單細胞轉錄組+16s聯合腸道微生物揭示乳酸菌化身胰腺癌“幫兇”的機制
研究材料
荷瘤小鼠；AhR缺陷型荷瘤小鼠
技術路線
· 步驟1：轉錄組數據揭示AhR控制胰腺癌中腫瘤相關巨噬細胞的功能；
· 步驟2：單細胞轉錄組驗證巨噬細胞中AhR功能對胰腺癌的影響；
· 步驟3：微生物測序結果表明AhR在腫瘤巨噬細胞中被乳酸菌產生的色氨酸代謝物激活；
· 步驟4：膳食色氨酸是PDAC TME中免疫表型的關鍵驅動因素；
· 步驟5：AhR在人腫瘤巨噬細胞中表達富集，并與生存相關。
研究結果
1. AhR是促腫瘤表型的關鍵驅動因素
為了了解巨噬細胞在胰腺導管腺癌（PDAC）中的作用，作者首先比較了PDAC中TAM和正常巨噬細胞的轉錄組數據，結果TAM顯示出880個基因的上調表達，包括促癌基因Arg1、Nos2和Cd274，以及編碼AhR的基因Cyp1b1。
前人的研究表明，AhR是一種有效的免疫調節因子，為了測試AhR在PDAC中是否具有免疫調控作用，作者構建了Lyz2cre/+Ahrfl/fl（AhR缺陷型）小鼠模型，發現在AhR缺陷的小鼠中CD45表達下降，MHCII, CD40 和PDL1表達增加，以及促癌基因（Arg1和Ido1）的表達下調和促炎基因（Il1b、Gzb和MHCII）表達上調，這些結果均表明AhR的免疫調控作用。此外，作者還發現在AhR缺陷的小鼠中CD8+ T細胞活化數量增加，而腫瘤的重量和浸潤性癌的比例明顯低于TAM，ROC曲線也表明AhR缺陷的小鼠具有更好的存活率。
圖1 AhR缺陷驅動TAM和CD8+T細胞的炎癥極化
2. AhR重塑PDAC中的轉錄景觀
為了了解巨噬細胞中AhR功能對TME的影響，作者對腫瘤組織和AhR缺陷腫瘤組織進行了質譜流式和單細胞轉錄組分析，均鑒定出3個巨噬細胞簇。iGSEA富集分析表明AhR缺陷影響了包括干擾素響應通路，信號轉導網絡及免疫調節相關基因的表達，且PDAC TME中的巨噬細胞群體表現出具有前腫瘤、替代極化狀態特征的轉錄譜。
圖2 AhR重塑PDAC中的免疫轉錄景觀
3.乳酸菌通過色氨酸代謝途徑激活AhR
由于AhR是色氨酸代謝產生的受體，接下來，作者擬尋找在TME中驅動AhR活性的配體來源。前人的研究表明，乳酸菌能夠通過色氨酸代謝產生吲哚，且乳酸菌是炎癥性疾病骨髓細胞中AhR活性的重要驅動因素。于是作者使用乳酸菌不耐受的Amp和耐受的Vanc分別處理荷瘤小鼠，腸道微生物檢測結果發現抗生素Amp降低了乳酸菌的相對豐度，且Amp抑制乳酸菌之后能夠有效的提高MHCII和PD-L1的表達來提高免疫應答效果，從而抑制腫瘤的生長。該數據表明抗生素治療、乳酸菌調節以及腫瘤內免疫調控之間潛在的聯系。
通過質譜分析發現乳酸菌L. reuteri和L. murinus能產生吲哚類物質激活AhR，且L. murinus的產量更多。隨后作者測試了L. murinus是否會影響PDAC中的腫瘤生長和炎癥，在無菌小鼠腸道中移植L. murinus后研究其對腫瘤生長的影響，結果顯示L. murinus不僅能夠促進PDAC腫瘤生長，增加AhR活性，還能促進Arg1, Ido1, Il10等促癌基因的表達，這表明L. murinus可以驅動TAMs獲得免疫抑制程序。
圖3 乳酸菌驅動TME中的免疫抑制
4. 飲食影響腫瘤生長及免疫調控
由于色氨酸代謝是激活AhR的關鍵機制，作者測試了通過調整飲食去除色氨酸是否會影響腫瘤的生長。結果發現，去除色氨酸后腫瘤重量顯著降低，而在飲食中加入吲哚之后，又能顯著的增加腫瘤重量。這些數據表明，膳食色氨酸是PDAC TME中免疫表型的關鍵驅動因素。
圖4 膳食中色氨酸和吲哚可促進免疫抑制和PDAC生長
5. AHR表達和活性與人胰腺導管腺癌的患者預后相關
隨后，通過胰腺癌TCGA數據庫分析發現，低表達AhR有利于生存，且PDAC TCGA隊列中AhR表達特征與T細胞和巨噬細胞基因表達呈負相關。
圖5 AhR的活性與人類PDAC患者的預后有關
小編小結
文章聚焦于腸道菌群對腫瘤的免疫調控，運用單細胞轉錄組技術聯合腸道微生物，揭示了乳酸菌通過代謝食物中的色氨酸，激活腫瘤相關巨噬細胞，促進腫瘤生長的機制，為更個性化的癌癥治療指明了方向。
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