编者按：
“微生物组可增强肿瘤免疫疗法”的观点，曾一度遭到质疑，但现在，众多微生物组公司都在齐力推进微生物组产品与免疫疗法的联合应用，包括 Synlogic、Vedanta Biosciences 和 Persephone Biosciences 等公司。那么如何利用微生物组增强免疫疗法呢？哪种方法更具前景呢？
今天，我们共同关注微生物组与癌症，特别介绍上述三家利用微生物抗癌的方式。希望本文能够为相关的产业人士和诸位读者带来一些启发与帮助。
微生物辅助抗癌
免疫治疗无疑是癌症患者的一大希望。这项获得诺贝尔奖的重大突破，正是以“免疫系统可以被用于攻击癌细胞”为基石。但是，尽管有如此巨大的前景，免疫治疗仍然面临着一个长期的绊脚石：在癌症患者中，免疫治疗的失败率很高，有时高达 80%。
虽然自第一种癌症免疫疗法被批准以来，已经过去十年了，但科学家们依然没有搞清楚，患者出现应答和不应答的原因。目前，为了解释这种令人失望的应答率，许多人都在进行着不同的努力，一些科学家和几家初创公司都希望利用微生物组，来提高患者的应答率。
大约五年前，科学家们开始发表一些研究数据，这些数据表明微生物组和免疫疗法之间存在联系。
在 2016 年的国家癌症研究所（NCRI）癌症会议上，安德森癌症中心的研究人员 Jennifer A. Wargo 医学博士，发表了一篇题为《理解癌症疗法的应答：问题在组织，但答案却在粪便中（Understanding responses to cancer therapy: The tissue is the issue, but the scoop is in the poop）》的演讲。她的研究结果表明，对免疫疗法有应答的癌症患者，肠道中的细菌种类更为多样。
将微生物组调节和免疫疗法相结合产生的结果，有时会遭到质疑，但这种方法有其逻辑前提。免疫疗法可以激活免疫系统，来攻击癌细胞。而细菌也能激活免疫系统。因此，如果我们能够利用一个特定的细菌亚群，或其代谢产物，来增强免疫疗法的疗效，那么免疫系统就能增强，肿瘤就会缩小。
在过去的五年里，这方面的研究一直在继续。最近，一系列引人注目的学术论文，让人们消除了对最初的一些发现的质疑。例如，2018 年 1 月，Science杂志连续发布论文，表明肠道细菌是如何影响患者对癌症免疫疗法的应答的。
今年年初，又有一系列的“背靠背”论文发表于Science杂志上，提供了第一个人体临床试验数据，回答了粪菌移植（FMT）是否能够影响转移性黑色素瘤患者对抗 PD-1 免疫疗法的应答的问题。事实上，论文指出，20%的患者，能从微生物疗法中获益。
没有参与这项研究的 Persephone Biosciences 公司的首席执行官 Stephanie Culler 博士断言：“想要推动免疫疗法的发展，我们需要在我们的领域（微生物组领域）里，对这些概念进行临床验证。”
恢复微生物组的健康，对那些已经没有治疗选择的无应答者，有明显的影响，因为其或可将无应答者转变为应答者。
FMT 研究的结果是一个“大黑匣子”，Vedanta Biosciences 公司的首席执行官 Bernat Olle 博士说，“因为我们不知道它是怎么发生的。”然而，他坚持认为，在这样一个顽固的群体（无应答者）中，出现了这样一个结果，表明“可能有值得探索的东西，而这就是希望所在。”
爱尔兰皇家内科医生学会会员、Synlogic 公司的首席执行官 Aoife Brennan 医学学士指出，微生物组领域已经经历了多个阶段。在第一阶段，我们逐步揭开患者状况和微生物组组成之间的联系；在第二阶段，我们开始寻找因果关系；在第三阶段，我们开始寻找机制。
现在发表的论文都是探究机制的，对各种细菌菌株及其代谢产物的作用，进行了剖析和阐述。Brennan 强调，Synlogic 公司正是基于这项工作，来制造药物的。
图.两位合成生物学的先驱 Tim Lu 医学博士和 Jim Collins 博士意识到，他们可以利用工程菌，作为诊断平台，随即他们决定将他们的工作拓展到治疗领域。因此，Synlogic 公司诞生了。
Synlogic：探本溯源
Synlogic 公司的科学家，并不是第一个想到将细菌直接注射到肿瘤中的人。事实上，1891 年，一位名叫 William Coley 的年轻医生，就曾尝试过这种方法。Coley 的工作标志着免疫疗法的创始，在他将活菌注射到患者的肿瘤中时，观察到了一些重要的结果。
早在抗生素出现之前，患者因败血症而不断死亡，这迫使 Coley 制造出一种可以拯救患者的毒素（被称为 Coley 毒素），这种毒素由热灭活的细菌混合物组成。结果表明，在 Coley 注射的患者中，应答率达到了 30%——这个应答率，使当今癌症治疗领域的许多人都兴奋不已。
合成生物学，使得上述这种毒素可以有更现代化的减毒版本。Synlogic 公司的药物，都是以大肠杆菌为基础。这些大肠杆菌会根据该公司的需求，进行基因的“增减”。
以 Synlogic 公司的免疫治疗药物 SYNB1891（纪念 William Coley）为例，来自单核细胞增生李斯特氏菌的 dacA（二甲酰环化酶）基因，被导入到 Synlogic 公司的非致病性大肠杆菌中。
该工程菌产生的环状 di-AMP（CDA），可激活干扰素基因刺激蛋白（STING）信号通路。这种细菌通过激活抗原呈递细胞，进行肿瘤抗原的递呈，来启动抗肿瘤免疫反应。
SYNB1891 已在小鼠身上显示出有效性，目前正在对晚期实体瘤或淋巴瘤患者进行临床试验（NCT04167137）。该药物正在作为单一疗法，或与 Roche 公司的检查点抑制剂 atezolizumab（Tecentriq）联用，进行测试。
为什么 Synlogic 公司直接将细菌注射到肿瘤中，而不是口服一种能在肠道内定植的微生物药物？Brennan 说，Coley 所做的工作——在肿瘤内注射病毒溶瘤药物，开创了先例。
她补充道，如果 Synlogic 公司选择口服给药方式，那么 Synlogic 公司将需要了解微生物组的组成与对检查点抑制剂敏感性之间关联的机制。在不知道肠道菌群做了什么，以及它们是如何产生影响的情况下，将细菌直接注射到肿瘤中，是 Synlogic 公司的最佳选择。
有趣的是，肿瘤也有它们自己的微生物组。直到几年前，“肿瘤中有细菌存在”的观点，才被广泛接受。这些细菌曾被认为是污染物。Brennan 说，在过去的一两年里，“该领域才逐渐成熟”，很大程度上是因为一些权威性研究，对污染进行了严格控制。
虽然关于“肿瘤中存在细菌”的争议越来越少，但问题仍然存在：它们在那里做什么？2021 年 3 月发表于Nature杂志的论文提供了一条线索：肿瘤中细菌产生的肽，不仅出现在肿瘤细胞中，还能引起免疫反应，这阐明了免疫疗法与肿瘤微生物组之间的联系。
图. Vedanta Biosciences 公司正在进行一项名为 CONSORTIUM-IO 临床试验，以评估该公司的活体生物药 VE800 与检查点抑制剂 nivolumab 联合，对某些晚期或转移性癌症患者的安全性、耐受性和临床活性。
Vedanta：行之不易
Olle 断言，如果你向足够多的人询问，使用细菌作为癌症疗法的前景，你会“找到一些像我这样坚信的人，还有一些持质疑态度的人。”他补充道，这两种人的想法都很合理，因为“目前还处于早期阶段”，并且微生物组是一个新兴的领域，而癌症却是一个无情的对手。
Vedanta 和 Synlogic 公司都在追求同样的目标，即利用细菌来控制免疫系统，对抗癌症，虽然是以不同的方式利用细菌：
Synlogic 公司的细菌是经过改造的，而 Vedanta 公司的细菌则是天然的；Synlogic 公司使用单一细菌，而 Vedanta 公司利用的多菌株；Synlogic 公司将细菌直接注射到肿瘤中，而 Vedanta 公司则希望它的细菌能在肠道中尽可能长时间地定植。
Vedanta 公司利用确定的细菌混合物，制造药物。科学家们从纯细胞系开始制作这些药物，他们通过单细胞培养、发酵合成，得到一种成分始终完全相同的产品，从源头上消除了差异性。
Olle 解释说，Vedanta 公司的免疫治疗药物 VE800 的组成菌株，被选中来做“我们认为对战胜疾病很重要”的事情。他强调，战胜疾病是非常重要的。“如果我们建立的选择标准是正确的，那么未来可能会有一个很好的药物，”他继续说，“但如果我们的选择标准不正确，那么可能需要全部推翻，重新再来。”
Vedanta 公司的假设，主要基于医学博士 Kenya Honda 的发现。他是东京立肯综合医学中心的团队负责人，也是该公司的科学联合创始人之一。Honda 发现，肠道中细胞毒性 CD8[+] T 细胞的聚集，依赖于微生物组。
2019 年 1 月，Vedanta 公司的科学家和他们的同事在Nature杂志上发表了题为“A defined commensal consortium elicits CD8[+] T cells and anti-cancer immunity”的文章，说明了该公司是如何研发出 VE800 的。
VE800 是 11 种从人类粪便中筛选出来的菌株混合物，它们能够诱导产干扰素-γ CD8[+] T 细胞在肠道中聚集。该论文还报道了，在肿瘤小鼠模型中，这 11 株微生物混合物，可以增强免疫检查点抑制剂的疗效。
自 2019 年 12 月以来，Vedanta 公司的试验已招募了 54 名患者，其中包括一些对其他药物无应答的癌症患者。这些患者每天服用 Vedanta 公司的 VE800，再联合使用百时美施贵宝公司的检查点抑制剂 nivolumab（每月注射）。
当其他公司都专注于代谢产物时，为什么 Vedanta 公司要开发一种含有11株细菌的药物？Olle 打了一个比方，Vedanta 公司看到的是，如果你试图“把海洋熬干，提取出几个代谢产物”，就很难捕捉到微生物组变化所产生的多效性效应。
“我们将细菌作为药物，而不是利用代谢产物，当然，也有人不同意我们的决定，”Olle 说，“但我认为他们错了。”
图. 在 Persephone Biosciences 公司，研究人员使用 Hamilton Microlab STAR 平台（一种机器液体处理系统）从粪便样本中纯化微生物基因组 DNA。提取 DNA 后，利用全基因组测序，来确定存在的细菌种类。
Persephone：英雄之战
Persephone Biosciences 公司首席执行官斯 Stephanie Culler 博士，可能正是 Olle 所说的质疑者之一。Persephone 公司的目标，与 Vedanta 公司一样，都是利用微生物组，来增强患者对免疫疗法的应答。
但该公司的方法，是恢复无应答患者通常缺失的细菌功能或代谢途径（而不是改变细菌本身）。为了确定需要恢复的途径，Persephone 公司实施了一项名为 ARGONAUT 的研究，这是美国有史以来最大的一项绘制癌症肠道微生物组-免疫轴的研究。
这项研究于 5 个月前启动，将招募 4000 名不同种族的晚期癌症患者（其中 50%是少数种族和民族患者）和 1000 名健康对照者，并将对四种类型的实体肿瘤癌症进行研究。
这项多年纵向研究的目标，是建立一个大规模的、真实世界的数据库，用于确定微生物组与免疫疗法之间的联系机制。通过将这些不同的微生物组数据输入机器学习模型，Culler 希望这些模型能将信息提炼成一个小的解决方案，从而开发出一种适用于不同患者、多种癌症的治疗方法。
早期数据表明，治疗无应答患者的微生物组损伤与治疗方式和适应症没有特定关联。这些数据鼓励 Culler 认为，一种疗法可能适用于不同的适应症或人群。她希望，到 2023 年初，Persephone 公司将研发出“微生物组的 Keytruda”——一种基于微生物组的治疗方法，它包含了一些工程化的微生物，可以使许多癌症患者受益。
ARGONAUT 研究，利用患者的粪便，描绘他们的肠道微生物组；利用患者的血液，来描绘他们的免疫系统。Culler 说，Persephone 公司不仅试图了解患者微生物组中有哪些细菌，而且还试图了解它们在做什么。
除了对粪便样本进行测序外，Persephone 公司还收集了微生物代谢产物的信息，以揭示其功能。Culler 指出，这是一套多组学分析，将会产出机制方面的信息。
Culler 在 2017 年夏天创办 Persephone 公司时，遭到了相当多的质疑。但在过去两年里，人们对她的看法逐渐变得乐观起来。她把这归因于不断增长的学术研究和制药公司的支持，这些制药公司正在投资和/或与微生物组公司合作。她宣称潮流正在改变。
这次试验的名字叫 ARGONAUT，是 Culler 和她的同事们为了纪念 Jason 和 Argonauts（古希腊中的人物）的功绩而选择的。就像 Jason 对金羊毛的追求一样，微生物增强癌症免疫疗法的探索也有它的英雄。
以 Persephone 公司的团队为例，ARGONAUT 研究的英雄人物，包括每个试验参与者——每个患者、临床医生、护理人员、患者代表和科学家。
原文链接：https://www.genengnews.com/insights/the-microbiome-gains-momentum-in-cancer-immunotherapy/
作者｜Julianna LeMieux
编译｜赵婧
