肠道微生物代谢产物尿素B通过重塑微生物群和PD-L1/HLA-B来预防结直肠癌的发生

文摘   科学   2024-05-29 23:33   陕西  

《Oxidative medicine and cellular longevity

影响因子:7.3/Q1


Oxidative medicine and cellular longevity发表原创性研究和综述论文,范围涉及健康和疾病状态下氧化剂的细胞和分子病理生理机制。


结直肠癌(CRC)是全球第三大癌症相关死亡原因。2020年结直肠癌发病率为55万,居全国第二位。结直肠癌的预后与其临床分期有关。根据美国癌症联合委员会分期系统,结直肠癌合并淋巴结转移(III期)患者的5年生存率低于60%,远端转移(IV期)患者的5年生存率低于10%。细胞毒性化疗和放化疗用于治疗III期CRC患者。氟尿嘧啶(5- fu)、奥沙利铂和顺铂是临床化疗中最有效的化疗药物。然而,由于化疗耐药,结直肠癌患者的生存率仍然很低。早期停药在接受化疗的III期结肠癌患者中很常见。抗结肠癌药物的发现已成为一个亟待解决的问题。

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 尿素B对AOM/DSS及Apcmin/+结直肠癌发生的影响


在AOM/DSS结肠直肠癌(CRC)模型(图a)和Apcmin/+ CRC模型(图b)中,DSS治疗后小鼠皮毛紊乱,进食量减少。饮用DSS后第5天开始出现明显的血便。在AOM/DSS模型中,部分小鼠在第二和第三周期饮用DSS水后死亡(图c)。与CRC模型相比,给药20 mg/kg UB可提高成活率;然而,卡培他滨未能提高生存率(图c)。此外,在AOM/DSS(图d)和Apcmin/+ CRC模型中,UB的应用减小了肿瘤大小。与AOM/DSS模型相比,给药UB (p < 0:01)或卡培他滨(p < 0:001)可减轻AOM/DSS CRC小鼠的腺瘤负担(图d)。虽然与卡培他滨组相比,UB联合卡培他滨组在肿瘤负荷和生存率方面没有变化(图(c)和(d)),但UB联合卡培他滨组肠道便血较少。


尿素b调节蛋白的无标记蛋白质组学分析

接下来,通过蛋白质组学分析尿素B处理SW480细胞的蛋白表达水平。采用蛋白丰度比> 2.0和<0.5并结合t检验(p < 0:05)鉴定两组样品之间的差异表达蛋白。通过无标记蛋白质组学方法,分别鉴定出在0.15 μM UB和15 μM UB处理下共有914个和960个上调蛋白(图a和b)。UB处理的生物学过程表明,UB上调了参与凋亡过程的线粒体碎片化,正调节了内在凋亡信号通路,响应DNA损伤的内在凋亡信号通路,凋亡信号通路中的线粒体膜蛋白,正调节了凋亡过程,细胞周期,p53类介质介导的内在凋亡信号通路,吞噬体酸化、有丝分裂细胞周期G1/S期转变和线粒体凋亡改变(图a)。

尿素B调节AOM/ dsc诱导的结直肠癌(CRC)小鼠肠道微生物群

采用16S rDNA测序和生物信息学多样性分析比较各组肠道微生物多样性指标。图4显示了添加或不添加尿素B时AOM/DSS结肠间室微生物α多样性的Shannon和Simpson指数结果。与一线治疗药物卡培他滨组相比,尿素B组显著提高了肠道菌群Shannon指数(p < 0:05,)。尿石素B组微生物群Chao指数高于AOM/DSS组(p < 0:05)。卡培他滨联合尿石素B干预后,微生物结构偏离CRC组,接近c57组。如图(a-c)所示,与AOM/DSS CRC组相比,尿石素B降低了科(p < 0:05)和属(p < 0:05)水平的拟杆菌;卡培他滨与尿石素B联用后,Verrucomicrobiota (p < 0:05)和Desulfobacterota (p < 0:01)在门水平上丰度升高,Akkermansiaceae (p < 0:05)在科水平上丰度升高,Alloprevotella在属水平上丰度显著降低(p < 0:05)。


尿素B调节AOM/ dss诱导的结直肠癌(CRC)小鼠结肠肿瘤免疫微环境中的免疫因子


自然杀伤细胞(NK细胞)是先天免疫系统的主要细胞之一。NK细胞不需要与相关抗原结合,可以直接杀死缺失原分子的肿瘤细胞。γδ T细胞是先天免疫细胞。γδ T细胞的直接肿瘤杀伤作用是一种非mhc限制性的肿瘤杀伤作用。用流式细胞术检测尿素B (20 mg/kg)对AOM/DSS结直肠癌小鼠结肠肿瘤微环境中NK细胞和γδ T细胞数量的影响。
       与AOM/DSS组相比,口服尿石素B组NK细胞数量从1:21±1:56显著增加至4:25±2:22 (p < 0:05,图a);γδ TCR表达量从2:98±2:14显著升高至8:05 + 3:94 (p < 0:05,图b)。调节性T细胞(Treg)是肿瘤中的免疫抑制细胞;CD4+ CD25+ Foxp3+是特异性标志物。流式细胞术分析结肠癌动物脾脏标志物分子CD4+ CD25+ Foxp3+(图c)。在结肠癌发生的过程中,Treg细胞的比例从2:83±2:93增加到7:4±1:32 (p < 0:05,图c),口服尿石素B显著降低结肠癌动物脾脏Treg细胞的比例,从7:4±1:32减少到1:49±1:24 (p < 0:05,图c)。结果表明,尿素B显著增加结肠癌肿瘤微环境中NK细胞和γδ T细胞的数量,抑制Treg细胞的数量,最终起到抗结肠癌的作用。



在这项研究中,我们使用炎症诱导或突变家族遗传的小鼠CRC模型来研究尿素B (UB)的抗癌和免疫治疗作用,UB是多酚在胃肠道中的最终代谢物。采用无标记蛋白质组学分析和基因本体(GO)分类对受UB影响的蛋白质进行检测和分析。利用16S rDNA测序和流式细胞术揭示了UB对肠道微生物组成和免疫防御的改善。结果表明,尿石素B通过重塑肠道微生物和肿瘤免疫微环境,如HLA-B、NK细胞、调节性T细胞和γδ TCR细胞,以及降低PD-L1水平来预防结直肠癌的发生。尿石素B联合一线治疗药物通过塑造肠道菌群改善结直肠肠道便血,为免疫疗法治疗结直肠癌提供了一种策略。UB联合抗pd -1抗体可抑制结肠癌的生长。因此尿石蛋白B可能有助于抗癌治疗,并为结直肠癌患者进一步免疫治疗提供高免疫应答微环境。



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