《自然·代谢》：复旦大学附属闵行医院团队发现，热量限制的抗肿瘤效果依赖于肠道菌群

长期以来，过度饮食被科学界公认为是促进癌症的主要因素[1]。在保证营养充足的前提下，限制热量摄入（Calorie restriction，CR）和间歇性禁食（Intermittent fasting，IF）可降低患癌风险，且能重塑肠道微生物群。然而，肠道微生物群是否参与了CR或IF的抗肿瘤效应？作用机制是什么？

最近，《自然·代谢》杂志刊登了一项重要的研究成果[2]，表明CR（而非IF）依赖于肠道微生物群来抑制肿瘤形成。

复旦大学附属闵行医院的王立顺、韩冰及其研究团队发现，CR能够上调肠道双歧杆菌（Bifidobacterium，B. bifidum）丰度，并在B. bifidum的介导下，CR导致肿瘤微环境中的IFN-γ+CD8+T细胞数量增多。这种抗肿瘤效果可能与B. bifidum的代谢产物乙酸盐的水平升高相关。进行CR或者补充B. bifidum，均能够显著抑制结直肠癌小鼠的肿瘤生长。

该研究完善了肿瘤生长动力学和癌症免疫监视理论，具有重要的癌症预防指导意义。

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首先，研究人员构建皮下MC38腺癌小鼠模型，并使用广谱抗生素（ABX）以清除肠道微生物菌群，接着将小鼠分组：(1)自主饮食组（AL组）；(2)CR组；(3)IF组；(4)ABX+AL组；(5)ABX+CR组；(6)ABX+IF组。CR组的摄入热量为AL组的60%，IF组每周维持禁食48小时，且总热量摄入与CR组相等。

结果发现，与AL组相比，CR组与IF组肿瘤生长显著被抑制（图1）。不过，CR组所表现的抗肿瘤效应在ABX+CR组显著减弱；然而，相较于IF组，ABX+IF组的抗肿瘤效应却未明显减弱（图1）。由此可推论，肠道微生物群可能影响CR的抗肿瘤效应，对IF无明显影响。

图1：不同组MC38腺癌细胞种植后肿瘤体积变化

随后，研究组采用粪便微生物群移植法（FMT），分别从CR组、IF组或AL组小鼠提取粪便微生物群，移植到ABX小鼠，随后皮下注射MC38腺癌细胞。结果发现，与接受IF组或AL组粪便移植的小鼠相比，接受CR组粪便移植的小鼠的肿瘤体积和重量显著降低（图2）。这再次说明，肠道微生物群可能是CR抗肿瘤效应的重要介质。

图2：不同FMT组肿瘤体积及重量变化

随后，研究团队收集了各组小鼠的粪便，并进行了16S rRNA测序。结果发现，与IF组、AL组相比，CR组小鼠粪便中的双歧杆菌属（Bifidobacterium，B. bifidum）的构成比例明显上调，并且随着CR时间的延长动态上调（图3A）。

接着，研究团队通过管饲给ABX+CR组小鼠喂养B. bifidum，结果显示，这些小鼠的肿瘤生长被显著抑制（图3B-C）。另外，即使小鼠没有进行CR，在补充B. bifidum后，其肿瘤生长也受到明显抑制。也就是说，CR要想发挥抗肿瘤效应，得有肠道菌群B. bifidum在场，而补充B. bifidum可增强CR的抗肿瘤效应。

图3：(A)各组粪便中B. bifidum菌群比例；(B-C)B. bifidum对ABX+CR组肠道肿瘤的影响。

那么，CR是如何通过肠道菌群B. bifidum来发挥抗肿瘤作用的呢？

通过流式细胞学，研究团队检测了各组小鼠肿瘤组织中的免疫细胞类型及细胞因子的变化。结果发现，与AL组和IF组相比，CR组肿瘤组织中的IFN-γ+CD8+T细胞显著升高，然而，ABX的使用几乎完全抑制了IFN-γ+CD8+T细胞的升高（图4A）。在ABX+CR组，补充B. bifidum可挽回IFN-γ+CD8+T细胞的增长（图4B）。

随后，研究人员用抗CD8抗体消耗CD8+T细胞，结果发现，这导致CR组、ABX+CR+B. bifidum组的肿瘤的生长明显增快（图4C-D）。这些结果提示，B. bifidum通过CD8+T细胞介导了CR的抗肿瘤效应。

图4：(A-B)各组肿瘤组织中IFN-γ+CD8+T细胞比例变化情况；(C-D)使用抗CD8抗体后，各组肿瘤生长情况。

过去的研究提示，肠道微生物的代谢物可能调控肿瘤浸润性CD8+T细胞增强抗肿瘤效应[3,4]。于是，研究人员收集了培养B. bifidum的上清液，并通过管饲给小鼠喂养。结果发现，在ABX+CR组中，B. bifidum的上清液能够显著抑制肿瘤进展，并上调肿瘤浸润性IFN-γ+CD8+T细胞。表明B. bifidum的上清液介导了抗肿瘤效应。

进一步研究表明，B. bifidum的代谢产物乙酸盐在其上清液中显著升高。于是，为了验证乙酸盐是否为CR介导的抗肿瘤效应的重要介质，研究团队使用乙酸盐喂养ABX+CR组小鼠，发现与对照组相比，ABX+CR组小鼠CR的抗肿瘤效应恢复（图5A-B）。与此同时，乙酸盐也使肿瘤浸润性IFN-γ+CD8+T细胞比例显著升高（图5C-D）。

这些表明，B. bifidum所代谢生成的乙酸盐通过上调IFN-γ+CD8+T细胞，从而使CR发挥抗肿瘤效应。

图5：(A-B)使用乙酸盐喂养小鼠后肿瘤的生长变化；(C-D)使用乙酸盐喂养小鼠后肿瘤浸润性IFN-γ+CD8+T细胞比例变化。

该研究阐明了肠道微生物群及其代谢物在CR抗肿瘤效应中的重要作用，为癌症预防和治疗提供了饮食方面的指导。同时，IF抑制癌症的机制也值得深入研究。

参考文献：

1.Lien, E.C. and M.G. Vander Heiden, A framework for examining how diet impacts tumour metabolism. Nat Rev Cancer, 2019. 19(11): p. 651-661.

2.Mao, Y.Q., et al., The antitumour effects of caloric restriction are mediated by the gut microbiome. Nat Metab, 2023. 5(1): p. 96-110.

3.He, Y., et al., Gut microbial metabolites facilitate anticancer therapy efficacy by modulating cytotoxic CD8(+) T cell immunity. Cell Metab, 2021. 33(5): p. 988-1000 e7.

4.Zhang, S.L., et al., Pectin supplement significantly enhanced the anti-PD-1 efficacy in tumor-bearing mice humanized with gut microbiota from patients with colorectal cancer. Theranostics, 2021. 11(9): p. 4155-4170.