关键词:
下呼吸道菌群
免疫检查点抑制剂
非小细胞肺癌
多组学测序
摘要:
研究背景
免疫检查点抑制剂(Immune checkpoint inhibitors,ICIs)的使用相比传统化疗在晚期非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer,NSCLC)患者的一线治疗中取得巨大成功,但是多数患者因为原发性耐药以及继发性耐药的问题最终出现疾病进展,这限制了ICIs的临床应用。有研究发现肠道菌群可通过多种途径参与ICIs的应答,并且可通过“肠-肺轴”干预肺癌患者的抗肿瘤免疫疗效。但下呼吸道菌群在晚期NSCLC患者抗肿瘤免疫治疗中扮演的作用尚不清楚。基于对肠道菌群的研究发现其代谢产物可以作为重要的信号分子或者作为能量底物参与恶性肿瘤的发展和治疗,所以本研究从下呼吸道菌群及其代谢产物入手,以晚期NSCLC患者为研究对象,探索下呼吸道微生态在ICIs治疗中的作用,以期寻找具有良好预测功能的生物标志物。
研究目的
1.探究晚期NSCLC患者的下呼吸道菌群特征在接受ICIs治疗前后是否有差别,明确下呼吸道菌群与NSCLC的临床特征之间是否具有相关性;
2.明确下呼吸道菌群及其代谢产物在ICIs治疗中的作用及预测功能。
研究方法
1.连续纳入本中心未接受任何抗肿瘤治疗的NSCLC患者(未治疗组,n=28)和至少已接受ICIs治疗4周期的NSCLC患者(治疗组,n=28),收集其肺泡灌洗液(Bronchoalveolar Lavage Fluid,BALF)进行宏基因组测序,同时收集相应患者的临床特征信息用于后续分析,基于物种丰度进行测序后的分析,对数据进行了物种多样性、差异物种/功能及关联分析等,明确ICIs治疗前后下呼吸道菌群的变化特征以及下呼吸道菌群与临床特征之间是否具有联系。
2.对上述28例接受ICIs治疗的晚期NSCLC患者的BALF标本分别行16S r RNA测序和非靶向代谢组学测序,并进行物种多样性、指示物种分析及多组学联合分析等,明确不同疗效组下呼吸道菌群及代谢产物的差异。同时使用LEGENDplexTM多因子检测技术对该队列人群的BALF和血清中的13种抗肿瘤相关的细胞因子/趋化因子含量进行检测,随后应用Spearman相关性回归等探究不同组细胞因子/趋化因子的联系与改变。同时收集本队列患者经ICIs干预后的恶性肺组织28例及6例不同疗效组患者治疗前后的恶性肺组织,采用多重免疫荧光染色试剂盒进行多重免疫组化染色,测定浸润肿瘤组织特定免疫细胞的数量。
研究结果
1.晚期NSCLC患者未治疗组下呼吸菌群主要由厚壁菌门、衣原体门、变形菌门构成;在属水平主要由埃希氏菌属、γ变形菌、芽孢杆菌、假单胞菌、葡萄球菌、链球菌、弯曲杆菌和衣原体等构成;
2.晚期NSCLC患者ICIs治疗组下呼吸道菌群主要由放线菌门、厚壁菌门、拟杆菌门、变形菌门构成;属水平主要由芽孢杆菌、普雷沃氏菌、奈瑟菌、链球菌、金黄杆菌和韦荣氏球菌构成;
3.治疗组的α多样性显著低于未治疗组,β多样性也显示两组患者下呼吸道菌群构成具有统计学差异。当治疗组分为两组(R、NR)时α、β多样性均无差别,但依据疗效递增分为3个亚组(PD、SD、PR)时,3组间β多样性可见差异;
4.葡萄球菌、链球菌、衣原体的相对丰度与年龄呈正相关,奈瑟菌属与PD-L1的表达呈负相关,葡萄球菌、幽门螺杆菌相对丰度与BMI呈负相关;
***治疗R组和NR组患者的一般临床特征无明显差异,组间PFS存在差异,有效组PFS更长,OS未见统计学差异;
6.芽孢杆菌的相对丰度与免疫疗效呈正相关,而金黄杆菌则呈现负相关;
7.菌群功能丰度分析发现治疗后各亚组的下呼吸道菌群虽具有相同代谢途径,但各代谢通路富集程度不同。在Level 2水平,脂质代谢、生物降解和代谢、其他次级代谢生物的合成通路在组间是存在差异的;Level 3水平,亮氨酸、缬氨酸、异亮氨酸的降解以及色氨酸的代谢在组间具有统计学差异;
8.对治疗组患者的BALF行非靶向代谢组学检测发现R组和NR组的代谢产物具有明显差异,其中脂质和氨基酸的代谢与菌群密切相关;
***中多数抗肿瘤细胞因子/趋化因子含量低于血清,但是IL-1β、MCP-1以及IL-8在BALF中的含量高于血清,且有效组中这种差异趋势更大;
10.下呼吸道菌群及其代谢产物与细胞因子/趋化因子之间具有相关性;
11.R组中浸润肿瘤组织的CD8+T细胞多于NR组,M2型巨噬细胞与之相反。
研究结论
1)本研究发现抗肿瘤免疫治疗可以干预下呼吸道菌群的构成,降低下呼吸道微生态中物种的多样性,将机会性致病菌的数量减低,潜在益生菌的数量提高。
2)下呼吸道局部微生态环境中的微生物成分可能通过自身代谢物介导细胞因子及趋化因子相关免疫细胞浸润或迁移调控抗肿瘤免疫效应,部分菌属及细胞因子可作为ICIs疗效