新型益生菌有望应用于肝癌预防与治疗

文章简介

英文题目：Probiotics modulated gut microbiota suppresses hepatocellular carcinoma growth in mice

中文题目：益生菌通过调节肠道菌群抑制小鼠肝细胞肿瘤的生长

期刊名：PNAS      IF：9.423    

发表时间：2016          

相关产品：宏基因组

测序平台：Illumina HiSeq 2000

样品来源：小鼠粪便

摘 要

研究已证明了益生菌在降低肠道炎症、预防结直肠癌方面的作用，但在抑制肠外肿瘤生长的免疫调节作用及机制尚待探索。本研究通过小鼠模型和宏基因组测序技术研究益生菌调控肝癌的效果及抑制肿瘤生长的机制 。

实验设计

Prohep：一种新型混合益生菌

分析思路

结果与讨论

1

益生菌可通过抑制血管生长抑制肝肿瘤的生长

观测结果：肿瘤接种后35天，ProTreat组的肿瘤体积比control组显著降低40%；ProPre组31天；cisplatin第28天。但实验结束时（38天），3组结果没有显著差异（ 图 1）。另外，还发现 ProPre组比ProTreat组肿瘤更小，说明提早喂食益生菌会有更好的抗肿瘤作用。

图1. 接种38天内的肿瘤大小（左）与重量变化（右）

通过免疫组化染色确定Prohep组 (ProPre、ProTreat) 和cisplatin组抑制肿瘤生长的直接原因，结果显示Prohep可能通过降低血管再生抑制肿瘤生长，最后导致肿瘤组织缺氧性细胞死亡。 

2

益生菌可以下调肝肿瘤中的IL-17和其他促血管生长基因的表达

为了研究益生菌降低血管生长的潜在机制，对62个血管生长或免疫调节相关基因的表达量进行评估。与 Control组相比，Prohep组许多重要的生长因子、受体）表达量下调了。其中 ，IL-17在Prohep组中明显下调（ cisplatin组中没有），小鼠接种肿瘤一周前注射IL-17抗体，肿瘤大小明显降低（图2）。当注射IL-17抗体后，是否在使用益生没有什么差异。 这说明益生菌很可能通过IL-17抑制肿瘤生长。

图2. 注射IL-17抗体后28天内肿瘤大小变化

3

益生菌会影响Th17分布、介导Th17极化

很多细胞，如T细胞，巨噬细胞，嗜中性粒细胞都会分泌IL-17，本研究通过免疫组化染色确定肿瘤中的IL-17主要由Th17产生。对不同器官的Th17进行定量（包括脾、肝、外周血 、肠系膜淋巴结、小肠）。Prohep的2组外周血中Th17分别降低66%和26%，小肠道中情况类似 。说明与肿瘤体积减小相关的Th17从肠道经循环系统达到肿瘤组织。综上，prohep可降低肠道Th17含量；从而降低肿瘤微环境中招募到的Th17；肿瘤Th17减少会阻碍炎症和血管生成，最终限制肿瘤的生长。

图3.38天肿瘤组织迁移性Th17细胞的分布（左）；不同组织Th17细胞的分布（右）

4

益生菌可调节肠道菌群的结构和功能

Prohep喂养是否会引起肠道菌群的改变，如何改变？

门水平上拟杆菌门变化倍数不同（拟杆菌门下的物种可高效的将纤维素降解为乙酸盐和丙酸盐）；Prohep组中拟杆菌门增加倍数更高说明，Prohep组肠道菌群具有更高的产乙酸盐和丙酸盐能力。后壁菌门和变形菌门在所有组中都降低了。属水平上，变形菌门下（Mucispi   ri llum 除外）的属在38天的所有的样品中均下降。厚壁菌门中大部分（8/11）属丰度下降 。拟杆菌门下大部分属(5/9)在4组38天时丰度升高（图4）。这说明肿瘤是4组样品最主要影响因素。PCA分析表明，4组在Day0的菌群结果比较相似，Day38天菌群比较相似，但CisplatinD38差异大（图4），说明益生菌和cisplatin对肠道菌群的影响不同。cisplatin组与其他组38天菌群变化的差别很大。说明cisplatin抗肿瘤机制与益生菌不同。

图4. 接种38天内肠道菌群丰度展示（左）；样品PCA分析（右）

5

益生菌可以增加肠道中抗炎细菌和代谢物水平

Prohep组富集的3种菌（Butyricimonas、Prevotella、Alistipes）和短链脂肪酸合成相关，Oscillibacter、Para-bacteroides、Parabacteroides 可通过调节免疫细胞降低肠道炎症。ProPre组的α多样性最高，说明ProPre处理对维持肠道菌群平衡效果最好。Th-17可诱导分节丝状菌（ SFB）丰度在Prohep的2组丰度显著降低。说明益生菌抑制了特定致病菌的促炎活性。综上，Prohep治疗增加肠道中有益的、抗炎微生物丰度，同时降低Th-17诱导细菌的丰度。

ProPre组中有97个富集通路，许多代谢通路与短链脂肪酸（主要是乙酸盐和丁酸盐）相关。cisplatin和ProPre组代谢途径丰度存在差异，再次说明两者抗肿瘤作用机制不同。除了短链脂肪酸，ProPre组还有其他代谢物合成与抗炎活性有关；如棕榈油酸和二十二碳六烯酸。

综上，宏基因组分析说明Prohep组肠道微生物的功能发生了变化，使其向抗炎代谢环境变化，这样会抑制肠道Th17细胞的分化，从而降低了肝脏中Th17细胞的招募，这和临床观察结果一致。

图5. Prohep治疗肠道中富集的物种与功能 

主要结论

• 一种新型混合益生菌“Prohep”可以有效降低肝癌小鼠模型肿瘤的生长。

• 肿瘤微环境中的IL-17主要的生产者可能是Th-17，IL-17与肿瘤生长、血管生长有关；肿瘤中Th17降低与肠道招募水平降低有关。

• Prohep的抗癌功效主要是：调节肠道菌群，诱导抗炎因子IL-10的分泌，抑制肠道Th17细胞分化。肝从肠道中招募的Th17含量下降，其IL-17分泌水平降低，肝血管生长减弱，从而抑制肿瘤生长。

• 我们相信本实验研究的“益生菌调节免疫系统的分子机制”已经超出了肠道的限制，可以应用于肠外癌症的预防和治理。