脑膜瘤患者肠道微生物群组成与肿瘤免疫特征

《Microbiology Spectrum》：Gut microbiota composition and tumor immune features in meningioma patients

　　

脑膜瘤是常见的颅内肿瘤，其颅外驱动因素尚不明确。虽然肠-脑轴（gut-brain axis）影响神经肿瘤发生，但脑膜瘤特异性肠道微生物组改变及其临床意义仍未阐明。本研究整合了15例未经治疗的WHO I级脑膜瘤患者（MPs）和15例健康对照（HCs）粪便样本的16S rRNA（16S ribosomal RNA）测序，以及肿瘤免疫浸润（MPO+中性粒细胞、CD68+巨噬细胞、CD3+T细胞）的免疫组织化学分析。与HCs相比，MPs表现出显著降低的α多样性（Shannon指数，P= 0.026）和不同的β多样性（置换多元方差分析，P< 0.0009）。分类学分析显示<1>变形菌门（Proteobacteria）富集（28.82% vs. 2.46%，P= 0.001），特别是属水平的大肠杆菌-志贺氏菌（Escherichia_Shigella）（25.95% vs. 1.61%，P= 0.008），同时伴有拟杆菌科（Bacteroidaceae）和瘤胃球菌科（Ruminococcaceae）的耗竭。LEfSe（Linear discriminant analysis Effect Size）分析确定大肠杆菌-志贺氏菌为脑膜瘤富集的最主要生物标志物。在诊断模型中，大肠杆菌-志贺氏菌对WHO I级脑膜瘤检测的受试者工作特征曲线下面积（AUC）达到95.11%（95% CI: 86.91%–100%）。关键的是，大肠杆菌-志贺氏菌丰度与肿瘤内MPO+、CD68+和CD3+细胞密度呈正相关（均P< 0.05），而瘤胃球菌科则呈负相关。16S rRNA测序数据已公开于GSA数据库（登录号CRA027974）。本研究首次提供了I级脑膜瘤中存在肠道菌群失调的证据，其特征是大肠杆菌-志贺氏菌主导和免疫调节共生菌耗竭。该特征与增加的免疫浸润相关，并有望成为一种新型生物标志物。

脑膜瘤是成人中枢神经系统最常见的原发性肿瘤，约占颅内肿瘤的40%。尽管脑膜瘤多为WHO I级，但仍有约20%–39%的复发率，且个体对肿瘤的反应差异显著，其机制尚不明确。肿瘤组织中存在浸润的炎症细胞，如巨噬细胞/小胶质细胞和淋巴细胞，它们可能在肿瘤发生发展中起作用。肠道微生物群在宿主防御、免疫和代谢等多种生理过程中发挥重要作用，其组成改变与多种癌症相关。肠-脑轴是连接胃肠道微生物组与神经健康及疾病的关键通路，肠道菌群失调与神经炎症、血脑屏障破坏和包括胶质瘤在内的多种癌症的肿瘤发生有关。然而，肠道微生物组在脑膜瘤发病机制中的作用尚不清楚，此前尚无研究全面描述脑膜瘤相关的肠道微生物特征，或评估其作为诊断生物标志物或肿瘤内免疫介质的潜力。为此，研究人员开展了此项病例对照研究，旨在：(i) 表征脑膜瘤患者与健康对照之间肠道微生物多样性、组成和分类学丰度的差异；(ii) 识别具有诊断潜力的脑膜瘤富集微生物生物标志物；(iii) 研究关键微生物群与脑膜瘤组织中免疫细胞浸润（中性粒细胞、巨噬细胞、T细胞）之间的相关性。该研究结果发表在《Microbiology Spectrum》期刊上，对理解脑膜瘤的发病机制和开发新的诊断治疗策略具有重要意义。

本研究采用的主要关键技术方法包括：首先，从郑州大学第一附属医院招募了15例新诊断、未经治疗的WHO I级脑膜瘤患者和15例健康对照，采集粪便和肿瘤组织样本。其次，使用CTAB/SDS法提取粪便微生物DNA，并对16S rRNA基因的V3–V4高变区进行扩增子测序，通过QIIME2等生物信息学工具进行数据分析。同时，对脑膜瘤组织样本进行苏木精-伊红（H&E）和针对MPO、CD68、CD3的免疫组织化学染色，以量化肿瘤免疫浸润。最后，采用Spearman相关分析、LEfSe分析和随机森林模型等统计方法，探究微生物组特征与临床及免疫参数之间的关联。

研究结果

受试者临床特征

研究最终纳入15例脑膜瘤患者和15例健康对照。两组在年龄、性别和身体质量指数（BMI）上无显著差异，确保了队列的可比性。脑膜瘤患者中，肿瘤位于中线和非中线、颅底和非颅底的比例相当，组织学分型以脑膜上皮型为主。

脑膜瘤患者肠道微生物多样性和组成的改变

α多样性分析显示，脑膜瘤患者的Shannon指数显著低于健康对照。β多样性分析也表明两组肠道菌群整体结构存在显著差异。在门水平，脑膜瘤患者变形菌门丰度显著升高，而厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes）丰度降低。在科水平，肠杆菌科（Enterobacteriaceae）在脑膜瘤患者中富集，而拟杆菌科和瘤胃球菌科耗竭。在属水平，大肠杆菌-志贺氏菌是脑膜瘤患者中最富集的菌属。

识别脑膜瘤中的关键致病菌属

LEfSe分析进一步确认大肠杆菌-志贺氏菌是区分脑膜瘤患者与健康对照的最显著生物标志物。诊断模型评估显示，基于包括大肠杆菌-志贺氏菌在内的前10个菌属构建的随机森林模型，其AUC达到93.95%。单独使用大肠杆菌-志贺氏菌丰度即可预测脑膜瘤，AUC高达95.11%，表明其作为诊断生物标志物的巨大潜力。

肠道微生物群对脑膜瘤免疫反应的影响

免疫组织化学分析显示，脑膜瘤组织中存在MPO⁺中性粒细胞、CD68⁺巨噬细胞和CD3⁺T细胞的浸润。Spearman相关分析发现，大肠杆菌-志贺氏菌和肠杆菌科的相对丰度与这三种免疫细胞的数量均呈显著正相关。相反，瘤胃球菌科的丰度与这些免疫细胞数量呈显著负相关。然而，大肠杆菌-志贺氏菌丰度与M1/M2巨噬细胞（CD86⁺/Arg1⁺）比例或细胞毒性/调节性T细胞（CD8⁺/FoxP3⁺）比例无显著相关性，表明菌群失调与总体免疫细胞密度增加相关，但未导致这些关键功能亚群在肿瘤微环境中发生明显的极化改变。

讨论与结论总结

在讨论部分，研究人员指出本研究首次揭示了脑膜瘤患者中存在显著的肠道菌群失调，其特征是α多样性降低、变形菌门（特别是大肠杆菌-志贺氏菌）富集以及有益菌群（如拟杆菌科和瘤胃球菌科）耗竭。该微生物特征具有两方面重要的临床意义：其一，大肠杆菌-志贺氏菌展现出卓越的诊断性能（AUC = 95.11%），有望成为脑膜瘤无创检测的新型生物标志物；其二，微生物群-免疫相关性表明肠道菌群失调可能主动塑造脑膜瘤的免疫微环境，这为将肠道微生物组作为新的治疗靶点提供了理论依据，例如通过调节菌群来增强常规治疗效果。

研究人员基于本研究的发现及相关病理背景，提出了一个可验证的假说：大肠杆菌-志贺氏菌等富集可能通过脂多糖（LPS）介导的TLR4/NF-κB信号通路激活促进系统性炎症，而瘤胃球菌科等产短链脂肪酸（SCFA）的有益菌耗竭可能损害肠道屏障完整性，促进细菌易位和免疫失调，共同影响脑膜瘤的免疫生物学特性。然而，这些机制在脑膜瘤中仍是推测性的，需要未来功能研究直接验证。

本研究存在一些局限性，包括横断面设计无法确定因果关系、样本量较小限制统计效力、16S rRNA测序无法提供功能性见解、单中心研究缺乏外部验证队列，以及可能存在的未测量混杂因素（如饮食、环境）的影响。

基于以上发现，未来的研究方向应包括：对脑膜瘤患者进行纵向采样以明确肠道-肿瘤相互作用的时序动态；在脑膜瘤模型中使用粪便微生物群移植进行功能和机制验证；在多中心、大规模队列中验证大肠杆菌-志贺氏菌的诊断效能；以及探索靶向调节肠道菌群（如补充瘤胃球菌科或使用抗肠杆菌科抗生素）的治疗潜力。此外，将微生物组分析与脑膜瘤分子分型结合，可进一步实现生物标志物应用的个性化。

研究结论翻译

本研究首次提供了肠道菌群失调与脑膜瘤相关的证据，其特征是大肠杆菌-志贺氏菌占主导地位和免疫调节共生菌耗竭。该微生物特征显示出很高的诊断准确性，并与肿瘤浸润免疫细胞密度增加相关，表明肠道微生物组是一个新的生物标志物来源和潜在的治疗靶点。