通过粪菌移植改变微生物组可有效治疗难治性免疫检查点抑制剂诱导的结肠炎

Microbiome alteration via fecal microbiota transplantation is effective for refractory immune checkpoint inhibitor-induced colitis

作者信息Taylor M Halsey, Anusha S Thomas, Tomo Hayase, Weijie Ma, Hamzah Abu-Sbeih, Baohua Sun, Edwin Roger Parra, Zhi-Dong Jiang, Herbert L DuPont, Christopher Sanchez, Rawan El-Himri, Alexandria Brown, Ivonne Flores, Lauren McDaniel, Miriam Ortega Turrubiates, Matthew Hensel, Dung Pham, Stephanie S Watowich, Eiko Hayase, Chia-Chi Chang, Robert R Jenq, Yinghong Wang
PMID37315113
发布时间2023-06-14
DOI10.1126/scitranslmed.abq4006

实验完整度

含12例患者临床队列、16S rRNA测序、免疫荧光等验证,但无对照臂,样本量小。

主要模型

12例难治性免疫检查点抑制剂诱导的结肠炎(IMC)患者 健康供体粪便微生物群移植(FMT) 患者FMT前后粪便样本(16S rRNA测序、宏基因组测序) 患者FMT前后结肠组织样本(多重免疫荧光)

重点核对

FMT通过结肠镜给予50克供体粪便液体至右半结肠 IMC完全缓解定义为FMT后30天内GI症状CTCAE分级≤1 粪便样本收集时间点:FMT前24小时内(第0天),FMT后第10至120天(中位第28天) 结肠组织免疫荧光检测CD3+、CD8+、CD4+、FoxP3+、CD20+、CD56+、CK+、Ki67+细胞 16S rRNA测序V4区,引物515F/806R,Illumina MiSeq平台

摘要

免疫检查点抑制剂(ICIs)靶向治疗晚期恶性肿瘤具有高效性,但也会使患者易发生免疫相关不良事件,如免疫介导性结肠炎(IMC)。标准治疗策略包括停止ICI治疗和给予免疫抑制剂;这些措施反过来可能损害癌症结局。鉴于肠道细菌与ICI治疗反应及IMC风险和严重程度之间的关联,粪菌移植(FMT)代表了一种可行的方法来操纵患者的微生物组成,并可能对IMC具有临床获益。在此,我们呈现了迄今为止最大的病例系列,12例难治性IMC患者接受了来自健康供体的FMT作为挽救治疗。所有12例患者均患有3级或4级ICI相关腹泻或结肠炎,且对标准一线(皮质类固醇)和二线免疫抑制(英夫利昔单抗或维多珠单抗)治疗无反应。10例患者(83%)在FMT后症状改善,包括7例患者(58%)达到完全临床缓解。3例患者需要重复FMT,其中2例后续无反应。在研究期结束时,92%的患者达到IMC临床缓解。对患者粪便样本的16S rRNA测序显示,FMT供体与FMT前IMC患者之间的组成差异与FMT后的完全缓解相关。对完全缓解患者FMT前和FMT后粪便样本的比较显示,α多样性显著增加,以及Collinsella和Bifidobacterium的丰度增加,而这些在FMT应答者中FMT前显著耗竭。组织学可评估的完全缓解者在FMT后结肠中特定免疫细胞亚型(包括CD8+ T细胞)也减少。本研究验证了FMT作为IMC的有效治疗策略,并揭示了可能在FMT反应中起关键作用的独特微生物特征。

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
粪菌移植(FMT)能否有效治疗对一线皮质类固醇和二线免疫抑制(英夫利昔单抗或维多珠单抗)难治的免疫检查点抑制剂诱导的结肠炎(IMC),以及肠道微生物组变化是否与FMT反应相关?
核心机制
FMT通过改变肠道微生物组成,增加α多样性及Collinsella和Bifidobacterium等菌属丰度,并减少结肠总淋巴细胞(CD3+)和细胞毒性T细胞(CD3+CD8+),从而介导IMC的临床缓解。
主要证据
在12例难治性IMC患者中,FMT后83%症状改善,58%完全临床缓解;16S rRNA测序显示完全缓解患者FMT前Bifidobacterium和Collinsella耗竭,FMT后增加;多重免疫荧光显示完全缓解患者FMT后结肠CD3+和CD3+CD8+细胞减少。
研究意义
FMT是治疗难治性IMC的有效策略,且肠道微生物特征可能预测FMT反应,为未来前瞻性对照研究奠定基础,以避免或治疗ICI肠道毒性并确保癌症治疗连续性。

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

患者队列建立与FMT治疗

评估FMT对难治性IMC患者的临床疗效和安全性

纳入12例对一线皮质类固醇和二线免疫抑制(英夫利昔单抗或维多珠单抗)无反应的IMC患者,通过结肠镜给予健康供体粪便(50克液体)至右半结肠,随访临床结局。

2

粪便样本采集与微生物组分析

分析FMT前后患者粪便微生物组成变化,并与供体比较

收集FMT前24小时内(第0天)和FMT后(第10-120天,中位第28天)粪便样本,以及供体粪便样本,进行16S rRNA测序和全基因组鸟枪法测序。

3

微生物组差异与临床反应关联分析

确定与FMT完全缓解相关的基线微生物特征及FMT后变化

比较完全缓解(CR)与非完全缓解(non-CR)患者及供体的基线微生物组成,分析FMT前后α多样性、β多样性及差异丰度菌属。

4

免疫细胞浸润分析

探究FMT对结肠免疫微环境的影响

对FMT前后配对结肠组织样本进行多重免疫荧光染色,定量分析CD3+、CD8+等免疫细胞变化。

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
QIAamp DNA粪便迷你试剂盒Qiagen--
QIAquick凝胶提取试剂盒Qiagen--
Illumina MiSeq测序仪Illumina--
Illumina DNA建库试剂盒Illumina--
NovaSeq 6000测序平台Illumina--
QuantStudio Flex 6实时PCR仪Thermo Fisher--
KAPA SYBR FAST 2X预混液Applied Biosystems--
Leica BOND-RX自动染色系统Leica Microsystems--
Opal 7试剂盒Akoya BiosciencesNEL797001KT
TSA荧光团Opal Polaris 480Akoya BiosciencesFP1500001KT
Vectra Polaris 3.0.3成像系统Akoya Biosciences--
phenochart 1.0.9查看器Akoya Biosciences--
InForm 2.8.2图像分析软件Akoya Biosciences--

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
患者纳入与FMT治疗
纳入标准:成人癌症患者,诊断为IMC伴腹泻/结肠炎症状,对一线和二线标准治疗无反应,FMT时无活动性感染;FMT通过结肠镜给予50克供体粪便液体至右半结肠;FMT后停用免疫抑制剂,若无效则恢复。
阅读提示:Methods: Study design and methods; Fecal Microbiota Transplantation (FMT)
粪便样本采集与测序
FMT前24小时内(第0天)和FMT后(第10-120天,中位第28天)采集粪便;16S rRNA V4区扩增,引物515F/806R;Illumina MiSeq 2x250-bp测序。
阅读提示:Methods: DNA extraction and 16S rRNA sequencing for microbiome analyses; Results: FMT salvage therapy and clinical outcomes
临床结局评估
完全缓解(CR)定义为FMT后30天内GI症状CTCAE分级≤1;部分缓解定义为CTCAE分级降低但未达CR,或6周内复发需第二次FMT;无反应者为30天内症状持续无变化。
阅读提示:Methods: Fecal Microbiota Transplantation (FMT); Clinical and oncological data
多重免疫荧光分析
配对FMT前后结肠组织样本(2例CR,2例non-CR);抗体克隆号及稀释比例:CD3 (D7A6E, 1:100),CD8 (C8/144B, 1:25)等;使用Opal 7 kit和Opal Polaris 480;Vectra Polaris成像。
阅读提示:Methods: Multiplex Immunofluorescence; Figure 5 legend
微生物组数据分析
α多样性使用inverse Simpson指数;β多样性使用加权UniFrac;差异丰度使用DESeq2,Benjamini-Hochberg校正;配对比较使用Wilcoxon检验。
阅读提示:Methods: Statistical analysis; Figure legends 1-4