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免疫检查点抑制剂(ICI)的应用彻底改变了非小细胞肺癌(NSCLC)的治疗。ICI通过重新激活患者体内的耗竭型T细胞,增强机体抗肿瘤免疫。然而,ICI的应用常常诱发免疫相关不良反应(irAEs),其中免疫检查点抑制剂相关肺炎(Checkpoint inhibitor pneumonitis, CIP)经常导致治疗中断并具有潜在致命性。
CIP的主要临床症状包括发烧、咳嗽、胸痛、呼吸急促,甚至呼吸衰竭。其典型病理特征是间质炎性浸润,通常包括嗜酸性粒细胞水平升高、肉芽肿形成不良和淋巴细胞增多。CIP肺部影像学表现多种多样,急性间质性肺炎、隐源性机化性肺炎和非特异性间质性肺炎是最常见的类型,代表了肺损伤从急性期、组织期到纤维化期的演变。近期研究表明,微生物因素可能与irAEs的发生有关。共生微生物在将环境与宿主特征联系起来方面发挥着至关重要的作用。然而,微生物在CIP发病中的作用尚未被充分阐明。
2024年8月3日,北京大学人民医院呼吸与危重症医学科高占成教授团队在《eBioMedicine》期刊(2023年IF 9.7)发表了题为“The potential role of lung microbiota and lauroylcarnitine in T-cell activation associated with checkpoint inhibitor pneumonitis”的研究,探讨了CIP患者下呼吸道的微生物结构及相关代谢物与机体免疫的关系。研究团队收集了CIP(原发病主要为NSCLC)、新发肺癌(LC)及特发性肺纤维化(IPF)患者的BALF样本,进行了16S rRNA测序和流式细胞学分析。
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CIP肺微生物的组成和收敛的菌群多样性
研究团队纳入的三组样本,在年龄、性别、BMI、烟包年指数和病理学分期等方面无明显差异。所有 CIP 组参与者均接受抗 PD-1 单药治疗,中位肺炎发病时间为6个周期。作者共鉴定出19门、36纲、87目、143科、276属、401种。丰度最高的5个门依次为变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)和蓝细菌门。变形菌门是各组的优势门。在门水平上,CIP组的α多样性显著高于IPF组和LC组。在属和ASV水平上,CIP组的多样性显著低于其他组。这表明随着细菌分类的精细化,CIP炎症浸润区的微生物多样性发生了收敛。
图1 肺微生物组成和多样性分析:(a)门水平上的微生物群结构;(b,d,e)门、属、ASV水平上的组内多样性指数;(c)变形菌门的相对比例;(f)基于NMDS的组间距离分析。
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差异微生物分析和功能预测
基于LEfSe和DESeq2分析,作者团队发现Vibrio, Halomonas, Mangrovibacter和Salinivibrio是CIP患者BALF中的优势菌,均属于变形菌门。在种水平上比较各组优势菌的相对丰度,发现CIP组的Vibrio metschnikovii和Mangrovibacter plantisponsor的相对丰度明显高于其他两组。
功能预测分析表明,相比于IPF和LC组,CIP组有机化合物(如硫胺素二磷酸、噻唑、四氢嘧啶和Kdo2-脂质A)的生物合成过程,以及脂肪酸代谢更加活跃。而糖原降解、丙酮酸代谢和脱氧核糖核苷酸生物合成速率则明显降低。
图2 筛选差异微生物:(a)基于LEfSe鉴定出的3组差异微生物(LDA > 2,P < 0.05);(b)基于DESeq2鉴定出的差异微生物(P-adj < 0.05);(c-h)种水平上优势菌的差异比较分析;(i,j)基于 PICRUSt2 的功能预测分析。
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优势菌与宿主免疫应答的相关性
作者团队对CIP组BALF中的免疫细胞进行了Wright-Giemsa染色和计数。免疫细胞和所有菌属的Spearman相关分析表明,中性粒细胞与29个属呈显著负相关,其中包括Lachnospiraceae_NK4A136_group、Christensenellaceae_R_7_group 和 Akkermansia等常见的潜在益生菌。此外,淋巴细胞与Vibrio(r = 0.72, P-adj = 0.007)、盐单胞菌(r = 0.65, P-adj = 0.023)均表现出强相关性。然而,同为CIP优势菌的Mangrovibacter和Salinivibrio与淋巴细胞的相关性则并不显著。
通过流式细胞术对淋巴细胞亚群进行细分。尽管CIP组淋巴细胞增多,但没有表现出统一的向CD4或CD8 T细胞的偏倚。CD8 T细胞与Brevundidas负相关,与Clostridia_UCG_014、Muribaculaceae和Parabacteroides呈显著正相关。CD4 T细胞仅与Weissella正相关。B细胞与产丁酸盐的Anaerostipes正相关,与致病性Staphylococcus呈负相关。NK细胞作为先天免疫系统的关键组成部分,则与环境菌表现出调节性或反应性相互作用。
图3 肺微生物与浸润性免疫细胞的相关性:(a,c)基于手工计数的免疫细胞比例与肺部菌属的Spearman相关分析;(b)Lachnospiraceae_NK4A136_group的组间差异比较分析;(d)淋巴细胞中CD4 T和CD8 T细胞比例;(e)基于流式细胞术的淋巴细胞亚群比例与肺部菌属的Spearman相关性热图。
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多组学分析与月桂酰肉碱的T细胞激活效应
在之前的研究中,作者对同一队列的BALF样本进行了非靶向代谢组学检测。
本研究中,作者基于“mixOmics” R包构建了微生物组学-代谢组学综合模型(二者相关系数r = 0.68),并筛选出与所有优势菌均显著正相关的月桂酰肉碱。月桂酰肉碱(C12:0)是一种中间代谢产物,是月桂酸酯的活化形式。用月桂酰肉碱分别处理小鼠脾细胞和人PBMC细胞,可明显促进CD4与CD8 T细胞分泌活化因子TNF-α和IFN-γ。
图4 与CIP肺优势菌共现的月桂酰肉碱具有T细胞激活效应:(a)DIABIO构建的多组学模型中,微生物组与代谢组学的相关性;(b)与优势菌直接相关的代谢物;(c)月桂酰肉碱处理可促进小鼠CD4和CD8 T细胞中TNF-α和IFN-γ的分泌;(d)月桂酰肉碱处理可促进人CD4和CD8 T细胞中细胞因子的分泌。
该研究描绘了CIP患者肺微生物的组成及与宿主免疫学表型之间的潜在关联,并通过多组学分析揭示了月桂酰肉碱促进小鼠和人T细胞活化的效应,为理解CIP的宿主免疫-代谢-微生物失衡提供了新的视角。
来源 北大人民呼吸与危重症医学科
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