加拿大多伦多大学 Tracy L. McGaha 团队在 Immunity 上发表了题为 Tryptophan-derived microbial metabolites activate the aryl hydrocarbon receptor in tumor-associated macrophages to suppress anti-tumor immunity 的研究论文，揭示了乳酸菌通过代谢食物中的色氨酸激活肿瘤相关巨噬细胞（Tumor-associated macrophage，TAM）发挥促进胰腺导管癌生长的机制。
色氨酸（Trp）是人体必需氨基酸之一，其代谢产物具有免疫、代谢、神经调节等功能， Nature reviews 杂志在 2019 年发表的一篇综述文章中就详细描述了色氨酸代谢产物在中枢神经疾病，感染性疾病，自身免疫疾病，肿瘤等疾病中发挥的作用。
肿瘤相关巨噬细胞是肿瘤组织中浸润的巨噬细胞，作为免疫细胞中的「墙头草」，部分 TAM 可以杀伤肿瘤细胞，但是部分 TAM 能够促进肿瘤生长、转移和侵袭。
研究内容
AhR 是抑制肿瘤免疫，促进胰腺癌生长的关键
研究人员首先通过 RNA-seq 检测了胰腺导管癌中 TAM 的差异基因表达，和正常的巨噬细胞相比，TAM 中促癌基因 Arg1, Nos2 和 Cd274 表达量明显上调。在 880 个上调的基因中，研究人员关注到编码芳香烃受体（aryl hydrocarbon receptor，AhR）的基因 Cyp1b1 也是明显上调的，AhR 是一种丝氨酸代谢产物的受体。随后研究人员发现在 AhR 缺陷的小鼠中 CD45 表达下降，MHCII, CD40 和 PDL1 表达增加，这些结果表明 AhR 的免疫调控作用。
图片来源：Immunity
此外，研究人员还发现在 AhR 缺陷的小鼠中 T 细胞活化数量增加，而肿瘤的重量和浸润性腺癌的比例明显低于对照组，生存曲线也表明 AhR 缺失的小鼠具有更好的存活情况。
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随后研究人员利用 AhR 抑制剂 CH223191 进一步验证其对免疫浸润表型和肿瘤生长的影响，CH223191 能够增加 PDL1 抗体的抗肿瘤效果，二者联用能够有效地改善小鼠的生存状况。这些数据证明 AhR 能够抑制 T 细胞成熟，从而破坏胰腺癌细胞的免疫抑制。
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AhR 改变细胞基因转录
通过质谱流式细胞技术（CyTOF）和单细胞测序技术，研究人员分别在肿瘤组织中鉴定出三组巨噬细胞簇。iGSEA 分析这三组巨噬细胞的基因富集情况，结果表明 AhR 能够影响包括 IFNg, IRF8, IFI16, IFNb 和 MYD88 参与的干扰素响应通路，以及干扰素诱导的转录因子，信号转导网络和炎症介质的基因表达。
基于以上数据，研究人员分析出了以 STAT1 为核心的免疫调控网络，并用 CD8 和 INFγ 抗体验证了对肿瘤的免疫效果。
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乳酸菌通过代谢色氨酸激活 AhR
乳酸菌可以代谢色氨酸产生吲哚，为了找到激活 AhR 的源头，研究人员首先发现广谱抗生素 Abx 能够抑制小鼠肿瘤生长。之后又用乳酸菌不耐受的 Amp 和耐受的 Vanc 作为对照分别治疗肿瘤，结果显示使用 Amp 抑制乳酸菌之后能够有效的提高细胞中 PDL1 和 MHCII 的表达来提高免疫应答效果，从而有效抑制肿瘤生长。
在几种常见的乳酸菌中 L. reuteri 和 L. murinus 能产生 IAA, ILA 两种激活 AhR 的产物，而 L. murinus 的产量更多，于是研究人员在无菌小鼠肠道中移植 L. murinus 后研究其对胰腺癌生长的影响，结果显示 L. murinus 不仅能够促进肿瘤生长，抑制肿瘤免疫，还能促进 Arg1, Ido1, Il10 这些促癌基因的表达。
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饮食调控的影响
既然色氨酸是通过食物获取的，那么饮食的改变一定会对胰腺癌生长产生影响。研究团队通过色氨酸缺乏的饮食并加入 IAA, ILA 来验证色氨酸代谢对胰腺癌的影响。结果发现色氨酸缺乏饮食的小鼠肿瘤重量是对照组的一半，而加入 IAA, ILA 之后又能显著的增加肿瘤重量，与之前一致的是，免疫因子和促癌基因的表达情况也会受到饮食的改变而发生相应的变化。
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对胰腺癌病人预后的影响
随后，研究人员通过分析肿瘤病人单细胞测序结果和 TCGA 数据，发现 AhR 表达量高的病人存活情况更差，而 AhR 与 CD8+T 细胞相关基因表达呈负相关。人源的胰腺癌细胞实验也验证了 AhR 对胰腺癌细胞生长的促进作用。
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总结
大多数研究都聚焦在微生物对肿瘤的正相关调控方面，而这项研究则聚焦在肠道微生物对肿瘤负面的免疫调控，打破了人们对肠道益生菌的固有印象。证明了乳酸菌通过代谢色氨酸激活肿瘤相关巨噬细胞 AhR，最终促进胰腺癌生长并破坏免疫检查点的抑制效果。
胰腺癌素有「癌王」之称，胰腺癌患者的治疗效果差和存活率低一直都是困扰科研和医疗人员的难题，该团队正在与临床医生合作开展相应的临床实验，相信在不久的将来能通过膳食调节或者有效的抑制剂能够改善胰腺癌病人的生存情况。
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参考文献
1. Kebria Hezaveh et al, Tryptophan-derived microbial metabolites activate the aryl hydrocarbon receptor in tumor-associated macrophages to suppress anti-tumor immunity, Immunity, DOI https://doi.org/10.1016/j.immuni.2022.01.006
2. Michael Platten et al, Tryptophan metabolism as a common therapeutic target in cancer, neurodegeneration and beyond, Nature reviews, DOI 10.1038/s41573-019-0016-5