文獻(xiàn)解讀：微生物代謝物氧化三甲胺促進(jìn)三陰性乳腺癌的抗腫瘤免疫

文章標(biāo)題：The microbial metabolite trimethylamineN-oxide promotes antitumor immunity in triple-negative breast cancer

發(fā)表期刊：CellMetabolism

發(fā)表時(shí)間：2022年3月

影響因子：27.287

合作客戶：復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院

百趣提供服務(wù)：氧化三甲胺高通量靶標(biāo)代謝組學(xué)檢測

研究背景
三陰性乳腺癌(TNBC) 是一種侵襲性疾病，預(yù)后差，免疫治療在患者中取得的成功有限。三陰性乳腺癌(TNBC)的四種亞型中，IM亞型的特點(diǎn)是在微環(huán)境中富集免疫激活細(xì)胞和免疫刺激因子，提示TNBC的IM亞型患者可能對免疫治療有更好的反應(yīng)。因此，迫切需要找到調(diào)節(jié)TNBC微環(huán)境、促進(jìn)抗腫瘤免疫的因子。

本研究對FUSCCTNBC隊(duì)列（n=360）的轉(zhuǎn)錄組、代謝組和微生物組數(shù)據(jù)進(jìn)行了全面分析，發(fā)現(xiàn)TMAO通過誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞焦亡，從而增強(qiáng)TNBC體內(nèi)CD8+T細(xì)胞介導(dǎo)的抗腫瘤免疫，提高免疫治療療效。該研究為微生物群-代謝-免疫相互作用提供了新的見解，并表明微生物代謝物，如TMAO或其前體膽堿，可能代表了一種新的治療策略，以促進(jìn)免疫治療對TNBC的療效。

研究結(jié)果1、在TNBC中，微生物代謝物TMAO與免疫激活微環(huán)境相關(guān)
對TNBC患者的腫瘤組織(FUSCCTNBC隊(duì)列；n=360)微生物組成進(jìn)行分析，并將隊(duì)列分為IM亞型和非IM亞型，IM亞型中梭菌目下菌屬的占比更為豐富（圖1D）。進(jìn)行非靶向代謝組學(xué)，從IM亞型篩選出顯著富集的梭菌相關(guān)代謝物TMAO(圖1E、1F)，發(fā)現(xiàn)T細(xì)胞相關(guān)通路在高TMAO亞群中富集(圖1H)，CD8+T細(xì)胞及IFNG的表達(dá)的在其中的豐度明顯更高(圖1I、1J)。表明TNBC不同亞型微環(huán)境的共生菌群組成存在差異，TMAO與TNBC免疫激活微環(huán)境之間成正相關(guān)。
 

圖1. 在TNBC中，微生物代謝物TMAO與免疫激活微環(huán)境相關(guān)

2.TMAO通過激活CD8+T細(xì)胞介導(dǎo)的抗腫瘤免疫來抑制腫瘤生長
構(gòu)建小鼠66cl4TNBC細(xì)胞模型(圖2A)，表明腫瘤內(nèi)聯(lián)合注射TMAO顯著促進(jìn)CD8+T細(xì)胞和M1巨噬細(xì)胞的浸潤，增強(qiáng)CD8+T細(xì)胞的功能并有效抑制三陰性乳腺癌的生長(圖2A-2E)。說明腫瘤微環(huán)境中TMAO水平升高可有效增強(qiáng)抗腫瘤免疫，抑制腫瘤生長。
 

圖2. TMAO通過激活CD8+T細(xì)胞介導(dǎo)的抗腫瘤免疫來抑制腫瘤生長

3.TMAO誘導(dǎo)gsdme介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞焦亡
形態(tài)學(xué)水平上和乳酸脫氫酶釋放試驗(yàn)顯示TMAO處理的癌細(xì)胞發(fā)生焦亡(圖3A、3B)。Western blot結(jié)果顯示，參與細(xì)胞焦亡的兩個(gè)關(guān)鍵蛋白——裂解的caspase3和GSDME在TMAO處理后表達(dá)上調(diào)(圖3C)。用發(fā)夾RNA敲除Gsdme的表達(dá)，結(jié)果顯示TMAO處理對植入shGsdme和植入表達(dá)了正�；靵yshRNA的細(xì)胞株的小鼠的影響極小(圖3G和3H)。敲除Gsdme阻斷了TMAO誘導(dǎo)的CD8+T細(xì)胞抗腫瘤免疫增強(qiáng)和腫瘤生長抑制(圖3I)。表明TMAO通過誘導(dǎo)gsdme介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞焦亡來激活TNBC的抗腫瘤免疫。

圖3. TMAO誘導(dǎo)gsdme介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞焦亡

4.PERK是TMAO誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡所必需的
用小鼠模型進(jìn)一步驗(yàn)證蛋白激酶R-like內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶（PERK）在體內(nèi)激活細(xì)胞焦亡的能力(圖4E)。結(jié)果表明TMAO處理顯著抑制腫瘤生長，促進(jìn)CD8+T細(xì)胞浸潤，而PERK抑制劑減弱了TMAO誘導(dǎo)的抗腫瘤免疫(圖4F和4G)。用PERK抑制劑治療小鼠，可在體內(nèi)阻止TMAO誘導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的PERK依賴通路的激活和GSDME介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡(圖4H)，進(jìn)而抑制CD8+T細(xì)胞浸潤。說明TMAO激活了PERK介導(dǎo)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，從而導(dǎo)致caspase-3的激活和GSDME介導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞焦亡。
 

圖4. PERK是TMAO誘導(dǎo)細(xì)胞焦亡所必需的

5.高血漿TMAO與晚期TNBC患者免疫治療效果改善相關(guān)
收集使用抗pd-1抑制劑治療5個(gè)周期患者的血漿樣本進(jìn)行臨床評估，發(fā)現(xiàn)高血漿TMAO水平的患者對免疫治療反應(yīng)性更好(圖5A-5E)。將攜帶66cl4或4T1乳腺癌的小鼠腹腔注射TMAO以誘導(dǎo)高血漿TMAO(圖5F)，證實(shí)提高血漿TMAO水平可以有效抑制小鼠腫瘤的生長（圖5F-5I）。
 

圖5. 高血漿TMAO與TNBC患者免疫治療效果改善相關(guān)

6.富含膽堿的飲食可通過共生微生物群上調(diào)腫瘤TMAO水平
研究FUSCCTNBC隊(duì)列中TMAO與代謝前體的相關(guān)性發(fā)現(xiàn)膽堿水平與TMAO呈正相關(guān)(圖6A)。使用富含膽堿的飲食和3,3-二甲基-1-丁醇(DMB)建立小鼠模型中(圖6B)，發(fā)現(xiàn)食用富含膽堿的飼料的小鼠腫瘤TMAO水平更高，腫瘤生長速率更低(圖6C和6D)，腫瘤組織中CD8+T細(xì)胞的浸潤和功能增加，而這一作用被DMB聯(lián)合治療阻斷(圖6E和6F)。說明富含膽堿的飲食可上調(diào)小鼠腫瘤組織中的TMAO，并通過增強(qiáng)抗腫瘤免疫抑制腫瘤生長。

圖6. 富含膽堿的飲食可通過共生微生物群上調(diào)腫瘤TMAO水平

研究結(jié)論
本研究提供了具有共生微生物群影響宿主腫瘤免疫力的能力的新視角，表明微生物代謝物，如TMAO或其前體膽堿，可能代表了一種新的治療策略，以促進(jìn)免疫治療對TNBC的療效,說明TMAO可能具有增強(qiáng)TNBC中免疫療法療效的臨床潛力。

百趣生物為本研究提供了氧化三甲胺靶標(biāo)檢測分析服務(wù)，定性定量準(zhǔn)，構(gòu)建物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線，提供物質(zhì)的絕對含量；技術(shù)成熟穩(wěn)定、分辨率高、選擇性好；團(tuán)隊(duì)經(jīng)驗(yàn)豐富，有專業(yè)的研發(fā)和數(shù)據(jù)分析團(tuán)隊(duì)。