Nat Commun: NAFLD相关肝癌患者肠道菌群或抑制外周免疫

  • 来源:生物谷
  • 时间: 2021/2/20 15:32:00
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    肝细胞癌(HCC)是全球癌症相关死亡率的第四大原因,慢性肝脏炎症和肝硬化是HCC发病的关键。HCC的外周免疫反应会影响疾病的临床进程、对治疗的反应和总体存活率。越来越多的证据表明,肠道微生物群可以直接或间接调节T细胞免疫。

    2021年1月澳大利亚悉尼新南威尔士大学的Amany Zekry教授与Emad El-Omar教授合作在Nature Communications(IF=12.121近期发表题目为"Gut microbiota impact on the peripheral immune response in non-alcoholic fatty liver disease related hepatocellular carcinoma"的研究成果,利用宏基因组代谢组学技术对非酒精性脂肪肝(NAFLD)相关的肝硬化合并/未见肝癌(HCC)患者的肠道菌群进行分析,发现NAFLD相关肝细胞癌患者的肠道菌群组成和功能发生改变,菌群中产短链脂肪酸细菌种类增加,其肠道菌群提取物在体外可诱导免疫抑制表型,这或与HCC患者较差的临床结果和免疫治疗耐药性有关。

    研究材料:

    90名临床参与者的粪便与外周血样本:32例NAFLD-HCC,28例NAFLD-肝硬化和30例无NAFLD对照

    技术方法:

    粪便宏基因组测序分析,粪便代谢组分析,粪便与血清短链脂肪酸分析

    实验方法简介:

    步骤1:参与者样本收集与临床信息对比

    步骤2:粪便宏基因组分析菌群失调表型与功能通路

    步骤3:粪便与血清代谢组学分析SCFAs及中间产物

    步骤4:体外菌群提取物的免疫抑制表型分析

    步骤5:关联分析与调控模型构建

    研究结果:

    1、NAFLD-HCC患者具有外周免疫抑制特征,且肠道微生物组成与功能发生改变

    基线时,与NAFLD肝硬化相比,HCC患者具有较高比例的调节性T细胞以及较低比例的CD8+ T细胞。对参与者的粪便样本进行宏基因组分析发现,与无NAFLD对照组相比,NAFLD肝硬化与NAFLD-HCC菌群存在失调。NAFLD-HCC组中富集了多个短链脂肪酸(SCFA)产生细菌,这些细菌被报道具有免疫调节能力。进一步的功能基因分析显示,介导膳食纤维合成SCFAs的功能基因丰度也在NAFLD-HCC组中显著增加,包括丙酮酸羧化酶(pycA)等。

    图1 NAFLD-HCC粪便中参与合成SCFA的菌群与功能基因显著增加


    2、NAFLD-HCC患者的粪便和血清中SCFA及其中间体的浓度升高

    对来自于NAFLD-HCC、NAFLD肝硬化以及无NAFLD对照参与者的粪便和血液样本进行代谢组学分析,发现草酰乙酸、乙酰磷酸和异柠檬酸等中间产物在NAFLD-HCC粪便中具有特异性,前两者显著升高(P<0.0001和P=0.0001),后者显著降低(P<0.0001);乙酸和丁酸在NAFLD-HCC粪便中显著升高,丁酸和丙酸在NAFLD-HCC血清中显著升高。

    图2 NAFLD-HCC患者的粪便和血清中,SCFA及其中间体的浓度升高

    3、NAFLD-HCC微生物群可引发免疫抑制表型

    研究者进一步用离体细胞模型研究微生物群对外周免疫反应的影响。结果发现来自NAFLD-HCC的微生物群细菌提取物在体外可诱导免疫抑制表型,包括调节性T细胞的扩增和CD8+ T细胞的衰减,减少抗原递呈细胞,同时诱导的细胞因子也支持免疫抑制表型。

    图3 NAFLD-HCC来源的细菌提取物对外周血单核细胞引发免疫抑制表型

    4、关联分析证实了NAFLD-HCC微生物群、短链脂肪酸以及免疫抑制表型之间的关联

    通过对微生物菌群丰度、粪便代谢物含量以及离体模型中的T细胞反应的相关性分析,发现NAFLD-HCC肠道菌群的含量与IL-10+ Tregs,CD8+ T细胞等免疫表型具有显著的正相关或负相关:短链脂肪酸及其中间体,例如丁酸与Tregs及IL-10+ Tregs呈正相关,与CD8+ T细胞呈负相关。利用这些结果,研究者构建了NAFLD-HCC微生物群、短链脂肪酸以及免疫抑制表型之间的调控模型。

    图4 NAFLD-HCC参与者的微生物组和代谢组在体外引发免疫抑制表型

    小编小结:

    本研究通过宏基因组代谢组学技术,深入解析了肠道菌群及其代谢物经肠-肝轴对肝病/HCC患者的外周免疫进行特异性调节的机制。本研究确定了NAFLD-HCC疾病相关的关键肠道菌种,基因功能及代谢组学证据表明这些菌群增加短链脂肪酸合成,导致免疫抑制反应。本研究进一步突显了肠道菌群及其代谢物研究在HCC预后标志物开发和新治疗策略制定中的潜在价值。

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