武漢大學張先正團隊：含銀水凝膠調控口腔菌群協助抗癌！

【背景介紹】

免疫治療通過引發強烈的免疫反應來對抗各種癌癥。而在眾多癌癥中，口腔鱗狀細胞癌(OSCC) 的5年生存率仍然保持在50%左右。由于OSCC抗原載量高，免疫治療有望相當程度上地提升治療效果。然而，OSCC對派姆單抗免疫治療的應答率僅為14.6%，凸顯出制定新型策略來誘導OSCC中更有效免疫應答的迫切需要。最近，一些研究報道了共生細菌的調節與宿主免疫系統的響應性之間的聯系，表明調節口腔菌群可改善口腔鱗癌的免疫應答。然而，關于口腔鱗癌、口腔微生物群與免疫系統關系的研究目前來說還不多見。

【成果簡介】

近期，武漢大學的張先正教授和孫志軍教授（共同通訊作者）等人發現在口腔鱗狀細胞癌患者的腫瘤中，較高水平的消化鏈球菌屬細菌能夠大概率地進行長期生存。基于這一現象，作者在小鼠OSCC腫瘤中注入OSCC患者的口腔微生物群，進一步基于消化鏈球菌的代謝特征，設計了含銀納米粒子黏膜粘附性水凝膠對口腔中其他細菌的生長進行抑制，而不影響消化鏈球菌的增殖。因此使得抑癌的消化鏈球菌在口腔菌群中占據了優勢地位。這一研究表明，理性設計的生物材料可以特異性的調節人類微生物群，以增強抗腫瘤免疫反應。本文第一作者為鄭迪威和鄧偉偉，研究成果以題為“Biomaterial-mediated modulation of oral microbiota synergizes with PD-1 blockade in mice with oral squamous cell carcinoma”發布在國際著名期刊Nature Biomedical Engineering上。

【圖文解讀】

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圖一、OSCC相關細菌的篩選

（a）OSCC患者癌組織和癌旁組織中檢測到的細菌種類的維恩圖和PcoA分析(P = 0.148)；

（b）OSCC原發腫瘤和癌旁組織的屬水平相對微生物豐度；

（c）9例患者的OSCC腫瘤和癌旁組織的消化鏈球菌含量檢測示意圖；

（d）彎曲桿菌屬和卟啉單胞菌屬的計數；

（e）消化鏈球菌屬在腫瘤(n = 199)、癌前病變(n = 63)和粘膜組織(n = 30)中的數量? ；

（f）根據腫瘤內消化鏈球菌多少區分的OSCC患者生存曲線。

圖二、消化鏈球菌活化抗癌免疫反應的作用

（a）樹突細胞成熟的流式分析；

（b）患者瘤內CD8水平與消化鏈球菌水平的線性回歸分析；

（c）腫瘤浸潤性免疫細胞以及腫瘤相關巨噬細胞水平的流式定量分析；

（d）差異基因的KEGG富集分析；

（e-f）Toll樣受體信號傳遞（e）和NOD樣受體信號傳遞（f）的差異基因直方圖；

（g）HEK293的生物發光強度;

（h）NOD樣受體、TLR4以及TLR7/9受體的抑制劑在P. anaerobius-介導的樹突細胞活化上的作用。

圖三、含銀水凝膠（Agel）為消化鏈球菌提供選擇性生長優勢的能力

（a）銀納米顆粒、金納米顆粒、四氧化三鐵納米顆粒、氮化碳納米片、纖維素納米晶、石墨烯納米片、氧化鋅納米顆粒、殼聚糖納米顆粒、二氧化鈦納米顆粒、氧化鈰納米顆粒、氧化錫納米顆粒以及氧化銅納米顆粒對細菌生長作用的篩選；

（b）銀納米粒子對調節口腔菌群和促進消化鏈球菌生長的作用；

（c）多種細菌的胞內銀含量；

（d）消化鏈球菌抵抗銀納米顆粒的可能機制；

（e）高濃度的氧化葡聚糖和殼聚糖混合物形成水凝膠；

（f）上：化合合成銀納米顆粒（AgNP）和細菌還原AgNP的TEM；下：水凝膠SEM；

（g-h）腫瘤浸潤性CD8+T細胞水平的流式定量分析。

圖四、aPD-1和Agel在OSCC皮下荷瘤小鼠中的治療作用

（a）4T1細胞存活率；

（b）在808nm激光輻照下4T1細胞存活率；

（c-e）低（c）、中等（d）、高（e）水平消化鏈球菌的治療效果；

（f）荷瘤小鼠的生物發光成像；

（g）荷瘤小鼠的生存曲線。

圖五、aPD-1和Agel在OSCC自發荷瘤小鼠中的治療作用

（a）治療時間線；

（b）治療結束后小鼠的舌部圖像；

（c）治療結束后小鼠的病理性改變；

（d）引流淋巴結中CD8+T細胞和樹突細胞的流式定量分析；

（e）自發性OSCC中的消化鏈球菌水平；

（f-g）口腔菌群種屬的PcoA圖（f）和環狀圖（g）；

（h）厭氧消化鏈球菌、aPD-1和Agel抑制4MOSC1腫瘤生長和提高瘤內CD8+T細胞浸潤情況；

（i）厭氧消化鏈球菌、aPD-1和Agel抑制4MOSC2腫瘤生長和提高瘤內CD8+T細胞浸潤情況。

【小結】

作者認為，這項工作仍存在著一些重要的局限性。首先，盡管AgNPs已被美國食品和藥物管理局(FDA)批準用作抗菌敷料，但使用AgNPs作為口服噴霧劑可能會導致肝臟毒性和炎癥，因此需要評估Agel的長期毒性。 其次，有研究表明，消化鏈球菌可能通過增加腸道炎癥水平而引起結腸的病變；但與此同時，由細菌引起的炎癥可能有利于已發腫瘤的免疫治療。考慮到細菌介導的抗癌免疫反應的復雜性，需要深入地進行機制研究。第三，該研究只評估了Agel在小鼠腫瘤模型中的治療效果，而對非人類靈長類動物的研究將有助于確定這種治療策略的臨床潛力。第四，由于AgNP對細菌的抑制作用是劑量依賴性的，高濃度的AgNP可能抑制細菌的增殖，因此，Agel的劑量，特別是在大動物模型中，將需要進行進一步地優化。?

文獻鏈接：Biomaterial-mediated modulation of oral microbiota synergizes with PD-1 blockade in mice with oral squamous cell carcinoma, Nature Biomedical Engineering, 2021, DOI: 10.1038/s41551-021-00807-9.