Белок пилин бактерий порядка TANB77 усиливает ответ на иммунотерапию у мышей

Ответ на иммунотерапию рака, включая терапию ингибиторами контрольных точек иммунитета, сильно отличается у разных людей. Важная задача — поиск биомаркеров, которые помогли бы выделить когорту пациентов, которые ответят на терапию. Многие исследователи ищут такие биомаркеры в микробиоме. Однако работы в этой области не смогли прийти к однозначному ответу. И в любом случае неясен механизм влияния микробиоты на эффективность иммунотерапии. В новой работе исследователи из Южной Кореи и Германии идентифицировали некультивируемый порядок TANB77 в качестве биомаркера ответа на терапию и показали, как эти бактерии действуют на иммунитет.

Сначала авторы собрали образцы кала у 49 пациентов с немелкоклеточным раком легких из корейского онкологического центра до начала анти-PD-1 иммунотерапии. Метагеном секвенировали глубже, чем в схожих исследованиях. Среди пациентов 18 ответили на терапию, 31 — нет. Значимых различий по возрасту, полу, статусу курения и другим признакам выявлено не было.

У ответивших и не ответивших на терапию пациентов в кишечнике преобладали различные таксоны. Так, у ответивших было больше бактерий, принадлежавших к порядку TANB77 (в 6,1 раз больше, чем у не ответивших на терапию). Пациентов разделили на тех, у кого было много или мало бактерий TANB77. В первой группе были выше безрецидивная и общая выживаемости.

Авторы проанализировали данные валидационной когорты (51 пациент с немелкоклеточным раком легких, которому назначили анти-PD-L1 терапию), а также доступные данные из восьми независимых когорт с различными типами рака, получавшими разную иммунотерапию. Всего были доступны 660 образцов кала, 265 — от ответивших на терапию, 395 — от не ответивших. Преобладание бактерий TANB77 было ассоциировано с ответом на терапию. То же было показано при метаанализе. В восьми из десяти когортах авторы показали, что высокий уровень бактерий порядка TANB77 ассоциирован с более высокими безрецидивной и общей выживаемостями. В остальных двух этот тренд сохранялся, но статистически значимой разницы продемонстрировано не было.

TANB77 — порядок из класса Clostridia, однако его выделяют не все таксономические системы. Возможно, из-за этого ранние исследования не выявили этот таксон как предиктор ответа на терапию. Геномы TANB77 преимущественно встречаются в микробиомах ротовой полости человека, кишечника человека и кишечника животных. Они реже обнаруживается в кишечнике младенцев, так что, вероятно, они появляются позже.

Среди культивируемых бактерий сильнее всего с TANB77 коррелирует род Coprococcus. Напротив, Ruminococcus_B gnavus, ассоциированный с патологиями кишечника, отрицательно коррелировал с TANB77.

Ранее было показано, что у мышей из Jackson Laboratory (JAX) опухоли прогрессируют медленнее, они лучше отвечают на анти-PD-L1 терапию, если сравнивать с мышами из Taconic Farms (TAC). Если фекалии JAX-мышей пересадить TAC-мышам, те лучше отвечают на терапию ингибиторами контрольных точек иммунного ответа. 

Авторы разделили мышей по фенотипу на JAX- и TAC-мышей. У TAC-мышей было меньше бактерий TANB77, но их количество увеличивалось при пересадке микробиоты от JAX-мышей в течение 14 дней. У мышей, купленных в двух других компаниях, была различная микробиота, но схожий состав по TANB77. Эти мыши похожим образом реагировали на анти-PD-1 терапию, у них была схожая выживаемость.

Мышам давали антибиотики, после чего пересаживали им человеческую микробиоту с низким или высоким содержанием TANB77. Потом им вводили раковые клетки и лечили иммунотерапией. Мыши, получившие микробиоту с высоким содержанием TANB77, лучше отвечали на терапию и дольше выживали, чем получившие микробиоту с низким содержанием TANB77. У них было больше Ki-67+ PD-1+ CD8+ T-клеток.

В порядок TANB77 входят различные виды. Авторы не смогли сузить выявленный биомаркер до определенного семейства, рода или вида. Тогда они попытались найти общие продукты генов. У этих бактерий есть высококонсервативный участок, содержащий 10–14 генов. Белки, кодируемые этими генами, характерны именно для TANB77 и почти не имеют гомологов в других таксонах. Анализ генов позволил предположить, что эти гены кодируют комплексы для сборки пилей и белок пилин. Действительно, количество пилин-подобных белков коррелировало с числом бактерий порядка TANB77 и ответом на терапию.

Авторы предположили, что пилин-подобный белок активирует антигенпрезентирующие клетки (дендритные клетки). Они выбрали малый пилин 938 и синтезировали этот белок. При воздействии на дендритные клетки мышей и человека пилином 938 увеличивалась экспрессия маркеров активации CD80 и CD86. Активация клеток опосредована TLR4-синалингом и ведет к пролиферативному и функциональному ответу T-клеток.

Мышам с опухолями вводили анти-PD-1 препарат одновременно в пилином 938. Такое воздействие сильнее подавляло рост опухолей и увеличивало выживаемость, чем одна анти-PD-1 терапия. Комбинированная терапия повышала число CD8+ T-клеток, экспрессирующих Ki67+ PD-1+. В микроокружении опухоли тоже было пролиферирующих CD8+ T-клеток. То есть пилин из бактерий порядка TANB77 активирует пролиферацию CD8+ T-клеток in vivo.

Отдельные штаммы определяют ответ на иммунотерапию у пациентов с редкими раками