中南大学彭聪教授团队阐明了E. rectale-丝氨酸-NK细胞轴在抗PD1免疫疗法中的作用，为提高黑素瘤PD1单抗治疗疗效提供了可能的预测靶标及新的治疗策略。相关研究以“Eubacterium rectale improves the efficacy of anti-PD1 immunotherapy in melanoma via L-serine-mediated NK-cell activation”为题发表在Research上。
Citation：
Liu N, Chen L, Yan M, Tao Q, Wu J, Chen J, Chen X, Zhang W, Peng C. Eubacterium rectale Improves the Efficacy of Anti-PD1 Immunotherapy in Melanoma via l-Serine-Mediated NK Cell Activation. Research2023;6:Article 0127. https://doi.org/10.34133/research.0127
一
研究背景
黑素瘤恶性程度高，对传统治疗不敏感。PD-1免疫疗法是黑素瘤治疗中最具前景的治疗方法之一。然而，只有30%的患者对免疫检查点抑制剂有反应，60%~70%的患者出现原发性或获得性耐药。因此，迫切需要确定反应性生物标志物及开发联合治疗方法来提高黑素瘤ICI治疗疗效。
肠道微生物组在调节先天性免疫和适应性免疫方面的作用已被证实。肠道微生物群可调节肿瘤治疗的疗效，特别是免疫治疗。临床试验表明，FMT是一种有潜力的治疗策略，既可以提高ICI的免疫疗效，且可以克服各种肿瘤（包括黑素瘤）的原发性或获得性耐药。此外，特定的微生物物种可提高ICI的疗效或作为ICI治疗的预后标志，这表明定植特定菌群可能是提高ICI治疗疗效的有效策略。
研究发现NK细胞在ICI治疗中发挥重要作用。NK细胞与PD-1 mAb联用诱导抗癌性细胞因子产生，从而增强抗肿瘤效果。然而，尚不清楚黑素瘤中特定微生物种类和代谢物质（如：丝氨酸）如何通过NK细胞增敏PD-1单抗免疫治疗疗效。
二
研究进展
通过分析ICI免疫治疗的黑素瘤患者宏基因组（MGS）数据，作者发现E. rectale与抗PD1治疗的反应性及患者生存率呈正相关。这表明E. rectale可能作为预测抗PD1治疗反应性的生物标志物，且可能在黑素瘤的抗PD1治疗中发挥重要作用（图1）。
图1 E. rectale的丰度与抗PD1治疗效果及患者生存率呈正相关
为研究E. rectale在抗PD1治疗中的作用，作者构建了E. rectale定植的荷瘤小鼠模型，并给予PD1单抗治疗。如图2所示，E. rectale显著增强了PD1单抗的治疗疗效，并延长了黑素瘤荷瘤小鼠的生存期。为了探索联合治疗对免疫微环境的影响，作者采用FCM检测联合治疗后荷瘤小鼠瘤体中免疫细胞比例及功能，发现在联合治疗组中，CD4+/CD8+ T细胞的IFNγ表达明显增加。更重要的是，NK细胞的比例和功能在联合治疗组都显著增加（图2）。此外，E. rectale产生的条件培养基增强了NK细胞功能，表明E. rectale通过NK细胞改善了黑素瘤的抗PD1免疫治疗的效果。
图2 E. rectale通过NK细胞改善黑素瘤的抗PD1免疫疗法的疗效
在机制上，研究发现E. rectale显著降低了氨基酸代谢物的丰度，尤其是L-丝氨酸（图3）。此外，作者用NCT503来降低细胞内L-丝氨酸的浓度，模拟E. rectale对机体L-丝氨酸的耗竭作用。作者发现NCT503明显增强了PD1单抗的治疗效果。对免疫微环境的进一步分析显示NCT503治疗增强了CD4+/CD8+T细胞的功能，同时增加了NK细胞的比例及功能（图3）。这些结果表明，L-丝氨酸通过对NK细胞的影响在黑素瘤的抗PD1治疗中发挥了关键作用。
图3 在体外内给予E. rectale减少L-丝氨酸的产生
为进一步阐明L-丝氨酸影响NK细胞功能的分子机制，作者采用RNA-seq分析L-丝氨酸或NCT503处理后NK细胞转录组改变。与报道的结果一致，MAPK途径相关转录因子FOS和FOSL2在NCT503处理组中的表达明显上调，而在L-丝氨酸处理后下调。此外，qRT-PCR验证了NK92细胞系和原代NK细胞在NCT503或L-丝氨酸处理后FOS和FOSL2表达的改变（图4）。此外，FOS的敲除损害了NK细胞对黑素瘤细胞的细胞毒性作用及E.rectale条件培养基对NK细胞功能的促进作用（图4）。总的来说，这些结果表明，L-丝氨酸通过FOS/FOSL2信号抑制了NK细胞的功能，而抑制L-丝氨酸的合成则增强了NK细胞的活性。
图4 L-丝氨酸通过抑制FOS/FOSL2信号通路抑制NK细胞功能
为验证L-丝氨酸对抗PD1免疫疗法疗效的影响，作者分析了临床抗PD1治疗的黑素瘤患者的RNA-seq数据（GSE 91061），发现在抗PD1治疗获得PR或CR的患者中，PHGDH和PSPH的表达显著低于耐药的PD患者（图5）。同样，在PRJEB23709黑素瘤抗PD1免疫治疗队列中，与耐药的PD患者相比，接受抗PD1治疗的PR或CR患者的PSAT1、PSPH和SHMT1/2的水平显著降低（图5）。这些结果表明，L-丝氨酸代谢信号通路与抑制性肿瘤免疫微环境有关。进一步作者使用ESTIMATE算法来评估抗PD1治疗的患者的免疫微环境，发现PSPH和SHMT1/2的表达与患者的免疫评分呈负相关，且PSAT1、PSPH和SHMT2与肿瘤纯度呈正相关（图5）。
图5 L-丝氨酸与抑制性免疫微环境及抗PD1治疗耐药相关
三
未来展望
通过分析MGS及体内外验证实验发现，肠道中E. rectale通过消耗其环境中的L-丝氨酸激活FOS/FOSL2信号通路，增强NK细胞功能和抗PD1疗效。本研究阐明了E. rectale-丝氨酸-NK细胞轴在抗PD1免疫疗法中的作用，为提高黑素瘤PD1单抗治疗疗效提供了可能的预测靶标及新的治疗策略。
四
作者简介
彭聪，中南大学“升华特聘教授”；围绕代谢-免疫揭示重要皮肤疾病发病新机制并开展转化研究；近3年发表第一/通讯作者文章40余篇，包括Sig Trans Tar Ther、Nature Communications、PNAS、Molecule Therapy、Theranostics等期刊；主持国家自然科学基金4项，科技部重点研发计划(课题)1项；申报国家发明专利13项；获国家发明专利7项；获中华医学会皮肤性病学分会优秀SCI论文二等奖（2016）；湘雅医院十佳青年科技工作者（2017）；2019年获湖南省十大临床创新技术；2020年获湖南省科技进步一等奖；2021年获华夏医学科技一等奖.
转自：“蔻享学术”微信公众号
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