Agathobacter rectalis通过表没食子儿茶素–SREBF2轴调控胆固醇代谢抑制结直肠肿瘤发生

《Gut Microbes》：Agathobacter rectalis suppresses colorectal tumorigenesis via an epigallocatechin–SREBF2 axis controlling cholesterol metabolism

　　

摘要：肠道共生菌Agathobacter rectalis（Ar）在多种疾病中被报道具有有益作用，但其在结直肠癌（colorectal cancer, CRC）中的作用仍不清楚。本研究中，宏基因组分析显示多个CRC队列中粪便Ar持续减少。在Apc^min/+小鼠中，与大肠杆菌（E. coli）和PBS对照组相比，Ar抑制结肠肿瘤发生，减少肿瘤数量和体积。液相色谱-串联质谱（LC–MS/MS）代谢组学分析显示，Ar处理后粪便胆固醇降低，并伴随脂质/胆固醇相关通路改变。体外实验中，Ar条件培养基抑制CRC细胞生长、克隆形成、迁移及细胞周期进程。LC–MS/MS鉴定出（–）-表没食子儿茶素（epigallocatechin, EGC）为Ar产生的代谢物，在对照细菌中不存在。EGC在体内外均重现了Ar介导的抗CRC效应，其代谢变化与脂质/胆固醇通路相关。转录组学分析显示，EGC抑制固醇调节元件结合蛋白（SREBP）信号、胆固醇代谢及MAPK通路。机制上，EGC降低核内SREBF2及其转录活性，下调胆固醇合成/代谢基因（包括FDPS和PCSK9），并抑制MAPK信号。分子对接提示EGC可能结合pSREBF2或SCAP。细胞热位移分析（CETSA）显示EGC与pSREBF2相互作用并增强其稳定性，但不与SCAP结合。免疫共沉淀（Co-IP）实验证明，EGC减弱pSREBF2与SCAP的相互作用，从而抑制SCAP介导的SREBF2裂解激活。综上所述，这些发现定义了一条Ar–EGC微生物–代谢物轴，并支持基于Ar/EGC靶向胆固醇代谢的CRC干预策略。

论文解读：Agathobacter rectalis通过表没食子儿茶素–SREBF2轴调控胆固醇代谢抑制结直肠肿瘤发生

结直肠癌（colorectal cancer, CRC）是全球第三大常见恶性肿瘤，也是癌症相关死亡的第二大原因。CRC的发生发展涉及遗传改变、表观遗传失调、致癌信号异常、代谢重编程、免疫调节及肠道菌群改变等多因素过程。近年来，肠道菌群在CRC发生、进展及治疗响应中的作用日益受到关注。CRC相关的菌群失调不仅表现为潜在促肿瘤细菌的富集，还表现为有益共生菌（尤其是产短链脂肪酸（short-chain fatty acid, SCFA）菌种）的减少。微生物来源的代谢物，如SCFAs、胆汁酸、色氨酸代谢物等，被认为是连接菌群改变与肿瘤细胞增殖、免疫调节及肿瘤微环境的重要介质。Agathobacter rectalis（Ar），原名为直肠真杆菌（Eubacterium rectale），是已知的产SCFA/丁酸盐菌种，也是人类肠道菌群中最丰富的细菌之一。已有研究报道Ar在肠道淋巴瘤、COVID-19等疾病中具有保护作用，并能抑制淋巴瘤发生、改善黑色素瘤免疫治疗效果。然而，Ar在CRC中的具体作用及机制尚不清楚。

本研究旨在探讨Ar在CRC中的功能作用及其潜在机制。研究人员利用两株Ar菌株（自健康志愿者分离的菌株及DSMZ来源的A1-86株），通过体内外实验评估Ar对CRC的抑制作用，并利用代谢组学、转录组学及分子生物学手段鉴定关键效应代谢物及其分子靶点。

研究人员首先对276例香港中国人群粪便样本（111例CRC患者和165例健康对照）及多个已发表队列（中国、法国、印度队列）的宏基因组数据进行分析，发现CRC患者粪便中Ar丰度显著降低。在Apc^min/+小鼠模型中，每日灌胃Ar（10⁸ CFU）持续12周，结果显示Ar处理显著增加结肠长度、降低Ki-67增殖指数、减少肿瘤体积并改善病理分期。粪便代谢组学（LC–MS/MS）分析显示，Ar处理显著改变胆固醇和脂质代谢相关通路，且粪便胆固醇水平明显降低。体外实验中，Ar条件培养基（conditioned medium, CM）显著抑制CRC细胞（HT-29、HCT116、Caco-2）的增殖、克隆形成、迁移以及细胞周期进程。通过煮沸和蛋白酶K处理，研究人员排除了蛋白质类活性成分，继而利用非靶向LC–MS/MS对比Ar CM、空白培养基及另一种产丁酸菌（Faecalibacterium prausnitzii）CM，鉴定出（–）-表没食子儿茶素（epigallocatechin, EGC）为Ar特异性产生的代谢物。靶向LC–MS/MS证实EGC存在于Ar CM中（约300–400 ng/mL），对照组中未检出。

体外功能实验显示，EGC对CRC细胞的半数抑制浓度（IC₅₀）约为70–90 μM，80 μM EGC即可显著抑制细胞克隆形成、生长和迁移，并诱导凋亡。在Apc^min/+小鼠模型中，EGC处理12周可增加结肠长度、降低肿瘤发生率和体积、减少高级别异型增生/癌症发生率，并抑制患者来源类器官（patient-derived organoids, PDOs）的生长。粪便代谢组学分析显示，EGC处理显著改变胆固醇代谢相关通路，包括27-羟基胆固醇等胆固醇衍生物的降低。转录组学分析显示，EGC失调的基因主要富集于胆固醇代谢和MAPK相关通路。进一步研究发现，EGC降低SREBF2（固醇调节元件结合蛋白2）的转录活性及核内水平，下调其下游靶基因FDPS（法尼基二磷酸合酶）和PCSK9（前蛋白转化酶枯草溶菌素9）的表达，并抑制MAPK信号通路中磷酸化ERK（p-ERK）的水平。

在机制探索方面，分子对接预测EGC与pSREBF2的结合能为?8.0 kcal/mol，与SCAP（SREBP裂解激活蛋白）的结合能为?7.2 kcal/mol，且与pSREBF2形成更多氢键。细胞热位移分析（CETSA）显示EGC增强pSREBF2的热稳定性，但不影响SCAP或核形式SREBF2的稳定性。免疫共沉淀（Co-IP）实验证实EGC处理显著降低pSREBF2与SCAP的相互作用，从而抑制SCAP介导的SREBF2蛋白水解激活。功能验证实验表明，敲低FDPS或PCSK9均能抑制CRC细胞增殖和迁移，并降低p-ERK水平，而敲低SREBF2可模拟EGC的抗肿瘤效应，且SREBF2敲低后EGC的额外抑制效应基本消失，提示EGC的抗肿瘤作用主要依赖于SREBF2。

讨论部分总结指出，本研究揭示了共生菌Ar在CRC中未被充分认识的抗肿瘤作用及其机制。与既往将Ar的有益作用主要归因于丁酸盐不同，本研究鉴定出EGC这一新型代谢物，通过靶向pSREBF2、干扰SCAP–SREBF2相互作用，抑制SREBF2活化及下游胆固醇代谢基因表达，进而抑制MAPK信号通路，发挥抗CRC效应。研究还讨论了EGC与EGCG的差异，EGC因缺乏没食子酰基可能更易被吸收，且肠道定植的Ar可内源性持续产生EGC，具有膳食摄入无法比拟的局部递送优势。此外，CRC患者中Ar丰度降低究竟是肿瘤发生的因果因素还是菌群失调的伴随结果仍需进一步明确，但动物补充实验和机制研究为Ar的抗CRC保护作用提供了功能性证据。临床上，粪便Ar丰度或EGC水平具有潜在的生物标志物价值，也为基于Ar/EGC靶向胆固醇代谢的CRC防治策略奠定了基础。