復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院章真教授牽頭的一項研究，探討了局部晚期直腸癌(LARC)患者中腸道菌群對新輔助放化療療效的預(yù)測價值，結(jié)果顯示，腸道菌群具有提供新輔助放化療療效預(yù)測生物標(biāo)志物的潛在價值。(Clin Cancer Res. 2020年12月9日在線版 doi:10.1158/1078-0432.ccr-20-3445)

結(jié)直腸癌(CRC)是最常見的癌癥之一，約占全球與癌癥相關(guān)死亡人數(shù)的10%。約1/3 為直腸癌，至少25%的病例在初始診斷時即處于晚期。直腸癌患者局部復(fù)發(fā)風(fēng)險高，新輔助放化療(nCRT)已成為LARC患者的標(biāo)準治療方法。但是，nCRT的療效存在個體差異。此外，近20%接受nCRT治療的患者可能發(fā)生與治療相關(guān)的不良反應(yīng)，例如疲勞、放射性直腸炎和骨髓抑制等。有必要探討可靠的評價手段來對nCRT的療效進行預(yù)測。

放療和化療均會影響腫瘤的免疫微環(huán)境。多項研究提示，腸道菌群參與宿主的免疫調(diào)控及凋亡、自噬等通路調(diào)節(jié)，可能影響抗腫瘤免疫治療和化療的療效。然而目前關(guān)于腸道菌群如何影響放化療療效，尚缺乏研究證據(jù)。研究者啟動了這項前瞻性縱向研究。

研究共納入84例在復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放療中心接受新輔助放化療的LARC患者，收集其治療開始前和治療完成后的糞便樣本各84份和83份;并從健康人群中收集了31份糞便樣本作為對照。

研究者對這198份樣本進行了16S rRNA測序，并前瞻性地收集了所有患者的基線數(shù)據(jù)及臨床資料。根據(jù)AJCC第八版腫瘤退縮評分(TRG)評估對nCRT的反應(yīng)，并將患者分為兩組：TRG評分為0~1的45例患者歸為有效組(R組)，TRG評分為2~3的38例患者歸為劣效組(NR組)。

結(jié)果顯示，LARC患者之間菌群特征存在異質(zhì)性。根據(jù)菌群特征將LARC患者分為1型和2型。其中1型與健康人菌群構(gòu)成差異顯著，2型則與健康人菌群相似。比較兩類患者對新輔助放化療的應(yīng)答率發(fā)現(xiàn)，2型患者的療效應(yīng)答率顯著高于1型，提示局部晚期直腸癌患者中存在的菌群異質(zhì)性可能與療效相關(guān)。

LARC患者與健康人群的腸道菌群構(gòu)成存在顯著差異。分析顯示，LARC患者中，15種微生物豐度明顯增加，包括普雷沃氏菌、卟啉單胞菌、梭菌、微單胞菌和消化鏈球菌。進一步分析表明，LARC患者中，脆弱擬桿菌、糞腸考拉桿菌、扭鏈瘤胃球菌過高，而在健康人群中，AKK 菌、食葡糖羅斯拜瑞氏菌、雙歧桿菌、唾液鏈球菌唾液亞種明顯更多。

LARC患者與健康人群的菌群特征存在顯著差異。與腸道菌群相互作用主要發(fā)生在細菌種屬內(nèi)的健康人群相反，LARC患者的腸道菌群分為兩個緊密連接的群落，這些群落由不同的細菌種屬組成。其中一個群落主要是丁酸鹽產(chǎn)生菌。丁酸鹽是結(jié)腸細胞的首選能量來源，并具有潛在的抗癌活性，研究者認為該部分為“有益菌群”。另一個群落由沃氏嗜膽菌和卵形擬桿菌構(gòu)成，據(jù)報道兩者均與CRC相關(guān)，研究者認為該部分為“致病菌群”。細菌表型預(yù)測分析顯示，與健康人群相比，LARC患者的潛在致病菌群增加。

這些結(jié)果提示，LARC患者腸道菌群的構(gòu)成，相互作用和表型與健康人群顯著不同。在確定了LARC患者中腸道微生物的特征之后，研究者繼續(xù)探討了nCRT對腸道菌群的影響，以及對腸道菌群的這些干擾是否與治療反應(yīng)相關(guān)。

分析顯示，與nCRT治療后的樣本相比，nCRT治療前的樣本中腸道菌群的多樣性和不均衡性明顯更高，并且R組相比NR組變化更明顯。nCRT治療后結(jié)直腸癌相關(guān)致病菌豐度顯著下降;而有益共生菌，包括乳桿菌、鏈球菌屬等豐度增加。特別是有益共生菌的增加僅見于R組。這提示，有益共生菌的增加可能與nCRT療效相關(guān)。值得注意的是，盡管nCRT極大地改變了LARC患者的腸道菌群，但與健康人群相比仍存在顯著差異。

鏈球菌在腸道菌群中非常重要。在nCRT治療后的樣本中，不論治療反應(yīng)如何，“致病菌群”都會與周圍環(huán)境中的鏈球菌發(fā)生相互作用。在R組nCRT治療后的樣本中，“致病菌群”和“有益菌群”通過鏈球菌發(fā)生連接，但在NR組nCRT治療后的樣本中未觀察到。

這些結(jié)果提示，nCRT顯著降低了LARC患者的菌群豐度，其程度可能與nCRT反應(yīng)有關(guān)。此外，nCRT通過減少腸道病原體和增加有益共生菌來重塑腸道菌群，后者僅在R亞組中觀察到。

基于以上結(jié)果，研究者推測腸道菌群可能為預(yù)測LARC患者對nCRT的反應(yīng)提供潛在的生物標(biāo)志物，因此對新輔助放化療前的基線樣本進一步分析發(fā)現(xiàn)，一些與短鏈脂肪酸代謝相關(guān)的細菌在R組中顯著富集，而梭桿菌屬等在NR組中顯著富集。此外，R組的“有益菌群”比NR組更富集，而NR組的“致病菌群”比R組更富集。

為了將該研究結(jié)果轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用，研究者基于腸道菌群譜構(gòu)建了用于預(yù)測LARC患者新輔助治療療效的隨機森林分類器。將84例接受nCRT治療的患者隨機分為兩個隊列，包括訓(xùn)練隊列(由19例有效患者和18例劣效患者構(gòu)成)和驗證隊列(由剩余的26例有效患者和21例劣效患者構(gòu)成)。訓(xùn)練隊列模型的曲線下面積達94%，驗證隊列模型的曲線下面積達74%。

模型在臨界值為0.5時的分類器的預(yù)測表現(xiàn)如表，兩個隊列的特異度和陽性預(yù)測值均達到80%以上，提示該模型對于預(yù)測nCRT的反應(yīng)表現(xiàn)出色，尤其是對于TRG 0~1分的有效患者的預(yù)測效果更好。

該研究結(jié)果表明，腸道菌群具有提供新輔助放化療療效預(yù)測生物標(biāo)志物的潛在價值。未來有待進一步驗證其在局部晚期直腸癌中的作用。

 (編譯 馮翔)