Abstract We found that the cancerous pancreas harbors a markedly more abundant microbiome compared with normal pancreas in both mice and humans, and select bacteria are differentially increased in the tumorous pancreas compared with gut. Ablation of the microbiome protects against preinvasive and invasive pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA), whereas transfer of bacteria from PDA-bearing hosts, but not controls, reverses tumor protection. Bacterial ablation was associated with immunogenic reprogramming of the PDA tumor microenvironment, including a reduction in myeloid-derived suppressor cells and an increase in M1 macrophage differentiation, promoting TH1 differentiation of CD4+ T cells and CD8+ T-cell activation. Bacterial ablation also enabled efficacy for checkpoint-targeted immunotherapy by upregulating PD-1 expression. Mechanistically, the PDA microbiome generated a tolerogenic immune program by differentially activating select Toll-like receptors in monocytic cells. These data suggest that endogenous microbiota promote the crippling immune-suppression characteristic of PDA and that the microbiome has potential as a therapeutic target in the modulation of disease progression. Significance: We found that a distinct and abundant microbiome drives suppressive monocytic cellular differentiation in pancreatic cancer via selective Toll-like receptor ligation leading to T-cell anergy. Targeting the microbiome protects against oncogenesis, reverses intratumoral immune tolerance, and enables efficacy for checkpoint-based immunotherapy. These data have implications for understanding immune suppression in pancreatic cancer and its reversal in the clinic. Cancer Discov; 8(4); 403–16. ©2018 AACR. See related commentary by Riquelme et al., p. 386. This article is highlighted in the In This Issue feature, p. 371

Bacterial dysbiosis accompanies carcinogenesis in malignancies such as colon and liver cancer, and has recently been implicated in the pathogenesis of pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA)1. However, the mycobiome has not been clearly implicated in tumorigenesis. Here we show that fungi migrate from the gut lumen to the pancreas, and that this is implicated in the pathogenesis of PDA. PDA tumours in humans and mouse models of this cancer displayed an increase in fungi of about 3,000-fold compared to normal pancreatic tissue. The composition of the mycobiome of PDA tumours was distinct from that of the gut or normal pancreas on the basis of alpha- and beta-diversity indices. Specifically, the fungal community that infiltrated PDA tumours was markedly enriched for Malassezia spp. in both mice and humans. Ablation of the mycobiome was protective against tumour growth in slowly progressive and invasive models of PDA, and repopulation with a Malassezia species—but not species in the genera Candida, Saccharomyces or Aspergillus—accelerated oncogenesis. We also discovered that ligation of mannose-binding lectin (MBL), which binds to glycans of the fungal wall to activate the complement cascade, was required for oncogenic progression, whereas deletion of MBL or C3 in the extratumoral compartment—or knockdown of C3aR in tumour cells—were both protective against tumour growth. In addition, reprogramming of the mycobiome did not alter the progression of PDA in Mbl- (also known as Mbl2) or C3-deficient mice. Collectively, our work shows that pathogenic fungi promote PDA by driving the complement cascade through the activation of MBL. In humans and mouse models, the mycobiome of pancreatic ductal adenocarcinoma tumours is markedly enriched in Malassezia species compared to that of normal pancreas, which implicates these pathogenic fungi in oncogenesis.

The tumor microenvironment (TME) in pancreatic ductal adenocarcinoma (PDA) is characterized by immune tolerance, which enables disease to progress unabated by adaptive immunity. However, the drivers of this tolerogenic program are incompletely defined. In this study, we found that NLRP3 promotes expansion of immune-suppressive macrophages in PDA. NLRP3 signaling in macrophages drives the differentiation of CD4+ T cells into tumor-promoting T helper type 2 cell (Th2 cell), Th17 cell, and regulatory T cell populations while suppressing Th1 cell polarization and cytotoxic CD8+ T cell activation. The suppressive effects of NLRP3 signaling were IL-10 dependent. Pharmacological inhibition or deletion of NLRP3, ASC (apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD complex), or caspase-1 protected against PDA and was associated with immunogenic reprogramming of innate and adaptive immunity within the TME. Similarly, transfer of PDA-entrained macrophages or T cells from NLRP3-/- hosts was protective. These data suggest that targeting NLRP3 holds the promise for the immunotherapy of PDA.

The aim of this study was to determine the role of site-specific metastatic patterns over time and assess factors associated with extended survival in metastatic PDAC. Half of all patients with pancreatic ductal adenocarcinoma (PDAC) present with metastatic disease. The site of metastasis plays a crucial role in clinical decision making due to its prognostic value. We examined 56,757 stage-IV PDAC patients from the National Cancer Database (2016-2019), categorizing them by metastatic site: multiple, liver, lung, brain, bone, carcinomatosis, or other. The site-specific prognostic value was assessed using log-rank tests while time-varying effects were assessed by Aalen's linear hazards model. Factors associated with extended survival (>3years) were assessed with logistic regression. Median overall survival (mOS) in patients with distant lymph node-only metastases (9.0 months) and lung-only metastases (8.1 months) was significantly longer than in patients with liver-only metastases (4.6 months, p<.001). However, after six months, the metastatic site lost prognostic value. Logistic regression identified extended survivors (3.6%) as more likely to be younger, Hispanic, privately insured, Charlson-index <2, having received chemotherapy, or having undergone primary or distant site surgery (all p<.001). While synchronous liver metastases are associated with worse outcomes than lung-only and lymph node-only metastases, this predictive value is diminished after six months. Therefore, treatment decisions beyond this time should not primarily depend on the metastatic site. Extended survival is possible in a small subset of patients with favorable tumor biology and good conditional status, who are more likely to undergo aggressive therapies.