文章題目：Integrated gut microbiome and metabolome analysis reveals the inhibition effect of Lactobacillus plantarum CBT against colorectal cancer
技術(shù)手段：代謝組、16s
江蘇大學(xué)醫(yī)學(xué)院《Food &Function》上發(fā)表了一篇關(guān)于植物乳桿菌CBT通過(guò)誘導(dǎo)腸道微生物群組成和相關(guān)代謝物的改變結(jié)直腸癌。
本研究的代謝組、16s和部分?jǐn)?shù)據(jù)分析工作由上海派森諾生物科技股份有限公司完成。
結(jié)直腸癌（CRC）是全球癌癥相關(guān)死亡的第二大主要原因。腸道菌群的微生態(tài)穩(wěn)定性在預(yù)防和治療結(jié)直腸癌（CRC）中起著關(guān)鍵作用。植物乳桿菌雖然具有安全性和潛在的健康優(yōu)勢(shì)，但其在結(jié)直腸癌中的影響機(jī)制仍缺乏全面的了解。
本研究探討了Lactobacillus plantarum CBT（LP-CBT）是否通過(guò)誘導(dǎo)腸道微生物群組成和相關(guān)代謝物的改變來(lái)預(yù)防結(jié)直腸癌。通過(guò)對(duì)腸道微生物組和代謝組的分析，結(jié)果表明，LP-CBT通過(guò)修復(fù)腸道屏障功能抑制AOM/DSS處理小鼠結(jié)直腸腫瘤的發(fā)生。此外，LP-CBT還降低了促炎細(xì)胞因子和抗炎細(xì)胞因子。重要的是，LP-CBT通過(guò)增加益生菌（糞球菌屬、黏液螺旋菌屬和乳酸桿菌屬）和減少有害菌（多爾氏菌屬、志賀菌屬、另枝桿菌、副普雷沃氏菌屬、擬桿菌屬、薩特氏菌屬、Turisibacter屬、雙歧桿菌屬、梭菌屬、Allobaculum屬）來(lái)影響腸道穩(wěn)態(tài)，顯著影響精氨酸的生物合成。因此，LP-CBT處理調(diào)節(jié)了精氨酸途徑相關(guān)的轉(zhuǎn)化酶和代謝物。此外，利用MC38皮下腫瘤模型進(jìn)一步證實(shí)了LP-CBT對(duì)結(jié)直腸癌的抑制作用。總的來(lái)說(shuō)，這些發(fā)現(xiàn)提供了令人信服的證據(jù)，支持LP-CBT作為預(yù)防CRC的可行策略的潛力。
1. LP-CBT對(duì)直腸癌小鼠的腸道影響
LP-CBT處理后，AOM/DSS誘導(dǎo)的結(jié)直腸癌模型小鼠的結(jié)直腸腫瘤數(shù)量顯著減少，LP-CBT可從體重減輕和結(jié)腸長(zhǎng)度的減少中快速恢復(fù)，存活率曲線顯示，LP-CBT組的存活率明顯提高（圖1）。
為了評(píng)估LP-CBT治療對(duì)小腸黏膜通透性的影響，測(cè)量了FITC葡聚糖的濃度，結(jié)果表明AOM/DSS組的FD4滲漏量大幅度增加，LP-CBT處理后FD4滲漏明顯減少；經(jīng)LP-CBT處理后腸壁的結(jié)構(gòu)和細(xì)胞形態(tài)有明顯改善。AOM/DSS組內(nèi)黏液明顯減少，LP-CBT組的黏液顯著增加。這些發(fā)現(xiàn)表明，LP-CBT干預(yù)增強(qiáng)了黏膜屏障功能。此外，對(duì)細(xì)胞因子進(jìn)行了IHC（免疫組織化學(xué)）染色，AOM/DSS處理后促炎細(xì)胞因子的表達(dá)水平會(huì)增加，LP-CBT處理后顯著抑制了促炎細(xì)胞因子的表達(dá)（圖2）。
圖1 LP-CBT對(duì)AOM/DSS誘導(dǎo)的結(jié)直腸癌模型有抑制作用
2、LP-CBT對(duì)CRC小鼠腸道菌群的影響
為了檢測(cè)LP-CBT是否會(huì)影響CRC小鼠腸道細(xì)菌組成，進(jìn)行了16s rRNA擴(kuò)增子測(cè)序。與AOM/DSS組相比，LP-CBT處理后，前20位細(xì)菌中的13種有顯著差異。LP-CBT治療后，多爾氏菌屬、志賀菌屬、另枝桿菌、擬桿菌屬、雙歧桿菌屬、副普雷沃氏菌屬、Turisibacter屬和梭菌屬的水平與NC組的趨勢(shì)相同。因此，腸道菌群的重組可能協(xié)同促進(jìn)腸道屏障功能的恢復(fù)。微生物群與促炎或抗炎細(xì)胞因子相關(guān)性分析表明，IL-10與乳酸菌和糞球菌呈顯著正相關(guān)，與梭菌、旋轉(zhuǎn)桿菌和梭狀芽胞桿菌呈負(fù)相關(guān)。
為了探索細(xì)菌群落中的相互聯(lián)系，對(duì)結(jié)腸微生物構(gòu)建微生物網(wǎng)絡(luò)，創(chuàng)建了三個(gè)共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。并對(duì)這寫(xiě)細(xì)菌群落進(jìn)行了富集分析，其中前五大富集途徑包括核苷和核苷酸生物合成、氨基酸生物合成、維生素生物合成、脂肪酸生物合成和脂質(zhì)生物合成途徑（圖4）。
圖3 LP-CBT對(duì)小鼠腸道微生物群組成的影響
圖4 LP-CBT對(duì)腸道微生物豐度和功能改變的影響
3、LP-CBT對(duì)糞便代謝組學(xué)的影響
AOM/DSS組和NC組中有263種差異代謝物。在LP-CBT組和AOM/DSS組之間有110種代謝物。Venn圖顯示，經(jīng)LP-CBT處理后，AOM/DSS組有38個(gè)差異代謝產(chǎn)物表達(dá)上調(diào)，LP-CBT處理使AOM/DSS組中25個(gè)代謝物的表達(dá)下調(diào)。通過(guò)對(duì)共有63種差異代謝物進(jìn)行富集分析，發(fā)現(xiàn)精氨酸合成是最重要的信號(hào)通路（圖5）。
微生物菌群與差異表達(dá)代謝物相關(guān)性分析結(jié)果表明，黏液螺旋菌屬與氨甲酰磷酸、羧甲基脯氨酸、L-賴氨酸、10，11-環(huán)氧-3-香葉基香葉苷和N-乙酰-L-賴胺基乙酸呈正相關(guān)，與瓜氨酸、N2-琥珀酰-L-鳥(niǎo)氨酸和(5-L-glutamyl)-L-glutamate呈負(fù)相關(guān)。Coprococcus 和Lactobacillus與Mucispirillum有相似的趨勢(shì)，結(jié)果表明，Coprococcus 、Lactobacillus與Mucispirillum及其腸道代謝物在CRC小鼠的LP-CBT干預(yù)中起著關(guān)鍵作用（圖6）。
圖5 LP-CBT改變腸道微生物相關(guān)代謝物
4、LP-CBT抑制MC38結(jié)腸癌模型的生長(zhǎng)
在皮下MC38腫瘤模型中，LP-CBT處理后腫瘤體積的減小，PCNA（增殖細(xì)胞核抗原）的表達(dá)降低、抑制了MC38細(xì)胞的生長(zhǎng)，同時(shí)對(duì)心臟、肝、脾、肺、腎等重要器官的形態(tài)均無(wú)明顯變化。結(jié)果表明LP-CBT對(duì)結(jié)直腸癌有有效的抑制作用和無(wú)毒性反應(yīng)。
作者發(fā)現(xiàn)LP-CBT對(duì)AOM/DSS誘導(dǎo)的結(jié)直腸癌（CRC）小鼠的腸道腫瘤發(fā)生有抑制作用。這種作用似乎源于LP-CBT通過(guò)增加益生菌（糞球菌屬、黏液螺旋菌屬和乳酸桿菌屬）來(lái)重塑腸道穩(wěn)態(tài)，這些益生菌顯著影響精氨酸的生物合成。LP-CBT治療后，精氨酸途徑相關(guān)的轉(zhuǎn)化酶和代謝物可能通過(guò)改變腸道菌群的組成，從而促進(jìn)腸黏膜屏障功能的恢復(fù)。這些結(jié)果可能為制定利用LP-CBT預(yù)防結(jié)直腸癌發(fā)生的治療策略鋪平了道路。
文章鏈接：
DOI: https://doi.org/10.1039/d3fo04806c
原文索引：
Chen, Yan-Yan, et al. "Integrated gut microbiome and metabolome analysis reveals the inhibition effect of Lactobacillus plantarum CBT against colorectal cancer." Food & Function 15.2 (2024): 853-865.
