Immunity（IF 32.4）中国科大首发，靶向这类菌可抗癌？首次揭示肠道菌代谢物的促癌机制
研究显示，肠道微生物群落对于哺乳动物的抗肿瘤免疫反应至关重要，相关疾病的发生与微生物群组成和多样性的变化息息相关。在 CRC 患者中，微生物来源的次级胆汁酸-脱氧胆酸（DCA）的浓度异常升高，其机制与影响不明。近日，中国科学技术大学生命科学与医学部基础医学科学院朱书和潘文教授团队联合在 Immunity 杂志发表研究论文 Bile acids modified by the intestinal microbiota promote colorectal cancer growth by suppressing CD8+ T cell effector functions，该研究发现在结直肠癌患者中，微生物来源的 DCA 的异常升高，脱氧胆酸通过损害细胞内 Ca2+ 积累来抑制抗肿瘤 CD8+T 细胞的效应功能，进而促进结直肠肿瘤的生长。靶向微生物 DCA 有望抑制结直肠癌的发展，为攻克结直肠癌提供了潜在疗法！1. DCA 抑制抗肿瘤 CD8+T 细胞的免疫应答CD8+T 细胞作为一种效应淋巴细胞，在抵抗包括 CRC 在内的癌症中发挥作用，具有分泌细胞因子干扰素（IFN）-Ύ 和肿瘤坏死因子（TNF）-α 以及杀死肿瘤细胞的能力。为寻找可能影响 CRC 中 CD8+ T 细胞免疫应答的潜在微生物代谢物，研究团队筛选了一个具有 73 种肠道微生物的衍生代谢物库，评估了如 DCA 、石胆酸（LCA）、3-oxo-CA、7-oxo-DCA、12-oxo-CA、牛磺酸脱氧胆酸（TUDCA）和糖脱氧胆酸（GDCA），对 CD8+T 细胞效应功能的影响。研究结果显示细胞表面标记物 CD69、CD25 和 CD44 的表达降低，可以证明 DCA 抑制了 CD8+T 细胞的激活，同时发现 DCA 是 CD8+T 细胞效应功能的负调控因子，即 DCA 以剂量依赖的方式抑制 CD8+T 细胞的增殖能力，而其他次级胆汁酸未观察到明显的免疫抑制作用。总之，DCA 以细胞死亡和已知受体独立的方式抑制 CD8+T 细胞的激活、增殖、效应物的产生和杀伤的功能。2. DCA 通过增强 PMCA 活性来降低 Ca2+- NFAT2 信号通路以往研究表明 CD8+T 细胞的激活和效应功能涉及胞质 Ca2+ 依赖的信号转导机制。因此，研究员们推测胞质 Ca2+ 浓度的异常积累可能导致 DCA 介导的 CD8+T 细胞效应功能的抑制。本研究中 CD3/CD28 激活的 CD8+T 细胞的实时荧光强度数据显示，DCA 可抑制离子霉素诱导的胞质 Ca2+ 积累。在机制上，本研究重点聚焦几个可以降低细胞质 Ca2+ 浓度的 Ca2+ 通道/泵：PMCA、SERCAs 和 MCU，发现 DCA 通过靶向质膜 Ca2+ATP 酶（PMCA）来抑制 Ca2+-NFAT2 信号通路，进而抑制 CD8+T 细胞的反应。即 DCA 通过阻止胞质 Ca2+ 的积累，特别是通过增强 PMCA 介导的 Ca2+ 外排，损害了 CD8+T 细胞的效应功能。3. DCA 浓度与 CRC 患者的 CD8+T 细胞功能呈负相关本研究构建了结直肠癌小鼠模型，来探究 DCA 对 CD8+T 细胞的影响。小鼠每天口服 DCA，持续 2 周，其血清和粪便中的 DCA 浓度均升高，且降低了小鼠小肠上皮、大肠上皮、肠系膜淋巴结和脾脏 CD8+T 细胞中 IFN-Ύ和 TNF-α 的表达，证明 DCA 处理会导致小鼠肿瘤生长加速和 CD8+T 细胞效应功能受损。DCA 通过抑制抗肿瘤 CD8+T 细胞的免疫反应来促进结直肠肿瘤的生长。值得注意的是，与非结直肠癌患者的 CD8+T 细胞相比，CRC 患者 CD8+T 细胞表现出功能失调的表型。本研究检测了近 2 个月未接受抗生素治疗 CRC 患者的粪便 DCA 浓度和胆汁酸诱导操纵子 (BAI) 基因的表达，联合免疫组化法对患者的肿瘤切片进行 GzmB、IFN-Ύ和 TNF-α 检测，发现这些 T 细胞效应分子表达强度与 DCA 浓度或 BAI 基因的表达水平呈负相关，即微生物 DCA 代谢与 CD8+T 细胞抗肿瘤效应功能之间存在因果关系。4. 靶向微生物 DCA 代谢可阻止小鼠结直肠癌的发展为证明靶向微生物 DCA 代谢与阻止小鼠结直肠癌的发展，本研究在经抗生素鸡尾酒疗法预处理的小鼠体内定植了 C. scindens （梭状芽胞杆菌，携带 DCA 生物合成基因的细菌），并用胆汁酸螯合剂胆色素树脂 (CHO) 对其进行处理，以降低血清中的 DCA 浓度。研究证明 CHO 处理降低了小鼠血清中的 DCA 浓度，缓解了肿瘤的加速生长，并改善了抗肿瘤 CD8+T 细胞的效应功能。本研究证明了微生物 DCA 通过激活钙泵--质膜钙 ATP 酶（PMCA）来抑制细胞毒性 CD8+T 细胞介导的抗肿瘤免疫反应，并提出了一种潜在的治疗方法，即可能通过靶向生产 DCA 的细菌来治疗甚至预防 CRC，为攻克 CRC 提供了新的思路！Cong et al, Bile acids modified by the intestinal microbiota promote colorectal cancer growth by suppressing CD8+T cell effector functions, Immunity (2024).
