早期發(fā)現(xiàn)和手術(shù)治療對(duì)胃癌（GC）取得良好療效至關(guān)重要，IV期和復(fù)發(fā)性GC預(yù)后較差，所以需要新的GC治療方法。之前的研究發(fā)現(xiàn)，腸道微生物組是GC的一個(gè)致病因素，因此本文對(duì)胃癌患者的腸道微生物組進(jìn)行了研究，并試圖通過(guò)調(diào)節(jié)微生物組代謝物來(lái)逆轉(zhuǎn)GC患者免疫細(xì)胞和癌細(xì)胞的免疫抑制,評(píng)估GC患者外周血免疫細(xì)胞中程序性死亡配體1（PD-L1）和白細(xì)胞介素（IL）-10的水平。通過(guò)共聚焦顯微鏡觀察癌癥組織的染色切片,利用健康人和GC患者的糞便樣本分析腸道微生物組。通過(guò)將晚期GC（AGC）患者的外周血單核細(xì)胞（PBMC）注射到NSG小鼠體內(nèi)，然后再注射AGS細(xì)胞，建立人源化模型。與健康對(duì)照組相比，GC患者免疫細(xì)胞中PD-L1和IL-10的表達(dá)水平更高,腸道菌群中糞桿菌和雙歧桿菌的豐度較低,免疫抑制因子在腫瘤組織的免疫細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞中的水平均有所升高。最近的研究發(fā)現(xiàn)，丁酸鹽是一種具有代表性的微生物代謝物，具有抗腫瘤作用，并與增強(qiáng)免疫治療的治療應(yīng)答相關(guān)。本文評(píng)估了丁酸鹽在人源化小鼠模型中的抗腫瘤作用，結(jié)果表明丁酸鹽可抑制免疫細(xì)胞中PD-L1和IL-10的表達(dá)水平。此外，在人源化小鼠模型中，AGC患者的PBMCs顯示免疫抑制因子水平升高。丁酸鹽抑制了小鼠的腫瘤生長(zhǎng)。文章首次發(fā)現(xiàn)丁酸鹽作為胃癌的代表性代謝物，其抗腫瘤作用是通過(guò)調(diào)節(jié)免疫抑制標(biāo)志物的表達(dá)實(shí)現(xiàn)的，為GC的治療方法的開(kāi)發(fā)提供了新思路。本文于2023年12月發(fā)表在《Gut Microbes》，IF：12.2。

技術(shù)路線

主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

1.AGC患者樹(shù)突狀細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中免疫抑制標(biāo)志物水平升高

眾所周知，包括胃癌在內(nèi)的各種癌癥都會(huì)增加免疫抑制標(biāo)記物的表達(dá)。文章研究了GC患者的PBMC（巨噬細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞）和癌粘膜中免疫抑制標(biāo)記物（包括PD-L1和IL-10）的表達(dá)水平。與EGC患者相比，AGC患者的PBMC（圖1）和癌癥粘膜（圖2）中有更多的PD-L1和IL-10表達(dá)的巨噬細(xì)胞（CD68+細(xì)胞）、PD-L1和IL-10表達(dá)的樹(shù)突狀細(xì)胞（CD11c+細(xì)胞）以及PD-L1和IL-10表達(dá)的巨噬細(xì)胞。數(shù)據(jù)表明，免疫抑制與GC的進(jìn)展有關(guān)。

圖1.AGC患者PBMC中免疫抑制標(biāo)志物水平升高

圖2.AGC患者腫瘤粘膜中免疫抑制標(biāo)志物水平升高

2.GC患者腸道微生物組的菌群失調(diào)

為了研究GC是否與腸道微生物組的變化有關(guān)，對(duì)20名HCs和12名GC患者的糞便樣本進(jìn)行了測(cè)序。與HCs相比，GC患者的微生物群菌群種類和豐富度較低（圖3a）。使用基于Bray-Curtis相異性（β多樣性）的主坐標(biāo)分析法評(píng)估并比較了GC患者和HC之間腸道微生物組組成的整體多樣性。HC和GC患者的腸道菌群存在明顯差異（圖3b）。GC患者的腸道微生物組成發(fā)生了改變（圖4）。在門(mén)一級(jí)，與HCs相比，GC患者的放線菌和芽孢桿菌含量較低，而類桿菌含量較高（圖4a）。在科一級(jí)，與丁酸生產(chǎn)有關(guān)的雙歧桿菌和瘤胃球菌在GC患者中的豐度低于HC患者，而類桿菌的豐度高于HC患者（圖4b）。在菌屬水平上，GC患者腸道菌群中產(chǎn)生丁酸鹽的細(xì)菌也有所減少（圖4c）。GC患者和HC線性判別分析（LDA）得分之間的細(xì)菌類群相對(duì)豐度在屬一級(jí)也存在明顯差異（圖4d）。與HC相比，GC患者體內(nèi)糞桿菌、柯林斯菌、雙歧桿菌、f_瘤胃球菌和瘤胃球菌（即產(chǎn)丁酸菌株）的豐度顯著降低（圖4e）。此外，與EGC相比，AGC患者中糞桿菌、柯林斯菌、雙歧桿菌、f_瘤胃球菌和瘤胃球菌（即產(chǎn)丁酸菌株）的豐度也明顯降低（圖4f）。

圖3.GC患者的腸道微生物群譜

圖4.GC患者體內(nèi)微生物豐度的差異

3.丁酸鹽治療抑制GC患者PBMC中PD-L1和IL-10的表達(dá)

包括糞桿菌在內(nèi)的丁酸菌株在GC患者中的豐度低于HCs。文章研究了丁酸鹽和糞桿菌在GC患者中的作用。給GC患者的PBMC和THP-1細(xì)胞注射丁酸鹽和糞桿菌，可減少表達(dá)PD-L1和IL-10的巨噬細(xì)胞數(shù)量（圖5a、b）。此外，丁酸鹽和糞桿菌還能降低IL-10的濃度（圖5c）。

圖5.丁酸鹽降低PD-L1和IL-10水平

4.丁酸鹽抑制GC細(xì)胞的生長(zhǎng)

接下來(lái)，文章研究了丁酸鹽對(duì)胃癌細(xì)胞生長(zhǎng)的影響。文章作者用丁酸鹽培養(yǎng)胃癌細(xì)胞株AGS細(xì)胞，并測(cè)量細(xì)胞的生長(zhǎng)情況。在體外培養(yǎng)系統(tǒng)中，丁酸鹽明顯抑制了AGS細(xì)胞的生長(zhǎng)（圖6a）。隨后研究了丁酸鹽對(duì)GC細(xì)胞體內(nèi)生長(zhǎng)的影響。為此在有或無(wú)丁酸鹽條件下向人源化腫瘤小鼠模型皮下注射了來(lái)自健康對(duì)照組或GC患者的AGS細(xì)胞和PBMCs（圖6b、c）。丁酸鹽能明顯減小腫瘤大小，降低免疫抑制標(biāo)志物（PD-L1和IL-10）、其調(diào)節(jié)因子（NF-KB和STAT3）以及癌癥組織中的癌生長(zhǎng)因子（VEGF和GDF-15）的水平（圖6d、e）。數(shù)據(jù)表明，丁酸鹽可通過(guò)抑制胃癌癌細(xì)胞的生長(zhǎng)而發(fā)揮潛在的治療作用。

圖6.丁酸鹽抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)

實(shí)驗(yàn)方法：

微生物組學(xué)分析、免疫染色切片、流式細(xì)胞術(shù)、PCR擴(kuò)增，DNA測(cè)序、共聚焦顯微鏡分析、免疫組織化學(xué)檢測(cè)、人源化小鼠模型、酶聯(lián)免疫吸附測(cè)定

參考文獻(xiàn)：

Lee SY, Jhun J, Woo JS, Lee KH, Hwang SH, Moon J, Park G, Choi SS, Kim SJ, Jung YJ, Song KY, Cho ML. Gut microbiome-derived butyrate inhibits the immunosuppressive factors PD-L1 and IL-10 in tumor-associated macrophages in gastric cancer. Gut Microbes. 2024 Jan-Dec;16(1):2300846. doi: 10.1080/19490976.2023.2300846. Epub 2024 Jan 10. PMID: 38197259; PMCID: PMC10793689.