Cell子刊：刘星吟团队揭示肠道微生物代谢物吲哚-3-乳酸的抗肿瘤免疫新机制

结直肠癌（Colorectal Cancer，CRC）是全世界范围内发病率第三的癌症，每年新增发病人数近200万（仅次于乳腺癌和肺癌），每年导致的死亡人数接近100万（仅次于肺癌）。大约每25个人就有1人会在其一生中患上结直肠癌。而在我国，结直肠癌年发病人数仅次于肝癌，2020年新增56万结直肠癌患者。更重要的是，近30年来，50岁以下的年轻人群中结直肠癌的发病率一直在上升。

肠道微生态失衡以及肠道微生物衍生代谢物的改变与结直肠癌有关。先前的研究表明，肠道益生菌，包括乳杆菌和双歧杆菌，在小鼠模型中具有改善炎症性肠病和结直肠癌发生发展的作用【1-3】。越来越多的研究表明，肠道菌群及其代谢物通过调节CD8+T细胞的活性发挥抗肿瘤作用【4】。然而肠道微生物产生的代谢物如何增强CD8+T细胞抗肿瘤功能的分子机制目前还不清楚。

新的研究表明，微生物衍生的代谢物可以诱导表观遗传修饰，对健康状况和疾病易感性具有潜在的影响。然而目前对结直肠癌中肠道微生物群与宿主表观遗传相互作用的分子机制还知之甚少。 

2023年5月15日，南京医科大学刘星吟课题组在 Cell Metabolism 期刊发表了题为：Lactobacillus plantarum-derived indole-3-lactic acid ameliorates colorectal tumorigenesis via epigenetic regulation of CD8+ T cell immunity 的研究论文。

该研究发现，肠道微生物植物乳杆菌及其衍生代谢产物吲哚-3-乳酸（ILA）通过改变染色质的可及性增强CD8+T细胞抗结直肠肿瘤免疫的表观遗传学新机制。

在该研究中，研究人员相继构建了急性小鼠肠炎模型，原位化学诱导的结直肠癌动物模型，结直肠癌皮下瘤模型，发现植物乳杆菌及其衍生的代谢物ILA能显著改善了小鼠的肠道炎症、肠道微生态失衡，抑制了结直肠癌肿瘤的生长。通过注射抗CD8抗体到皮下瘤小鼠以及荷瘤免疫缺陷Rag1^−/−小鼠，研究者证实ILA的抑瘤作用部分是由肿瘤浸润的CD8+T细胞介导的。接着，研究者通过转移经ILA诱导BMDCs 和CD8+T细胞到荷瘤小鼠进一步证实，一方面ILA通过增强IL12a增强子区域周围的H3K27ac富集和染色质可及性来促进DCs的IL12a产生，从而启动CD8+ T细胞的抗肿瘤活性，另一方面它也可以直接增强肿瘤侵润CD8+T细胞分泌IFN-γ+和GzmB+而起到杀伤肿瘤细胞的功能。

大量证据表明，高胆固醇饮食的摄入会增加患各种癌症的风险，包括结肠直肠癌【5】。研究者构建了高胆固醇饮食诱导下的原位结直肠癌模型，发现植物乳杆菌及其ILA可提高由HCD导致的脾脏、肠系膜淋巴结，肠道固有层中IFN-γ+ GzmB+ CD8+T细胞的下降，而在高脂诱导的皮下瘤模型中，研究者发现植物乳杆菌及其ILA显著降低了肿瘤组织的胆固醇水平，提升了高脂导致的瘤微环境中IFN-γ+ GzmB+ CD8+T细胞的比例。

为了进一步揭示ILA增强肿瘤侵润CD8+ T细胞功能的分子机制，研究者进一步通过ATAC-seq 和CUT＆Tag等技术证实ILA通过与CD8+T 细胞的染色质绝缘子蛋白CTCF相互作用，改变染色质的可及性，调控了CD8+ T细胞中 CTCF与转录活性边界的差异结合并降低CD8+T细胞中调节胆固醇代谢的重要基因Saa3的表达，进而降低CD8+ T细胞的胆固醇水平，从而增强肿瘤浸润性CD8+T细胞的功能，抑制肿瘤的生长。

该研究首次阐释了肠道微生物代谢物吲哚-3-乳酸通过调控染色质的可及性进而调控胆固醇代谢影响结直肠癌发生发展的表观遗传学机制，为肠道微生物介导的抗肿瘤免疫的表观遗传机制提供了全新的见解，为CRC患者的防治策略的提供了重要的理论基础和实验依据。

南京医科大学基础医学院，生殖医学及其子代健康全国重点实验室，刘星吟教授为该论文通讯作者，南京医科大学基础医学院2018级博士研究生张青青为该论文的第一作者，2020级硕士研究生赵晴为该论文的第二作者，其他对该论文做出重要贡献的还包括刘星吟教授课题组研究生李涛，路龙娅，张鸿，王飞等人，南京医科大学胡志斌教授为该论文提供了重要的建议和支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cmet.2023.04.015

参考文献：

1. Oh, N.S., Lee, J.Y., Kim, Y.T., Kim, S.H., and Lee, J.H. (2020). Cancer-protective effect of a synbiotic combination between Lactobacillus gasseri 505 and a Cudrania tricuspidata leaf extract on colitis-associated colorectal cancer. Gut Microbes 12, 1785803. 10.1080/19490976.2020.1785803.

2. Sivan, A., Corrales, L., Hubert, N., Williams, J.B., Aquino-Michaels, K., Earley, Z.M., Benyamin, F.W., Lei, Y.M., Jabri, B., Alegre, M.L., et al. (2015). Commensal Bifidobacterium promotes antitumor immunity and facilitates anti-PD-L1 efficacy. Science 350, 1084-1089. 10.1126/science.aac4255.

3. Jia, L., Wu, R., Han, N., Fu, J., Luo, Z., Guo, L., Su, Y., Du, J., and Liu, Y. (2020). Porphyromonas gingivalis and Lactobacillus rhamnosus GG regulate the Th17/Treg balance in colitis via TLR4 and TLR2. Clin Transl Immunology 9, e1213. 10.1002/cti2.1213.

4. Yachida, S., Mizutani, S., Shiroma, H., Shiba, S., Nakajima, T., Sakamoto, T., Watanabe, H., Masuda, K., Nishimoto, Y., Kubo, M., et al. (2019). Metagenomic and metabolomic analyses reveal distinct stage-specific phenotypes of the gut microbiota in colorectal cancer. Nat Med 25, 968-976. 10.1038/s41591-019-0458-7.

5. Hu, J., La Vecchia, C., de Groh, M., Negri, E., Morrison, H., Mery, L., and Canadian Cancer Registries Epidemiology Research, G. (2012). Dietary cholesterol intake and cancer. Ann Oncol 23, 491-500. 10.1093/annonc/mdr155.