背景
结直肠癌 (CRC)是一种全球流行的胃肠道恶性肿瘤，具有较高的发病率和死亡率CRC的发病受遗传和环境因素的影响，其发病机制不同。在环境危险因素中，慢性肠道炎症是CRC发生发展的重要促发因素。越来越多的证据表明，肠道微生物群失衡以及微生物衍生代谢产物的改变与炎症和CRC相关。
研究亮点
1、植物乳杆菌L168及其衍生的ILA可改善结直肠肿瘤的发生。
2、ILA可促进DCs产生IL12a，启动CD8+ T细胞的抗肿瘤免疫。
3、ILA通过表观遗传机制增强CD8+ T细胞的功能。
4、ILA通过抑制CD8+ T细胞中Saa3的表达来抑制CRC的肿瘤生长。
简介
2023年6月6日，来自中国南京医科大学的Xingyin Liu教授及其团队在CELL METABOLISM (IF: 31.373)杂志上发表名为Lactobacillus plantarum-derived indole-3-lactic acid ameliorates colorectal tumorigenesis via epigenetic regulation of CD8+ T cell immunity的研究[1]。
主要结果
LP-L168/ILA处理恢复了CAC小鼠微生物群生态系统失衡和细胞因子失调
为了研究LP-L168或ILA是否改善了CAC小鼠的微生态系统，我们对肠道菌群组成进行了分析和比较 (图3)。如图3A所示，CAC小鼠肠道菌群的α多样性与对照小鼠相比没有明显变化。β多样性显示出显著的聚类分离，表明四组之间肠道微生物群的组成不同。LP-L168给药小鼠的肠道微生物组成与ILA给药小鼠相似 (图3B)。LP-L168/ILA增加了肠道微生物群中粪大肠杆菌和双歧杆菌的丰度，降低了拟杆菌属、Oscillibacter和Alistipesin的丰度 (图3C)。此外，与CAC组相比，LP-L168/ILA组中氨基酸相关代谢活性等几个模块的富集程度降低 (图3D)。肠道微生物群直接和动态地与免疫细胞相互作用，免疫细胞可以分泌多种参与疾病进展的细胞因子。
图3. LP-L168/ILA治疗可改善AOM/DSS小鼠的肠道微生物群的生态失调和细胞因子失调
LP-L168/ILA可促进CD8+ T细胞抗肿瘤免疫
我们注意到LP-L168/ILA增加了外周血中IL-12的浓度 (图3I)。dc来源的细胞因子包括IL-12是激活效应性CD8+ T细胞所必需的，而CD8+ T细胞在抗肿瘤免疫中发挥着至关重要的作用。与对照组相比，LP-L168/ILA组肿瘤组织中dc的IL12水平升高，与外周血中IL-12水平一致 (图4A、图4B)。此外，LP-L168/ILA组脾脏、肠系膜淋巴结 (MLNs)和固有层单核细胞 (LPMCs)中IL-12+ CD11c+ MHCII+ DCs的百分比远高于CAC组(图4C-4E)。因此，我们发现给予LP-L168/ILA可促进脾脏、淋巴结和固有层中的IFN-γ+ CD8+ T细胞 (图4F-4H)。
图4. LP-L168/ILA可促进DCs产生IL-12，促进CD8+ T细胞抗肿瘤免疫
LP-L168/ILA通过下调肿瘤浸润CD8+ T细胞中Saa3的表达抑制肿瘤生长
基于以上发现，我们推测排名靠前的下调基因Saa3可能通过提高CD8+ T细胞中的胆固醇水平发挥致瘤作用。我们首先纯化SAA3蛋白 (图7A)，并确定其在皮下结直肠癌肿瘤模型中的作用 (图7B，顶部)。与我们的预测一致，SAA3蛋白处理组肿瘤重量较对照组显著增加，LP-L168/ILA处理组和SAA3组肿瘤重量均明显受到抑制 (图7B和7C)。LP-L168/ILA处理降低了对照组肿瘤浸润性CD8+ T细胞中的胆固醇水平 (图7D和7E)。然而，与对照组相比，SAA3蛋白促进了肿瘤浸润性CD8+ T细胞中的胆固醇积累，降低了IFN-γ+ CD8+ T细胞和GzmB+ CD8+ T细胞的百分比。同样，LP-L168/ILA降低了SAA3蛋白诱导的CD8+ T细胞的胆固醇含量，并恢复了对照组和SAA3蛋白处理组中IFN-γ+ CD8+ T细胞和GzmB+ CD8+ T细胞的百分比 (图7F, 7G)。为了进一步验证SAA3在肿瘤发生中的作用，我们利用短发夹RNA (short hairpin RNA, shRNA)通过慢病毒载体介导，沉默了SAA3基因在CD8+ T细胞中的表达 (图7H，顶部)。与对照肿瘤组相比，对照shRNA和Saa3 shRNA组的肿瘤生长速度和肿瘤重量均明显降低，而Saa3 shRNA组的肿瘤生长速度和肿瘤重量均明显低于对照shRNA组 (图7H [下]和图7I)。综上所述，这些数据进一步表明LP-L168/ILA通过下调CD8+ T细胞中Saa3的表达抑制肿瘤生长。
图7. LP-L168/ILA通过降低CD8+ T细胞胆固醇水平抑制SAA3蛋白诱导的肿瘤生长
结论及展望
先前的研究表明，乳酸杆菌种类在小鼠模型中起改善结直肠癌 (CRC)的作用。然而，潜在的机制在很大程度上仍然未知。本研究发现，植物乳杆菌L168及其代谢物吲哚-3-乳酸可改善肠道炎症、肿瘤生长和肠道生态失调。在机制上，我们发现吲哚-3-乳酸通过增强H3K27ac在IL12a增强子区域的结合，促进了CD8+ T细胞对肿瘤生长的免疫，从而加速了树突状细胞中IL12a的产生。此外，吲哚-3-乳酸通过改变肿瘤浸润性CD8+ T细胞的染色质可及性和随后增强功能，转录抑制CD8+ T细胞胆固醇代谢相关的Saa3表达。总之，我们的发现为益生菌介导的抗肿瘤免疫的表观遗传调控提供了新的见解，并表明植物乳杆菌L168和吲哚-3-乳酸有潜力为结直肠癌患者制定治疗策略。
原文链接
http://www.shmirror.com/pdf/lactobacillus%20plantarum%20derived%20indo%20source%20cell%20metab%20so%202023.pdf?query=MA-25ObvnWChTWkY4EKSrbdVVufTlqw_JhHLBbd82d1FfqdO-IPAD-J_iFPOz1A6&iv=JhuLhh3ETP4Dg52v&token=75680C1A2D3DAB71983488D154D9F421C913D91545B69DEBBA718781F4818548BAF715AF5CD81F1ED160F6509AC3308A&view=true&type=.pdf
参考文献
1.Zhang Qingqing,Zhao Qing,Li Tao et al. Lactobacillus plantarum-derived indole-3-lactic acid ameliorates colorectal tumorigenesis via epigenetic regulation of CD8 T cell immunity.[J] .Cell Metab, 2023, 35: 943-960.e9.
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