Innopsys激光共聚焦扫描仪助力结直肠癌靶点发现

2026-03-18 14:11:10, 环亚生物环亚生物科技有限公司

结直肠癌（CRC）作为全球范围内常见的恶性肿瘤，具有高发病率和高死亡率的显著特征。在肿瘤免疫微环境中，细胞因子参与肿瘤细胞与免疫细胞之间的异质性相互作用，例如趋化因子CXCL3在多种人类癌症中介导肿瘤细胞的分化、侵袭和迁移等过程促进肿瘤进展。另外，髓系来源抑制性细胞（MDSCs）是肿瘤免疫微环境中的重要负向调控因子，通过分泌免疫抑制细胞因子、产生代谢产物等多种方式抑制 T 细胞和自然杀伤（NK）细胞的活性，促进肿瘤免疫逃逸。然而，肠道微生物群及其代谢物是否通过细胞因子、 MDSCs 的积累和功能来影响结直肠癌进展，相关研究较为有限，需要进行深入探索，为结直肠癌的临床治疗提供新的科学依据和潜在干预靶点。

文章题目为“Gut microbial metabolite 4-hydroxybenzeneacetic acid drives colorectal cancer progression via accumulation of immunosuppressive PMN-MDSCs”于2025年4月发表在J Clin Invest杂志，作者来自于南方医科大学赵亮、丁彦青教授团队以及广州医科大学附属肿瘤医院王慧教授团队。

首先作者对临床样本进行肠道菌群分析，收集了20例CRC 患者和20例健康对照（HC）的粪便样本，通过粪便宏基因组测序，分析两组肠道菌群的α多样性（Chao1 指数、Simpson 指数）、β多样性（主坐标分析 PCoA）及差异菌种（线性判别分析 LEfSe），发现结直肠癌患者的肠道微生物多样性显著降低，并且特定菌种如具核梭杆菌（F. nucleatum）和大肠杆菌（E. coli）显著富集。

进一步培养人CRC细胞系（HCT116以及SW480），将细胞与 E.coli 或 F.nucleatum 共孵育，模拟肠道菌群与肿瘤细胞的相互作用，随后使用人细胞因子芯片检测80种不同的细胞因子和趋化因子。在芯片表面孵育共培养的细胞培养基，并加入生物素偶联的抗细胞因子抗体，清洗后加入链霉亲和素-荧光素（Streptavidin-Fluor）进行标记，最后使用法国Innopsys公司的 InnoScan激光共聚焦扫描仪（激发波长为 532nm）对芯片进行数据采集（如图1D）。结果显示：与对照组相比，粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）、生长调节致癌基因（GRO，包括 GROα、GROβ 和 GROγ）、单核细胞趋化蛋白- 1（MCP-1）、巨噬细胞迁移抑制因子（MIF）以及趋化因子CCL20显著升高。此外，通过实时荧光定量聚合酶链式反应（qPCR）和酶联免疫吸附试验（ELISA）进行验证（图1E、F、G），结果表明变化最为显著的细胞因子为巨噬细胞炎症蛋白MIP-3α（即 CCL20）和生长调节致癌基因GROγ（即 CXCL3）。

图1：（A）采用 Chao1 指数和 Simpson 指数对结直肠癌组（CRC 组，n=20）和健康对照组（HC 组，n=20）进行α多样性分析。（B）在物种水平上对结直肠癌组（n=20）和健康对照组（n=20）进行主坐标分析（Principal Coordinate Analysis，PCoA）。（C）采用线性判别分析效应量法（discriminant analysis effect size，LEfSe）筛选结直肠癌组（n=20）与健康对照组（n=20）间的标志物种。蓝色柱形和红色柱形分别代表在结直肠癌组和健康对照组中富集的菌群标志物种。（D）采用人细胞因子抗体芯片检测经具核梭杆菌或大肠杆菌处理后的 HCT116 细胞条件培养基（CM）中炎症因子的变化情况。方框内显示的是与免疫细胞趋化相关的差异细胞因子，方框下方为细胞因子芯片韦恩图。（E、F）实时荧光定量聚合酶链反应（qPCR）分析显示，结直肠癌细胞与具核梭杆菌、大肠杆菌共培养 6 小时后，细胞因子表达发生变化（n=3）。（G）酶联免疫吸附试验（ELISA）检测结直肠癌细胞与大肠杆菌、具核梭杆菌共培养后 CCL20 和 CXCL3 的分泌情况（n=5）。*P < 0.05，**P < 0.005，***P < 0.0005。

随后采用高分辨率气相色谱-质谱联用技术对临床样本进行代谢物检测分析（HRGC-MS），发现多个由失调菌群产生的差异代谢物，包括4-羟基苯乙酸（4-HPA），其能够显著上调结直肠癌细胞中CXCL3的表达。进一步研究表明，4-HPA通过激活JAK2/STAT3信号通路，增强STAT3磷酸化，并促进其结合到CXCL3启动子区域，从而上调CXCL3的转录水平。

在动物实验中，喂食4-HPA的小鼠表现出肿瘤内PMN-MDSCs数量显著增加，同时CD8+ T细胞功能受损。而给予绿原酸（CGA）处理后，可有效减少肠道菌群生成4-HPA，缓解免疫抑制状态。在临床晚期结直肠癌患者的肿瘤组织中，发现4-HPA含量明显升高，并且CXCL3表达与MDSCs标志物呈正相关，与CD8+ T细胞密度呈负相关。

图2. 微生物代谢产物 4 - 羟基苯乙酸（4-HPA）介导结直肠癌（CRC）免疫抑制的示意图。肠道微生物组以 4 - 羟基苯乙酸（4-HPA）为信使，调控结直肠癌细胞（CRC 细胞）中趋化因子 CXCL3 的水平，进而控制 CXCR2 阳性多形核髓系抑制细胞（CXCR2⁺ PMN-MDSCs）的聚集。聚集的多形核髓系抑制细胞（PMN-MDSCs）会抑制 CD8 阳性 T 细胞（CD8⁺ T 细胞）的抗肿瘤作用。

结论：

作者揭示肠道微生物代谢产物4-HPA通过激活JAK2/STAT3信号通路，促进结直肠癌细胞分泌趋化因子CXCL3，从而招募免疫抑制性的多形核髓源性抑制细胞（PMN-MDSCs），抑制CD8T细胞的抗肿瘤活性，最终促进结直肠癌进展及免疫抑制微环境的形成（如上图2）。

这项研究不仅深化了对肠道菌群与肿瘤免疫互作机制的理解，也为未来的精准免疫治疗提供了潜在靶点。开发特异性抑制4-HPA生成的益生菌或小分子药物以及靶向阻断CXCL3与CXCR2之间的信号传递，可考虑纳入现有的免疫治疗策略，以提高治疗疗效、延长患者生存期。

原文链接：

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40179015/

Innopsys 成立于1999年。总部位于法国，一直致力于生物医学领域相关仪器和软件的自主研发和生产。Innoscan系列扫描仪，采用先进的共聚焦PMT检测器和多激光扫描光路，可以同时进行多通道荧光检测。不仅有效降低了荧光光漂白现象以及信号损失，还可以有效缩短扫描时间。在基因组和蛋白组表达，基因突变，SNP检测，CGH，细菌病毒检测，肿瘤特异性标志筛查，病理组织筛查等方面都有非常广泛的应用。