来源：IBD Daily

结肠炎相关结直肠癌（CAC）是一种主要由炎症性肠病（IBD）患者肠道慢性炎症迁延不愈，最终恶变发展而来的结直肠癌。流行病学研究表明，IBD患者结直肠癌的发病率是非IBD患者的2-3倍。尽管近年来CAC的发病率有所下降，但其仍是IBD患者结肠切除及死亡的原因之一，因此亟需探寻有效防治CAC的新靶点。目前CAC的发病机制仍不明确，肠道菌群紊乱与易感宿主间的密切串扰可能在“炎-癌”转化中发挥着重要作用。近年来基于调节肠道菌群防治CAC的干预备受关注。

溶质载体家族26成员3（SLC26A3）是一种对维持肠道稳态至关重要的Cl-/HCO3-转运蛋白。SLC26A3已在中、日、冰岛等多项全基因组关联性研究中被列为溃疡性结肠炎（UC）的易感基因，SLC26A3表达缺陷与晚发型单基因IBD发病密切相关。此外，在小鼠模型中，SLC26A3的缺失会加剧UC和CAC发展，提示恢复其表达可能成为防治CAC的一种潜在策略。虽然既往研究报道肠道菌群与SLC26A3之间存在相互调控，但肠道菌群如何调节SLC26A3表达，以及SLC26A3如何影响CAC进展仍有待进一步探索。

Akkermansia muciniphila（Akk）是一类属于疣微菌门的革兰氏阴性、专性厌氧共生菌。因在多种疾病中具有显著的宿主保护作用，Akk被认为是下一代益生菌的典范。Akk丰度下降与IBD及结直肠癌的发病密切相关。外源补充Akk可通过改善宿主代谢、修复肠道屏障及调控免疫反应等机制抑制小鼠实验性结肠炎及结直肠癌。然而，目前关于Akk在CAC中的作用仍具有争议。

该研究围绕一株母乳来源Akk Am06菌株抑制CAC的核心科学问题，发现Akk来源5-MIAA调控SLC26A3/pSTAT3轴抑制CAC增殖的关键机制，并从临床、动物与类器官等层面加以验证，有望为CAC的防治提供二代益生菌Akk辅助干预新策略。

该研究通过整合多组学测序数据，利用临床样本、CAC小鼠、肿瘤类器官及细胞系等多种模型，对Akk抑制CAC的分子机制进行了系统研究。在表型方面，利用广谱抗生素、Akk及其培养基等干预，结合16s rRNA测序，评估了Akk对CAC增殖的抑制作用。在Akk代谢物方面，利用无菌鼠，结合代谢组学测序，发现Akk来源色氨酸代谢物5-MIAA可能介导了其抑癌作用，并结合CAC小鼠、肿瘤类器官及细胞系模型，充分验证了5-MIAA抑制CAC增殖的作用。机制上，利用转录组学测序，结合抑制剂与肠上皮基因条件性敲除小鼠，系统的阐明了5-MIAA通过调控SLC26A3/pSTAT3轴抑制CAC增殖的核心机制。

1.  广谱抗生素干预减轻小鼠CAC进展

为验证肠道菌群在CAC中的作用，研究者先用广谱抗生素（Abx）干预AOM/DSS诱导的CAC小鼠。结果发现，Abx处理减轻了小鼠的体重下降，提高存活率，并减少了结肠肿瘤的数量和大小。H&E染色结果显示，Abx组小鼠结肠中高级别异型增生和腺癌的比例降低，肿瘤增殖标志物PCNA和Ki67的表达也显著减少。这说明，肠道菌群紊乱在驱动CAC肿瘤生长中具有重要作用（图1）。为进一步阐明肠道菌群与CAC之间的关系，粪便16S rRNA测序发现，抗生素处理虽然大幅降低了菌群多样性，却使Akk的相对丰度显著升高。荧光原位杂交（FISH）和Akk特异性qPCR均进一步证实了上述结果（图2）。综上，此部分结果提示Akk可能是介导Abx抗CAC作用的关键“功臣”。

图1. 广谱抗生素干预减轻小鼠CAC进展

图2. 广谱抗生素干预CAC小鼠粪便Akk丰度升高

2.  Akk及其条件培养基抑制CAC肿瘤生长

Akk产生的生物活性物质在维持宿主肠道稳态中至关重要。为探究Akk代谢物是否介导了其对CAC的抑制作用，研究者分别予AOM/DSS小鼠Akk、原始培养基（OM）或Akk条件培养基（Akk CM）干预。与模型组小鼠相比，Akk或Akk CM干预组小鼠在体重减轻、生存率和结肠缩短方面均有显著改善，而OM干预则无效果。一致地，Akk CM灌胃重现了Akk的抗肿瘤效应，减少了肿瘤数量和大小。组织学评估证实，Akk或Akk CM治疗小鼠结肠腺癌的比例降低，肿瘤组织PCNA+和Ki67+细胞显著减少。有趣的是，Akk CM并不增加结肠Akk的丰度，说明其效果并非通过促进细菌定植实现，而是由Akk分泌的活性物质所介导（图3）。这一发现将研究焦点从“菌体本身”转向了“细菌代谢物”，为后续寻找具体抑癌分子指明了方向。

图3. Akk及其条件培养基抑制CAC肿瘤生长

3. Akk产生色氨酸-吲哚代谢物5-MIAA

为了进一步破译Akk CM中的关键活性成分，研究者分别对OM和Akk CM进行了非靶向代谢组学分析。结果显示，Akk CM中氨基酸代谢通路显著富集。鉴于色氨酸代谢物在介导共生菌的抑癌效应中发挥关键作用，研究者深入分析了Akk CM中上调的色氨酸相关代谢物，并发现5-甲氧基吲哚-3-乙酸（5-MIAA）的升高最为显著。为进一步验证Akk是否能在体内代谢产5-MIAA，研究者予无菌小鼠Akk灌胃干预。结果发现，Akk定植悉生小鼠结肠中5-MIAA水平显著升高。此外，在Akk及Abx干预CAC小鼠的结肠中，5-MIAA的含量也明显上升（图4）。综上，这些结果证实Akk可代谢产生色氨酸-吲哚代谢物5-MIAA。

图4. Akk产生色氨酸-吲哚代谢物5-MIAA

4．5-MIAA抑制CAC肿瘤细胞增殖

为了探究5-MIAA对CAC肿瘤生长的作用，研究者予AOM/DSS小鼠5-MIAA灌胃干预。有趣的是，5-MIAA治疗显著改善了CAC小鼠的体重下降、死亡率和结肠缩短，同时减少CAC小鼠结肠肿瘤数量和大小，抑制肿瘤组织PCNA和Ki67的表达。为进一步验证5-MIAA对CAC的抑制作用，研究者体外构建了小鼠CAC肿瘤类器官并予5-MIAA干预。结果提示，5-MIAA组类器官面积明显减小，出芽率增加。组织学评估证实5-MIAA抑制了CAC类器官的异型增生，并下调PCNA的表达。在人结直肠癌Caco2细胞中，5-MIAA能有效对抗炎症因子TNFα诱导的增殖效应，减少EdU阳性细胞比例、抑制集落形成并降低细胞活力（图5）。综上，此部分结果表明Akk来源的5-MIAA可抑制CAC肿瘤细胞增殖。

图5. 5-MIAA抑制CAC肿瘤细胞增殖

5. 5-MIAA上调结肠SLC26A3表达以抑制CAC增殖

为揭示5-MIAA的作用靶点，小鼠结肠组织转录组测序提示，5-MIAA处理后Slc26a3基因的表达显著上调。SLC26A3是一种在结肠上皮表达的Cl-/HCO3-交换体，与肠道稳态密切相关。免疫荧光进一步证明，CAC患者肿瘤组织中SLC26A3表达明显低于癌旁组织。5-MIAA干预可恢复CAC小鼠结肠上皮细胞SLC26A3水平，并改善肠道屏障功能；在CAC类器官和Caco2细胞中，5-MIAA同样能够上调SLC26A3表达（图6）。有趣的是，在使用SLC26A3抑制剂或肠上皮特异性敲除Slc26a3后，5-MIAA的抗增殖效应几乎完全消失（图7）。此部分结果证明，SLC26A3是5-MIAA发挥抗CAC作用的关键靶点。

图6. 5-MIAA上调结肠上皮细胞SLC26A3表达

图7. 5-MIAA通过上调SLC26A3表达抑制CAC增殖

6. SLC26A3抗CAC增殖作用依赖于STAT3通路

既往报道肿瘤微环境异常pH可触发肠上皮信号转导和转录激活因子3（STAT3）的转录活性。鉴于SLC26A3参与调节肠上皮细胞的酸碱稳态，研究者推测SLC26A3可能通过调节STAT3信号来抑制CAC增殖。有趣的是，5-MIAA处理可显著降低小鼠结肠上皮细胞、类器官以及Caco2细胞中磷酸化STAT3（pSTAT3）的水平。而这种作用在抑制SLC26A3或敲除Slc26a3后消失，说明5-MIAA依赖SLC26A3以关闭STAT3信号（图8）。进一步，使用STAT3抑制剂可抵消5-MIAA的体外抗增殖效应；在肠道上皮特异性敲除Stat3的小鼠中，5-MIAA也无法抑制CAC肿瘤细胞增殖（图9）。

图8.5-MIAA抑制肠上皮细胞STAT3活化

图9.5-MIAA通过下调pSTAT3表达抑制CAC增殖

综上所述，该研究首次发现母乳来源Akk Am06菌株可产生一种色氨酸-吲哚代谢物5-MIAA，并证实5-MIAA可通过调控肠上皮细胞SLC26A3/pSTAT3信号轴，进而抑制CAC肿瘤细胞的增殖活性。该成果提示外源补充Akk或其生物活性代谢物有望为CAC的临床防治提供二代益生菌辅助干预新策略与新靶点。