Bile acids and liver cancer Liver cancer is a leading cause of cancer-related deaths in the United States. The composition of the gut microbiome influences many human diseases, including liver inflammatory disorders. Ma et al. found that commensal gut bacteria can recruit the immune system to control the growth of liver tumors in mice (see the Perspective by Hartmann and Kronenberg). Clostridium species modified bile acids to signal liver sinusoidal endothelial cells to produce the chemokine CXCL16. This recruited natural killer T (NKT) immune cells to perform antitumor surveillance of the liver. Growth of both primary and metastatic cancer was reduced by NKT cell–driven killing. Science , this issue p. eaan5931 ; see also p. 858

Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) is shown to promote hepatocellular carcinoma through the generation of linoleic acid, disruption of mitochondrial function and selective loss of CD4+ T cells, leading to impaired anti-tumour immunity. Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) is one of the most common causes of chronic liver disease and is recognized as a metabolic predisposition to liver cancer. Using mouse models and samples from patients with NAFLD and healthy controls, Tim Greten and colleagues show that NAFLD promotes hepatocellular carcinoma through the generation of linoleic acid, disruption of mitochondrial function and selective loss of CD4+ T cells, leading to impaired anti-tumour immunity. Hepatocellular carcinoma (HCC) is the second most common cause of cancer-related death. Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) affects a large proportion of the US population and is considered to be a metabolic predisposition to liver cancer1,2,3,4,5. However, the role of adaptive immune responses in NAFLD-promoted HCC is largely unknown. Here we show, in mouse models and human samples, that dysregulation of lipid metabolism in NAFLD causes a selective loss of intrahepatic CD4+ but not CD8+ T lymphocytes, leading to accelerated hepatocarcinogenesis. We also demonstrate that CD4+ T lymphocytes have greater mitochondrial mass than CD8+ T lymphocytes and generate higher levels of mitochondrially derived reactive oxygen species (ROS). Disruption of mitochondrial function by linoleic acid, a fatty acid accumulated in NAFLD, causes more oxidative damage than other free fatty acids such as palmitic acid, and mediates selective loss of intrahepatic CD4+ T lymphocytes. In vivo blockade of ROS reversed NAFLD-induced hepatic CD4+ T lymphocyte decrease and delayed NAFLD-promoted HCC. Our results provide an unexpected link between lipid dysregulation and impaired anti-tumour surveillance.

Oncogene-induced senescence causes hepatocytes to secrete cytokines, which induce their immune-mediated clearance to prevent tumor initiation, a process termed “senescence surveillance.” However, senescent hepatocytes give rise to hepatocellular carcinomas (HCCs), if the senescence program is bypassed or if senescent cells are not cleared. Here, we show context-specific roles for CCR2+ myeloid cells in liver cancer. Senescence surveillance requires the recruitment and maturation of CCR2+ myeloid cells, and CCR2 ablation caused outgrowth of HCC. In contrast, HCC cells block the maturation of recruited myeloid precursors, which, through NK cell inhibition, promote growth of murine HCC and worsen the prognosis and survival of human HCC patients. Thus, while senescent hepatocyte-secreted chemokines suppress liver cancer initiation, they may accelerate the growth of fully established HCC.

Abstract Liver cancer ranks amongst the deadliest cancers. Nerves have emerged as an understudied regulator of tumor progression. The parasympathetic vagus nerve influences systemic immunity via acetylcholine (ACh). Whether cholinergic neuroimmune interactions influence hepatocellular carcinoma (HCC) remains uncertain. Liver denervation via hepatic vagotomy (HV) significantly reduced liver tumor burden, while pharmacological enhancement of parasympathetic tone promoted tumor growth. Cholinergic disruption in Rag1KO mice revealed that cholinergic regulation requires adaptive immunity. Further scRNA-seq and in vitro studies indicated that vagal ACh dampens CD8+ T cell activity via muscarinic ACh receptor (AChR) CHRM3. Depletion of CD8+ T cells abrogated HV outcomes and selective deletion of Chrm3 on CD8 + T cells inhibited liver tumor growth. Beyond tumor-specific outcomes, vagotomy improved cancer-associated fatigue and anxiety-like behavior. As microbiota transplantation from HCC donors was sufficient to impair behavior, we investigated putative microbiota-neuroimmune crosstalk. Tumor, rather than vagotomy, robustly altered fecal bacterial composition, increasing Desulfovibrionales and Clostridial taxa. Strikingly, in tumor-free mice, vagotomy permitted HCC-associated microbiota to activate hepatic CD8+ T cells. These findings reveal that gut bacteria influence behavior and liver anti-tumor immunity via a dynamic and pharmaceutically targetable, vagus-liver axis.

e14642 Background: The gut-liver axis shapes the environment that promotes liver disease. In murine models of liver cancer, our group showed that altering gut microbiome with oral vancomycin can induce an antitumor effect by modifying bile acids (BA) that then recruit natural killer T cells (NKTC). However, these NKTC were met by an immunosuppressive counter-regulatory response where myeloid-derived suppressor cells (MDSC) accumulated, impairing their cytotoxicity. Tadalafil, a PDE5 inhibitor, can suppress these MDSC in the TME. The aim of this study was to examine if the immunomodulatory effects of oral vancomycin and tadalafil can enhance nivolumab activity in advanced primary liver cancer or liver metastases. Methods: This is a phase II study of adult patients (pts) with refractory hepatocellular carcinoma (HCC) or liver-dominant metastatic colorectal (mCRC) or pancreatic (mPDAC) cancers. Pts received IV nivolumab 480mg on D1, oral vancomycin 125mg every 6 hours on D1-21, and tadalafil 10mg once daily in 28d cycles until disease progression or unacceptable toxicity. Primary endpoint was best overall response (BOR) according to RECIST v1.1. Secondary endpoints included safety/tolerability and mOS. Correlative studies were performed on paired stool, blood, and tumor biopsies. Results: From 6/2019 - 7/2021, 22 heavily pretreated pts were enrolled: 6 HCC, 9 PDAC, 7 CRC. Median age was 63y (41-82), and 27% were female. Molecular testing showed MSS, TMB low to intermediate (1.57-13.35), and frequent mutations in KRAS and TP53. The BOR was SD (3pts, 18.75%), followed by PD (13pts, 81.25%); there were no PR or CR (ORR = 0%). Six pts had symptomatic deterioration prior to restaging scans. At a median follow-up of 4m (0.9-23.0m), all 22 pts had died of progressive disease with mOS of 4m. When stratified by site of origin, mOS was 9.5m (95%CI: 1.3-21.9m) in HCC and 3.6m (95%CI: 1.9-6.6m) in liver metastases (log-rank test, p=0.27). The most common grade 3-4 trAEs were electrolyte disturbances and anemia. The stool microbiome composition of Bacteroides species did not change with treatment as detected by shotgun sequencing. Plasma secondary BA, measured by the mixed meal test, decreased with treatment (p<0.05, n=18, two-way ANOVA). The classical to non-classical monocytes ratio increased with treatment in flow cytometry analysis of PBMC immune cells (p<0.05, n=14, one-way ANOVA). Transcriptomic analysis of treated liver tumor biopsies showed an increase in BA metabolism. Conclusions: Although well tolerated, the combination of oral vancomycin and tadalafil with nivolumab did not produce any meaningful clinical responses. Correlative studies suggested enhanced activation of BA metabolization, but TME immune profiling did not reveal substantial changes in regulatory suppressor cells or NKTC activity. Clinical trial information: NCT03785210 .