【JTO】肠道菌群多样性影响中国NSCLC患者免疫治疗的疗效？陆舜教授团队首次发文证实

2019 年 5 月 9 日 肿瘤资讯

探寻免疫治疗潜在的疗效预测标志物，进而筛选免疫治疗优势人群是目前的研究热点。近期一些研究显示肠道微生物可以通过介导不同的免疫反应，影响免疫治疗效果，因此可以作为免疫治疗效果的潜在预测标志物。鉴于不同种族人群肠道菌群的多样性和组成存在差异，因此有必要在中国人群中进一步探索这一关系。近期，陆舜教授团队在JTO杂志发文，探索了中国非小细胞肺癌（NSCLC）患者中，肠道菌群多样性和免疫治疗疗效的关系。

陆舜

教授

上海交通大学附属胸科医院肿瘤科（上海市肺部肿瘤临床医学中心）主任、主任医师、博士生导师
国际肺癌研究会官方杂志Journal of Thoracic Oncology 副主编
The Oncologist 杂志编委
国务院特殊津贴获得者
国家重点项目首席专家
中国抗癌协会肺癌专业委员会主任委员
希思科基金会副理事长
中国医药生物技术协会精准医疗分会副主任委员
中国医师协会临床精疗医学专业委员会委员
中国抗癌协会姑息治疗委员会委员
上海市医学会肿瘤学会主任委员
上海市医师协会肿瘤科分会副会长，肿瘤内科规培组长
上海市医学会理事
上海市抗癌协会理事
上海市领军人才
上海市优秀学术带头人

背景

抗PD-1/L1单抗在晚期NSCLC显示出鼓舞人心的疗效，相比于化疗，免疫治疗在一线和二线治疗中显示出较好的疗效。目前，以及有5个PD-1/L1单抗获批用于11个瘤种，包括NSCLC。PD-1单抗纳武利尤单抗于2015年获得美国FDA批准上市，2018年，基于CheckMate-078研究结果纳武利尤单抗在中国获批上市。然而，仅20%的晚期NSCLC患者可以从免疫治疗中获益，但超过50%的患者会出现治疗相关不良事件（TRAE），其中3~4度的不良事件（AE）发生率为10%。鉴于这一药物价格昂贵，但获益人群相对较少，且可能引发严重的副作用，探寻能够从免疫治疗中获益的患者异常重要。

目前关于免疫治疗潜在的疗效预测标志物包括PD-L1表达、肿瘤突变负荷（TMB）、非同义突变、新抗原、肿瘤组织中CD8+T细胞数目、错配修复基于缺陷或微卫星高度不稳定、微生物、代谢谱等。人体肠道中有超过10种微生物，数目超过宿主细胞的10倍。越来越多的证据支持，肠道微生物可以通过影响系统性免疫反应，进而影响人体健康。近期一些研究显示肠道微生物可以通过介导不同的免疫反应，影响免疫治疗疗效，因此可以作为免疫治疗效果的潜在预测标志物。在接受PD-1单抗治疗的黑色素瘤患者中，治疗有响应和无响应人群，肠道微生物的多样性和组成具有显著差异。在一个包括60例晚期NSCLC患者的队列中，对PD-1单抗治疗有响应的患者表现出Akkermansia muciniphila 菌群的富集。然而，这些研究都是来自西方人群，不同种族人群中肠道微生物的组成存在显著差异。因此，有必要在中国NSCLC患者中探寻肠道菌群多样性和免疫治疗疗效的关系。

方法

研究从CheckMate-078和CheckMate-870两个临床试验中招募晚期NSCLC。入组患者均为IIIB~IV期，既往接受过1~2线治疗后进展的患者。患者接受纳武利尤单抗（3mg/kg，q2w）治疗直至疾病进展或不可耐受的毒性。同时记录患者近2个月来的抗生素使用情况（开始纳武利尤单抗治疗前后各1个月）。分别在开始治疗前和治疗后每2周收集1次大便样本。为了分析患者的系统性免疫表型，同时分离了患者的外周血单核细胞。

结果

研究共入组了42例中国晚期NSCLC，所有患者均随访直至死亡。其中1例患者在接受单次纳武利尤单抗治疗后死亡，2例失访，2例患者因为3~4度AE停止治疗，剩余37例患者纳入分析。23例取得疾病部分缓解（PR）或疾病稳定（SD）的患者定义为治疗有响应人群（R），其余14例在第一次临床评估为疾病进展（PD）的患者定义为无响应人群（NR）。基线时共收集了25例患者的大便样本，其中R和NR人群分别为13例和12例（图1）。除吸烟史外，R和NR人群的基线特征均衡。本研究中共11例（29.7%）的患者在近2个月内使用过抗生素，R和NR人群中，使用和未使用抗生素的患者比例相似，见表1。

图1 研究入组流程图

表1 患者的基线特征

基线肠道菌群多样性与纳武利尤单抗更好的疗效相关

采用16S rRNA基于测序以评估大便标本中的肠道菌群谱。结果显示，采用Shannon指数(P=0.008)和Inverse Simpson指数（P=0.0257），R人群（n=13）相比于NR人群（n=12），肠道菌群多样性显著更高（图2A）。在T1时间点时，与基线相似，R人群相比于NR人群，Shannon指数显著更高（P=0.031），然而Inverse Simpson指数两组无显著差异，虽然R人群中有显著更高的趋势（图2A）。

进一步根据Shannon指数（ROC曲线计算cut-off值为2.31）将肠道菌群多样性划分为高和低两组，比较两组患者的PFS。结果显示，多样性高组患者相比于低组患者，接受纳武利尤单抗治疗的PFS显著更长，mPFS分别为209天和52天，P=0.005（图2C）。多因素Cox比例风险模型分析显示，Shannon指数是PFS的独立预测因子，HR 4.2 (95% CI 1.42~12.3, P=0.009；表2)。

图2 肠道菌群多样性与纳武利尤单抗治疗效果的关系

表2 PFS的单因素和多因素分析

肠道菌群组成差异与纳武利尤单抗疗效的关系

为了进一步评估肠道菌群组成是否与纳武利尤单抗疗效相关，研究者评估了R和NR人群肠道细菌组成的相对丰度（门、类、族、属和种水平）。在本研究中人群中，以拟杆菌、厚壁菌门、变形菌门和放线菌为主，R和NR人群基线和治疗后的肠道菌群在门水平无显著差异。但在属水平，R和NR人群基线标本中，7个肠道菌群丰度存在显著差异(图3A)。在NR人群中，瘤胃球菌属富集（图3B），而在R人群中，富集Alistipes putredinis 菌属等。在R人群的基线和T1时点标本中，两类细菌即隆根菌和Prevotella corpri 显著富集(图3C)。

图3 肠道菌群组成差异与纳武利尤单抗疗效的关系

纳武利尤单抗治疗过程中肠道菌群组成稳定

本研究中在不同时点收集了患者的粪便标本，因此可以进行连续分析。结果显示，基线至不同时间点（T1~T8），包括进展时，Shannon多样性指数保持稳定(图4A)。基线和T1时点或基线和进展时的配对样本，也未显示出Shannon指数的显著差异。研究同时分析了基线和进展时10对配对样本中，肠道菌群在属水平的组成比较，如图4B显示，肠道菌群组成相似。聚类分析显示，虽然单一患者不同时点的肠道菌群聚类较好，但R和NR人群确明显分离(图4C)。更为精准的分析显示，主要细菌门类在不同时间点保持稳定。

图4 纳武利尤单抗治疗过程中肠道菌群组成变化

肠道菌群谱和外周血免疫特征的相关性

鉴于肠道菌群可能通过部分调节系统性免疫反应进而影响治疗效果，研究同时分析了20例患者基线时的外周血T细胞和NK细胞。相关分析显示，Shannon多样性指数与一些CD8+T细胞和NK细胞谱显著正相关。在T细胞中，CD45RO+CD8+效应记忆T细胞亚群和其他功能亚群，如GZMB+CD45RO+CD27+CD8+T细胞、GZMB+CD45RO+CD27-CD8+T与Shannon指数显著相关。此外，CD8+细胞表达的特异性标志物，如Ki-67、TIM-3和ICOS也与Shannon指数显著相关。总的NK细胞百分比和PD-1+GZMB+NK细胞与Shannon指数也显著相关。

结论和讨论

本研究在中国NSCLC患者队列中观察到肠道菌群多样性与纳武利尤单抗更好的疗效相关。当然，仍需要更多的研究进一步验证，若这一结果在其他研究中得到证实，则提示我们，在免疫治疗前调节肠道菌群可能可以增加免疫治疗的疗效。

陆舜教授点评：

该项研究主要是探索肠道菌群影响肺癌免疫治疗疗效作用的机制。众所周知，影响肺癌免疫治疗的疗效因素可能有以下四个方面：第一，人体免疫系统自身的免疫功能；第二，肿瘤；第三，肿瘤微环境；第四，肿瘤的环境因素，包括肠道菌群等都可能与免疫治疗效果有关。既往西方人群的数据显示肠道菌群与黑色素瘤、肾癌等的免疫治疗效果都有一定的关系，肠道菌群影响肺癌免疫治疗效果的动物模型也证实了这一结果，但是动物的肠道菌群和人是不一样的，甚至饮食习惯的不一样都会影响肠道菌群的多样性和数量。我们知道，影响肠道菌群的因素包括宿主自身的遗传基因、地理、饮食、生活习惯等，因此，我们亟需在中国人群中探索肠道菌群和免疫治疗效果的相关性。

我们这项研究是从CheckMate-078和CheckMate-870两个临床试验中招募晚期NSCLC患者，入组的均为ⅢB～Ⅳ期，二线治疗后进展的患者。同时记录患者近2个月来的抗生素使用情况（开始纳武利尤单抗治疗前后各1个月）。分别在开始治疗前和治疗后每2周收集1次大便样本进行肠道菌群的检测，包括了传统的微生物培养、基因组测序（16S rRNA），分析肠道菌群的多样性，包括了细菌组成门、类、族、属和种水平的相对丰度。

研究发现肠道菌群的多样性能够很好地提示患者PFS获益程度，两者具有显著相关性，多样性高组患者较多样性低组患者接受纳武利尤单抗治疗的PFS显著延长，两组中位PFS分别为209天和52天，P=0.005。另外，菌群的组成差异分析也显示，有效组（R）和无效组（NR）组肠道菌群丰度存在显著差异。进一步行肠道菌群谱和外周血免疫特征的相关性分析，结果证实了机体肠道菌群的多样性、种类与患者免疫治疗的疗效关系，即菌群多样性越高，患者免疫治疗的疗效越佳，并且随着治疗的进行，同一患者肠道菌群的门类能够保持一定的稳定性。

鉴于肠道菌群可能通过部分调节系统性免疫反应进而影响治疗效果，研究同时分析了20例患者基线时的外周血T细胞和NK细胞。相关分析显示，Shannon多样性指数与CD8+T细胞和NK细胞谱显著正相关。研究从分子机制方面再次证实了肠道菌群的多样性可以影响疗效，而随后的小鼠模型动物实验也证实了这一结果，达到了抑制肿瘤生长的效果。未来，这一研究结果或许可以用来指导临床患者免疫治疗。

参考文献

Yueping Jin, Hui Dong, Liliang Xia, et al. The diversity of gut microbiome is associated with favorable responses to anti-PD-1 immunotherapy in Chinese non-small cell lung cancer patients[J]. Journal of Thoracic Oncology, 2019.

责任编辑：肿瘤资讯-Elena