益生菌的力量：C. maltaromaticum助力維生素D合成，幫助雌性小鼠抗擊結直腸癌

腸道微生物群的性別特異性差異可能是人類疾病性別差異的基礎之一。但是性別差異的腸道微生物群是如何影響結直腸癌的發(fā)生發(fā)展呢？

2023年7月20日，香港中文大學于君、胡嘉麒（William Ka Kei Wu）及Matthew Tak Vai Chan共同通訊在Cancer Cell 在線發(fā)表了題為“Carnobacterium maltaromaticum boosts intestinal vitamin D production to suppress colorectal cancer in female mice”的研究論文，該研究發(fā)現(xiàn)在兩種小鼠CRC模型中，給予麥芽香肉桿菌能以雌性特異性的方式減少腸道腫瘤的形成。

作者通過對結直腸癌患者和健康對照組的多個隊列糞便樣本進行剖析性宏基因組測序，鑒定出五個益生菌候選物（S. thermophilus, L. gallinarum, Carnobacterium maltaromaticum, Clostridium butyricum, 和Streptococcus salivarius），它們在結直腸癌中均受到消耗。結果發(fā)現(xiàn)，在性別特異性的情況下，女性患者中的C. maltaromaticum在結直腸癌患者的糞便樣本中明顯減少。

為了證實這一結論作者分別給雌性和雄性Apcmin/+小鼠（一種生殖細胞突變的腸道腫瘤發(fā)生模型）每天口服含有C. maltaromaticum的細菌懸液。給對照組小鼠每天口服等量的BHI或大腸桿菌，時間持續(xù)12周。將實驗結果在結腸鏡檢查中對比發(fā)現(xiàn)，與BHI或大腸桿菌治療相比，C. maltaromaticum治療的雌性小鼠結腸鏡下腫瘤大小明顯減小，雄性小鼠中沒有觀察到這種現(xiàn)象。

作者在此基礎上又做了衍生實驗，將致癌物誘導的結直腸癌模型中對C57BL/6雌性和雄性小鼠每周注射一次致癌物氧化甲基（持續(xù)6周），然后對小鼠進行口服C. maltaromaticum、大腸桿菌和BHI。最后觀察到C. maltaromaticum具有一致的雌性特異性抑制腫瘤作用。這些發(fā)現(xiàn)表明，C. maltaromaticum可能以雌性特異性的方式抑制腸道腫瘤發(fā)生。

隨后作者對雌性實驗小鼠進行了卵巢切除術，其他實驗條件不變，一段時間以后結果顯示做了卵巢切除的小鼠腫瘤大小不變，未做卵巢切除的小鼠腫瘤大小有所減小。同樣的方法作者應用在雄性小鼠上，發(fā)現(xiàn)睪丸切除的雌性化小鼠腫瘤數(shù)量和大小減少。

那么雌激素如何影響C. maltaromaticum定植？

用 17β-雌二醇 (10 μM) 預處理正常結腸上皮細胞 NCM460 24 小時，然后進行細菌附著測定、透射電子顯微鏡(TEM)和活/死細菌染色，通過分析 TCGA 數(shù)據(jù)集，我們驗證了 SLC3A2 是一種跨膜糖蛋白，與瘤內(nèi)C. maltaromaticum豐度呈顯著正相關，這表明SLC3A2 作為一種跨膜糖蛋白可能是C. maltaromaticum的受體。通過使用免疫沉淀-質(zhì)譜法，得出雌激素可增強結腸 SLC3A2 的表達，從而通過細菌表面蛋白 DD-CPase促進C. maltaromaticum的粘膜附著和定植這一結論。

在上文實驗中測定小鼠結腸組織中腸道屏障相關基因的 mRNA（左）和蛋白質(zhì)表達水平，不難發(fā)現(xiàn)C. maltaromaticum在 CRC 小鼠模型中保留腸道屏障功能并抑制促炎反應；通過液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法(LC-MS/MS)分析Apc min/+小鼠的糞便代謝物；進一步發(fā)現(xiàn)，經(jīng)調(diào)節(jié)的腸道微生物群與C. maltaromaticum之間存在代謝交叉喂養(yǎng)來促進腸道維生素 D 的產(chǎn)生，以激活結腸黏膜維生素D受體（VDR）信號通路。以上分析表明性別特異性微生物可能通過性別差異來調(diào)節(jié)結直腸癌的進展。

圖1. C. maltaromaticum的 CRC 抑制作用需要VDR信號傳導

這項研究的一個重大發(fā)現(xiàn)是揭示了C. maltaromaticum和其他腸道微生物（包括F. prausnitzii）之間的代謝交叉喂養(yǎng)，將C. maltaromaticum衍生的 7-DHC 轉化為下游維生素 D 代謝物，從而介導抗 CRC 作用，即C. maltaromaticum的抗CRC作用取決于宿主 VDR 信號傳導的激活，通過給予C. maltaromaticum增加的F. prausnitzii直接將C. maltaromaticum衍生的 7-DHC 轉化為下游維生素D代謝物。說明C. maltaromaticum可用作益生菌，提高腸道維生素 D 水平，從而預防 CRC。

作者選擇了武漢華美生物的小鼠LPS酶聯(lián)免疫吸附測定（ELISA）試劑盒 Mouse Lipopolysaccharides(LPS) ELISA Kit CSB-E13066m 測量血清中了LPS的水平。

癌癥Tips

結直腸癌（Colorectal Cancer，CRC）是一種起源于結腸和直腸的惡性腫瘤。它通常起源于腸壁內(nèi)的黏膜細胞，隨著腫瘤的生長，可以侵犯周圍的組織和器官，并可能通過血液或淋巴系統(tǒng)擴散到其他部位，形成轉移。

結直腸癌是世界范圍內(nèi)常見的癌癥之一，其發(fā)病率逐年上升。其病因復雜，包括遺傳因素、生活方式、飲食習慣、腸道炎癥等多個因素。許多研究已經(jīng)觀察到，在結腸的大多數(shù)早期腫瘤性病變(即異常隱窩病灶、腺瘤和鋸齒狀息肉)中，基因組和/或表觀基因組穩(wěn)定性的喪失，這可能是結直腸癌起始和形成的一個核心分子和病理生理事件

本文基于NCG網(wǎng)站提供的信息，列舉了部分與結直腸癌相關的靶點供廣大科研學者選擇。