通过联合使用苯乙肼和嗜黏蛋白阿克曼菌调节肠道微生物代谢物5-HIAA增强非小细胞肺癌的免疫治疗效果

Enhancing immunotherapy efficacy in NSCLC through the combined use of phenelzine and Akkermansia muciniphila to regulate gut microbial metabolite 5-HIAA

作者信息Shilong Sun, Longhao Wang, Kang Cui, Yuchao Ding, Yujie Wei, Yuanyuan Zheng, Zhibo Shen, Lili Zhu, Yaqi Yang, Pu Yu, Yiqiong Song, Ke Chao, Yixing Zhang, Yahao Ge, Wenxuan Ji, Chunwei Li, Gautam Sethi, Lifeng Li, Jie Zhao
PMID40930748
发布时间2025-09-10
DOI10.1136/jitc-2025-011831

实验完整度

包含临床样本(两个队列)、人源化小鼠模型、细胞系体外实验,并涉及功能验证(CD8+ T细胞清除)和机制验证(RNA-seq、流式)。

主要模型

临床NSCLC患者队列 人源化小鼠模型(FMT) LLC细胞皮下移植瘤模型 B16-F10黑色素瘤模型

重点核对

血清5-HIAA浓度在免疫治疗无应答者中升高,使用ELISA检测 人源化小鼠经FMT移植患者肠道菌群后,对抗PD-1单抗的反应性 5-HIAA补充降低肿瘤浸润CD8+ T细胞比例及IFN-γ和TNF-α表达 苯乙肼(3 mg/kg)抑制5-HIAA合成并增强CD8+ T细胞功能 AKK补充(109 CFU/天)降低血清5-HIAA并增强抗PD-1疗效

摘要

背景:提高抗程序性死亡1(PD-1)单克隆抗体(mAb)治疗非小细胞肺癌(NSCLC)的疗效仍然是癌症免疫治疗的主要挑战。肠道微生物代谢物可以影响免疫治疗的效果。方法:使用ELISA比较NSCLC患者血清5-羟基吲哚乙酸(5-HIAA)水平。构建人源化小鼠观察5-HIAA对免疫治疗的影响。使用RNA-seq和流式细胞术分析5-HIAA对肿瘤浸润淋巴细胞的影响。分析了苯乙肼(Phe)和嗜黏蛋白阿克曼菌(AKK)对5-HIAA合成、抗肿瘤免疫和免疫治疗疗效的影响。最后,观察了Phe联合AKK对抗PD-1 mAb的协同作用。结果:我们发现,由肠道微生物群调节的5-HIAA在免疫治疗无应答者的血清中浓度升高。补充5-HIAA抑制了抗PD-1 mAb的疗效和CD8+ T细胞的肿瘤浸润。使用单胺氧化酶抑制剂(MAO-I)Phe抑制了5-HIAA的合成,从而提高了抗PD-1 mAb的疗效。此外,补充AKK也能降低血清中的5-HIAA。最后,Phe和AKK的组合最大限度地抑制了5-HIAA的合成,并提高了免疫治疗的疗效。结论:我们的研究表明,肠道微生物组成的改变导致5-HIAA合成增加,可能对CD8+ T细胞功能和免疫治疗的成功产生负面影响。Phe和AKK补充剂的组合具有优化免疫治疗疗效的潜力。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
肠道微生物代谢物5-HIAA是否通过调节CD8+ T细胞功能影响非小细胞肺癌免疫治疗疗效?
核心机制
无应答者肠道菌群上调肠上皮细胞MAO表达,促进5-HIAA合成,进而抑制肿瘤浸润CD8+ T细胞功能,降低抗PD-1单抗疗效;MAO抑制剂苯乙肼和益生菌AKK可抑制5-HIAA合成,恢复CD8+ T细胞功能并增强免疫治疗疗效。
主要证据
临床队列血清5-HIAA升高与免疫治疗无应答相关;人源化小鼠FMT实验证实菌群影响5-HIAA和免疫疗效;5-HIAA补充抑制CD8+ T细胞并降低抗PD-1疗效;苯乙肼和AKK降低5-HIAA并增强免疫疗效。
研究意义
血清5-HIAA可作为预测抗PD-1免疫治疗效果的潜在生物标志物;靶向调节该代谢途径(使用MAO抑制剂和补充AKK)可能成为增强免疫治疗疗效的辅助策略,为个性化治疗提供新思路。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

临床样本关联分析

比较免疫治疗应答者与无应答者血清5-HIAA水平及其与疗效的关系。

收集接受抗PD-1单抗治疗的NSCLC患者血清和粪便,通过ELISA检测5-HIAA,并依据iRECIST标准分组分析疗效。

2

粪便菌群移植构建人源化小鼠

验证无应答者肠道菌群是否导致血清5-HIAA升高和免疫治疗抵抗。

采集患者新鲜粪便,制备菌液,经抗生素处理后灌胃给小鼠,再接种LLC细胞并给予抗PD-1单抗治疗,监测肿瘤生长和5-HIAA水平及免疫细胞。

3

5-HIAA功能验证

直接验证5-HIAA对CD8+ T细胞和免疫治疗疗效的抑制作用及CD8+ T细胞依赖性。

对荷瘤小鼠灌胃5-HIAA,联合或不联合抗PD-1单抗治疗,通过流式细胞术检测肿瘤浸润CD8+ T细胞比例和细胞因子,并通过RNA-seq分析分子机制。在BALB/c裸鼠和CD8+ T细胞清除小鼠中重复实验。

4

MAO抑制剂筛选与机制验证

评估不同MAO抑制剂对5-HIAA合成和抗肿瘤免疫的影响,并选择最优药物进行组合研究。

比较苯乙肼、异卡波肼和托洛沙酮对荷瘤小鼠肿瘤生长、血清5-HIAA水平、CD8+ T细胞功能和抗PD-1疗效的影响。

5

AKK鉴定与功能验证

通过16S rRNA测序鉴定导致5-HIAA差异的关键菌群,并验证AKK补充对5-HIAA和免疫治疗的影响。

对人和小鼠粪便进行16S rRNA测序,利用LEfSe分析找出关键菌属;通过RT-qPCR验证AKK丰度;对荷瘤小鼠灌胃AKK,检测肿瘤生长、血清5-HIAA和CD8+ T细胞功能。

6

联合治疗策略评估

评估苯乙肼联合AKK是否能进一步抑制5-HIAA并增强抗PD-1疗效,包括在无应答人源化小鼠模型中的效果。

对荷瘤小鼠给予苯乙肼和AKK联合治疗(单独或联合),观察肿瘤生长、5-HIAA水平、CD8+ T细胞浸润和功能;在无应答人源化小鼠中评估联合治疗对免疫治疗敏感性的影响。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM培养基CytivaSH30022
胎牛血清ExcellFSP500
青霉素-链霉素-两性霉素BBeyotimeC0224
5-HIAA ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-0075
细胞筛网(40微米)Biologix15-1040
甲硝唑MeilunbioMB2200
硫酸新霉素MeilunbioMB1716
万古霉素盐酸盐MeilunbioMB1260
IgG同型对照抗体MedChemExpressHY-P990679
抗小鼠PD-1单克隆抗体MedChemExpressHY-P99144
5-羟基吲哚乙酸SigmaH8876
苯乙肼MedChemExpressHY-B1018A
异卡波肼MedChemExpressHY-13929
托洛沙酮MedChemExpressHY-14196
抗小鼠CD8α抗体Bio X CellBE0117
IgG同型对照Bio X CellBE0090
Zombie NIR活力染料试剂盒BioLegend423105
牛血清白蛋白封闭液SolarbioSW3015
CD3抗体BioLegend100327
CD8抗体BioLegend100711
胞内染色破膜洗涤缓冲液BioLegend421002
IFN-γ抗体BioLegend505829
TNF-α抗体BioLegend506304
脑心浸液琼脂HopebioHB8297
黏蛋白SigmaM1778
厌氧产气袋Mitsubishi Gas Chemical--
免疫组织化学试剂盒absinabs957
数字病理切片扫描仪KonFoong Bioinformation TechKF-PRO-005-EX
TIANamp粪便DNA提取试剂盒TiangenDP328
SYBR Green实时荧光定量PCR预混液Accurate BiologyAG11718
QuantStudio 5实时荧光定量PCR系统Applied Biosystems--
GraphPad PrismGraphPad Software--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
临床样本分析
患者队列的纳入标准、5-HIAA检测时间点、分组标准(iRECIST)
阅读提示:Clinical samples 部分
FMT人源化小鼠模型
FMT粪便处理条件(使用30%甘油PBS)、ABX抗生素处理疗程、灌胃频率和剂量
阅读提示:Fecal microbiota transplantation experiment 部分
5-HIAA给药
5-HIAA剂量(2 mg/只/天)、给药途径(灌胃)、起始时间(第3天)
阅读提示:In vivo experiments 部分,图2A、图2B
MAO抑制剂处理
苯乙肼剂量(3 mg/kg)、给药途径(腹腔注射)、溶剂(0.9%盐水)、给药时间(第3天起每日)
阅读提示:In vivo experiments 部分,图3C、图3D
AKK补充
AKK菌株(ATCC BAA-835)、培养条件、给药剂量(109 CFU/天)、给药途径(灌胃)
阅读提示:Bacterial culture 和 In vivo experiments 部分
抗PD-1治疗
抗PD-1单抗剂量(100 μg/只)、给药时间(接种后第7天开始)、给药方式(注射)
阅读提示:In vivo experiments 部分
流式检测
CD8+ T细胞检测时间点、肿瘤组织处理方式、抗体克隆号和染色步骤
阅读提示:Flow cytometry analysis 部分