來源： 奇點糕 2022-05-09 14:17
結(jié)直腸癌（CRC）是全球最常見的癌癥之一，大量證據(jù)表明，飲食、吸煙、肥胖和運動等生活習慣均與CRC的發(fā)病密切相關(guān)。
結(jié)直腸癌（CRC）是全球最常見的癌癥之一，大量證據(jù)表明，飲食、吸煙、肥胖和運動等生活習慣均與CRC的發(fā)病密切相關(guān)。
吸煙不僅會提高肺癌發(fā)病風險，也會促使結(jié)腸、腎臟和胰腺等器官發(fā)生癌變。研究表明，吸煙會顯著增加人類結(jié)直腸癌的發(fā)病率和死亡率，在動物模型中也觀察到吸煙會增加結(jié)直腸癌發(fā)病的風險。
那么一個非常直接的問題，吸煙究竟是如何促進CRC發(fā)生和發(fā)展的呢？這個目前尚不明了。
近日，由香港中文大學于君領(lǐng)銜的研究團隊，在Gut上發(fā)表重要研究成果[1]。
她們發(fā)現(xiàn)吸煙導(dǎo)致腸道菌群及其代謝物的組成發(fā)生改變，導(dǎo)致腸道屏障功能障礙和致瘤、促炎信號通路的激活，從而促進結(jié)直腸腫瘤的發(fā)生。
她們的研究提示，控制腸菌可能是一種預(yù)防吸煙人群患結(jié)直腸癌的潛在策略。
論文首頁截圖
吸煙與CRC的發(fā)病率和死亡率密切相關(guān)，探索其中的發(fā)生機制十分必要。
一方面，研究表明，吸煙會增加人腸道中細菌的多樣性[2, 3]，改變腸道菌群和粘蛋白結(jié)構(gòu)[4]；另一方面，現(xiàn)有研究已證實了腸道菌群的改變與結(jié)直腸癌的發(fā)生存在相關(guān)性[5]，CRC患者來源的腸道菌群會促進受體小鼠發(fā)生結(jié)腸癌。
但是腸道菌群的改變是否代表著吸煙與結(jié)直腸癌的聯(lián)系，目前并不清楚。
為了理清這一關(guān)系，于君教授團隊將偶氮甲烷（AOM）處理的C57BL/6小鼠每天分別在清潔空氣或香煙煙霧中暴露2小時，28周后，利用鳥槍法宏基因組測序和液相色譜-質(zhì)譜法分析小鼠糞便中微生物和代謝產(chǎn)物的變化。
實驗造模流程圖
我們知道腹腔注射AOM會誘導(dǎo)小鼠發(fā)生CRC，那么暴露在兩種不同空氣環(huán)境下小鼠的CRC發(fā)生情況是否會有不同？
研究結(jié)果顯示，與對照組的小鼠相比，暴露在香煙煙霧中小鼠的結(jié)直腸腫瘤數(shù)目和大小顯著提高；而且免疫組化和蛋白質(zhì)印跡均顯示腸道上皮中Ki67+細胞比例明顯增加，這意味著香煙煙霧的暴露促進了小鼠結(jié)腸上皮細胞的增殖。
香煙煙霧促進了小鼠結(jié)腸癌的發(fā)生
接著，研究人員利用鳥槍法宏基因組測序?qū)山M小鼠的糞便微生物組進行分析，她們發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過為期28周的處理后，香煙暴露組小鼠腸道菌群的alpha多樣性明顯降低，beta多樣性聚類存在顯著差異。
香煙煙霧調(diào)節(jié)小鼠腸道菌群
相對對照組小鼠來說，暴露在香煙煙霧的小鼠中有20種細菌發(fā)生了明顯改變（p<0.05, FC>1.5），其中Eggerthella. lenta和Staphylococcus capitis顯著富集，腸道益生菌Lactobacillus reuteri，Parabacteroides distasonis和Bacteroides dorei減少。此外，她們還發(fā)現(xiàn)兩組小鼠腸道菌群的關(guān)聯(lián)性發(fā)生顯著變化，在香煙煙霧暴露組的小鼠中，E. lenta與幾種益生菌的豐度呈現(xiàn)負相關(guān)，即伴隨著E. lenta的富集，幾種益生菌的豐度明顯降低。
除了測序，研究人員還通過液相色譜-質(zhì)譜法分析了小鼠的糞便代謝物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩組小鼠的糞便代謝物具有顯著差異，有41種代謝物發(fā)生了改變（p<0.05），主要富集在膽汁酸代謝通路中，其中牛磺脫氧膽酸（TDCA）的含量在香煙暴露小鼠中明顯增高，TDCA是次級膽汁酸中公認的致癌物。
那么在香煙暴露組中，發(fā)生改變的腸道菌群跟糞便代謝物之間存在哪些關(guān)聯(lián)呢？通過相關(guān)性分析，研究人員發(fā)現(xiàn)E. lenta與TDCA呈現(xiàn)最強的正相關(guān)，而兩種減少的益生菌Lactobacillus jensenii，Lactobacillus crispatus與TDCA則呈現(xiàn)負相關(guān)。因此，失調(diào)的腸道菌群及其代謝物很可能是小鼠發(fā)生CRC的重要推手。
腸道細菌與差異代謝物的部分Spearman相關(guān)性分析
接著研究團隊研究了香煙煙霧對小鼠腸道屏障功能的影響，她們檢測了結(jié)腸緊密連接蛋白的表達水平，發(fā)現(xiàn)香煙煙霧明顯降低了claudin-3和閉鎖小帶-1（ZO-1）的表達水平；另外，血清中脂多糖（LPS）水平顯著提高。這些結(jié)果表明香煙煙霧會導(dǎo)致腸道屏障功能受損。
香煙煙霧降低了claudin-3和ZO-1的表達
為了從分子角度了解吸煙對原癌形成的影響，于君研究團隊對小鼠腸道上皮細胞進行基因檢測，與未吸煙組相比，香煙暴露組的小鼠腸道上皮細胞有19個基因上調(diào)，7個基因下調(diào)。富集結(jié)果顯示，變化基因主要富集在絲裂原激活蛋白激酶（MAPK）信號通路。
既往文獻報道TDCA可以激活MAPK通路的ERK亞家族，所以研究團隊評估了兩組小鼠腸道上皮中MAPK/ERK通路的激活情況。ERK1/2是MAPK/ERK通路中關(guān)鍵的調(diào)節(jié)蛋白，研究人員發(fā)現(xiàn)香煙煙霧能夠提高ERK1/2的磷酸化水平，且磷酸化的ERK1/2與TDCA呈正相關(guān)。以上結(jié)果提示香煙煙霧會誘導(dǎo)ERK1/2發(fā)生磷酸化，激活MAPK/ERK通路，從而促使結(jié)腸癌的發(fā)生。
隨后，為明確炎癥相關(guān)基因表達的變化，于君團隊檢測了兩組小鼠腸道上皮細胞的炎癥和自免相關(guān)基因表達情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩組的差異基因主要富集在白介素17（IL-17）和腫瘤壞死因子（TNF）信號通路。qPCR結(jié)果驗證了香煙暴露組中促炎因子Il17a和Cxcl2轉(zhuǎn)錄水平的增加以及抑炎因子Il10的降低。這提示了香煙煙霧促進了結(jié)腸中炎癥的發(fā)生。
小鼠腸道上皮細胞的兩種芯片檢測基因表達結(jié)果
為了證實香煙煙霧引起的腸道菌群改變對結(jié)直腸腫瘤發(fā)生的直接作用，她們對無菌小鼠進行了糞便菌群移植，將未吸煙組（GF-AOM）和香煙暴露組（GF-AOMS）小鼠的糞便分別移植到小鼠結(jié)腸部位。
與之前結(jié)果類似，GF-AOMS腸道菌群的alpha多樣性明顯降低，beta多樣性分析顯示與GF-AOM小鼠有顯著分離；E. lenta仍然是在GF-AOMS中豐度最高的細菌，TDCA含量也顯著增高。此外在GF-AOMS中，香煙煙霧組來源的微生物群同樣增加了結(jié)腸細胞增殖，損害了腸道屏障功能，增強了致癌信號通路MAPK/ERK和促炎基因的表達。因此，腸道菌群的改變有助于香煙煙霧在結(jié)直腸癌發(fā)生中的促腫瘤作用。
機制示意圖
總的來說，此研究發(fā)現(xiàn)吸煙可通過調(diào)節(jié)腸道菌群組成，誘導(dǎo)腸道菌群失調(diào)，促進結(jié)腸腫瘤的發(fā)生；代謝方面吸煙明顯促進TDCA的生物合成，其與腸道中E. lenta細菌呈顯著正相關(guān)；吸煙會損害腸道屏障，激活致瘤性MAPK/ERK信號通路。
本研究首次建立了一種新型的腸道微生物介導(dǎo)的香煙煙霧致結(jié)直腸腫瘤發(fā)生機制，這提示我們，戒煙至少是通過重建健康的腸道微生物群來預(yù)防結(jié)直腸癌的可行方法之一。
