文(wen)章(zhang)題目：Supplementation with a high-glucose drink stimulates anti-tumor immune responses to glioblastoma via gut microbiota modulation (Cell Reports, 2023)

影響因子：8.8

流行病學研(yan)究(jiu)表明高(gao)糖(tang)飲(yin)食與糖(tang)尿病、肥(fei)胖相關代(dai)(dai)謝綜合征、非酒精性(xing)脂肪性(xing)肝病和心血(xue)管疾(ji)病有(you)(you)關，并會增(zeng)加惡性(xing)腫(zhong)瘤的(de)風險。前期(qi)研(yan)究(jiu)認為長期(qi)高(gao)糖(tang)飲(yin)食通過能量代(dai)(dai)謝變(bian)化(hua)促進(jin)(jin)腫(zhong)瘤細胞增(zeng)殖，進(jin)(jin)而(er)促進(jin)(jin)腫(zhong)瘤的(de)發展。然(ran)而(er)糖(tang)攝入量的(de)突(tu)然(ran)減少(shao)也會造成血(xue)糖(tang)升高(gao)、免疫力下降等(deng)負(fu)面效(xiao)應(ying)。因此，有(you)(you)必要進(jin)(jin)一步(bu)評(ping)估從(cong)癌癥患者(zhe)的(de)飲(yin)食中消除(chu)糖(tang)分是(shi)否是(shi)有(you)(you)利的(de)。

膠(jiao)質母細胞瘤（GBM）是(shi)一種惡性腦(nao)(nao)腫瘤，其特征(zheng)是(shi)廣泛的(de)浸潤(run)性生長(chang)、高血管化(hua)(hua)和(he)對多種治療方法的(de)耐藥(yao)性。腸(chang)(chang)(chang)道菌(jun)(jun)群-腸(chang)(chang)(chang)-腦(nao)(nao)軸研究證明腸(chang)(chang)(chang)道微生物(wu)可(ke)(ke)以通(tong)過產生神(shen)經遞質等代謝物(wu)影響(xiang)大腦(nao)(nao)發(fa)育和(he)功(gong)能(neng)。而飲食行(xing)為通(tong)過調(diao)節(jie)腸(chang)(chang)(chang)道菌(jun)(jun)群對健康和(he)疾(ji)病的(de)影響(xiang)正越來(lai)越受到關注。在不同的(de)腫瘤模型中發(fa)現腸(chang)(chang)(chang)道菌(jun)(jun)群可(ke)(ke)以增強免(mian)疫(yi)檢查點(dian)抑(yi)制劑的(de)療效(xiao)。雖然調(diao)節(jie)腸(chang)(chang)(chang)道菌(jun)(jun)群的(de)飲食也(ye)可(ke)(ke)能(neng)影響(xiang)抗腫瘤免(mian)疫(yi)反(fan)應，但目前還沒(mei)有關于腸(chang)(chang)(chang)道菌(jun)(jun)群的(de)變化(hua)(hua)是(shi)否(fou)能(neng)增強GBM抗腫瘤免(mian)疫(yi)反(fan)應的(de)研究。

• 實(shi)驗材料(liao)：無(wu)病原(yuan)體小鼠(shu) C57BL/6J、無(wu)菌小鼠(shu)、小鼠(shu)膠質(zhi)瘤細胞系(xi)

• 組(zu)學方(fang)法：16S rRNA測序(xu)、單細胞RNA-seq

高糖飲(yin)食通過調節腸道(dao)菌群提高GMB小鼠(shu)的生存

作者在GMB小(xiao)(xiao)(xiao)鼠模型中通(tong)過(guo)飼喂20%的(de)(de)(de)葡萄糖(tang)(tang)(tang)(tang)評(ping)估高(gao)(gao)(gao)糖(tang)(tang)(tang)(tang)飲食對(dui)(dui)GBM的(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)，發(fa)現5周(zhou)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)糖(tang)(tang)(tang)(tang)飲食干(gan)預能顯著提高(gao)(gao)(gao)小(xiao)(xiao)(xiao)鼠存活(huo)時(shi)間（圖1B），當(dang)天(tian)或2周(zhou)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)糖(tang)(tang)(tang)(tang)飲食干(gan)預對(dui)(dui)小(xiao)(xiao)(xiao)鼠存活(huo)時(shi)間沒有(you)影響(xiang)(xiang)（圖1CD）。作者還(huan)檢測了高(gao)(gao)(gao)糖(tang)(tang)(tang)(tang)飲食干(gan)預對(dui)(dui)進食量、飲水量、體(ti)重(zhong)、隨機血糖(tang)(tang)(tang)(tang)和(he)空腹血糖(tang)(tang)(tang)(tang)水平的(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)（圖1EFG），結果表(biao)明5周(zhou)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)糖(tang)(tang)(tang)(tang)飲食并沒有(you)引起糖(tang)(tang)(tang)(tang)尿病或體(ti)重(zhong)增加(jia)。作者對(dui)(dui)無菌GMB小(xiao)(xiao)(xiao)鼠模型進行同樣實驗，高(gao)(gao)(gao)糖(tang)(tang)(tang)(tang)飲食干(gan)預沒有(you)提高(gao)(gao)(gao)小(xiao)(xiao)(xiao)鼠存活(huo)時(shi)間（圖1H），表(biao)明高(gao)(gao)(gao)糖(tang)(tang)(tang)(tang)飲食通(tong)過(guo)腸(chang)道(dao)菌群提高(gao)(gao)(gao)GMB小(xiao)(xiao)(xiao)鼠生存時(shi)間。對(dui)(dui)不同時(shi)期高(gao)(gao)(gao)糖(tang)(tang)(tang)(tang)飲食干(gan)預的(de)(de)(de)小(xiao)(xiao)(xiao)鼠糞便(bian)菌群多(duo)樣性(xing)組成(cheng)譜分析，5周(zhou)的(de)(de)(de)高(gao)(gao)(gao)糖(tang)(tang)(tang)(tang)飲食干(gan)預對(dui)(dui)腸(chang)道(dao)菌群組成(cheng)產生顯著影響(xiang)(xiang)。對(dui)(dui)健康和(he)GMB小(xiao)(xiao)(xiao)鼠的(de)(de)(de)糞便(bian)菌群多(duo)樣性(xing)分析表(biao)明高(gao)(gao)(gao)糖(tang)(tang)(tang)(tang)飲食干(gan)預和(he)GMB均能影響(xiang)(xiang)腸(chang)道(dao)菌群多(duo)樣性(xing)、豐富度和(he)物種組成(cheng)（圖1IJK）。

圖1

為了驗證高糖飲食干預是否依(yi)賴于抗(kang)腫瘤(liu)免(mian)疫反應，作者在免(mian)疫缺(que)陷小鼠中重(zhong)復了上述實(shi)驗，結果顯示高糖飲食干預對(dui)小鼠體重(zhong)和存活(huo)時(shi)間均無顯著影(ying)響（圖2ABC），說明高糖飲食的腫瘤(liu)抑(yi)制作用是通過調節抗(kang)腫瘤(liu)免(mian)疫反應實(shi)現的。

為(wei)了分(fen)析高糖(tang)飲(yin)食(shi)對(dui)腫瘤微環境(jing)免疫細(xi)胞(bao)(bao)(bao)成分(fen)的(de)影響，作(zuo)(zuo)者(zhe)利用(yong)單(dan)細(xi)胞(bao)(bao)(bao)RNA-seq分(fen)析了小鼠腦組織CD45.2+腫瘤浸潤(run)免疫細(xi)胞(bao)(bao)(bao)（圖2D）。結果顯(xian)示，高糖(tang)飲(yin)食(shi)組中(zhong)T細(xi)胞(bao)(bao)(bao)的(de)頻(pin)率略有(you)(you)增(zeng)加(jia)(jia)，單(dan)核(he)細(xi)胞(bao)(bao)(bao)和巨(ju)噬細(xi)胞(bao)(bao)(bao)比(bi)例下降（圖2F）。差異(yi)表達(da)基因分(fen)析進一步顯(xian)示高糖(tang)飲(yin)食(shi)組差異(yi)表達(da)基因富集在T細(xi)胞(bao)(bao)(bao)（圖2G），CD8+T細(xi)胞(bao)(bao)(bao)頻(pin)率略增(zeng)加(jia)(jia)，Foxp3+調節T細(xi)胞(bao)(bao)(bao)頻(pin)率降低（圖2H），CD8+/ Foxp3+比(bi)例增(zeng)加(jia)(jia)（圖2IJ）。作(zuo)(zuo)者(zhe)對(dui)癌組織也(ye)進行了單(dan)細(xi)胞(bao)(bao)(bao)RNA-seq分(fen)析，結果表明高糖(tang)飲(yin)食(shi)對(dui)癌細(xi)胞(bao)(bao)(bao)沒有(you)(you)直接作(zuo)(zuo)用(yong)。

圖2

單細胞RNA-seq顯(xian)示CD8+T細胞簇(cu)分(fen)成了兩(liang)(liang)個亞簇(cu)，且兩(liang)(liang)個亞簇(cu)的(de)比例(li)在(zai)高(gao)糖飲食組和對照組顯(xian)著(zhu)(zhu)差異（圖(tu)3A）。基(ji)因(yin)集(ji)富集(ji)分(fen)析顯(xian)示在(zai)CD8+T細胞亞簇(cu)0中干擾素(su)相關(guan)途徑(jing)顯(xian)著(zhu)(zhu)富集(ji)（圖(tu)3B），干擾素(su)激活(huo)相關(guan)基(ji)因(yin)表(biao)達(da)增加（圖(tu)3C）。根據癌癥(zheng)基(ji)因(yin)組圖(tu)譜(pu)，高(gao)表(biao)達(da)基(ji)因(yin)與(yu)GBM患者(zhe)的(de)高(gao)存活(huo)率具(ju)有關(guan)聯性（圖(tu)3D）。

為了(le)驗(yan)證CD8+T細(xi)胞(bao)是高(gao)(gao)(gao)糖飲(yin)(yin)食提(ti)(ti)高(gao)(gao)(gao)BGM小(xiao)鼠存活(huo)的(de)關鍵因素，作者在CD8+T細(xi)胞(bao)耗竭的(de)小(xiao)鼠模(mo)型中(zhong)測試了(le)高(gao)(gao)(gao)糖飲(yin)(yin)食的(de)作用(yong)，結(jie)果表明高(gao)(gao)(gao)糖飲(yin)(yin)食無法顯(xian)著(zhu)提(ti)(ti)高(gao)(gao)(gao)BGM小(xiao)鼠存活(huo)（圖3D）。作者進(jin)一(yi)步測試了(le)高(gao)(gao)(gao)糖飲(yin)(yin)食干預對免疫(yi)(yi)(yi)檢查(cha)點抑制(zhi)劑抗PD-1療效的(de)影(ying)響，結(jie)果顯(xian)示高(gao)(gao)(gao)糖飲(yin)(yin)食組(zu)顯(xian)著(zhu)好于對照組(zu)（圖3FG）。以(yi)上結(jie)果表明高(gao)(gao)(gao)糖飲(yin)(yin)食可以(yi)通過(guo)改變(bian)毒性CD8+T細(xi)胞(bao)水(shui)平(ping)提(ti)(ti)高(gao)(gao)(gao)抗腫瘤(liu)免疫(yi)(yi)(yi)反應，而且能誘導免疫(yi)(yi)(yi)檢查(cha)點抑制(zhi)劑的(de)活(huo)性。

圖3

通過對(dui)健(jian)康和GBM小鼠(shu)糞(fen)便菌(jun)(jun)群(qun)物種(zhong)差異(yi)和標志物種(zhong)分析，篩選到(dao)脫硫(liu)弧(hu)菌(jun)(jun)科細菌(jun)(jun)（Desulfovibrionaceae）在高糖飲(yin)食組中顯(xian)著(zhu)富(fu)集（圖4ABC）。作者(zhe)進(jin)一(yi)步通過對(dui)小鼠(shu)進(jin)行了(le)脫硫(liu)弧(hu)菌(jun)(jun)飼喂實驗并檢測脫硫(liu)弧(hu)菌(jun)(jun)在腸道中的(de)(de)豐度(du)，驗證了(le)高糖飲(yin)食能促進(jin)脫硫(liu)弧(hu)菌(jun)(jun)在腸道中的(de)(de)定植。

為(wei)了(le)(le)進(jin)(jin)一(yi)步(bu)研究(jiu)脫硫弧(hu)(hu)(hu)菌(jun)(jun)是否能增強高(gao)(gao)糖飲(yin)食(shi)(shi)小鼠(shu)(shu)對(dui)BGM的抗(kang)腫(zhong)瘤免疫(yi)反(fan)(fan)應，作(zuo)者進(jin)(jin)一(yi)步(bu)構建了(le)(le)抗(kang)生(sheng)素(su)處理的腸道(dao)菌(jun)(jun)群(qun)耗竭小鼠(shu)(shu)模型（圖4D）。結(jie)果顯(xian)示，在(zai)此小鼠(shu)(shu)模型中高(gao)(gao)糖飲(yin)食(shi)(shi)不能提(ti)高(gao)(gao)存活(huo)(huo)率；同時喂(wei)食(shi)(shi)脫硫弧(hu)(hu)(hu)菌(jun)(jun)和高(gao)(gao)糖飲(yin)食(shi)(shi)能提(ti)高(gao)(gao)小鼠(shu)(shu)存活(huo)(huo)率（圖4EF），喂(wei)食(shi)(shi)其它細(xi)菌(jun)(jun)則沒有這(zhe)種作(zuo)用效果。通過給(gei)癌細(xi)胞偶聯綠色熒光(guang)蛋白，作(zuo)者通過流(liu)式細(xi)胞術和共聚焦成像發(fa)現喂(wei)食(shi)(shi)脫硫弧(hu)(hu)(hu)菌(jun)(jun)和高(gao)(gao)糖飲(yin)食(shi)(shi)能顯(xian)著(zhu)減(jian)少(shao)腫(zhong)瘤細(xi)胞數量以(yi)及腦組織(zhi)中央壞死，表(biao)明(ming)抑制了(le)(le)腫(zhong)瘤生(sheng)長(chang)（圖4GHIJ）。以(yi)上數據說明(ming)高(gao)(gao)糖飲(yin)食(shi)(shi)能抑制腫(zhong)瘤的發(fa)展而且脫硫弧(hu)(hu)(hu)菌(jun)(jun)在(zai)抗(kang)腫(zhong)瘤免疫(yi)反(fan)(fan)應中發(fa)揮關鍵作(zuo)用。

圖(tu)4

為了驗(yan)證(zheng)脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)弧(hu)(hu)菌(jun)抗腫(zhong)瘤(liu)免(mian)疫反(fan)應與高糖(tang)飲食的(de)(de)(de)關聯性，作者在無菌(jun)BGM小鼠模型中飼喂脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)弧(hu)(hu)菌(jun)和高糖(tang)飲食干(gan)預(yu)（圖5A）。通(tong)過單細胞RNA-seq分析結(jie)果(guo)顯示脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)弧(hu)(hu)菌(jun)干(gan)預(yu)與高糖(tang)飲食干(gan)預(yu)呈現相似(si)的(de)(de)(de)免(mian)疫細胞組成，即(ji)CD8+T細胞頻率的(de)(de)(de)增加以及CD8+T細胞中干(gan)擾素(su)相關基因的(de)(de)(de)差異(yi)表達（圖5BCD）。另外，結(jie)果(guo)顯示喂食脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)弧(hu)(hu)菌(jun)不(bu)僅增強抗PD-1的(de)(de)(de)療效(xiao)，還能減(jian)緩體(ti)重(zhong)變化，延長小鼠存活時間（圖5FG）。以上結(jie)果(guo)充分說明脫(tuo)(tuo)(tuo)硫(liu)(liu)弧(hu)(hu)菌(jun)在T細胞介導的(de)(de)(de)抗腫(zhong)瘤(liu)免(mian)疫反(fan)應中發(fa)揮關鍵作用，且(qie)能與抗PD-1協同發(fa)揮抗腫(zhong)瘤(liu)作用。

圖5

為了研究整合使用高糖飲(yin)食(shi)和抗(kang)PD-1對腫瘤微環境的影響(xiang)，作(zuo)(zuo)者(zhe)進(jin)一步利用單細(xi)胞(bao)(bao)(bao)RNA-seq分(fen)析了腫瘤微環境免疫細(xi)胞(bao)(bao)(bao)類型和差異(yi)表(biao)達(da)基(ji)因(yin)（圖(tu)6A）。結果顯示(shi)在整合組CD4+T細(xi)胞(bao)(bao)(bao)/Foxp3+ Tregs細(xi)胞(bao)(bao)(bao)比例顯著增(zeng)(zeng)高（圖(tu)6B），CD8+ T細(xi)胞(bao)(bao)(bao)中干(gan)擾素相關基(ji)因(yin)差異(yi)表(biao)達(da)（圖(tu)6C），與(yu)生(sheng)存率相關的干(gan)擾素基(ji)因(yin)在CD4+T細(xi)胞(bao)(bao)(bao)中表(biao)達(da)量(liang)增(zeng)(zeng)加(jia)（圖(tu)6D）。CD4+T亞簇細(xi)胞(bao)(bao)(bao)分(fen)析顯示(shi)細(xi)胞(bao)(bao)(bao)毒性(xing)基(ji)因(yin)在整合組中表(biao)達(da)量(liang)顯著增(zeng)(zeng)加(jia)（圖(tu)6EF）。這(zhe)些結果表(biao)明，CD8+ T細(xi)胞(bao)(bao)(bao)和CD4+ T細(xi)胞(bao)(bao)(bao)在高糖飲(yin)食(shi)與(yu)抗(kang)PD-1聯(lian)合治療對小鼠存活率的協(xie)同(tong)作(zuo)(zuo)用中發揮重要作(zuo)(zuo)用。

圖6

• 高糖(tang)飲食能提高膠(jiao)質母細(xi)胞瘤小鼠模型(xing)的存活率；

• 高糖(tang)飲食通過調(diao)節腸道菌群提高對(dui)膠(jiao)質母(mu)細胞瘤的抗腫瘤免疫反應；

• 高糖飲食能誘導脫硫弧菌在(zai)膠質母細胞瘤小鼠(shu)腸道中定植；

• 脫硫(liu)弧菌在抗腫(zhong)瘤免疫反(fan)應中發揮關鍵作(zuo)用；

• 高(gao)糖飲食和抗PD-1聯合治療可使(shi)T細(xi)胞在膠(jiao)質母(mu)細(xi)胞瘤中發揮更有效的抗腫瘤特性。

圖(tu)7本研究圖(tu)文摘要

派森諾生物合(he)作客(ke)戶(hu)在微生物-腫(zhong)瘤領域發表的部分(fen)文章