肠道内“双边会谈”失败可引起结直肠癌发展及免疫治疗抵抗
撰文 | 咸姐
哺乳动物和微生物之间的相互作用对癌症有着深远的影响，其中一个重要的联系来自于微生物群调节免疫系统和促进慢性炎症的能力。微生物群得以发挥这种能力的场景之一是炎症性肠病（IBD）等疾病，与免疫耐受性丧失、针对肠道微生物群的炎症免疫反应的发展乃至结直肠癌（CRC）风险的增加相关。然而，研究人员发现，大多数CRC病例的发展独立于IBD，但仍与大量微生物依赖的炎症途径参与直接相关，如细胞因子白细胞介素（IL）-23和相关的辅助性T细胞（TH）17反应【1-3】。目前尚不清楚肠道恶性转化如何促进这些微生物群的炎症反应，但显而易见的是，开发新的策略来预防这种结果很可能对CRC有益。
随着科学的进步，新的证据表明，微生物群还可以显著影响肿瘤对治疗的反应性，包括具有革命性的治疗方法——免疫检查点阻断，为个别癌症患者或肿瘤类型对检查点阻断疗法的不同反应提供了一种解释，尤其是对检查点阻断疗法的反应非常差的CRC和其他胃肠道肿瘤（除了高度微卫星不稳定性的肿瘤）。然而，了解的越深入，知识的空白就变得越来越大——微生物群的失调与CRC患者的免疫治疗抵抗之间是否真的存在相关性？微生物群又是如何调节检查点阻断的呢？
2021年8月17日，来自美国康奈尔大学的Gregory F. Sonnenberg团队在Cell上在线发表题为“Dysregulation of ILC3s unleashes progression and immunotherapy resistance in colon cancer”的文章，发现在CRC患者肿瘤微环境中发生了3型天然淋巴细胞（ILC3）的改变，其频数降低、可塑性增加、与T细胞之间的相互作用失衡，并且利用小鼠模型证明ILC3可以调节适应性免疫，重塑微生物群组成，并防止肿瘤进展以及CRC免疫治疗抵抗，从而为这一片空白画上了浓墨重彩的一笔。
ILC是组织驻留固有淋巴细胞家族，在调节哺乳动物机体粘膜屏障表面的宿主-微生物相互作用中起着关键作用。其中ILC3是TH17的天然对应分子，表达维甲酸相关孤儿受体γt（RORγt），在肠道中富集，并通过产生细胞因子（如IL-17和IL-22）调节与微生物群的相互作用。ILC3还通过与T细胞的直接细胞相互作用在调节适应性免疫中发挥更广泛的作用。早期研究也报道ILC3可以通过产生细胞因子浸润肿瘤并影响癌症。因此本文研究人员猜测ILC3可以参与调节适应性免疫，并且在癌症中发挥重要作用。
研究人员对来自人类CRC和小鼠自发结肠腺癌模型的组织的ILC表达进行了全面分析，结果显示与癌旁组织相比，CRC组织表现为ILC3的显著改变，ILC3频数降低，并主要定位于三级淋巴结构内。那么ILC3在人类CRC中是如何变化的呢？研究人员对这些细胞进行了分类纯化，并通过RNA测序进行转录谱分析。结果发现肿瘤浸润的ILC3表现出ILC1相关和细胞毒性基因的显著增加，其亚型的ILC3相关标记物逐渐减少，ILC1过渡标记物增加，证明ILC3正在向ILC1表型过渡。同时CRC中ILC3的转录特性也发生了改变，且NKp44+ ILC3细胞数（在非恶性结肠中占主导地位）显著降低。对小鼠模型的分析也得出了类似的结论。研究还证实，在CRC中，肿瘤浸润性ILC上PD-1的染色增加，并且在化学诱导的CRC模型中，结肠ILC3的大部分失去了RORγt蛋白（转化为所谓的ex-ILC3）。由此表明，CRC中的ILC3发生了根本性改变，不仅频数降低，而且亚型的异质性发生改变，且向ILC1或ex-ILC3的可塑性增强。
随后，研究人员对CRC中ILC3和适应性免疫之间的相互作用进行了评估，发现与癌旁组织相比，肿瘤中T细胞与ILC3的比率增加，而这与TH17细胞频数增加和TH1细胞频数降低有关。已知ILC3可以通过主要组织相容性复合物II（MHCII）直接相互作用限制TH17细胞和肠道炎症。深入研究发现，MHCII+ ILC3和CD4 T细胞之间的相互作用是肠道免疫稳态所必需的，保证了促进1型免疫的微生物群的产生，而在CRC中，这些细胞之间的相互作用被破坏。在CRC模型中，ILC3特异性MHCII缺失的小鼠（MHCIIΔILC3）结肠中的TH1和T-bet+ CD8 T细胞显著减少，MHCIIΔILC3小鼠的异型增生评分显著增加，特征表现为腺癌的发生、整个结肠的异型增生程度总体增加、结肠粘膜下层的浸润性肿瘤形成。由此更进一步地证明MHCII+ ILC3和T细胞之间的适当相互作用对于在癌症背景下保持1型免疫是必要的，从而限制了对高度侵袭性结肠癌的易感性。
与此同时，研究人员还发现MHCII+ ILC3也可在全身范围内支持1型免疫，并防止T细胞对检查点阻断免疫疗法产生耐药性。对MHCIIΔILC3小鼠和同窝对照小鼠进行皮下成瘤，可以发现虽然ILC3特异性MHCII不影响肿瘤生长，但是当用抗PD-1单抗治疗时，对照组的肿瘤得到了有力控制，而MHCIIΔILC3小鼠表现出显著的耐药性。此外，成瘤的MHCIIΔILC3小鼠的肠道菌群的组成出现显著改变，且不依赖于抗PD-1单抗的治疗。同样地，研究人员发现IBD患者结直肠的ILC3频数减少，T细胞/ILC3比例增加，肠道菌群也发生了显著改变。接受IBD患者粪菌移植（FMT）的皮下成瘤小鼠表现出对抗PD-1免疫治疗的显著耐药性，而接受健康供体微生物群的小鼠则对抗PD-1免疫治疗有反应。由此表明MHCII+ ILC3在预防对检查点阻断免疫疗法的耐药性方面起着关键作用，并且这种机制是通过控制肠道内的免疫稳态和支持最佳1型免疫所需的微生物群克隆来实现的。
综上所述，本研究证明了ILC3在癌症中的保护作用，并表明其在CRC中的破坏驱动了功能失调的适应性免疫、肿瘤进展和免疫治疗抵抗。在健康的肠道中，ILC3和T细胞之间的“对话”对于控制免疫稳态和以支持1型免疫的方式塑造微生物群是必要的。而这种“对话”在肠道炎症或CRC的情况下被破坏，导致微生物群的特定组成变化，无法诱导最佳的1型免疫，从而促进CRC进展或抵抗检查点阻断治疗。
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参考文献
1. Belkaid, Y., and Hand, T.W. (2014). Role of the microbiota in immunity and inflammation. Cell157, 121–141.
2. Beaugerie, L., and Itzkowitz, S.H. (2015). Cancers complicating inflammatory bowel disease. N. Engl. J. Med. 372, 1441–1452.
3. Grivennikov, S.I., Wang, K., Mucida, D., et al. (2012). Adenoma-linked barrier defects and microbial products drive IL-23/IL-17-mediated tumour growth. Nature491, 254–258.