《细胞·代谢》：南京医科大研究团队首次揭示肠道微生物代谢产物吲哚-3-乳酸影响结直肠癌发展的表观遗传学机制
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越来越多的研究发现，一些有益的肠道微生物及代谢产物可以帮助激活免疫系统，抵抗结直肠癌（CRC），例如短链脂肪酸（SCFA）可以调节CD8 T细胞反应，并改善免疫治疗效果[1]。不过，肠道微生物及代谢产物如何增强CD8 T细胞抗肿瘤能力的分子机制还没有得到充分的研究。
在最近的《细胞·代谢》杂志上，南京医科大学的刘星吟教授团队发表了最新研究成果[2]，植物乳杆菌L168及其代谢产物吲哚-3-乳酸（ILA）可以改善肠道炎症和肠道微生态，抑制结直肠癌的发展。ILA可以使树突状细胞加速产生白介素-12，激活CD8 T细胞，同时降低CD8 T细胞的胆固醇水平，增强了肿瘤浸润CD8 T细胞功能，从而抑制肿瘤生长。他们还进一步揭示了其中的表观遗传学机制。
植物乳杆菌L168（LP-L168）是一种益生菌菌株，具有调节肠道微生物组成和免疫功能的作用。在结肠炎相关原位结肠癌（CAC）小鼠中，LP-L168治疗使得肿瘤数量和负荷明显减少，体重减轻的趋势减缓，脾脏和肝脏的重量恢复到接近正常水平，炎症减轻，溃疡、增生和增殖潜力下降，细胞凋亡增加。MC38结肠癌小鼠的LP-L168治疗也显著降低了肿瘤体积。
ILA是LP-L168培养上清液中最多的代谢物之一，具有抗炎和维持肠道稳态的能力。与对照组相比，LP-L168治疗的小鼠肿瘤组织中ILA水平升高，直接使用ILA进行治疗也达到了和LP-L168同样的效果。
对照组、CAC组，以及LP-L168或ILA治疗组的肠道微生物组成有明显不同，LP-L168/ILA治疗增加了Faecalibaculum和双歧杆菌属丰度增加，拟杆菌属、震颤杆菌属和别样杆菌属丰度下降，丰度增加的肠道微生物与抗炎细胞因子IL-12、IL-10和干扰素γ（IFN-γ）水平增加有关。
对照组、CAC组、以及LP-L168或ILA治疗组的肠道微生物组成的差异
IL-12是树突状细胞（DC）分泌的细胞因子，是激活效应CD8 T细胞所必需的，LP-L168/ILA治疗使得DC加速分泌IL-12，脾脏、淋巴结和肠道固有层中的IFN-γ+CD8 T细胞也增加。
近年来的新研究表明，微生物代谢物可以通过调节基因组区域的表观遗传修饰来调节基因表达，一般来说，活跃转录基因的转录起始位点由三甲基化的H3K4（H3K4me3）和乙酰化的H3K27（H3K27ac）标记，ILA治疗组H3K27ac峰值的增加与染色质可及性信号的升高相一致。
H3K27ac和染色质可及性峰值
显著增加的关键转录因子PU1可以介导增强子-启动子循环，导致增强子区域H3K27ac信号增强。ILA治疗后，染色质可及性提高，与IL12a基因转录起始位点上游区域的H3K27ac结合信号增加有关，这表明，ILA可通过调节染色质可及性增加增强子区域周围的H3K27ac，从而加速DC产生IL-12。
不但如此，LP-L168/ILA治疗显著降低了肿瘤组织中胆固醇的水平，高胆固醇会增加癌症风险，而且在肿瘤微环境中诱导CD8 T细胞耗竭。这启发了研究人员，他们利用高脂饮食诱导了小鼠的肿瘤，而LP-L168/ILA治疗也显著降低了肿瘤组织的胆固醇水平，提高了肿瘤微环境中浸润的IFN-γ+GzmB+CD8 T细胞的比例。
他们发现，原来，ILA是与CD8 T细胞的染色质绝缘子蛋白CCCTC结合因子（CTCF）产生相互作用，从而改变染色质可及性，抑制调节胆固醇代谢的重要基因Saa3的表达，降低了CD8 T细胞的胆固醇水平，达到增强肿瘤浸润CD8 T细胞功能，抑制肿瘤生长的效果。
这项研究首次揭示了肠道微生物代谢产物ILA通过调节染色质可及性，调控胆固醇代谢，影响CRC发生发展的表观遗传学机制，以及LP-L168和ILA作为CRC患者治疗策略方面的潜力。
参考文献：
[1] Luu M, Riester Z, Baldrich A, et al. Microbial short-chain fatty acids modulate CD8+ T cell responses and improve adoptive immunotherapy for cancer[J]. Nature communications, 2021, 12(1): 4077.
[2] Zhang Q, Zhao Q, Li T, et al. Lactobacillus plantarum-derived indole-3-lactic acid ameliorates colorectal tumorigenesis via epigenetic regulation of CD8+ T cell immunity[J]. Cell Metabolism, 2023.
本文作者丨应雨妍