肠道微生物组介导的胆汁酸代谢通过NKT细胞调节肝癌

　　研究背景

　　原发性肝肿瘤和肝转移目前是癌症相关死亡的主要原因。肝脏与肠道密切交叉对话，并执行许多与消化、营养代谢和细菌代谢物清除相关的基本功能。患病的肝脏通常与肠道细菌组成改变或生态失调有关，并且有人认为肠道细菌产物有助于肝细胞的恶性转化。肝脏通过门静脉暴露于肠道微生物组，是一种免疫器官，由免疫细胞大量填充。新兴研究表明，肠道共生细菌是抗肿瘤免疫的重要调节因子。尽管已经确定肠道微生物组会影响癌症免疫治疗的疗效，但肠道细菌在肝脏抗肿瘤监测中的作用知之甚少。

　　研究结果

　　1.在多种小鼠模型中，肠道微生物组的改变抑制了肝肿瘤

　　将抗生素混合物(ABX，由万古霉素、新霉素和伯霉素组成)添加到饮用水中，以消耗肠道共生细菌。与先前的发现一致，在ABX处理的MYC小鼠中发现更少和更小的HCC。ABX处理不影响同基因C57BL/6小鼠皮下EL4肿瘤的生长。相比之下，在ABX治疗后具有大皮下EL-4肿瘤的小鼠中观察到较少的自发性肝转移。为了证实这种肝脏选择性抗肿瘤作用，我们使用了脾内肿瘤注射模型，发现 B16 肝转移显着减少。与肝脏不同，当将相同的 B16 肿瘤细胞注射到尾静脉时，ABX 会增加肺转移。在使用 A20 肿瘤的 BALB/c 小鼠中观察到类似的结果。这些发现表明，调节肠道共生细菌可以特异性地改变肝内肿瘤的生长动力学。

　　2.肝脏NKT细胞积累先于肿瘤抑制

　　研究了接受ABX治疗的EL4荷瘤小鼠的免疫细胞亚群。发现肝脏自然杀伤T(NKT)细胞和CD8 T细胞明显扩增，而其他免疫亚群(B细胞、CD4 T、NK、γ/δ T细胞和G-MDSC)没有发现变化。在携带HCC的ABX处理的MYC小鼠中也观察到肝脏NKT细胞的积累，而不是CD8 T细胞的积累，脾NKT细胞保持不变，表明肝脏特异性作用。

　　3.肝脏NKT细胞介导肿瘤抑制

　　进行抗体介导的细胞耗竭以研究 ABX 治疗小鼠中控制肝肿瘤免疫的个体免疫细胞群的特定功能。ABX预处理的C57BL/6小鼠在脾内注射B16肿瘤细胞。在肿瘤注射前1天进行T细胞耗竭。去除所有三个主要的肝脏T细胞亚群(CD4 T、CD8 T和CD4 NKT细胞)完全逆转了由消除肠道共生细菌引起的肝转移的抑制作用，而单独消耗CD8 T细胞仅产生轻微影响。

　　4.胆汁酸/CXCL16/CXCR6 轴控制肝脏 NKT 蓄积

　　5.ABX处理小鼠的LSEC中Cxcl16 mRNA增加了近2倍。与之前的报告一致，LSECs具有更高的Cxcl16 mRNA基础水平，ABX处理不影响非LSECs中Cxcl16 mRNA的表达。通过免疫组化染色证实了LSEC中CXCL16蛋白的增加。此外，肝脏中强制表达CXCL16会增加肝脏NKT水平。总之，这些结果表明，ABX治疗导致LSEC产生更多的CXCL16，并将NKT细胞募集到肝脏。

　　6.梭状芽孢杆菌调节小鼠肝脏NKT的积累

　　尽管ABX处理有效地降低了肠道共生细菌负荷，但它并没有完全消除肠道细菌。为了排除剩余细菌介导NKT积累的可能性，我们在无菌小鼠中重复了该实验。与匹配的 SPF 对照小鼠相比，在无菌小鼠中发现了更多的肝脏 NKT，但在 TLR4 敲除小鼠中未观察到任何变化。同样，无菌小鼠肝脏中的Cxcl16 mRNA水平较高。

　　7.胆汁酸控制人类肝脏 CXCL16 的表达

　　人类与小鼠研究类似，初级胆汁酸 CDCA 和 TCA 诱导 SK-HEP1 细胞中 CXCL16 mRNA 表达。接下来，在泰国肝癌基因组学和表达研究倡议 (TIGER-LC) 队列的 HCC 或胆管癌患者的非肿瘤肝组织中测试胆汁酸与 CXCL16 表达之间的相关性。初级胆汁酸 CDCA 水平与 CXCL16 表达相关，而次级胆汁酸乙醇酸酯 (GLCA) 呈负相关。一级/二级比率与 CXCL16 增加相关，表明胆汁酸对 CXCL16 表达的相反作用也存在于人类中。

　　研究结论

　　使用一种原发性肝脏模型和三种肝转移模型，我们发现改变共生肠道细菌诱导肝脏选择性抗肿瘤作用。观察到肝脏 CXCR6 自然杀伤 T (NKT) 细胞的选择性增加，与小鼠品系、性别或肝肿瘤的存在无关。积累的肝NKT细胞在抗原刺激下表现出活化的表型，并产生更多的干扰素γ。使用抗体介导的细胞耗竭和NKT缺陷小鼠的体内研究证实，NKT细胞介导了肝脏肿瘤生长的抑制作用。进一步的研究表明，NKT细胞的积累受CXCL16(CXCR6的单独配体)在肝窦内皮细胞上的表达的调控，肝窦内皮细胞形成肝毛细血管内壁，是肠道血液进入肝脏的第一道屏障。伯胆酸增加CXCL16表达，而次生胆汁酸则相反。用万古霉素进行抗生素治疗去除革兰氏阳性菌，万古霉素含有介导原发性胆汁酸转化的细菌，足以诱导肝脏NKT细胞积累并减少肝肿瘤生长。喂养次生胆汁酸或胆汁酸代谢细菌定植，逆转了肠道共生细菌改变的小鼠的NKT细胞积累和肝肿瘤生长的抑制。在原发性肝癌患者的非肿瘤肝组织中，原发性胆汁酸甜去氧胆酸 (CDCA) 水平与 CXCL16 表达相关，而与次发性胆汁酸乙醇胆酸酯 (GLCA) 呈负相关，表明该发现可能适用于人类。

　　参考：DOI： 10.1126/science.aan5931