2024-04-28
文章題目：Integrated gut microbiome and metabolome analysis reveals the inhibition effect of Lactobacillus plantarum CBT against colorectal cancer
技術手段：代謝組、16s
江蘇大學(xue)醫(yi)學(xue)院(yuan)《Food &Function》上發表(biao)了一篇關于植(zhi)物乳桿(gan)菌CBT通過誘導腸(chang)道微(wei)生物群組成和相關代謝物的改變結直腸(chang)癌。
本研(yan)究(jiu)的代謝組、16s和(he)部分(fen)數據分(fen)析工(gong)作由上海派森諾(nuo)生物科技股份有限公(gong)司(si)完成(cheng)。
研(yan)究背景 結直(zhi)腸(chang)癌(ai)（CRC）是全(quan)(quan)球(qiu)癌(ai)癥相關(guan)死亡的第二(er)大主(zhu)要原因。腸(chang)道(dao)菌群的微生態穩定(ding)性在(zai)(zai)預防和治療結直(zhi)腸(chang)癌(ai)（CRC）中起著關(guan)鍵作用。植物乳桿(gan)菌雖然具(ju)有安(an)全(quan)(quan)性和潛在(zai)(zai)的健(jian)康(kang)優勢，但其在(zai)(zai)結直(zhi)腸(chang)癌(ai)中的影響機制仍缺乏全(quan)(quan)面的了解。 本研究(jiu)探討了Lactobacillus plantarum CBT（LP-CBT）是否通(tong)(tong)過(guo)誘導腸(chang)(chang)(chang)(chang)道(dao)(dao)微生物(wu)群(qun)組(zu)成(cheng)和相關(guan)代謝(xie)物(wu)的改變來預防結(jie)(jie)(jie)直(zhi)腸(chang)(chang)(chang)(chang)癌。通(tong)(tong)過(guo)對腸(chang)(chang)(chang)(chang)道(dao)(dao)微生物(wu)組(zu)和代謝(xie)組(zu)的分(fen)析(xi)，結(jie)(jie)(jie)果表明，LP-CBT通(tong)(tong)過(guo)修復腸(chang)(chang)(chang)(chang)道(dao)(dao)屏(ping)障功能抑制(zhi)(zhi)AOM/DSS處理小鼠結(jie)(jie)(jie)直(zhi)腸(chang)(chang)(chang)(chang)腫(zhong)瘤(liu)的發(fa)(fa)生。此(ci)外(wai)，LP-CBT還降低了促炎細胞因子和抗炎細胞因子。重要的是，LP-CBT通(tong)(tong)過(guo)增加益生菌(jun)(jun)(jun)（糞球菌(jun)(jun)(jun)屬(shu)(shu)(shu)、黏液(ye)螺(luo)旋菌(jun)(jun)(jun)屬(shu)(shu)(shu)和乳酸(suan)(suan)桿(gan)菌(jun)(jun)(jun)屬(shu)(shu)(shu)）和減少有害菌(jun)(jun)(jun)（多爾氏菌(jun)(jun)(jun)屬(shu)(shu)(shu)、志賀菌(jun)(jun)(jun)屬(shu)(shu)(shu)、另(ling)枝桿(gan)菌(jun)(jun)(jun)、副普雷沃氏菌(jun)(jun)(jun)屬(shu)(shu)(shu)、擬桿(gan)菌(jun)(jun)(jun)屬(shu)(shu)(shu)、薩特氏菌(jun)(jun)(jun)屬(shu)(shu)(shu)、Turisibacter屬(shu)(shu)(shu)、雙歧桿(gan)菌(jun)(jun)(jun)屬(shu)(shu)(shu)、梭菌(jun)(jun)(jun)屬(shu)(shu)(shu)、Allobaculum屬(shu)(shu)(shu)）來影響腸(chang)(chang)(chang)(chang)道(dao)(dao)穩態，顯著(zhu)影響精(jing)氨酸(suan)(suan)的生物(wu)合成(cheng)。因此(ci)，LP-CBT處理調節了精(jing)氨酸(suan)(suan)途徑相關(guan)的轉(zhuan)化酶和代謝(xie)物(wu)。此(ci)外(wai)，利(li)用MC38皮下腫(zhong)瘤(liu)模(mo)型進一步證實了LP-CBT對結(jie)(jie)(jie)直(zhi)腸(chang)(chang)(chang)(chang)癌的抑制(zhi)(zhi)作(zuo)用。總的來說，這些發(fa)(fa)現提供(gong)了令人信服的證據，支持LP-CBT作(zuo)為(wei)預防CRC的可行策略的潛力。
技(ji)術路線(xian)
分析(xi)結果 1. LP-CBT對直腸癌小鼠的(de)腸道影響 LP-CBT處(chu)理(li)后，AOM/DSS誘導的結直腸(chang)癌模型小(xiao)鼠(shu)的結直腸(chang)腫瘤(liu)數量顯(xian)(xian)著減少，LP-CBT可從(cong)體重減輕和結腸(chang)長(chang)度的減少中(zhong)快(kuai)速恢(hui)復，存活(huo)率曲(qu)線顯(xian)(xian)示(shi)，LP-CBT組的存活(huo)率明顯(xian)(xian)提(ti)高（圖1）。 為了評估LP-CBT治療對(dui)(dui)小腸(chang)黏膜(mo)通透性(xing)的(de)影響，測量(liang)了FITC葡(pu)聚糖的(de)濃度，結(jie)果(guo)表(biao)(biao)明(ming)AOM/DSS組的(de)FD4滲漏量(liang)大(da)幅(fu)度增加(jia)(jia)，LP-CBT處理后(hou)(hou)FD4滲漏明(ming)顯(xian)(xian)減少；經LP-CBT處理后(hou)(hou)腸(chang)壁的(de)結(jie)構和細胞(bao)形態有明(ming)顯(xian)(xian)改善。AOM/DSS組內黏液明(ming)顯(xian)(xian)減少，LP-CBT組的(de)黏液顯(xian)(xian)著(zhu)增加(jia)(jia)。這(zhe)些發現表(biao)(biao)明(ming)，LP-CBT干預(yu)增強(qiang)了黏膜(mo)屏障功能。此外，對(dui)(dui)細胞(bao)因子進(jin)行了IHC（免疫組織化學(xue)）染色，AOM/DSS處理后(hou)(hou)促(cu)炎細胞(bao)因子的(de)表(biao)(biao)達水平(ping)會增加(jia)(jia)，LP-CBT處理后(hou)(hou)顯(xian)(xian)著(zhu)抑制了促(cu)炎細胞(bao)因子的(de)表(biao)(biao)達（圖2）。 圖1 LP-CBT對AOM/DSS誘導的(de)結直腸癌模(mo)型有(you)抑制作用(yong) 圖(tu)2 LP-CBT修復腸道屏障(zhang)功(gong)能(neng) 2、LP-CBT對CRC小鼠腸道(dao)菌群的(de)影響 為了檢測LP-CBT是否會影響CRC小(xiao)鼠腸道細菌(jun)(jun)(jun)組(zu)成(cheng)，進行了16s rRNA擴增(zeng)子測序。與AOM/DSS組(zu)相(xiang)比，LP-CBT處理后(hou)，前20位細菌(jun)(jun)(jun)中(zhong)的13種(zhong)有顯(xian)著差異(yi)。LP-CBT治療后(hou)，多爾氏(shi)菌(jun)(jun)(jun)屬(shu)(shu)(shu)、志(zhi)賀菌(jun)(jun)(jun)屬(shu)(shu)(shu)、另枝桿(gan)(gan)菌(jun)(jun)(jun)、擬桿(gan)(gan)菌(jun)(jun)(jun)屬(shu)(shu)(shu)、雙歧桿(gan)(gan)菌(jun)(jun)(jun)屬(shu)(shu)(shu)、副普雷沃氏(shi)菌(jun)(jun)(jun)屬(shu)(shu)(shu)、Turisibacter屬(shu)(shu)(shu)和(he)梭菌(jun)(jun)(jun)屬(shu)(shu)(shu)的水平與NC組(zu)的趨勢相(xiang)同。因(yin)此，腸道菌(jun)(jun)(jun)群的重組(zu)可(ke)能協同促進腸道屏障功能的恢復。微生物群與促炎或(huo)抗炎細胞因(yin)子相(xiang)關(guan)性分析表明(ming)，IL-10與乳酸菌(jun)(jun)(jun)和(he)糞球(qiu)菌(jun)(jun)(jun)呈(cheng)顯(xian)著正相(xiang)關(guan)，與梭菌(jun)(jun)(jun)、旋(xuan)轉桿(gan)(gan)菌(jun)(jun)(jun)和(he)梭狀芽胞桿(gan)(gan)菌(jun)(jun)(jun)呈(cheng)負(fu)相(xiang)關(guan)。 為(wei)了探索細(xi)菌(jun)群落中的相互聯系，對結腸微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)構(gou)建微(wei)生(sheng)物(wu)(wu)(wu)網絡，創建了三個共現網絡。并(bing)對這(zhe)寫細(xi)菌(jun)群落進行(xing)了富集(ji)分(fen)析(xi)，其中前五大富集(ji)途徑(jing)包括核苷(gan)和核苷(gan)酸生(sheng)物(wu)(wu)(wu)合(he)(he)成、氨基酸生(sheng)物(wu)(wu)(wu)合(he)(he)成、維(wei)生(sheng)素生(sheng)物(wu)(wu)(wu)合(he)(he)成、脂肪酸生(sheng)物(wu)(wu)(wu)合(he)(he)成和脂質生(sheng)物(wu)(wu)(wu)合(he)(he)成途徑(jing)（圖4）。 圖3 LP-CBT對小(xiao)鼠腸道微生物(wu)群組(zu)成的影響 圖4 LP-CBT對腸(chang)道微(wei)生物豐(feng)度(du)和功(gong)能改變的影響 3、LP-CBT對糞便代謝組學的影(ying)響 AOM/DSS組(zu)和(he)NC組(zu)中有263種(zhong)差異(yi)代(dai)(dai)謝(xie)(xie)物(wu)。在LP-CBT組(zu)和(he)AOM/DSS組(zu)之間有110種(zhong)代(dai)(dai)謝(xie)(xie)物(wu)。Venn圖顯示，經(jing)LP-CBT處(chu)(chu)理(li)后(hou)，AOM/DSS組(zu)有38個差異(yi)代(dai)(dai)謝(xie)(xie)產(chan)物(wu)表(biao)達上調，LP-CBT處(chu)(chu)理(li)使AOM/DSS組(zu)中25個代(dai)(dai)謝(xie)(xie)物(wu)的(de)(de)表(biao)達下調。通(tong)過對共有63種(zhong)差異(yi)代(dai)(dai)謝(xie)(xie)物(wu)進(jin)行(xing)富集(ji)分析，發現精氨酸合成(cheng)是最重(zhong)要的(de)(de)信(xin)號通(tong)路（圖5）。 微(wei)生物(wu)菌群與(yu)差異表達代(dai)謝物(wu)相(xiang)(xiang)關(guan)性分析結果(guo)表明，黏液螺旋(xuan)菌屬與(yu)氨(an)(an)(an)甲酰磷酸(suan)(suan)、羧甲基(ji)脯氨(an)(an)(an)酸(suan)(suan)、L-賴(lai)氨(an)(an)(an)酸(suan)(suan)、10，11-環(huan)氧-3-香葉基(ji)香葉苷和(he)N-乙酰-L-賴(lai)胺基(ji)乙酸(suan)(suan)呈正相(xiang)(xiang)關(guan)，與(yu)瓜氨(an)(an)(an)酸(suan)(suan)、N2-琥珀酰-L-鳥氨(an)(an)(an)酸(suan)(suan)和(he)(5-L-glutamyl)-L-glutamate呈負相(xiang)(xiang)關(guan)。Coprococcus 和(he)Lactobacillus與(yu)Mucispirillum有相(xiang)(xiang)似(si)的(de)趨勢，結果(guo)表明，Coprococcus 、Lactobacillus與(yu)Mucispirillum及其(qi)腸道(dao)代(dai)謝物(wu)在CRC小鼠(shu)的(de)LP-CBT干預中起著(zhu)關(guan)鍵(jian)作用(yong)（圖6）。 圖5 LP-CBT改變腸道微(wei)(wei)生(sheng)物相(xiang)關代謝(xie)物 圖(tu)6 LP-CBT在精氨(an)酸合成途徑中的(de)代謝物 4、LP-CBT抑制MC38結(jie)腸癌模型的生長 在皮下MC38腫(zhong)瘤模型中，LP-CBT處理(li)后腫(zhong)瘤體積的減(jian)小，PCNA（增殖細胞(bao)核抗原(yuan)）的表達降低、抑(yi)制了MC38細胞(bao)的生長(chang)，同時對心臟、肝(gan)、脾、肺、腎等重要器官(guan)的形(xing)態均無明顯變(bian)化。結果(guo)表明LP-CBT對結直腸癌有有效的抑(yi)制作用和無毒性(xing)反應。 圖7 LP-CBT可抑制腫瘤生(sheng)長
結(jie) 論 作者發現LP-CBT對(dui)AOM/DSS誘導的(de)結(jie)直腸(chang)癌(ai)（CRC）小(xiao)鼠的(de)腸(chang)道(dao)腫瘤發生(sheng)(sheng)有抑制(zhi)(zhi)作用。這種作用似乎(hu)源于LP-CBT通過(guo)(guo)增加益生(sheng)(sheng)菌(jun)（糞球(qiu)菌(jun)屬、黏液螺旋菌(jun)屬和乳酸(suan)桿菌(jun)屬）來重(zhong)塑腸(chang)道(dao)穩(wen)態，這些益生(sheng)(sheng)菌(jun)顯著影響(xiang)精氨酸(suan)的(de)生(sheng)(sheng)物合成(cheng)。LP-CBT治(zhi)療后，精氨酸(suan)途徑相關(guan)的(de)轉化酶和代謝物可(ke)能通過(guo)(guo)改變腸(chang)道(dao)菌(jun)群(qun)的(de)組(zu)成(cheng)，從而(er)促(cu)進腸(chang)黏膜屏障功能的(de)恢復。這些結(jie)果可(ke)能為制(zhi)(zhi)定利用LP-CBT預防結(jie)直腸(chang)癌(ai)發生(sheng)(sheng)的(de)治(zhi)療策略鋪平(ping)了道(dao)路。
文章鏈接： DOI: //doi.org/10.1039/d3fo04806c
原文索(suo)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.
