益生菌能抗癌吗？-乳酸杆菌来源细胞外囊泡抗肿瘤潜力

结直肠癌是一种全球发病率和死亡率相对较高的恶性肿瘤。治疗这种情况的困难在于其早期症状不明显，导致许多患者在诊断时已经处于中晚期。近年来，广泛的研究揭示了肠道微生物群与肿瘤发生和发展之间的关联。乳酸菌作为肠道中的有益细菌，因其在预防和治疗结肠癌中的潜在作用而受到越来越多的研究。

2024年8月7日重庆市荣昌区人民医院儿科Liu Hao教授团队在国际期刊《Cell Biol Toxicol》在线发表题为“Antitumorigenic potential of Lactobacillus-derived extracellular vesicles: p53 succinylation and glycolytic reprogramming in intestinal epithelial cells via SIRT5 modulation”的研究性文章。揭示了植物乳杆菌来源的细胞外囊泡（LEVs）在抑制结肠肿瘤形成中的重要作用，为结肠癌的治疗带来了新的曙光。

图1 通过LEV的生物信息学分析选择调节结直肠癌进展的关键基因

作者收集了未经处理和经LEV处理的Caco-2细胞样本，用于高通量测序分析。火山图介绍差异分析结果，揭示了2607个差异表达基因。其中，1390个基因上调，1217个基因下调。对从TCGA数据库获得的结直肠癌转录组测序数据集进行了差异分析。该分析揭示了13426个基因的差异表达，其中7999个基因上调，5427个基因下调。高通量测序与数据库中的结肠癌相关基因相交，产生47个交叉基因。上述使用生物信息学分析成功鉴定了47个与调节结直肠癌进展有关的关键基因。

图2 通过LEV的生物信息学分析选择调节结直肠癌进展的目标基因—SIRT5

生物信息学分析表明，SIRT5是LEVs调控结直肠癌进展的关键基因之一。在多个结肠癌细胞系中，SIRT5的表达水平明显高于正常结肠黏膜细胞系NCM460，尤其在Caco-2和SW480细胞中变化最为显著。进一步研究发现，LEVs能够下调Caco-2和SW480细胞中SIRT5的表达。

图3 LEVs介导的SIRT5表达调控对Caco-2细胞增殖和糖酵解的影响

细胞功能实验证实，SIRT5的表达变化与结肠癌细胞的增殖、细胞周期和糖酵解代谢密切相关。过表达SIRT5可部分逆转LEVs对细胞增殖和糖酵解的抑制作用，表明LEVs可能通过抑制SIRT5来调控结肠癌细胞的生物学行为。

图4 SIRT5介导的p53脱琥珀酰化

为了验证SIRT5和p53之间的相互作用，作者进行了免疫共沉淀（co-IP）实验。结果表明，在共转染Flag-SIRT5和HA-p53的293个T细胞中，Flag-SIRT5有效地拉低了HA-p53，反之亦然，表明外源性SIRT5和p53之间存在物理相互作用。此外，在Caco-2和SW480细胞中，内源性p53成功拉低了内源性SIRT5，进一步支持了内源性SIRT5和p53之间的蛋白质相互作用。此外，Western blot分析表明，SIRT5的过表达不会影响Caco-2和SW480细胞中p53的蛋白水平。

图5 LEVs介导的SIRT5/p53轴对Caco-2结直肠癌细胞增殖和糖酵解的影响

敲低p53表达后，LEVs对细胞增殖和糖酵解的抑制作用明显减弱，葡萄糖转运蛋白1（GLUT1）和己糖激酶II（HKII）的表达也降低。提示LEVs通过调节SIRT5/p53轴，从而抑制结肠癌细胞的增殖和糖酵解。

图6 LEV介导的SIRT5/p53轴调节影响肠上皮细胞的增殖和糖酵解，从而影响结肠肿瘤的形成

为了验证肠上皮细胞增殖和糖酵解在结直肠肿瘤形成中的发生，研究人员使用p53敲除小鼠构建了结肠炎相关结肠癌（CAC）小鼠模型。实验结果显示，注射LEVs的小鼠结肠息肉数量和大小明显减少，结肠息肉组织中Ki67和Cyclin D1蛋白表达降低，结肠粘膜组织表现出葡萄糖摄取和乳酸产生减少。表结果表明，低细胞外囊泡（LEV）可以通过SIRT5/p53通路调节结肠上皮细胞增殖和糖酵解的抑制，从而抑制结肠肿瘤的形成。

图7 结直肠癌组织中SIRT5蛋白和乙酰化p53蛋白水平及与预后的相关性

研究人员收集了58例结肠癌患者的组织样本，分析发现SIRT5在肿瘤组织中的表达明显高于正常组织，而p53的琥珀酰化水平则低于正常组织。SIRT5蛋白在结肠癌患者的癌组织中高表达，而p53琥珀酰化蛋白的表达水平较低。这一观察结果也与患者的预后相关。

总体而言，源自乳酸菌的细胞外囊泡通过下调SIRT5和促进p53琥珀酰化修饰来抑制肠上皮细胞的异常增殖和糖酵解重编程，从而抑制结肠肿瘤的形成。该研究强调了乳酸菌在肠道健康和疾病预防方面的重要性，表明基于乳酸菌的结肠癌治疗具有治疗潜力。

参考文献：Zhang, J., Huang, X., Zhang, T. et al. Antitumorigenic potential of Lactobacillus-derived extracellular vesicles: p53 succinylation and glycolytic reprogramming in intestinal epithelial cells via SIRT5 modulation. Cell Biol Toxicol 40, 66 (2024). https://doi.org/10.1007/s10565-024-09897-y