一项来自匹兹堡大学的新研究表明，运动如何通过重塑肠道微生物群来改善癌症治疗结果并增强小鼠对免疫治疗反应的机制。这项研究发表在《Cell》杂志上，发现这些益处是由一种特定的化合物——甲酸盐驱动的，这种化合物由运动的小鼠肠道细菌产生，并且也与黑色素瘤患者的更好治疗结果相关。
“我们已经知道运动可以增加癌症免疫治疗的有效性，我们也分别知道运动可以改变小鼠和人类的微生物组，”资深作者Marlies Meisel博士说，她是匹兹堡大学医学院免疫学系的助理教授，并隶属于UPMC Hillman癌症中心。
“这项研究通过显示运动引起的肠道微生物组变化如何通过甲酸盐增强免疫系统并提高免疫治疗效率。这些发现为靶向微生物组的新治疗策略打开了大门。”
该研究的主要作者Catherine Phelps，Meisel实验室微生物学和免疫学研究生项目的学生，以及研究团队首先比较了完成四周定期运动的小鼠与那些保持久坐状态的小鼠。
在挑战性黑色素瘤的情况下，运动的小鼠肿瘤较小，存活率更高。但当他们使用无菌小鼠或用抗生素杀死小鼠肠道微生物群时，这些益处消失了。
“当我们排除微生物的影响时，运动对小鼠的癌症结果不再有任何影响，”Phelps说。“我们惊讶地发现如此明确的信号表明运动的有益效果是由于微生物组。”
接下来，研究人员展示了这些效果是由细菌产生的化合物或代谢物而不是细菌本身驱动的。然后，他们使用了一种名为SLIDE的机器学习工具来分析代谢途径，确定了微生物群衍生的甲酸盐是关键因素。
进一步的实验表明，甲酸盐通过增强CD8 T细胞的效力起作用，CD8 T细胞是免疫系统的主要癌症杀伤部队。在黑色素瘤、腺癌和淋巴瘤的小鼠模型中，每日口服甲酸盐显著抑制了肿瘤生长并提高了存活率。在患有黑色素瘤的小鼠中，甲酸盐也增强了免疫检查点抑制剂免疫治疗的效果。
“识别出一种特定的细菌代谢物，它模仿了小鼠运动的效果，这真的很令人兴奋，”Meisel说。“未来，甲酸盐可能作为辅助治疗进行研究，以提高对免疫检查点抑制剂无反应患者的疗效。”
为了研究甲酸盐在人类中的相关性，Meisel及其团队观察了接受免疫检查点抑制剂治疗的晚期黑色素瘤患者。那些血液中甲酸盐水平高的人比甲酸盐水平低的患者有更长的无进展生存期。
当他们将甲酸盐水平高或低的人的粪便微生物移植（FMT）到患有侵袭性黑色素瘤的小鼠体内时，令人惊讶的是，接受高甲酸盐粪便移植的动物显示出增强的T细胞活性和更好的肿瘤控制。
FMT已经在探索作为一种改善无反应患者免疫治疗结果的疗法。但为什么某些“超级供体”粪便会导致更好的结果还不完全清楚。
“我们想描述代谢生物标志物以识别FMT超级供体，因为这实际上是一个黑匣子，”Meisel说。“目前每个人都关注细菌种类，但我们的研究表明，这不仅与存在的微生物有关，还与它们所做的事情以及它们产生的代谢物有关。”
现在，Meisel及其团队正在研究运动引起的肠道微生物组变化是否在其他疾病（如自身免疫性疾病）中发挥作用。他们也对首先了解运动如何影响微生物组的机制感兴趣。
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