Quasi la metà dei pazienti con melanoma avanzato che ricevono un singolo agente anti-PD-1 sperimenta resistenza primaria, evidenziando la necessità di nuove strategie terapeutiche per migliorare la risposta agli inibitori del checkpoint immunitario (ICI). 

Sebbene l’anti-PD-1 combinato con l’antigene  associato ai linfociti T CTLA-4 (Cytotoxic T-Lymphocyte Antigen 4, recettore che funziona come checkpoint immunitario e sottoregola la risposta immunitaria) aumenti il tasso di risposta, questa terapia è limitata da un alto tasso di eventi avversi immunocorrelati. 

Uno studio, i cui risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature medicine, ha voluto indagare gli effetti anti-resistenza di un trapianto di microbiota fecale (FMT) in pazienti con melanoma refrattario.

Microbiota intestinale e immunità

Il microbiota intestinale è un regolatore critico delle risposte immunitarie locali e sistemiche.  Diversi studi di profilazione del microbioma intestinale in pazienti con cancro trattati con inibitori del checkpoint (ICI) hanno rivelato che specifici batteri intestinali sono associati sia alla risposta che agli eventi avversi correlati al sistema immunitario. 

In particolare, la presenza di alcuni generi commensali, tra cui Ruminococcus, Faecalibacterium ed Eubacterium, è stata associata a esiti favorevoli nei pazienti con melanoma. 

Trapianto fecale e inibitori del checkpoint

Il potenziale terapeutico del microbioma intestinale è stato dimostrato per la prima volta in modelli murini che combinano ICI con FMT utilizzando feci di pazienti non responder (NR) associati alla resistenza ICI. 

I risultati degli studi hanno dimostrato che il trapianto di microbiota fecale da pazienti con risposte a lungo termine alla terapia con ICI elude la resistenza all’anti-PD-1 in quasi il 30% dei pazienti con melanoma refrattario all’ICI. In questi studi, il microbiota del paziente è cambiato dopo l’FMT e i pazienti responder (R) hanno mostrato un aumento di Ruminococcaceae e Bifidobacteriaceae oltre alla riprogrammazione del microambiente tumorale con un aumento dell’infiltrazione di cellule T CD8+ e della segnalazione dell’interferone-γ. 

Il sequenziamento metagenomico di diverse coorti di melanoma ha confermato che Ruminococcaceae, Eubacterium e Alistipes sono associati all’efficacia, mentre Clostridium ed Enterocloster sono associati alla resistenza all’ICI.

Capsule FMT

Sono state utilizzate feci di donatori sani per preparare le capsule FMT, utilizzando una preparazione intestinale standard basata su PEG, senza pretrattare i pazienti con antibiotici ad ampio spettro. 

I pazienti nel braccio sperimentale sono stati pretrattati con vancomicina orale e alla fine è stato osservato un attecchimento subottimale, evidenziando la complessità di un’adeguata preparazione intestinale e manipolazione del microbioma per migliorare l’efficacia dell’ICI. 

Inoltre, FMT del donatore sano può migliorare le caratteristiche generali di salute del microbioma, come la disbiosi associata al cancro che è correlata alla sindrome dell’intestino permeabile. 

Da notare come la disbiosi tumorale è caratterizzata da una sovra rappresentazione batterica di Enterocloster sp. che sono stati persi nel gruppo  R dopo FMT così come la sottorappresentazione di Eubacterium che al contrario è aumentata dopo FMT nei pazienti R. 

Nei soggetti NR, invece, i batteri che si sono innestati preferenzialmente includevano C. fessum, A. hadrus e P. dorei.

Il microbiota dopo il trapianto

La composizione del microbioma dei pazienti R dopo FMT risulta spostata verso un arricchimento di Ruminococcus SGB15234 e SGB15229, A. communis, E. ramuleus e Faecalibacterium SGB15346 e ha avuto una downregulation di E. aldensis ed E. clostridioformis. 

In particolare, questi taxa non erano diversi tra i pazienti R e NR al basale. Inoltre è stato osservato uno spostamento del percorso di biosintesi delle poliammine nel gruppo  R, fornendo così ulteriori prove della modifica benefica del microbiota dopo FMT. 

È noto che le poliammine, inclusa la spermidina, diminuiscono con l’età ed è stato dimostrato che eludono la resistenza anti-PD-1 nei topi attraverso l’attivazione diretta della funzione mitocondriale che promuove l’attivazione delle cellule T citotossiche CD8+. 

Profilo immunitario post trapianto

Il monitoraggio immunitario ha rivelato che il profilo immunitario sistemico prima della FMT tra i pazienti R e NR era simile. 

Tuttavia, dopo la terapia di combinazione, nei pazienti R si è riscontrato un aumento delle cellule T ICOS+ CD8+ attivate nel sangue periferico. Sono stati anche osservati livelli più elevati di cellule MAIT CD8+ attivate dopo la prima dose di anti-PD-1 nei pazienti R. 

La sovra regolazione delle cellule T ICOS+ CD8+ e delle cellule MAIT è stata collegata a risultati clinici migliori nei modelli murini e nei pazienti con melanoma dopo ICI. 

Nei pazienti NR sono stati osservati livelli più elevati di popolazioni M-MDSC soppressive. Elevate popolazioni di M-MDSC nel sangue periferico sono state collegate alla resistenza primaria a ICI e FMT nei pazienti con melanoma.

La valutazione dei marcatori dell’attività del microbioma come i metaboliti plasmatici, ha mostrato che dopo FMT, l’istidina dell’aminoacido plasmatico era aumentata e rimaneva più alta nei pazienti R. 

L’istidina è stata collegata all’aumento dell’attivazione delle cellule T CD8+ e al miglioramento della risposta all’ICI nel carcinoma polmonare non a piccole cellule. Inoltre, un certo numero di acidi biliari plasmatici è aumentato dopo FMT ed è rimasto a livelli più alti dopo la dose iniziale di anti-PD-1.

Profilo di sicurezza 

Lo studio condotto su pazienti con melanoma refrattario aveva come endpoint primario la sicurezza. Nel complesso, il 40% dei pazienti ha sperimentato tossicità correlate a FMT di grado 1-2, che hanno coinvolto principalmente il tratto gastrointestinale, tra cui diarrea, flatulenza e addominale disagio, ma non sono stati rilevati eventi avversi di grado 3 o superiore prima della prima dose della terapia anti-PD-1. 

Non è stata osservata alcuna trasmissione di alcun organismo infettivo da FMT. Tutti i pazienti sono stati in grado di completare il trattamento FMT come previsto. 

Gli effetti avversi correlati al sistema immunitario si sono manifestati nell’85% dei pazienti, entro i primi 3 mesi dall’inizio del trattamento anti-PD-1, risultato in linea con studi precedenti. 

Pertanto, i risultati suggeriscono che l’FMT aggiunto all’anti-PD-1 non ha aumentato l’incidenza di effetti avversi correlati al sistema immunitario.

Conclusioni

Gli studi hanno mostrato che la composizione del microbiota nei soggetti R al basale inibiva l’attività anti-PD-1. I topi che hanno ricevuto FMT da un paziente R dopo il primo trattamento anti-PD-1 avevano una maggiore diversità e una composizione unica del microbiota con arricchimento di Ruminococcus spp. ed Eubacterium spp. come osservato dai risultati della metagenomica del paziente dopo FMT. 

La caratterizzazione di un microbioma disbiotico nei pazienti prima dell’inizio dell’ICI può aiutare a determinare razionalmente quali pazienti dovrebbero sottoporsi a FMT prima della terapia con ICI.