DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-58553-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40221398
تاريخ النشر: 2025-04-12
المؤلف: Ranjan Preet وآخرون
الموضوع الرئيسي: الحويصلات خارج الخلوية في الأمراض
نظرة عامة
يظل سرطان الرئة السبب الرئيسي للوفيات المرتبطة بالسرطان على مستوى العالم، حيث تعتبر العلاجات المناعية، وخاصة العلاجات المضادة لـ PD-1/L1، معيارًا لعلاج سرطان الرئة غير صغير الخلايا المتقدم (NSCLC). على الرغم من فعالية هذه العلاجات، إلا أن عددًا كبيرًا من المرضى لا يحصلون على فوائد مباشرة. وقد استكشفت التحقيقات الأخيرة دور الميكروبيوم المعوي في تعزيز الاستجابات المناعية المضادة للورم، ومع ذلك لا تزال الآليات التي تؤثر بها الميكروبات المعوية على بيئة سرطان الرئة ونتائج العلاجات المناعية قيد النقاش.
تقدم هذه الدراسة أدلة على أن الحويصلات خارج الخلوية المستمدة من بكتيريا بيفيدوبكتيريوم (Bif.BEVs) يمكن أن تعزز فعالية العلاج المضاد لـ PD-1 في سرطان الرئة غير صغير الخلايا. يحدث امتصاص Bif.BEVs بواسطة خلايا سرطان الرئة بشكل أساسي من خلال الإندوسيتوز المعتمد على الدينامين، مما يؤدي إلى زيادة تعبير PD-L1 عبر مسار الإشارات TLR4-NF-κB. علاوة على ذلك، يمكن أن تتغلغل Bif.BEVs في كل من الأمعاء الفأرية والأورام العضوية المستمدة من المرضى، وتؤدي إدارتها عن طريق الفم إلى تراكمها داخل الأورام في نماذج الفئران. تشير النتائج إلى أن Bif.BEVs تعزز بشكل تآزري التأثيرات المضادة للورم للعلاج المضاد لـ PD-1 من خلال تعديل ملفات السيتوكينات، والاستجابات المناعية، والمسارات المسرطنة، بينما تزيد أيضًا من وجود خلايا CD8+ T المتسللة إلى الورم. تؤسس هذه الأبحاث صلة جديدة بين الميكروبيوم المعوي وبيئة الورم، مما يوفر رؤى حول كيفية تأثير الميكروبات على استجابات العلاجات المناعية، لا سيما في الأورام الواقعة بعيدًا عن الأمعاء.
الطرق
تلتزم الأبحاث باللوائح الأخلاقية، حيث حصلت على الموافقات اللازمة من مركز جامعة كانساس الطبي (KUMC). على وجه التحديد، منحت اللجنة المؤسسية للسلامة الحيوية (IBC) الإذن لإجراء التجارب في المختبر، بينما وافقت لجنة رعاية واستخدام الحيوانات المؤسسية (IACUC) على الدراسات التي تشمل الفئران. بالإضافة إلى ذلك، وافقت اللجنة المؤسسية للأبحاث (IRB) على استخدام أنسجة سرطان الرئة البشرية لتوليد الأورام العضوية والكرات، والتي تم استخدامها في التجارب التي أجريت في هذه الدراسة. تم تضمين بيانات المصدر التي تدعم النتائج مع النشر.
النتائج
في هذه الدراسة، حقق الباحثون في خصائص الحويصلات خارج الخلوية (EVs) المستمدة من بيفيدوبكتيريوم (Bif.BEVs). باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، لاحظوا هياكل شبيهة بالحويصلات على سطح Bif.B، مما يؤكد إفراز هذه الحويصلات. كشفت التحليلات اللاحقة، بما في ذلك تحليل تتبع الجسيمات النانوية (NTA) والمجهر الإلكتروني الناقل (TEM)، أن Bif.BEVs تتراوح في الحجم من 30-500 نانومتر، وتسقط بشكل أساسي ضمن النطاق من 119 نانومتر إلى 242 نانومتر، وتظهر شكلًا مميزًا على شكل كوب.
لتحقيق صحة مصدر Bif.BEVs، تم تقييم وجود حمض الليبوتيكويك (LTA)، وهو علامة للبكتيريا إيجابية الجرام، من خلال وسم المناعي بالذهب وتحليل Western blot. أظهرت النتائج أن LTA كان موجودًا على كل من سطح البكتيريا وBif.BEVs المعزولة، مما يميزها عن الحويصلات المستمدة من بكتيريا الإشريكية القولونية سالبة الجرام (Eco.BEVs). تدعم النتائج الاستنتاج بأن Bif.BEVs تمتلك ميزات شكلية مميزة وتحتوي على LTA كمكون رئيسي، مما يتماشى مع المعايير التي وضعتها الجمعية الدولية للحويصلات خارج الخلوية (ISEV) لتحديد BEVs من البكتيريا إيجابية الجرام.
المناقشة
في هذه الدراسة، بحث المؤلفون في امتصاص وتأثيرات تعديل المناعة للحويصلات خارج الخلوية البكتيرية (Bif.BEVs) على خلايا سرطان الرئة، مع التركيز بشكل خاص على دورها في تعديل تعبير نقاط التفتيش المناعية. أظهرت الأبحاث أن Bif.BEVs يتم امتصاصها بواسطة خلايا سرطان الرئة عبر الإندوسيتوز المعتمد على الدينامين، كما يتضح من التثبيط الكبير للامتصاص عند العلاج بمثبطات الدينامين. ومن الجدير بالذكر أن Bif.BEVs وجدت أنها تزيد من تعبير PD-L1 وCD80 في كل من خطوط خلايا سرطان الرئة الفأرية (LL/2) والبشرية (A549، H460)، وكذلك في خلايا BEAS-2B غير السرطانية. تم ربط هذه الزيادة بتنشيط مسار الإشارات TLR-4-NF-κB، مما يشير إلى آلية من خلالها تعزز Bif.BEVs تعبير نقاط التفتيش المناعية.
علاوة على ذلك، أشارت دراسات توزيع الأحياء إلى أن Bif.BEVs يمكن أن تتغلغل في الحواجز المعوية وتتكاثر في بيئات الأورام، مما يدعم فرضية التأثير البعيد للميكروبيوم المعوي على علاج سرطان الرئة المناعي. أدى الجمع بين Bif.BEVs والعلاج المضاد لـ PD-1 إلى تقليل نمو الورم بشكل كبير في نموذج الفأر المتناظر، مما يبرز إمكاناتها في تعزيز الفعالية العلاجية. تستنتج الدراسة أن Bif.BEVs لا تسهل فقط امتصاص المكونات المعدلة للمناعة ولكن تلعب أيضًا دورًا حاسمًا في تعزيز الاستجابة المناعية المضادة للورم، مما يوفر رؤى حول التفاعل بين الميكروبيوم المعوي ونتائج علاج السرطان.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-58553-4
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40221398
Publication Date: 2025-04-12
Author(s): Ranjan Preet et al.
Primary Topic: Extracellular vesicles in disease
Overview
Lung cancer remains the leading cause of cancer-related mortality globally, with immunotherapy, particularly anti-PD-1/L1 treatments, being standard for advanced non-small cell lung cancer (NSCLC). Despite the efficacy of these therapies, a significant number of patients do not experience direct benefits. Recent investigations have explored the role of gut microbiota in enhancing antitumor immune responses, yet the mechanisms by which gut microbiota influence the lung cancer microenvironment and immunotherapy outcomes are still under debate.
This study presents evidence that extracellular vesicles derived from commensal Bifidobacterium (Bif.BEVs) can enhance the effectiveness of anti-PD-1 therapy in NSCLC. The uptake of Bif.BEVs by lung cancer cells occurs primarily through dynamin-dependent endocytosis, leading to increased PD-L1 expression via the TLR4-NF-κB signaling pathway. Furthermore, Bif.BEVs can penetrate both murine intestinal and patient-derived lung cancer organoids, and their oral administration results in accumulation within tumors in mouse models. The findings indicate that Bif.BEVs synergistically enhance the antitumor effects of anti-PD-1 therapy by modulating cytokine profiles, immune responses, and oncogenic pathways, while also increasing the presence of tumor-infiltrating CD8+ T cells. This research establishes a novel connection between gut microbiota and the tumor microenvironment, offering insights into how microbiota can influence immunotherapy responses, particularly in tumors situated far from the gut.
Methods
The research adheres to ethical regulations, having secured necessary approvals from the University of Kansas Medical Center (KUMC). Specifically, the Institutional Biosafety Committee (IBC) granted permission for in vitro experiments, while the Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) approved studies involving mice. Additionally, the Institutional Research Committee (IRB) authorized the use of human lung cancer tissue for the generation of organoids and spheroids, which were utilized in the experiments conducted in this study. Source data supporting the findings are included with the publication.
Results
In this study, the researchers investigated the characteristics of extracellular vesicles (EVs) derived from Bifidobacterium (Bif.BEVs). Using scanning electron microscopy (SEM), they observed vesicle-like structures on the surface of Bif.B, confirming the secretion of these EVs. Subsequent analyses, including nanoparticle tracking analysis (NTA) and transmission electron microscopy (TEM), revealed that Bif.BEVs ranged in size from 30-500 nm, predominantly falling within the 119 nm to 242 nm range, and exhibited a characteristic cup-shaped morphology.
To validate the origin of Bif.BEVs, the presence of lipoteichoic acid (LTA), a marker for Gram-positive bacteria, was assessed through immunogold labeling and western blot analysis. The results demonstrated that LTA was present on both the bacterial surface and the isolated Bif.BEVs, distinguishing them from EVs derived from Gram-negative Escherichia coli (Eco.BEVs). The findings support the conclusion that Bif.BEVs possess distinct morphological features and contain LTA as a key component, aligning with the criteria set forth by the International Society for Extracellular Vesicles (ISEV) for identifying BEVs from Gram-positive bacteria.
Discussion
In this study, the authors investigated the uptake and immunomodulatory effects of bacterial extracellular vesicles (Bif.BEVs) on lung cancer cells, specifically focusing on their role in modulating immune checkpoint expression. The research demonstrated that Bif.BEVs are internalized by lung cancer cells via dynamin-dependent endocytosis, as evidenced by the significant inhibition of uptake upon treatment with dynamin inhibitors. Notably, Bif.BEVs were found to upregulate the expression of PD-L1 and CD80 in both murine (LL/2) and human (A549, H460) lung cancer cell lines, as well as in non-cancerous BEAS-2B cells. This upregulation was linked to the activation of the TLR-4-NF-κB signaling pathway, suggesting a mechanism through which Bif.BEVs enhance immune checkpoint expression.
Furthermore, the biodistribution studies indicated that Bif.BEVs can penetrate intestinal barriers and accumulate in tumor microenvironments, supporting the hypothesis of a remote effect of gut microbiota on lung cancer immunotherapy. The combination of Bif.BEVs with anti-PD-1 therapy significantly reduced tumor growth in a syngeneic mouse model, highlighting their potential to enhance therapeutic efficacy. The study concludes that Bif.BEVs not only facilitate the uptake of immunomodulatory components but also play a crucial role in enhancing the anti-tumor immune response, thereby offering insights into the interplay between gut microbiota and cancer treatment outcomes.