Cell Host Microbe：临床试验证实：粪菌移植可克服晚期实体瘤抗PD-1治疗的耐药性

免疫检查点抑制剂（ICIs）改善了多种类型癌症的治疗，但ICIs在某些癌症（如胃食管癌、肝癌、膀胱癌和头颈癌）中的疗效仍然有限，且大多数患者会出现继发性耐药。肠道微生物群已成为塑造免疫反应和影响ICIs疗效的关键因素。临床前试验已证明，特定的肠道微生物群或使用对ICIs有反应患者的粪便进行粪便微生物群移植（FMT）可以诱导肿瘤消退，增强T细胞反应，并提高ICIs的抗肿瘤疗效。已有初步临床试验显示，抗PD-1抑制剂和FMT的结合有可能通过改变肠道微生物群和重编程肿瘤微环境，克服抗PD-1难治性黑色素瘤患者对抗PD-1治疗的耐药性。

近日，来自韩国的研究团队开展了一项临床试验（NCT04264975），旨在评估FMT在晚期实体瘤患者中克服抗PD-(L)1抑制剂耐药性方面的潜力，并确定在FMT和ICI治疗疗效中起因果作用的特定共生菌。结果显示，FMT的有效菌群可以克服晚期实体瘤的抗PD-1治疗耐药性，并鉴定出Prevotella merdae Immunoactis菌株可增强T细胞活性，抑制肿瘤生长，同时确认了两种可能抑制T细胞活性的无效菌株（Lactobacillus salivarius和Bacteroides plebeius），证实具有特定微生物群的FMT可以提高免疫治疗的有效性。该研究成果以“Fecal microbiota transplantation improves anti-PD-1inhibitor efficacy in unresectable or metastatic solidcancers refractory to anti-PD-1 inhibitor”为题发表在Cell Host & Microbe上。

文章发表在Cell Host & Microbe上

01 研究设计

这项FMT试验是一项前瞻性、单臂、单中心研究，分析了FMT联合抗PD-(L)1抑制剂治疗效果（图1）。该研究包括两类参与者：供体和受体。供体纳入标准：根据实体瘤反应评估标准（RECIST）v1.1，在针对不可切除或转移性实体瘤进行抗PD-(L)1单药治疗后至少6个月内表现为持久的完全缓解（CR）或部分缓解（PR）的个体。受体纳入标准：抗PD-(L)1基础治疗、单药治疗或联合治疗不可切除或转移性实体瘤期间确认疾病进展的个体。受体在第一次接受FMT前，口服阿莫西林克拉维酸抗生素5天以消除肠道原有的微生物群。FMT程序通过结肠镜进行，随后继续或重新引入抗PD-(L)1抑制剂（按照标准剂量和时间表给药），直到出现不可接受的毒性或疾病进展。在FMT前后收集血液、粪便和肿瘤活检样本。根据RECIST v1.1，每6-8周使用CT进行临床反应评估。

图1. FMT和抗PD-(L)1抑制剂组合的前瞻性、单臂、单中心研究示意图

研究共招募13例FMT受试者，包括4例转移性胃癌（GC）患者、5例食管鳞状细胞癌（ESCC）患者和4例肝细胞癌（HCC）患者，所有患者均接受过大量的前期治疗（中位10种系统治疗）。所有患者在接受nivolumab单药治疗后均出现疾病进展。在确认疾病进展后立即招募入组，继续使用nivolumab的同时进行FMT。所有受体的肿瘤均为微卫星稳定（MSS），其中7例（53.8％）PD-L1阳性（综合阳性评分 [CPS]≥1），4例（30.8％）PD-L1 CPS≥5（图2）。   

图2. FMT研究中13例受体概况

同时，研究者招募了6例FMT供体：4例HCC患者，1例GC患者和1例ESCC患者。所有供体的肿瘤均为MSS和PD-L1阴性，除1例供体PD-L1表达较低（CPS为7）。供体的中位肿瘤突变负荷（TMB）为每兆碱基10.9个突变（图3）。

在临床安全性上，该临床试验治疗相关的不良事件很少。   

图3. FMT研究中6例供体概况

02 FMT的有效性及临床反应

为了评估FMT移植的效率，研究团队对来自受体和供体的粪便样本进行16S rRNA测序分析。经FMT治疗后，大多数受体的微生物组成与其基线组成相比发生了显著变化，表明FMT试验引起了受体微生物组成的改变（图4B-C）。特别地，受体7（R7）的微生物组成在FMT治疗后一天就与相应供体相似，且这种相似性在第二次FMT治疗后持续了282天（图4B）。

在13例受体中，1例实现PR，5例疾病稳定（SD），客观缓解率和疾病控制率分别为7.7％和46.2％，突出了FMT与免疫疗法的联合治疗效果（图4D）。值得注意的是，R7是一例最初对nivolumab有原发性耐药的转移性HCC患者，经联合治疗后实现了PR，并表现出肿瘤组织显著减小（图4D-E），表明FMT联合免疫治疗可有效改变受体的肠道微生物群，从而产生显著的临床疗效。   

图4. FMT联合nivolumab治疗对nivolumab耐药晚期实体瘤的临床反应

03 FMT后的免疫变化及临床结果

研究团队重点关注了R7病例，并观察了多个因素的纵向变化。首先，R7在接受来自供体#1（D1）的第一次FMT后6周，显示出疾病进展（PD），目标病变区增加了22.4%；在接受来自D5的第二次FMT后，肿瘤进展减缓，与第一次PD评估相比，目标病变增加13%，肿瘤标志物（如AFP、PIVKA-II）也显著降低；最终R7实现了PR，肿瘤尺寸减少了47.7%（图5A-B）。   

接下来，研究人员利用CyTOF评估了接受FMT联合nivolumab治疗的患者系统性免疫变化。与基线相比，R7显示CD8+T细胞和CD8+CCR7-CD27- 终末效应T细胞（Tte）逐渐增加，CD4+CD25+CD127-CCR4+调节性T细胞（Treg）细胞减少（图5C-D）；R7在第二次FMT后，IFN-γ、TNF-α、IL-2、IL-7、IL-15和IL-6水平升高，这些免疫变化与R7的临床反应相关，并且在第二次FMT后更为明显（图5E）。总体而言，R7在第二次FMT后显示出显著的肿瘤减小和增强的免疫应答，全身和肿瘤浸润免疫细胞有显著变化，但这种情况并非在所有患者中出现。

但R7在第二次FMT联合免疫治疗后出现免疫相关性胃炎，后续进行了第三次和第四次FMT，第三次FMT后疾病稳定，但第四次FMT未能阻止肿瘤生长。因此，在后续分析潜在致病菌株时，将重点关注第二次FMT期间发生的变化，排除第三和第四次。   

图5. 受体R7的肿瘤缩小情况和免疫相关变化分析

04 与FMT临床结果相关的菌株

为了确定FMT联合抗PD -1疗法产生临床益处的特定微生物群，研究团队使用16s rRNA测序分析了R7中的微生物变化（图6），并鉴定了在D5中比在D1中明显更普遍的细菌，以及R7在第二次FMT后比第一次FMT后明显出现的细菌。分析发现，Prevotella merdae（P. merdae）和Prevotella stercorea在D5和R7第二次FMT后比D1和R7第一次FMT后丰富得多（图6D）。鉴于第二次FMT后粪便样本中P. merdae的显著性，研究人员优先对该物种进行进一步研究，通过鸟枪法宏基因组测序将其鉴定为P. merdae sp. Marseille-P4119。   

研究团队从R7的粪便样本中分离出P. merdae并对其进行了全基因组测序，鉴定出一种新菌株，并命名为P. merdae Immunoactis。同时，研究人员确定了可能对临床反应产生负面影响的细菌（图6F），其中Bacteroides plebeius（B. plebeius）和Lactobacillus salivarius（L. salivarius）尤其需要关注。

图6. 受体R7中影响FMT后临床结果的关键细菌    

研究发现，P. merdae Immunoactis可通过增强免疫来提高对抗PD-1治疗的反应，可能对克服耐药性起关键作用，B. plebeius和L. salivarius两种无效菌株的存在可能具有相反的效果。

05 结语

综上所述，该研究证实含有效微生物群的FMT可提高晚期实体瘤对ICIs的响应性，特别是胃肠道肿瘤。同时，研究人员鉴定出FMT中起至关重要作用的有效菌株（P. merdae Immunoactis）与两种无效菌株（B. plebeius和L. salivarius）。通过分析IFN-γ信号通路阐明了上述菌株免疫调节的机制。这项研究不仅展示了FMT在增强免疫疗法疗效方面的广泛应用性，而且为微生物干预治疗癌症开辟了新的途径。

此外，还需要进一步的临床研究来阐明FMT与ICIs在这些癌症类型中的疗效，并优化治疗策略。同时，对肠道微生物组的靶向操纵对于优化癌症患者的治疗结果至关重要。   

论文原文：

Kim Y, Kim G, Kim S, et al. Fecal microbiota transplantation improves anti-PD-1 inhibitor efficacy in unresectable or metastatic solid cancers refractory to anti-PD-1 inhibitor. Cell Host Microbe. 2024.  https://doi.org/10.1016/j.chom.2024.06.010