前言

腫瘤免疫治療的療效在很大程度上取決于腫瘤微環境，尤其是腫瘤免疫微環境。新的研究表明，微生物存在于腫瘤細胞和免疫細胞內，表明這些微生物可以影響腫瘤免疫微環境的狀態。

腫瘤微生物微環境在腫瘤免疫微環境中的作用是多方面的：可能作為免疫激活劑、抑制劑或旁觀者。潛在的機制包括：（I）癌細胞和免疫細胞呈遞微生物抗原，（II）微生物抗原模擬腫瘤抗原，（III）微生物誘導的免疫原性細胞死亡，（IV）由模式識別受體介導的微生物輔助性，（V）微生物衍生的代謝物，以及（VI）微生物對抑制性檢查點的刺激。

總的來說，腫瘤微生物微環境調節腫瘤免疫微環境，使其成為改善免疫治療的潛在靶點。這是一個面臨重大挑戰的新領域，值得進一步探索。

腫瘤微生物微環境

人體容納著數萬億的微生物，其中一些微生物有助于致癌或抗癌反應。微生物，如細菌、真菌、病毒和支原體，存在于腫瘤組織內。在癌細胞和腫瘤浸潤性免疫細胞內可以觀察到微生物的殘留物，如DNA、RNA、肽和細胞壁成分。一些微生物代謝物，包括脂肪酸和肌苷，可以在腫瘤內積聚，并與癌細胞和免疫細胞上的受體結合。這些成分在腫瘤的發生、發展、轉移和免疫反應中都發揮作用，由它們形成的微環境不同于通常提到的腫瘤微環境，因此可作為一個新的類型，稱為“腫瘤微生物微環境”。               

腫瘤微生物微環境具有臨床意義。首先，腫瘤內微生物組具有腫瘤類型特異性和亞型特異性，有可能被用作診斷工具。例如，胰腺癌微生物組主要為變形菌門；而結直腸癌微生物組主要為厚壁菌門和變形菌門。其次，腫瘤組織的微生物組與正常組織的微生物組明顯不同，使其成為強大的治療靶點。某些微生物在腫瘤組織中特異性聚集，微生物被腫瘤吸引這一事實使這些微生物能夠被用作精確的抗癌藥物載體。第三，腫瘤微生物組在不同生存率的患者中是不同的，這使其成為一種潛在的預后工具。在胰腺癌中，與生存期短的患者相比，長期存活患者的腫瘤微生物組具有更高的α多樣性和假黃單胞菌-鏈霉菌-糖多胞菌-克勞斯芽孢桿菌的特征。

腫瘤微生物微環境的作用機制

多項研究已經觀察到腫瘤內微生物與腫瘤微環境之間的相關性。最近的研究表明腫瘤微生物微環境作用于腫瘤微環境存在多種機制，包括：（I）癌細胞和免疫細胞呈遞細菌肽，（II）細菌抗原模擬腫瘤抗原（III）微生物誘導的免疫原性細胞死亡（IV）輔助模式識別受體介導的信號通路（V）微生物衍生代謝物（VI）刺激抑制性檢查點。               

微生物抗原可能激活抗腫瘤T細胞

成功誘導適應性抗腫瘤反應需要兩個關鍵步驟。第一步是由人類白細胞抗原（HLA）呈遞腫瘤抗原以激活CD8+T細胞。第二步是激活的CD8+T細胞識別和殺死抗原特異性的癌細胞。然而，癌細胞可以通過多種機制向免疫細胞隱藏其抗原。

細菌肽在黑色素瘤轉移中普遍存在，它們可以通過黑色素瘤細胞和腫瘤浸潤性免疫細胞上的HLA分子呈現，證明其作為腫瘤特異性抗原的潛力。攜帶細菌肽HLA復合物的B細胞在體內可激活腫瘤浸潤性T細胞分泌IFN-γ，其他細菌肽也在多種黑色素瘤患者中普遍存在，此外，鑒于細菌肽是外源性的，與腫瘤抗原相比，它們更有可能觸發免疫反應。

然而，細菌肽作為腫瘤特異性抗原仍然存在一些問題。首先，正常組織中是否存在細菌肽尚不清楚，如果細菌肽也出現在正常組織中，那么這些組織將不可避免地受到攻擊。其次，癌細胞呈現的細菌肽在體內沒有觸發有效的抗癌免疫，其根本原因尚不清楚。細菌肽、癌細胞和體內免疫細胞之間的相互作用需要進一步研究。

微生物抗原模擬激活抗腫瘤T細胞

抗原模擬是一種微生物與腫瘤抗原共享相似抗原表位的現象, 微生物特異性T細胞可以識別并殺死表達類似抗原表位的癌細胞。

Alexandra Snyder及其同事分析了不同預后的黑色素瘤患者的腫瘤新抗原表位。他們發現一些腫瘤新抗原表位與微生物表位同源，而且同源性越高，臨床預后越好。這一發現表明，抗原模擬存在于腫瘤中，并有可能影響免疫反應。

Shin Heng Chiou及其同事分析了178例肺癌患者的77萬條T細胞受體序列。他們發現，與正常組織相比，腫瘤組織過表達了一種與EB病毒和大腸桿菌發生交叉反應的蛋白質，這種而且交叉反應存在于多個肺癌樣本中。未來有必要探索在各種類型的腫瘤中存在的微生物抗原模擬，這些“模擬抗原”可能為癌癥治療提供新的前景。

微生物誘導的免疫原性細胞死亡

免疫原性細胞死亡（ICD）是一種細胞死亡形式，死亡細胞釋放抗原和佐劑以增強免疫反應。它可以由微生物觸發，一些研究人員將細菌的空包膜和oxaliplatin結合起來治療晚期結直腸癌小鼠模型，聯合策略通過強化ICD強烈抑制腫瘤生長并延長小鼠的生存期。

溶瘤病毒或細菌特異性地定向于腫瘤微環境并溶解腫瘤細胞，從而釋放腫瘤抗原、損傷相關分子模式和病原體相關分子模式，以招募外周免疫細胞或重新啟動已有的抗腫瘤免疫細胞。同時，微生物本身可以作為一種很有前途的免疫佐劑來促進炎性TME，從而進一步增強抗腫瘤免疫。

輔助模式識別受體調節TME

微生物輔助性是指來源于微生物的病原體相關分子模式的免疫調節作用。病原體相關的分子模式可以通過模式識別受體（PRR）來感知，Toll樣受體（TLR）是研究最多的PRR亞型，TLRs的微生物激活在腫瘤免疫微環境中扮演著雙刃劍的角色。

首先，腫瘤內微生物通過TLR驅動免疫抑制腫瘤微環境的形成。在患有胰腺癌的小鼠模型中，腫瘤內微生物選擇性激活單核細胞中的TLR，以誘導M2樣TAM分化。TLR4識別的細菌脂多糖誘導肝細胞表達CXCL1，CXCL1是一種趨化因子，可招募CXCR2+多形核MDSC形成免疫抑制環境，促進小鼠膽管癌。類似地，TLR4識別的梭桿菌上調IL-6/p-STAT3/c-MYC信號通路，導致M2樣TAM極化和結直腸癌進展。

另一方面，腫瘤內微生物通過TLR維持免疫刺激性腫瘤微環境，因此充當抗癌劑。在肺癌小鼠模型中，細菌脂蛋白激活TLR2，MDSCs被重新編程以分化為炎癥M1表型。此外，TLR激動劑與IFN-γ協同作用，增加促炎細胞因子TNF-α、IL-12p40和IL-12p70，降低IL-10，形成炎癥微環境，激活抗腫瘤免疫反應。

總的來說，微生物通過PRR調節腫瘤免疫微環境，一種特定的微生物可以同時與各種PRR相互作用，因此，微生物的免疫調節作用是許多不同PRRs介導的信號通路的總和。

微生物的衍生代謝物

微生物代謝產物如短鏈脂肪酸（SCFA）、膽汁酸和肌苷可進入血液。一些微生物源性代謝產物的受體在癌細胞和腫瘤浸潤的免疫細胞上表達，表明微生物源性代謝產物在腫瘤微環境中的潛在作用。

SCFA是由腸道厭氧菌發酵的膳食纖維的產物，SCFA包括乙酸、丙酸和丁酸。對于正常的腸上皮細胞，SCFAs起到抑制促腫瘤炎癥的作用。例如，丁酸可以增加了腸道微環境中IL-10和維甲酸的水平，從而促進了幼稚T細胞向調節性T細胞的分化。此外，它還促進調節性T細胞的增殖，從而抑制促腫瘤炎癥。

次級膽汁酸，如ω-murocholic酸，下調肝竇內皮細胞趨化因子CXCL16的分泌。因此，CXCR6-CXCL16相互作用招募的自然殺傷T細胞減少。抗生素可以消除微生物，逆轉上述效應。目前的研究表明膽汁酸通過CXCL16-CXCR6調節自然殺傷細胞在肝癌的發生和發展中起著重要作用。

刺激抑制性檢查點

有核梭桿菌通過Fap2和TIGIT之間的相互作用或Fap2和CEACAM1之間的相互作用抑制自然殺傷細胞和細胞毒性T細胞的活性。幽門螺桿菌通過其外膜蛋白HopQ作用于CEACAM1，抑制免疫細胞。除了幽門螺桿菌和核梭桿菌外，其他細菌，如致病性奈瑟菌，也能與CEACAM1結合。

另一個檢查點CD47在腫瘤細胞表面表達。SIRPα是CD47的配體，在樹突狀細胞和巨噬細胞上表達。瘤內注射抗生素清除了雙歧桿菌，降低了CD47阻斷的效果，表明雙歧桿菌可能是CD47阻斷的潛在佐劑。

腫瘤微生物微環境的臨床應用

成功誘導抗腫瘤適應性免疫應答需要三個要素：抗原、佐劑和合適的免疫微環境。腫瘤微生物環境同時影響這三種元素，使其成為ICIs治療的一個有希望的組合。內源性微生物調節的臨床策略包括抗生素和益生菌。外源性微生物調控利用合成生物學方法產生的微生物，如工程菌和溶瘤病毒。使用卡介苗（BCG）治療非肌肉浸潤性膀胱癌以及使用溶瘤病毒talimogenelaherparepvec（T-VEC）治療晚期黑色素瘤是成功的腫瘤微生物微環境調節的兩個例子。 

合成生物學

長期以來，微生物一直被用作可編程的藥物輸送平臺。最近，微生物被設計用來加強免疫治療。研究設計了一株非致病性大腸桿菌，以負載CD47納米抗體阻斷劑。該菌株在腫瘤內定植并釋放CD47納米抗體阻斷劑，然后激活腫瘤浸潤性T細胞以消除腫瘤。

另一種名為SYNB1891的工程化大腸桿菌菌株也采用了類似的策略。該菌株激活抗原呈遞細胞中的STING通路，從而增強癌細胞的吞噬作用。除了向腫瘤中添加免疫刺激微生物外，合成生物學還可以將免疫抑制微生物從腫瘤中移除。例如，有核梭桿菌特異性噬菌體和納米銀顆粒的復合物清除了腫瘤內的有核梭桿菌，減少了腫瘤內髓源性抑制細胞，增強了ICIs的功效。

抗生素和免疫檢查點抑制劑

臨床上，抗生素使用與ICIs治療的臨床結果呈負相關。抗生素對免疫治療的影響可以用抗生素介導的微生物調節來解釋。一方面，抗生素可引起微生物干擾，損害ICIs的療效。另一方面，抗生素可以清除化療誘導的有害微生物，從而提高ICIs的療效。因此，在臨床前實驗和臨床試驗中都需要監測微生物的變化，以確認微生物在抗生素和ICIs相互作用中的影響。

益生菌和免疫檢查點抑制劑

目前，正在進行幾項將益生菌和ICIs相結合的臨床試驗。已發現口服益生菌通過多效性機制恢復抗癌免疫和ICIs功效。然而，口服益生菌引起的腫瘤微生物微環境的變化尚不明確，因此需要在未來的臨床試驗中檢測。

小結

總的來說，微生物，包括細菌、真菌、病毒及其成分和代謝物，存在于各種腫瘤組織中，形成腫瘤微生物微環境。目前的研究已經揭示了一些微生物作為免疫激活劑、抑制劑或旁觀者的作用。考慮到腫瘤微生物微環境的多方面作用，其調節策略包括合成生物學、抗生素和益生菌可作為免疫治療的潛在組合。

腫瘤微生物微環境是一個面臨重大挑戰和機遇的新領域。全面了解腫瘤內微生物及其在腫瘤免疫微環境中的作用將為研究腫瘤-免疫-微生物關系提供一個概念性轉變。腫瘤微生物組可能被用作一種預后或預測工具，這也可能有助于開發新的抗癌藥物。重要的是，它可能開啟下一波精準醫學和免疫治療的組合策略。

參考文獻：

1.The role of the tumor microbemicroenvironment in the tumor immune microenvironment: bystander, activator, orinhibitor? J Exp Clin Cancer Res. 2021; 40: 327.

       原文標題 : 了解腫瘤微生物微環境