乳腺癌的發病率逐年增高，並成為中國女性發病率最高的惡性腫瘤，是人們常說的“紅顏殺手”。其中，三陰性乳腺癌惡性程度較高，患者生存預後較差，易出現早期復發和轉移，且既往缺乏有效的針對性治療策略，素有最“毒”乳腺癌之稱。近日，MK体育平台腫瘤醫院邵誌敏教授、江一舟教授課題組攜手MK体育平台基礎醫學院教育部/衛健委/醫科院醫學分子病毒學重點實驗室趙超課題組，發現微生物代謝產物氧化三甲胺（TMAO）可以激活抗腫瘤免疫，提高三陰性乳腺癌免疫治療療效。這意味著微生物代謝產物TMAO有望成為三陰性乳腺癌臨床免疫治療的新策略，助推免疫治療。該項重要研究成果已在北京時間3月12日淩晨在國際權威期刊Cell Metabolism(《細胞代謝》)以封面文章發表。
研究借助多維組學分析發現，三陰性乳腺癌患者中免疫調節亞型（Immunomodulatory, IM。即，對免疫治療可產生應答組）的乳腺微環境中，梭菌目下菌屬的占比顯著高於其他亞型患者，提示瘤內共生菌群可能與抗腫瘤免疫應答有關。結合代謝數據分析發現，梭菌相關代謝產物TMAO在IM亞型患者中的豐度更高，且與微環境內CD8+ T細胞比例和gamma幹擾素表達量成正相關。體內外實驗證明，組織內TMAO誘導乳腺癌細胞發生由GSDME介導的焦亡，向微環境內釋放大量炎性因子，從而實現對腫瘤特異性CD8+ T細胞募集和功能活化。同時發現，TMAO可活化內質網應激相關的PERK蛋白，繼而切割GSMDE的上遊蛋白caspase-3誘導腫瘤細胞發生焦亡。通過給小鼠餵食TMAO前體物膽堿可提高血漿和瘤內TMAO水平，激活三陰性乳腺癌抗腫瘤免疫，提高免疫治療療效。因此，補充膽堿攝入可以作為提高三陰性乳腺癌免疫治療療效的臨床潛在治療策略。
菌群通過代謝產物TMAO促抗腫瘤免疫示意圖
與常見文章報道的抗腫瘤激活劑直接作用於免疫細胞發揮作用不同，該研究從獨特角度出發，發現特殊微生物群落借助代謝產物直接作用於腫瘤細胞，誘導其焦亡，繼而促進免疫細胞浸潤，最終發揮抗腫瘤作用。該研究，提出一種菌群促進細胞微環境炎性浸潤的新機製，為提升特異性免疫應答效率提供了全新的思路。
三陰性乳腺癌免疫治療療效難題亟需破解
“乳腺癌像一個‘大家族’，可細分為腔面A、腔面B、HER-2陽性和三陰性四大亞型，其中三陰性乳腺癌是最‘毒’的一種，”項目主要研究者邵誌敏教授表示，“三陰性乳腺癌占乳腺癌總體人群的10%-20%，其雌激素受體、孕激素受體以及HER-2表達均為陰性。與其他三種乳腺癌亞型相比，三陰性乳腺癌患者生存預後較差。”
近年來，以PD-1抑製劑為代表的免疫治療成為三陰性乳腺癌頗具前景的治療手段。但即便如此，隨著臨床研究的不斷深入，仍有相當一部分患者難以從免疫治療中獲益。為了進一步提高精準治療療效，MK体育平台腫瘤醫院邵誌敏教授、江一舟教授團隊於2019年提出“復旦分型”，發現三陰性乳腺癌中有一類獨特的免疫調節亞型（Immunomodulatory, IM），其患者有較為活化的免疫微環境特征，能夠從免疫治療中獲益。“如何提高三陰性乳腺癌免疫治療療效，是亟待解決的臨床難題。”邵教授評價道。
獨特視角揭示新策略：小小細菌成免疫治療關鍵“援軍”
既往研究中，各國科學家從人體本身的角度對免疫治療進行研究，嘗試通過調控腫瘤細胞和免疫細胞來提高免疫治療療效，但他們往往忽視了一個重要的角色——共生細菌。
人體中生活著大量的細菌，在正常情況下，這些細菌與人體共生，並對於維持人體健康發揮著重要作用，這類細菌也被稱作共生細菌。研究表明，人體乳腺組織中也存在著共生細菌群。
無論是正常乳腺組織還是患有乳腺癌的乳腺組織，這類共生菌群都是細胞微環境的重要組成部分。那麽在腫瘤細胞與免疫細胞戰鬥的戰場上，共生菌群這支神秘的部隊究竟是“敵”是“友”，是否在抗擊腫瘤中發揮了作用？
為了探究這個科學問題，團隊基於MK体育平台附屬腫瘤醫院三陰性乳腺癌隊列，通過多組學維度進行分析，發現免疫調節亞型（IM）患者的乳腺微環境中梭菌目菌屬的占比顯著高於其他亞型患者，提示瘤內共生菌群可能影響三陰性乳腺癌的腫瘤微環境。結合代謝數據分析發現，梭菌相關代謝產物TMAO同樣在IM亞型患者中有著更高的豐度，且與微環境內CD8+ T細胞比例成正相關，而CD8+ T正是人體發揮抗腫瘤功能的關鍵“戰士”。因此，梭菌目共生菌和相關代謝產物TMAO是人體抗擊三陰性乳腺癌的“友軍”。
團隊進一步探究TMAO是如何幫助人體抑製三陰性乳腺癌的。研究團隊基於小鼠動物模型開展相關實驗，發現上調瘤內TMAO水平可以通過增加瘤內微環境中CD8+ T細胞的浸潤，激活CD8+ T細胞的功能並有效抑製三陰性乳腺癌的生長。機製探索發現，TMAO誘導乳腺癌細胞發生由GSDME介導的焦亡，向微環境內釋放大量炎性因子，從而增加微環境中CD8+ T細胞的浸潤，並激活CD8+ T細胞發揮抗腫瘤功能。研究同時發現，TMAO誘導的腫瘤細胞焦亡與內質網應激密切相關。TMAO通過活化PERK蛋白，進一步切割GSMDE的上遊蛋白caspase-3誘導腫瘤細胞發生焦亡。
菌群代謝產物未來有望助推免疫治療
在發現這個令人振奮的科學現象後，團隊也積極推進轉化性研究。結合臨床三陰性乳腺癌免疫治療隊列，研究團隊發現，高血漿TMAO水平的患者對免疫治療反應性更好，且小鼠體內實驗同時證實提高血漿TMAO水平可以有效抑製小鼠腫瘤的生長。為了探究臨床可及的治療方案，研究團隊通過給小鼠餵食TMAO前體代謝產物膽堿提高血漿TMAO和瘤內水平，並且證實補充膽堿攝入可以激活三陰性乳腺癌抗腫瘤免疫，提高免疫治療療效。膽堿是人體日常攝入的營養物質之一，常見於蛋白、魚肉、牛肉中，安全性較好，在以往臨床中常被用作營養補劑。因此，補充膽堿攝入有望成為提高三陰性乳腺癌免疫治療療效的臨床潛在治療策略。邵教授團隊也已開啟口服膽堿提高三陰性乳腺癌免疫治療療效的臨床試驗，希望能夠推動三陰性乳腺癌免疫治療的發展。
“在‘復旦分型’的基礎上，我們從微生物代謝組的獨特角度出發，聚焦免疫治療的臨床問題，發現微生物代謝產物TMAO可以激活三陰性乳腺癌抗腫瘤免疫，並提高免疫治療療效。”邵教授表示，“該研究進一步完善了MK体育平台附屬腫瘤醫院乳腺外科“臨床問題-科學研究-臨床實踐”的體系，為三陰性乳腺癌精準免疫治療提供了新的策略。也希望這項研究能夠在臨床實踐中提高免疫治療療效，切實地幫助三陰性乳腺癌患者。”
本文第一作者為王海，榮星喻，趙幹和周逸凡，通訊作者為邵誌敏，趙超和江一舟。
全文鏈接https://doi.org/10.1016/j.cmet.2022.02.010
