重磅新闻 | Nat. Biotechnol.:粪菌增强检测点抑制剂,促进微生物初创公司萌生

2021
04/29

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微生态
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免疫检查点抑制剂非常棒,但是绝大多数人仍然没有响应。


导读  

     微生物检查公司正在努力采取行动,因为检查点抑制剂与粪便微生物检查移植相结合可增强患者对免疫疗法的响应。肠道微生物组的组成影响癌症患者对免疫疗法的反应。 Baruch1Davar2等人前些年报告了一项首次测试粪便微生物群移植(FMT)是否会影响转移性黑色素瘤患者对抗PD-1免疫疗法的反应的人类临床试验。两项研究均观察到一部分受治疗患者具有临床上症状得到改善的证据。这包括以前证明的与抗PD-1反应相关的类群的丰度增加,CD8 + T细胞活化的增加以及表达白介素8的髓样细胞的频率的降低,而这些都有免疫抑制所起的作用。这些研究为FMT影响癌症患者免疫治疗反应的能力提供了概念证明。

  本文对近几年有关粪菌移植相关的重要临床研究进行了概述和回顾,对目前的研究机构和研究状况进行了评述。


论文ID


原名:Fecal microbiota potentiate checkpoint inhibitors, unleash microbiome startups  

译名:粪菌增强检测点抑制剂,促进微生物初创公司萌生

期刊:Nature Biotechnology

IF:36.558

发表时间:2021.4.16

作者:Mark Zipkin 

作者地址:美国新泽西州哈登镇

DOI号:10.1038/d41587-021-00002-w

原文链接:

https://www.nature.com/articles/d41587-021-00002-w


图1 肠道细菌影响患者对癌症免疫疗法的反应,这一发现带来了一系列测试它们的组合研究。

图片来源:Steve Gschmeissner/科学图片库



Web results那不勒斯腓特烈二世大学

主要内容

 

  在《科学》杂志上发表的两篇论文提供了首个临床证据,即粪便微生物移植(FMT)可以增强免疫检查点抑制剂的抗癌功效。至少有八家微生物组公司已经开展了首次人体试验,将他们的微生物组试剂与经过批准的免疫疗法配对(表1),从而满足日益增长的对增加对检查点抑制剂有反应的患者比例的需求。


表1. 诊所中带有微生物或微生物衍生产品-检查点抑制剂组合的选定公司  


  德国达姆施塔特(Darmstadt)默克公司(Merck KGaA)全球开发主管Danny Bar-Zohar说:“免疫检查点抑制剂非常棒,但是绝大多数人仍然没有响应。” 其中,可能各种机制正在发挥作用,其中一些与患者基因组学或蛋白质组学有关,但是新数据再次强调了肠道微生物组在调节患者反应中的作用。


  特拉维夫大学免疫肿瘤学家,第一篇论文1的共同作者Gal Markel说,这两项早期临床研究相互交叉验证。“2个独立的小组获得完全相同的结论,这种结论是强有力的。” 2项研究均从对抗程序性细胞死亡蛋白1(PD-1)治疗有效果的转移性黑素瘤患者中提取出肠道微生物,并将其移植到对这些药物无反应或已停止反应的受体中。在第一篇论文中研究的十位患者中,从一位供体接受FMT的五位患者中有三位相对来说是有响应的,包括一个完全有效应。从另一位供体那接受了FMT的5名患者中,有2名有响应,有2名病情稳定。


  在第二篇论文2中,由匹兹堡大学和美国国家癌症研究所(NCI)的研究人员领导的小组描述了针对难治性PD-1抑制剂的黑色素瘤患者并发FMT与检查点抑制剂同时进行的两阶段单中心研究治疗。他们报道,接受FMT治疗的16个人中有3个人显示出相对响应,包括1次完全响应,还有3人患显示持续稳定的疾病。


   试验之间的微小差异使研究者很难得出具体结论。在第一个试验中,用Bristol Myers Squibb(BMS)的Opdivo(nivolumab)(针对PD-1受体的完全人源IgG4单克隆抗体(mAb)),对患者进行了抗生素治疗,清除其现有的肠道微生物组,然后对其以以下两种方式:结肠镜检查和口服胶囊进行FMT。在第二项研究中,患者接受了默克公司的检查点抑制剂Keytruda(pembrolizumab)治疗——一种针对人PD-1受体配体1(PD-L1)和PD-L2的完全人Ig4κ mAb-研究人员由于越来越多的证据而避免使用抗生素抗菌药物会对癌症患者的生存产生负面影响。粪菌来自单个供体,并通过结肠镜进行FMT。


   尽管如此,两种研究还是有相似之处。匹兹堡大学医学中心希尔曼癌症中心的医学研究员Hassane Zarour是第二篇论文的合著者,他指出,最初抗PD-1治疗无效的患者中,通常只有不到10%的患者可以成为响应者。而在他的试验中,有44%的患者至少症状稳定,而另一项研究中有一半对疾病有响应。“这不是统计证明所获得的结论,但显然比预期的要多得多。”


   在2015年第一个检查点抑制剂Keytruda被批准后,关于肠道微生物可能会影响癌症患者对免疫疗法反应的观念就得到了证实。当时,古斯塔夫·鲁西研究所的免疫学家和肿瘤学家Laurence Zitvogel使用了小鼠模型将共生菌株脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis与细胞毒性T淋巴细胞(CTL)抗原4(CTLA-4)阻断抗体所见的抗肿瘤免疫反应联系起来,并将该菌株在肠道中的存在与对Yervoy(依匹莫单抗)和黑色素瘤患者的CTLA-4的IgG1κ mAb抗体的临床反应相联系。随后,由肿瘤学家托马斯加耶夫斯基(Thomas Gajewski)领导的芝加哥大学研究小组的研究表明,来自另外一个属:双歧杆菌的细菌改善了抗PD-L1剂在黑素瘤小鼠模型中的功效。另一篇具有里程碑意义的论文发表于2018年,当时德克萨斯州大学医学博士安德森癌症中心的肿瘤学家詹妮弗沃戈(Jennifer Wargo)领导的研究人员将瘤胃球菌科鉴定为对人类抗PD-1治疗的临床反应的关键。


    Gajewski的研究促使了与Evelo Therapeutics的合作,该公司于2019年启动了最早的微生物组-检查点抑制剂联合临床试验,该试验以一种单一疗法与默克公司的Keytruda共同测试了一株Bifidobacterium animalis lactisEvelo开发基于单一细菌菌株和衍生自它们的细胞外囊泡的疗法,并于2020年12月向默克公司提供了中期试验数据,表明B. animalis lactis-Keytruda治疗是安全且耐受性良好的。即使这样,它仍然搁置了程序以支持EDP1908,而EDP1908是一种来自未公开的Oscillospiraceae科的胞外囊泡疗法,在肿瘤微环境中显示出淋巴细胞群激活的有效的响应。


  与FMT相比,单一菌株具有某些实际优势:它们更易于表征和生产。结果,几家药物开发商正在追寻这条路。例如,位于英国利兹的4D Pharma正在与Keytruda联合进行的1/2期试中,对口服的Enterococcus gallinarum MRx0518菌株进行测试,而该菌株可作为Toll样受体(TLR)-5激动剂。去年宣布的中期数据显示,该疗法对12例先前对免疫检查点抑制剂无响应的肾细胞癌和非小细胞肺癌患者具有良好的耐受性。4D首席技术官亚历克斯史蒂文森(Alex Stevenson)说:“与最近的FMT研究报告相比,肿瘤后治疗中的生物学机制非常相似”。默克公司和4D计划将这一人群扩大到120名患有对免疫疗法无反应的肾细胞癌,非小细胞肺癌或其他实体瘤的患者。



  2月,4D宣布与其他两家公司,默克(Merck KGaA)和Pfizer建立合作伙伴关系,与MRx0518及其抗人PD-L1的人IgG1λmAb的Bavencio(avelumab)一起启动MRx0518的1期试验。Bavencio是唯一被批准用于局部晚期或转移性尿路上皮癌的免疫疗法,该试验将测试该组合作为该癌症患者的一线维持疗法。韩国微生物组公司Genome&Company还在Seongnam进行Bavencio的GEN-001肠溶胶囊测试,该肠溶胶囊包含≥1×1011 Lactococcus lactis的菌落形成单位,通过对免疫疗法有反应肺癌患者微生物群的16S核糖体RNA谱分析鉴定。去年,研究人员在1 / 1b期实体瘤中给首位患者用药。


   但是,将整个微生物群(粪便中存在的群落)移植到新的受体中,其临床记录要比使用单一微生物菌株或由明确的财团组成的活微生物生物治疗产品(LBP)介入疾病要长得多。FMT通常是安全的;它们是通过结肠镜或口服制剂补给的,并定期作为其他疾病领域(如复发性艰难梭菌感染)的护理标准的一部分而进行。


   到目前为止,FDA关于FMT发展的最新指南是2016年的一份专门用于治疗艰难梭菌感染的文件。2019年,当两名免疫功能低下的FMT受体出现了对抗生素耐药性大肠杆菌的侵袭性感染,这促使FDA要求FMT开发人员对其产品中的多药耐药细菌进行额外的筛查。该方法已于去年四月再次更新,以解决FMT中SARS-CoV-2的感染风险。随着开发用于癌症免疫疗法的FMT,这些产品可能会遵循类似的路线。


   NCI的综合癌症免疫学实验室主任Giorgio Trinchieri表示:“它们不能像任何普通生物制剂那样严格地在成分方面对粪菌移植进行严格的调节。” 而且,他说,现在从FMT供体样品中去除潜在病原体所需的产品成分变化和额外的筛选程序可能会使这些产品的开发更具挑战性。


   FMT论文的合著者Trinchieri避免使用抗生素,他也指出定植的问题增加了复杂性。将FMT添加到先前存在的微生物组中会创建一个新的生态系统。“当你移植一种或10或20种物种时,你必须确保这些物种在患者体内定殖,最终得到的是稳定而有利的变化。寻找更简单,更明确的产品正促使微生物组公司以FMT为起点,以发现特定的微生物菌株并整合到LBP中。Markel是科学联合创始人兼首席医学官,Ella Therapeutics正通过采用这种方法研究检查点响应者的肠道微生物组。同时,英国剑桥的Microbiotica公司已筛选出对免疫疗法有响应的患者,并鉴定出九种可预测患者反应的菌株。产生的微生物标签可以被其他公司用作生物标记,以预测免疫疗法的反应。鉴定的9个菌株组成的菌群也是LBP的基础,混合菌群中的不同细菌可促进肿瘤免疫力的特定步骤,例如树突状细胞的成熟,通过白介素12引发的CTL启动,通过TLR-3进行CTL活化以及通过T辅助细胞1(TH1)定向反应杀死CTL肿瘤细胞。


   Vedanta Biosciences也在追求明确的细菌菌株的菌群,以在肠道内实现良好的定殖,同时避免FMT固有的不可预测性。该公司的主要代理商VE800(11株组合)正在与BMS的Opdivo进行1期试验。(BMS与该试验一起在Vedanta进行了股权投资。)“我们可以塑造响应并能得到更好的定殖效果,但要使用已知的产品,” Vedanta首席执行官Bernat Olle说。


   并非所有确定的细菌配方都能成功。本月早些时候,Seres Therapeutics宣布将停止在Parker癌症免疫研究所的BMS和MD Anderson的SER-401(一种确定的细菌芽孢)与Opdivo的转移性黑色素瘤的1期试验。尽管该公司宣布SER-401安全且具有良好的耐受性,但研究者还是决定“优先考虑SER-401的进一步开发”并推行其他计划。


   与其依赖已定义的未修饰菌株的菌群,另一种更好的方法是使用分子工程来创建活性微生物生物治疗产品(LBP)。Synlogic的工程化大肠杆菌Nissle菌株(SYN1891)旨在以与130年前William Bradley Coley所倡导的类似方式直接注射到肿瘤中。SYNB1891包含来自单核细胞增生性Listeria monocytogenes二腺苷酸环化酶基因和另外两个基因-dapA(编码赖氨酸生物合成的二氢二吡啶甲酸酯合酶)和thyA(编码胸苷生物合成的胸苷酸合酶),其启动子仅在启动缺氧肿瘤微环境下有活性。这种条件性营养缺陷型试图将SYN1891的复制限制到所需的恶性组织。毋庸置疑,这种工程化的LBP(人体从未遇到过)很可能会受到FDA的最严审查。


    根据Synlogic首席医学家Richard Riese的说法,异源二腺苷酸环化酶可提高环二核苷酸2',3'鸟苷单磷酸-腺苷单磷酸(cGAMP)的水平,这是STING(干扰素基因刺激物)蛋白途径中的信号分子优先通过抗原呈递细胞刺激CD4 +和CD8 + T细胞反应。Riese说,其他研究者也显示出胃肠道激活了抗肿瘤免疫力,但是与肿瘤部位注射相比,这种作用是间接的。迄今为止,还没有人能够利用成功的药物或LBP开发肠道机制。Synlogic正在用抗PD-L1 Tecentriq(atezolizumab)(一种来自罗氏公司的,针对PD-L1的Fc改造,人源化,非糖基化的IgG1κmAb)抗PD-L1 Tecentriq(atezolizumab)测试菌株SYNB1891,并将其用于实体瘤和淋巴瘤的单一疗法。


   最后一种方法是将目光放在源自微生物群的肽上。总部位于马萨诸塞州巴黎和剑桥的Enterome公司在微生物组衍生的肽抗原的测试中表示,在将Opdivo与EO2401结合BMS进行的两项1/2期试验中,该抗原刺激了对肿瘤的免疫反应。


   目前,比起已经得到的答案,公司和研究人员仍然有更多的问题。NCI公司的Trinchieri说,目前尚不清楚哪种细菌对哪些患者的哪些肿瘤以及哪些检查点抑制剂的治疗反应起作用。他说:“目前尚不清楚CTLA-4的优点及对PD-1的好处。” 一方面,杀菌剂似乎对抗CTLA-4疗法有积极作用,但对抗PD-1疗法却有消极作用。“目前,我不会说你可以将一种免疫检查点抑制剂或一种肿瘤推断到另一种。” 在已发表的五项关于检查点抑制剂反应的临床微生物组研究中,每份报告都将不同物种与反应相关联:Arthur Frankel于2017年发表的论文Bacteroides caccae3 Zitvogel 2018年论文与Akkermansia muciniphila Gajewski 2018论文与Bifidobacterium longum4 Wargo 2018论文与Faecalibacterium sp.  Faecalibacterium prausnitzii5;以及Markel 2021年发表的论文与Enterococcaceae, Enterococcus Streptococcus australis1有关。



参考文献


1.Baruch EN, Youngster I, Ben-Betzalel G, et al. Fecal microbiota transplant promotes response in immunotherapy-refractory melanoma patients. SCIENCE. ; 371.

2.Davar D, Dzutsev AK, Mcc Ulloch JA, Rodrigues RR, Zarour HM. Fecal microbiota transplant overcomes resistance to anti PD-1 therapy in melanoma patients. SCIENCE. 2021; 371(6529): 595-602.

3.Arthur, Frankel E, Laura, et al. Metagenomic Shotgun Sequencing and Unbiased Metabolomic Profiling Identify Specific Human Gut Microbiota and Metabolites Associated with Immune Checkpoint Therapy Efficacy in Melanoma Patients. NEOPLASIA. 2017.

4.Matson V, Fessler J, Bao R, et al. The commensal microbiome is associated with anti-PD-1 efficacy in metastatic melanoma patients. ence. 2018; 359(6371): 104-8.

5.Gopalakrishnan V, Spencer CN, Nezi L, Reuben A, Wargo JA. Gut microbiome modulates response to anti PD-1 immunotherapy in melanoma patients. SCIENCE. 2017; 359(6371): n4236.


本文由作者自行上传,并且作者对本文图文涉及知识产权负全部责任。如有侵权请及时联系(邮箱:nanxingjun@hmkx.cn
关键词:
免疫疗法,抑制剂,微生物,粪菌,检测,菌株,肿瘤

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