乳酸杆菌Johnsonii-FM1通过分泌抗癌代谢物香草酸调节肠道菌群抑制结直肠肿瘤发生

本研究揭示了益生菌Lactobacillus johnsonii-FM1（LJ-FM1）通过双重机制抑制结直肠癌（CRC）的新机制：一方面重塑肠道菌群（增加Bacteroides uniformis等有益菌，减少Capnocytophaga canimorsus等致病菌），另一方面分泌关键代谢物香草酸（VCA）。VCA通过抑制Wnt/β-catenin信号通路（下调Lgr5/c-Myc等靶基因），诱导CRC细胞周期阻滞（G1/S期）和凋亡（BAX↑），在ApcMin/+和AOM/DSS两种小鼠模型中显著降低肿瘤负荷（数量/体积减少50%以上）。该研究为CRC的益生菌辅助治疗提供了新策略。

　　

1 引言

结直肠癌（CRC）作为消化道高发恶性肿瘤，其发生发展常伴随肠道菌群紊乱。近年研究发现，特定益生菌如乳酸杆菌（LAB）可通过调节菌群平衡和分泌活性代谢物发挥抗癌作用。其中，Lactobacillus johnsonii（LJ）在糖尿病、肝病等多种疾病中展现免疫调节潜力，但其在CRC中的机制尚未阐明。本研究首次从黑米喂养小鼠粪便中分离出LJ-FM1菌株，通过遗传（Apc^Min/+）和化学诱导（AOM/DSS）两种CRC模型，系统解析了其通过"菌群-代谢物-信号通路"轴抑制肿瘤的多层次机制。

2 结果

2.1 LJ-FM1的双模型抗癌效应

在Apc^Min/+小鼠中，连续8周灌胃LJ-FM1（10⁸ CFU/天）使肿瘤数量减少67%，体积缩小58%，且腺癌发生率显著降低。Ki-67染色显示增殖细胞减少，而肝肾功能指标无异常。在AOM/DSS模型中，LJ-FM1同样显著抑制肿瘤形成，并缓解血便症状。体外实验证实，LJ-FM1培养上清（LJCS）选择性抑制CRC细胞（HCT116/SW620）活力，对正常肠上皮细胞NCM460无毒性。

2.2 菌群重塑与屏障修复

宏基因组测序揭示，LJ-FM1处理使α多样性提升2.1倍，显著富集Bacteroides uniformis等产抗肿瘤代谢物的共生菌，同时减少Salmonella enterica等机会致病菌。生态网络分析显示，LJ-FM1与有益菌呈正相关（r>0.6），与病原菌负相关（r<-0.5）。功能上，LJ-FM1通过上调紧密连接蛋白ZO-1/Occludin（表达量增加3倍）修复肠屏障，降低血清LPS和FITC-葡聚糖渗透率，并平衡促炎因子（TNF-α↓40%）与抗炎因子（IL-10↑2.5倍）。

2.3 抗癌代谢物VCA的发现

非靶向代谢组学鉴定出LJ-FM1特异性分泌的4种特征代谢物，其中香草酸（VCA）丰度最高（较对照组高15倍）。分子对接证实LJ-FM1编码的vanillin dehydrogenase（VDH）通过Trp131残基与底物结合，催化香草醛转化为VCA。体外实验显示，VCA（20 μM）诱导CRC细胞S期阻滞（细胞比例增加35%）和凋亡（BAX/Bcl-2比率提升4倍），而对正常细胞无影响。

2.4 Wnt/β-catenin通路抑制机制

RNA-seq分析发现，VCA处理使Wnt通路关键基因Lgr5、c-Myc等表达下调50%-70%。Western blot验证β-catenin核转位减少，下游效应分子LEF1/c-MYC蛋白水平降低。挽救实验证实，Wnt激活剂CHIR-99021可逆转VCA的抑癌作用：当共处理时，VCA使CHIR-99021诱导的Cyclin D1表达回升被抑制62%，细胞凋亡率恢复至基线水平。

3 讨论与展望

本研究首次阐明LJ-FM1通过"菌群-代谢物"双途径抗CRC的分子机制：菌群层面重塑微生态平衡，代谢层面分泌VCA靶向Wnt通路。值得注意的是，VCA作为膳食多酚代谢产物，其安全性已获广泛验证，而LJ菌株（如La1）已有商业化益生菌产品，为临床转化奠定基础。未来需开展人源化肠道模型 colonization 研究和剂量优化，以推进益生菌精准防癌策略。

4 结论

LJ-FM1通过增加肠道有益菌（如Bacteroides uniformis）、分泌VCA代谢物，双重抑制CRC发展。VCA通过阻断β-catenin/LEF1信号轴，实现细胞周期阻滞和选择性促凋亡，为CRC的微生物疗法提供新靶点。

5 方法学亮点

研究整合多组学技术：宏基因组解析菌群结构（Kraken2/Bracken分析），非靶代谢组（LC-MS/MS）锁定VCA，结合分子对接（VDH-Trp131氢键距离2.2?）和功能验证（CHIR-99021挽救实验），形成完整证据链。动物实验采用双模型互证（Apc^Min/+和AOM/DSS），确保结论普适性。