的最佳准备方案、剂量和给药途径等)，尽管这些试验的结果正被用于指导开发更有效的下一代基于微生物群的策略。

4.2 确定的微生物群和益生菌

虽然FMT方法涉及整个供体微生物群的移植，但最近调节肠道微生物群的研究集中在单一微生物物种和/或设计微生物群的特定移植上，以增强对ICB和其他形式癌症治疗的反应(补充表1)。早期研究结果显示了一些成功的证据。例如，在一项小型开放标签试验中，58%接受CBM588(一种含有Clostridium butyricum菌株的制剂)联合ICB治疗的转移性肾细胞癌(RCC)患者对治疗有反应，相比之下仅接受ICB治疗的患者中只有20%对治疗有反应。此外，接受CBM588治疗的患者的PFS显著增加至12.7个月，而仅接受ICB治疗的患者PFS为2.5个月，从而凸显了添加双歧杆菌产品可以提高RCC患者的临床结局。同样，几个提出假设的临床前和临床研究表明，嗜粘蛋白阿克曼氏菌(Akkermansia muciniphila)、双歧杆菌、鹑鸡肠球菌(Enterococcus gallinarum)或多个共生菌株的联合体也值得进一步的临床评估。

然而，尽管CBM588取得了上述早期成功，但这种整体方法的可行性和有效性仍有待确定。事实上，目前正在进行几项试验以评估微生物群或靶向微生物策略与当前的癌症治疗(例如NCT03686202和NCT05079503)方法相结合，这些试验的结果令人翘首以待。尽管如此，这些方法已在非癌症适应症(如艰难梭菌性结肠炎)中显示出显著的疗效，并且有望在癌症治疗中优化肠道微生物群调节的长期努力中具有比FMT更明显的优势。

其他基于益生菌的治疗方法也已被测试，但在考虑它们与ICB(和其他治疗方法)一起用于治疗癌症患者时应谨慎。最近的证据表明，在临床前癌症模型和接受ICB治疗的人类癌症队列中，市售益生菌的使用与较差的结果有关。尽管如此，开发新一代益生菌仍有巨大的机会，因为最近的研究表明，肠道中的特定微生物可能部分通过诱导TME中高度治疗性的TLSs来增强抗肿瘤免疫反应，这与各种癌症类型患者对ICB的反应有利相关。总之，这些研究方向共同为移植和靶向特定治疗性微生物开辟了新的可能性，以增强治疗、阻断和预防癌症的抗肿瘤免疫。

4.3 靶向抗生素、基于噬菌体、小分子和基于CRISPR的策略

如前文所述，广谱抗生素的使用和肠道微生物群的大规模破坏与ICB和其他疗法的不良结果相关。然而，精心选择的靶向潜在有害或致病微生物的抗生素方案，同时促进有益微生物(具有功能冗余和更好的群落结构)的扩增，可以促进宿主的良好反应。沿着这些思路，已经提出了使用CRISPR-Cas9-编码噬菌体选择性消耗特定疾病相关分类群，其在癌症治疗方面的应用前景仅处于起步阶段。此外，正在开发小分子方法来调节肠道微生物的组成和功能，这些策略避免了与微生物联合体的可扩展制造以及向患者熟练给药这些活体生物治疗药物相关的一些复杂性。这种方法已成功应用于动脉粥样硬化的临床前模型，通过给药小分子肽靶向重塑肠道微生物群与降低总胆固醇、减少动脉粥样硬化斑块和减少促炎细胞因子(如IL-6、肿瘤坏死因子和IL-1β)有关。这些类型的方法预计将在未来几年内扩展，并将随着我们在该领域的发展而极大地塑造治疗领域。

4.4 饮食和益生元策略

除了上述直接调节肠道微生物群的策略外，饮食也是调节微生物组成和功能的重要手段。虽然在过去几十年中，饮食和饮食干预在癌症中的作用已经得到了广泛的研究，但由于缺乏严格的标准化程序以及饮食与观察到的临床效果之间的相关关系而非因果关系的报告，这些研究都存在局限性。然而，来自临床前研究的有力证据表明，许多饮食策略，包括长期热量限制、短期饥饿、生酮饮食(或口服补充酮体3-羟基丁酸)、高纤维饮食和口服特定微量营养素，可能会在免疫治疗的背景下改善抗肿瘤免疫监测。此外，已经启动了多项评估癌症患者此类饮食干预的临床研究(补充表1)，并成功地将饮食建议(如建议遵循地中海饮食)纳入旨在使用FMT和其他策略调节肠道微生物组的临床试验中。此类研究至关重要，因为这代表了一种易于控制的策略，可以在其他微生物靶向策略或其他癌症治疗环境中调节肠道微生物的功能。已经有证据表明，在临床前模型和临床队列中，高纤维饮食通过增强TME内的T细胞活化和单核细胞重编程与ICB的临床结局改善有关。当然，这代表了一个可以由患者自己主动调节的可改变宿主因素，尽管医生的关键指导和数据驱动的方法来监测和支持患者的依从性至关重要，因为我们将这些饮食变化整合到癌症护理结构中。

除了改变饮食本身外，还有大量的机会将益生元的使用结合起来。益生元是化学定义的不可消化纤维(如菊粉或菊粉丙酸酯)，在临床前模型中已被证明会影响肠道微生物的功能状态。例如，补充多酚与丁酸产量增加以及双歧杆菌和乳杆菌数量增加有关。然而，值得注意的是，这些益生元的作用在很大程度上取决于肠道中存在的细菌种群，例如，碳水化合物发酵在普雷沃氏菌(Prevotella)占优势的微生物群和拟杆菌(Bacteroides)占优势的微生物群之间存在差异。尽管如此，益生元有可能通过调节细菌代谢物的产生和改变微生物生态系统来以多种方式调节生理学，所有这些都可以用于治疗潜力。

4.5 涉及基于组织和肿瘤微生物的治疗策略

通过直接将微生物引入癌症病灶来治疗癌症的概念已经存在了一个多世纪，并且得到了发生感染的癌症患者肿瘤消退的事件观察的支持。一个世纪后，使用微生物治疗癌症的严格努力正在进行，通过使用微生物菌株或毒素(如柯利毒素，Streptococcus pyogenes和Serratia marcescens产生的毒素的混合物)，显示出名义上但有希望的治疗效益。21世纪的新兴数据(其中许多已经在上文进行了讨论)现在重新燃起了对这一想法的热情，并催生了几项旨在引入或改变肿瘤内微生物以治疗癌症的实验研究。

几种微生物制剂，如具有选择性溶解癌细胞能力的野生型或经过修饰的活病毒(溶瘤病毒，如产生粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子的病毒T-VEC)和经过修饰以诱导治疗效益的细菌(例如Clostridium noyvi-NT，去除了产生毒素的基因)已经被用于临床试验，并在许多癌症治疗中显示出了良好的抗肿瘤疗效(补充表1)。例如，上述T-VEC溶瘤病毒与派姆单抗联合使用可在肉瘤患者中产生30%的总体客观缓解率(ORR)。同样，Pexa-Vac溶瘤病毒与西米普利单抗联合使用在RCC患者中也产生了37.5%的缓解率。经过修饰的细菌也被证明是有效的；李斯特菌工程菌株ADXS11-001分泌融合蛋白HPV-16 E7以靶向HPV阳性细胞，在HNSCC中显示出33%的HPV特异性缓解率。当这些相同的工程细菌与放疗和化疗联合用于HPV阳性肛门鳞状细胞癌患者时，导致9名患者中有8名(89%)在34个月后无疾病迹象。这些例子突出了微生物制剂在治疗现有肿瘤方面的潜在疗效。其他策略旨在预防癌症的发生，例如针对癌症相关感染因子(包括EBV和HPV)的疫苗接种。

令人鼓舞的研究结果(包括上面提到的那些)证明了设计微生物制剂的有效归巢，这使它们能够准确地靶向肿瘤细胞或TME，可能成为未来疗法开发的基础，其中基于微生物的疗法或疫苗不仅可以产生局部肿瘤治疗，还可以产生针对转移性疾病的系统保护。此外，识别和验证癌症类型中统一的、与治疗相关的肿瘤内特征可以加速广泛可用的现成癌症疗法的开发。

5 未来展望：个性化方法

随着微生物群作为健康和疾病的重要驱动因素的出现，现在有一个独特的机会将肠道和其他生态位中的微生物群分析和靶向整合到精准癌症护理中，并最终整合到整体精准健康中(图4)。目前，个性化癌症护理包括对癌变前或癌组织进行组织病理学特征分析、通过靶向基因分型或NGS方法对基因组或蛋白质组改变(如RAS、MSH/MLH和HER-2)进行分析，以及在基线和治疗期间进行有限的免疫细胞分析(PD-L1、CD8和其他标志物)，以帮助指导治疗和评估反应。在不久的将来，某些标志物可能会通过对肿瘤衍生的循环细胞游离DNA的无创检测进行分析。

目前，肠道、组织/肿瘤和其他生态位(包括基于血液的微生物特征)中的微生物群分析仅在研究的背景下进行，尽管将微生物群评估作为反应的生物标志物甚至作为治疗靶点的举措正在增加。正在探索对系统性炎症标志物(如C反应蛋白和IL-6)和系统免疫标志物(如中性粒细胞与淋巴细胞比值)的评估，但不属于当前临床标准的一部分。此外，在考虑治疗癌前病变、癌症和其他疾病状态时，并未始终纳入对饮食模式和其他生活方式因素(如睡眠和压力)的评估。

然而，潮流正在转变。目前正在出现一些策略，这些策略将更全面的方法纳入癌症的预防和治疗，并有机会通过多方面的监测、反馈和早期干预来促进健康。当然，在未来5-10年，人们可以设想出一种更全面的方法来治疗癌症患者，其中包括对组织/肿瘤和血液的体细胞和种系突变的评估，以及基于组织和血液的微生物特征(图4)。沿着这些思路，有必要对系统和组织/肿瘤免疫进行更深入地评估，并有机会通过改进免疫监测来靶向新的免疫机制以预防和治疗癌症。此外，随着我们开发更全面的方法来治疗癌症和其他疾病，对肠道(以及其他潜在生态位)微生物群的分析具有很大的前景，对系统性炎症标记物(除了当前已知标志物)以及生活方式和其他因素的评估也是如此。这些策略将通过使用新兴的技术进步得到极大的促进，如肠道芯片模型、可穿戴技术、用于微生物采样的可食用胶囊，代谢组学分析和智能马桶等。此外，通过人工智能整合多组学数据将为通过数学建模和其他方法改进治疗、阻断和预防策略提供机会，同时在现有方法的基础上进行迭代和构建。

对于肠道 微生物 群， 具有明显生态失调特征的个体，其特征是 多样性低，且存在大量 功能状态不佳的 不利和/或 病原 微生物， 可以从综合干预(FMT或完整的设计菌群)中获得最佳收益。相比之下，具有中度肠道菌群失调特征的个体，其特征是中等多样性和一些 功能状态 相对保留的有利物种，可能受益于 靶向 微生物干预，而具有良好微生物组的个体则不太可能从此类干预中受益，应通过饮食干预予以支持(应在所有治疗组中 始终如一地 实施)。与其他策略一起，上述方法将导致更优化的个性化癌症护理和改善精准健康。

图4 个性化方法结合以微生物为中心的干预措施:前瞻性观点。在癌症前期或癌症诊断的患者中，当前的分析和靶向治疗方法主要集中在有限的基因组和免疫分析上，没有对组织、肿瘤或肠道中的微生物进行一致的分析或靶向。对其他可改变因素(如饮食、压力和其他生活方式因素)的分析也很有限。鉴于微生物和其他因素在影响癌症发生和治疗反应中的新兴作用，有机会将这些微生物的分析和靶向纳入癌症护理并最终纳入整体精准健康，这将在未来5至10年内由新兴技术大大促进。

结论

在过去十年中，我们对宿主微生物对正常生理和疾病的作用的理解有了显著的发展，揭示了靶向肠道和其他生态位中的微生物来治疗疾病并最终促进整体健康的机会。然而，该领域还处于起步阶段，存在着巨大的机会来进一步阐明这些微生物影响生理和病理过程的机制，以及通过饮食干预和其他方法靶向它们的最佳方法。尽管挑战仍然存在，但我们预计在未来5到10年内，肠道和其他生态位中的微生物群分析和靶向将成为综合癌症护理以及其他疾病管理的一部分。