肠菌抑制抗肿瘤免疫的新机制

2024-03-19

免疫疗法临床研究微生物疗法

*仅供医学专业人士阅读参考我们知道，肠道微生物及其代谢产物与结直肠癌发生发展以及免疫治疗效果息息相关。肠道微生物可以将来自宿主的初级胆汁酸（CA）转化为次级胆汁酸-脱氧胆酸（DCA）。临床研究发现，结直肠癌患者的血液和粪便中存在DCA水平异常升高的现象，但截至目前，这一现象背后的机制以及对患者造成的影响还不清楚。近期，中国科学技术大学生命科学与医学部朱书/潘文团队发表了一项重要研究成果，揭示了结直肠癌逃避CD8阳性T细胞攻击的新机制。他们发现，肠道微生物C. scindens可通过产生DCA来抑制CD8阳性T细胞的抗肿瘤免疫反应，促进肿瘤生长。机制上，DCA可以与CD8阳性T细胞膜上的钙泵（PMCA）结合，促进了细胞内钙离子外排，抑制了细胞内钙离子-活化T细胞核因子（NFAT）2信号传导，最终影响CD8阳性T细胞的活化和效应功能。通过胆汁酸螯合，以及靶向C. scindens的噬菌体可以有效阻止小鼠结直肠癌的进展。研究发表在《免疫》上[1]。论文首页截图CD8阳性T细胞作为一种效应淋巴细胞，是人体免疫系统的重要组成部分，在人体抗肿瘤免疫应答中扮演关键角色。CD8阳性T细胞的活化和效应功能涉及细胞质钙离子信号转导机制，具体来说，在肿瘤发生早期，初始CD8阳性T细胞在抗原刺激下，启动T细胞受体信号转导，使细胞内钙离子浓度增加，进一步让细胞质中的NFAT2脱磷酸化，进入细胞核，通过在细胞核中启动IFN-γ和TNF等效应分子转录表达，来实现自身的的活化。活化后的CD8阳性T细胞通过分泌颗粒酶B、IFN-γ和TNF等效应因子来帮助身体清除肿瘤。有不少研究发现，在结直肠癌肿瘤微环境中会出现CD8阳性T细胞功能异常现象。此外，一些肠道微生物代谢产物，如DCA，已被证明可以调节CD4阳性T细胞的分化。鉴于此，研究人员猜想，CD8阳性T细胞的功能异常可能也与肠道微生物及其代谢产物有关。为了验证这一猜想，研究人员挑选了一个包含73种肠道微生物代谢产物的小分子化合物库，然后测试这些代谢物对CD8阳性T细胞功能的影响。结果发现，DCA会降低细胞表面标记物CD69、CD25和CD44，以及颗粒酶B、IFN-γ、TNF等效应因子的表达，从而抑制CD8阳性T细胞的激活和效应功能。主要结果进一步，研究人员发现，DCA是CD8阳性T细胞的效应功能的负调节因子，即DCA对CD8阳性T细胞的效应功能的抑制呈现剂量依赖性。而其他次级胆汁酸，如石胆酸（LCA）、牛磺酸脱氧胆酸（TUDCA）则没有这样明显的免疫抑制作用。正如上文所说，CD8阳性T细胞的活化涉及到钙离子信号通路，因此，研究人员想知道DCA是否是通过影响钙离子信号通路通路来抑制CD8阳性T细胞的效应功能。通过利用钙离子荧光染料检测CD8阳性T细胞内钙离子流动情况，研究人员发现，经过DCA处理后，细胞内钙离子浓度减少了。由于钙离子-NFAT2是CD8阳性T细胞活化的关键，经过免疫印记分析后，研究人员发现，DCA明显抑制了NFAT2的入核以及转录活性。以上结果说明，DCA通过抑制钙离子-NFAT2信号通路来影响CD8阳性T细胞的效应功能。进一步，研究人员想知道，细胞质中钙离子的减少，究竟是因为钙离子从细胞质外流到细胞外了，还是从细胞质内流到细胞器中了。于是，研究人员着重关注了几个钙泵，包括细胞膜上的PMCA、内质网上的SERCAs和线粒体上的MCU。通过阻断这些钙泵，研究人员发现，PMCA抑制剂可以改善经DCA处理后的CD8阳性T细胞的效应功能，而阻断SERCAs和MCU则没有效果。为了确定DCA和PMCA之间的联系，研究人员又进行了免疫共沉试验，结果发现，DCA与PMCA之间存在很强的亲和力。结合动力学数据这一结果证明，DCA可通过与细胞膜上的PMCA结合，加速了钙离子外排，进而影响了钙离子-NFAT2信号通路，最终抑制了CD8阳性T细胞的效应功能。接下来，通过构建结直肠癌小鼠模型，研究人员发现，DCA对CD8阳性T细胞的影响可以在小鼠体内复现，即同样发现，DCA可通过抑制CD8阳性T细胞的抗肿瘤免疫反应来促进小鼠肿瘤的生长。此外，研究人员也在2个月内未接受抗生素治疗的结直肠癌患者粪便中观察到，DCA浓度与CD8阳性T细胞效应因子的表达水平呈负相关。进一步，研究人员收集了51名结直肠癌患者的粪便样本和肿瘤切片，并对这些粪便样品进行了Shotgun metagenomic测序，最终筛选出了两个在粪便中富集，且与CA分解有关的菌株C. scindens和B. fragilis。通过构建抗生素预处理小鼠模型，研究人员发现，C. scindens菌株定植才是导致DCA浓度增加、肿瘤生长加快以及肿瘤微环境中CD8阳性T细胞出现功能异常的关键。最后，研究人员观察到，通过使用胆汁酸螯合剂，以及靶向C. scindens的噬菌体可以阻止小鼠结直肠癌的进展，并改善CD8阳性T细胞的抗肿瘤功能。研究机制图总之，该研究揭示了结直肠癌通过C. scindens产生的DCA来逃避CD8阳性T细胞攻击的新机制，这也为理解肠道肿瘤、肠菌与免疫系统之间的相互作用提供了新的视角。参考文献：Cong J, Liu P, Han Z, et al. Bile acids modified by the intestinal microbiota promote colorectal cancer growth by suppressing CD8+ T cell effector functions[J]. Immunity, 2024.本文作者丨张金旭