Good bacteria help fight cancer Resident gut bacteria can affect patient responses to cancer immunotherapy (see the Perspective by Jobin). Routy et al. show that antibiotic consumption is associated with poor response to immunotherapeutic PD-1 blockade. They profiled samples from patients with lung and kidney cancers and found that nonresponding patients had low levels of the bacterium Akkermansia muciniphila . Oral supplementation of the bacteria to antibiotic-treated mice restored the response to immunotherapy. Matson et al. and Gopalakrishnan et al. studied melanoma patients receiving PD-1 blockade and found a greater abundance of “good” bacteria in the guts of responding patients. Nonresponders had an imbalance in gut flora composition, which correlated with impaired immune cell activity. Thus, maintaining healthy gut flora could help patients combat cancer. Science , this issue p. 91 , p. 104 , p. 97 ; see also p. 32

The composition of gut microbiota affects antitumor immune responses, preclinical and clinical outcome following immune checkpoint inhibitors (ICI) in cancer. Antibiotics (ATB) alter gut microbiota diversity and composition leading to dysbiosis, which may affect effectiveness of ICI.We examined patients with advanced renal cell carcinoma (RCC) and non-small-cell lung cancer (NSCLC) treated with anti-programmed cell death ligand-1 mAb monotherapy or combination at two academic institutions. Those receiving ATB within 30 days of beginning ICI were compared with those who did not. Objective response, progression-free survival (PFS) determined by RECIST1.1 and overall survival (OS) were assessed.Sixteen of 121 (13%) RCC patients and 48 of 239 (20%) NSCLC patients received ATB. The most common ATB were β-lactam or quinolones for pneumonia or urinary tract infections. In RCC patients, ATB compared with no ATB was associated with increased risk of primary progressive disease (PD) (75% versus 22%, P < 0.01), shorter PFS [median 1.9 versus 7.4 months, hazard ratio (HR) 3.1, 95% confidence interval (CI) 1.4-6.9, P < 0.01], and shorter OS (median 17.3 versus 30.6 months, HR 3.5, 95% CI 1.1-10.8, P = 0.03). In NSCLC patients, ATB was associated with similar rates of primary PD (52% versus 43%, P = 0.26) but decreased PFS (median 1.9 versus 3.8 months, HR 1.5, 95% CI 1.0-2.2, P = 0.03) and OS (median 7.9 versus 24.6 months, HR 4.4, 95% CI 2.6-7.7, P < 0.01). In multivariate analyses, the impact of ATB remained significant for PFS in RCC and for OS in NSCLC.ATB were associated with reduced clinical benefit from ICI in RCC and NSCLC. Modulatation of ATB-related dysbiosis and gut microbiota composition may be a strategy to improve clinical outcomes with ICI.

The development of immune checkpoint blockade (ICB) has revolutionized the clinical outcome of renal cell carcinoma (RCC). Nevertheless, improvement of durability and prediction of responses remain unmet medical needs. While it has been recognized that antibiotics (ATBs) decrease the clinical activity of ICB across various malignancies, little is known about the direct impact of distinct intestinal nonpathogenic bacteria (commensals) on therapeutic outcomes of ICB in RCC. To evaluate the predictive value of stool bacteria composition for ICB efficacy in a cohort of advanced RCC patients. We prospectively collected fecal samples from 69 advanced RCC patients treated with nivolumab and enrolled in the GETUG-AFU 26 NIVOREN microbiota translational substudy phase 2 trial (NCT03013335) at Gustave Roussy. We recorded patient characteristics including ATB use, prior systemic therapies, and response criteria. We analyzed 2994 samples of feces from healthy volunteers (HVs). In parallel, preclinical studies performed in RCC-bearing mice that received fecal transplant (FMT) from RCC patients resistant to ICB (NR-FMT) allowed us to draw a cause-effect relationship between gut bacteria composition and clinical outcomes for ICB. The influence of tyrosine kinase inhibitors (TKIs) taken before starting nivolumab on the microbiota composition has also been assessed. Metagenomic data (MG) from whole genome sequencing (WGS) were analyzed by multivariate and pairwise comparisons/fold ratio to identify bacterial fingerprints related to ATB or prior TKI exposure and patients’ therapeutic response (overall response and progression-free survival), and compared with the data from cancer-free donors. Recent ATB use (n = 11; 16%) reduced objective response rates (from 28% to 9%, p < 0.03) and markedly affected the composition of the microbiota, facilitating the dominance of distinct species such as Clostridium hathewayi, which were also preferentially over-represented in stools from RCC patients compared with HVs. Importantly, TKIs taken prior to nivolumab had implications in shifting the microbiota composition. To establish a cause-effect relationship between gut bacteria composition and ICB efficacy, NR-FMT mice were successfully compensated with either FMT from responding RCC patients or beneficial commensals identified by WGS-MG (Akkermansia muciniphila and Bacteroides salyersiae). The composition of the microbiota is influenced by TKIs and ATBs, and impacts the success of immunotherapy. Future studies will help sharpen the role of these specific bacteria and their potential as new biomarkers. We used quantitative shotgun DNA sequencing of fecal microbes as well as preclinical models of fecal or bacterial transfer to study the association between stool composition and (pre)clinical outcome to immune checkpoint blockade. Novel insights into the pathophysiological relevance of intestinal dysbiosis in the prognosis of kidney cancer may lead to innovative therapeutic solutions, such as supplementation with probiotics to prevent primary resistance to therapy.

The gut microbiota influences the clinical responses of cancer patients to immunecheckpoint inhibitors (ICIs). However, there is no consensus definition of detrimental dysbiosis. Based on metagenomics (MG) sequencing of 245 non-small cell lung cancer (NSCLC) patient feces, we constructed species-level co-abundance networks that were clustered into species-interacting groups (SIGs) correlating with overall survival. Thirty-seven and forty-five MG species (MGSs) were associated with resistance (SIG1) and response (SIG2) to ICIs, respectively. When combined with the quantification of Akkermansia species, this procedure allowed a person-based calculation of a topological score (TOPOSCORE) that was validated in an additional 254 NSCLC patients and in 216 genitourinary cancer patients. Finally, this TOPOSCORE was translated into a 21-bacterial probe set-based qPCR scoring that was validated in a prospective cohort of NSCLC patients as well as in colorectal and melanoma patients. This approach could represent a dynamic diagnosis tool for intestinal dysbiosis to guide personalized microbiota-centered interventions.