肠道菌群如何“助攻”免疫治疗？单细胞研究给出答案！

在癌症治疗领域，免疫疗法尤其是免疫检查点抑制剂（ICI），为众多患者带来了新希望，像黑色素瘤、非小细胞肺癌和错配修复缺陷型结直肠癌等，部分患者能从中获得长期疗效。然而，现实却不尽人意，仅有15 - 40%的患者能从ICI单药治疗中长久获益，个体间疗效差异极大。这背后涉及临床变量（如肿瘤突变负荷）、宿主因素（如种系遗传学）、肿瘤内在机制（如致癌信号传导）以及肿瘤微环境（TME）等诸多复杂因素。​研究表明，肠道菌群可能通过调节肿瘤微环境（TME）影响免疫治疗效果。然而，其具体机制尚不清楚。

2025年5月2日，四川大学华西医院许恒研究员、张衍副教授联合中南大学湘雅医院张伟教授及其团队在Signal Transduction and Targeted Therapy（IF：40.8）发表题为“Single-cell transcriptomic analysis reveals gut microbiota-immunotherapy synergy through modulating tumor microenvironment”的研究性文章，该研究利用单细胞RNA测序技术并在小鼠模型中进行实验验证，分析了肿瘤微环境与细胞之间的相互作用，首次在单细胞分辨率下揭示了肠道微生物与免疫治疗的协同作用机制！

图1 文献信息

在该研究中，为研究肠道菌群与抗PD-1治疗之间的相互作用，作者首先通过在小鼠皮下植入MC38细胞以构建肿瘤模型，随后使用scRNA-seq、流式细胞术和多重免疫荧光（mIF）等方法以评估不同治疗对肿瘤微环境的影响。结果表明，抗生素对肠道菌群的消耗显著降低了PD-1抑制剂控制肿瘤体积的疗效，表明肠道菌群在基于ICI的免疫治疗中发挥重要作用。鉴于肿瘤浸润T细胞亚型在免疫治疗中的关键和多样化作用，作者进一步探究了PD-1抑制剂和肠道菌群对T细胞亚型的影响。结果表明，在T细胞亚型方面，完整的肠道微生物群与ICI联合使用可使CD8⁺、CD4⁺和γδ T细胞的比例增加。在CD8⁺ T细胞中，中央记忆/初始细胞亚群、效应记忆细胞亚群和CD4⁺记忆T细胞的比例在PW组中显著富集。轨迹推断分析表明，PA组中有更多T细胞处于终末耗竭状态，而PW组中IFN-γ⁺细胞的比例更高。此外，PD-1抑制剂与肠道微生物群的联合使用可协同影响肿瘤糖酵解相关的能量代谢。PW组的糖酵解水平显著较低，这在免疫治疗队列中与更好的预后相关。上述结果提示肠道菌群与ICI协同降低CD8+T细胞糖酵解水平，逆转耗竭状态为记忆/效应细胞，提升IFN-γ表达及肿瘤浸润T细胞比例。

图2 由肠道微生物群和ICI处理塑造的TME的单细胞谱

图3 不同治疗组之间肿瘤浸润T细胞亚簇的表征

巨噬细胞是免疫系统中的“清道夫”，在肿瘤中存在M1型巨噬细胞（CD74+ TAM，高表达抗原呈递相关分子，激活T细胞）和M2型巨噬细胞（SPP1+ TAM，分泌促肿瘤因子，抑制免疫反应）。作者发现，PW组中的巨噬细胞表现出M1极化，而PA组中的巨噬细胞则表现出M2极化。表明，微生物促进M1型CD74+抗原呈递巨噬细胞生成，抑制M2型SPP1+促肿瘤TAM，二者在肿瘤中呈显著负相关。提示肠道微生物的存在可抑制M2型巨噬细胞，促进M1型转变，而SPP1+巨噬细胞的减少与免疫治疗效果显著正相关。兼具先天和适应性免疫功能的“跨界战士”γδ T细胞在肠道微生物和免疫治疗的刺激下数量激增。它们通过CD40分子与巨噬细胞（APC）结合，激活CD40-CD40L信号通路，进一步促进巨噬细胞呈递抗原，并通过CD86-CD28信号“唤醒”CD8+ T细胞，形成正反馈循环。作者进一步研究发现SPP1+ TAM抑制免疫治疗，其条件性敲除可消除微生物依赖性，提升ICI疗效并增加T细胞浸润。

图4 ICI处理后髓系细胞和巨噬细胞重编程的表征

图5 肠道微生物群和ICI治疗通过γδT细胞-APC-CD8 T 细胞轴对巨噬细胞重编程和T细胞活化的协同作用的示意图总结

该研究通过单细胞转录组分析，揭示了肠道菌群与免疫治疗协同作用的分子机制。研究结果表明，肠道菌群通过调节肿瘤微环境中的免疫细胞组成和功能，增强免疫治疗的效果。特别是，SPP1+肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）被确定为肠道菌群介导的TME重塑的关键靶点。这项研究为克服免疫检查点抑制剂耐药性提供了新的策略。通过调节肠道菌群，有望改善免疫治疗的疗效。未来的研究可以进一步探索特定肠道菌群物种的作用机制，开发基于肠道菌群的生物标志物和治疗靶点，以优化免疫治疗方案

参考文献：Minyuan Cao, Yun Deng, Qing Hao, et al. Single-cell transcriptomic analysis reveals gut microbiota-immunotherapy synergy through modulating tumor microenvironment. Signal Transduction and Targeted Therapy. 2025-05-02;10(1):140. DOI: 10.1038/s41392-025-02226-7.