迈维速递｜2023年5月高分代谢组学文献精选

Nature｜肿瘤细胞通过外泌体与外泌颗粒诱导肝脏代谢功能障碍

癌症可以被认为是一种由可溶性因子释放所介导的全身性疾病。实际上，癌症会改变多个器官的功能，包括那些未被转移的器官。例如，肿瘤来源的细胞外囊泡与颗粒（EVP）能够在多个未被转移器官中建立转移前微环境，并重新编程细胞功能。在癌症进展过程中，没有发生癌症转移的肝脏功能的重编程尚未得到广泛研究。然而，肝脏已被确定为肿瘤来源的EVP的主要靶器官之一，那么，EVP如何影响和改变肝脏的功能呢？

2023年5月24日，威尔康奈尔医学院David Lyden教授实验室发表了相关研究成果。在这项研究中，研究团队通过对多种小鼠肿瘤模型和来自癌症患者的肝脏组织进行多组学分析，证明了肿瘤来源的细胞外囊泡与颗粒（EVP）中的饱和脂肪酸诱导代谢失调，从而促进脂肪肝的形成，并降低肝脏的药物代谢能力。

该研究表明，炎症、脂肪肝和代谢失调是小鼠模型和肝外转移患者全身性肝脏病变的标志。研究团队发现，肿瘤来源的EVP是癌症诱导的肝脏重编程的关键介质，而敲除Rab27a可以减少肿瘤分泌EVP，从而逆转这一过程。肿瘤EVP中携带的的脂肪酸货物，特别是棕榈酸，能够诱导Kupffer细胞分泌肿瘤坏死因子（TNF），产生促炎微环境，抑制脂肪酸代谢和氧化磷酸化，促进脂肪肝的形成。值得注意的是，清除Kupffer细胞或通过单克隆抗体阻断TNF，可显著减少肿瘤诱导的脂肪肝的产生。肿瘤植入或肿瘤EVP预处理，以TNF依赖的方式降低细胞色素P450基因表达并减弱药物代谢。

研究团队还在未发生肝脏转移的胰腺癌患者的肝脏中观察到了脂肪肝和细胞色素P450的表达降低，而这些患者在后来发生了肝外转移，突出了这项研究结果的临床相关性。

总的来说，这些研究结果揭示了肿瘤源性EVP如何导致肝脏代谢功能的失调，及其靶向潜力，与TNF抑制一起，可以防止癌症患者的脂肪肝形成并提高化疗效果。

参考文献

Tumour extracellular vesicles and particles induce liver metabolic dysfunction

Cancer Cell｜肿瘤内T细胞胆固醇缺陷的机制和功能重要性

靶向胆固醇代谢治疗癌症的概念已在临床上得到广泛测试，但益处不大，需要全面了解肿瘤细胞中的胆固醇代谢，研究人员分析了肿瘤微环境中的胆固醇图谱，发现肿瘤内T细胞存在胆固醇缺乏，而免疫抑制性骨髓细胞和肿瘤细胞显示出胆固醇丰富。低胆固醇水平抑制T细胞增殖并引起自噬介导的细胞凋亡，特别是对于细胞毒性T细胞。

在肿瘤微环境中，氧化甾醇介导LXR和SREBP2途径的相互改变，导致T细胞胆固醇缺乏，随后导致异常代谢和信号通路，从而驱动T细胞衰竭/功能障碍。嵌合抗原受体T（CAR-T）细胞中LXRβ的缺失可改善对实体瘤的抗肿瘤功能。由于T细胞胆固醇代谢和氧化甾醇通常与其他疾病有关，新的机制和胆固醇正常化策略可能在其他地方有潜在的应用。

在这项最新研究中，研究团队使用不同的荧光探针，采用流式细胞术测定肿瘤微环境中不同细胞群的胆固醇水平。同时，他们还通过测量活细胞吸收荧光标记脂蛋白的能力来测定胆固醇的摄取。这种实验策略被应用于从小鼠和人类肝癌和结直肠癌组织中分离的肿瘤细胞。从这些实验中产生的数据被结合起来建立一个全面的肿瘤微环境胆固醇图谱。

通过对肿瘤微环境胆固醇图谱的表征，研究团队发现了肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）中存在胆固醇缺乏，而免疫抑制性骨髓细胞和肿瘤细胞中则具有丰富的胆固醇，并消耗了大部分环境胆固醇。与CD4+辅助细胞相比，胆固醇缺失对CD8+细胞毒性T细胞增殖和存活的影响更为严重。

更重要的是，该研究还发现，通过CRISPR-Cas9基因编辑技术删除CAR-T细胞中的LXRβ，会导致其对实体瘤的抗肿瘤功能增强，而且这不会导致CAR-T细胞过继转移后不受控制的增殖或长期滞留。

参考文献

Exhaustion-associated cholesterol deficiency dampens the cytotoxic arm of antitumor immunity

Nature Communications｜空间分辨多组学强调胃癌细胞特异性代谢重塑和相互作用

胃癌是世界上最常见的恶性疾病之一，代谢组学和转录组学在均质化病变组织上的应用可以提高对胃癌生物学的理解，但在样品预处理过程中，组织结构的分子信息遭到损失。

为了解胃肿瘤微环境中肿瘤内代谢重塑和相互作用，研究人员提出了一种空间分辨的多组学方法来整合异质性肿瘤组织中的多层分子信息。将7例胃癌组织切成10 μm冷冻切片，分别进行基于AFADESI-MSI的SM和基于MALDI-MSI的SL分析，其中4例进行10× Genomics vision的ST分析。为整合不同组学数据，本研究采用的空间分辨率设置为100 μm。从图中可以看出，胃癌标本除肿瘤组织外，还包括肿瘤与腺混合组织、正常上皮、肠化生、淋巴滤泡、肌层粘膜、瘤周肌层、固有层、含血组织和结缔组织。其他代表性胃癌标本的组织学图像也显示出明显的肿瘤内异质性。

基于区域特异性代谢物和脂质指纹图谱构建数据驱动的组织切片分割图，将具有相似代谢物和脂质特征的不同组织区域分组并赋予特定颜色。胃癌切片不同组织区域呈现出明显的颜色多样性，从冷蓝色到热红色，提示代谢物和脂质在空间表达上存在显著差异。研究人员进一步开展了基于组织代谢物和脂质的空间表达的无监督概率潜在语义分析(PLSA)。将所有检测到的变量分解为五个基本分量，以显示组织代谢物和脂质的主要空间特征。成分1代表在肠化生和肿瘤组织中显著上调的代谢物和脂质。组分2和组分3分别表征结缔组织和肌层粘膜中高表达的代谢物和脂质。组分4表示一类代谢产物和脂质在肿瘤和腺体混合组织中上调。这些结果表明胃癌组织中存在显著的肿瘤内代谢组学和脂质组学异质性。

总之，研究人员提出了基于质谱成像的空间代谢组学和脂质组学与基于微阵列的空间转录组学的整合方法，绘制了肿瘤内异质性的高度整合图像，在系统水平上改变了对癌症代谢的理解，有助于开发设计新的肿瘤诊断和治疗策略。

参考文献

Spatially resolved multi-omics highlights cell-specific metabolic remodeling and interactions in gastric cancer

Microbiome｜肿瘤菌群中的致病共生菌可预测结直肠癌术后的预后

肠道微生物群与结直肠癌（CRC）的发病机制有关。本研究的目的是绘制结直肠癌粘膜微生物群和代谢组图，并确定肿瘤微生物群对肿瘤预后的影响。

研究共纳入135名接受手术切除的结直肠癌患者，鉴定出5个黏膜菌群簇在肿瘤和正常粘膜间存在显著差异，簇7（含具核梭杆菌和毗邻颗粒链菌）与肿瘤正相关，其肿瘤丰度可独立预测较好的无病生存率；簇1（含普氏栖粪杆菌和活泼瘤胃球菌）与肿瘤负相关，其肿瘤丰度可独立预测较差的无病生存率。UPLC-MS分析显示了两个主要的代谢簇，簇1由中/长/超长链脂肪酸、鞘磷脂和溶血磷脂组成，与肿瘤负相关；簇2由磷脂酰胆碱、核苷和氨基酸组成，与肿瘤正相关，但是代谢物簇与无病生存率无关。Met 1与DNA错配修复缺陷之间存在关联，FBXW7突变仅在微生物簇7中占优势的癌症中发现。

参考文献

Pathobionts in the tumour microbiota predict survival following resection for colorectal cancer

Journal of Hepatology｜肠道时钟重编程节律性肝脏代谢

在哺乳动物中，昼夜节律钟几乎存在于每个组织和每个细胞中，以自我维持(或细胞自主)的方式发挥作用，并依赖于各种核心时钟基因的互锁转录-翻译反馈回路。在主循环中，BMAL1/CLOCK异源二聚体激活Pers和Crys的转录，其蛋白产物反过来反作用BMAL1/CLOCK，这是一种负反馈机制。

2023年5月22日，广州中医药大学吴宝剑、郑州大学Yang Jing及南方科技大学Liu Kaisheng共同通讯在Journal of Hepatology（IF=30）在线发表题为“Reprogramming of rhythmic liver metabolism by intestinal clock”的研究论文， 该研究表明肠道时钟可以重编程节律性肝脏代谢。Bmal1-iKO引起小鼠肝脏节律转录组的大规模重编程，对其时钟的影响有限。在缺乏肠道Bmal1的情况下，肝脏时钟对倒饲和高脂肪饮食的夹带具有的抵抗力。

重要的是，Bmal1-iKO通过在暗期从脂肪生成转变为糖异生来重塑昼夜肝脏代谢，导致葡萄糖生成升高(高血糖)和胰岛素不敏感。相反，Rev-erba-iko在轻度阶段引起糖异生向脂肪生成的转移，导致脂肪生成增强和酒精性肝损伤的易感性增加。这些时间转移归因于肝脏SREBP-1c节律性的破坏，这是在局部时钟控制下由肠道FADS1/2产生的肠源性多不饱和脂肪酸维持的。

总之，该研究确立了肠道时钟在决定肝脏节律和昼夜代谢方面的关键作用，并建议将肠道节律作为改善代谢健康的新途径。

参考文献

Reprogramming of rhythmic liver metabolism by intestinal clock

Advanced Science｜癌症纳米炸弹上调PD-L1表达并刺激更强免疫应答

癌症免疫疗法在癌症治疗中受到越来越多的关注。尽管免疫疗法取得了巨大进展，但患者反应率不足的问题仍然阻碍了其临床应用。为了提高反应率，传统的放化疗通常与临床免疫治疗相结合。然而，这些传统治疗可能会导致免疫抑制，使情况变得更糟，对免疫治疗的反应率较低。最近的研究表明，免疫原性差和树突状细胞（DCs）的低效成熟在对癌症治疗的低反应中起重要作用。因此，增强肿瘤部位的免疫原性并促进抗原呈递细胞（APC）的成熟对于激活肿瘤免疫至关重要。

本研究设计了一种在轴向位置具有两个ART分子的Oxa铂（IV）（Pt（IV））前体药物（指定为Artoxplatin，方案1A）。Artoxplatin可以在癌细胞中还原以释放Oxa和ART。值得注意的是，一方面，释放的Oxa可导致细胞凋亡和细胞死亡以及ICD效应。另一方面，ART可以通过芬顿反应被细胞内Fe2+/Fe3+催化，以产生更多的氧自由基。随后，这些自由基破坏癌细胞内的DNA、蛋白质、脂质等，从而杀死癌细胞。因此，阿托铂实际上可以进一步被认为是癌症炸弹，细胞中的铁离子可以被视为点火器。

结果表明，自组装纳米弹IG可以放大ICD效应，促进DC成熟，最终引发强大的抗肿瘤免疫力。此外，纳米炸弹IG与PD-L1单克隆抗体联合使用，显著抑制CT26皮下肿瘤的生长，表现出强大的抗肿瘤免疫作用。

参考文献

Cancer Nanobombs Delivering Artoxplatin with a Polyigniter Bearing Hydrophobic Ferrocene Units Upregulate PD-L1 Expression and Stimulate Stronger Anticancer Immunity

Reaearch｜肠道中E. rectale菌通过L-丝氨酸介导的NK细胞活化提高PD-1单抗免疫治疗黑色素瘤的疗效

自然杀伤（NK）细胞作为关键的免疫细胞，在肿瘤细胞免疫逃逸和免疫治疗中起着至关重要的作用。越来越多的证据表明，肠道微生物群落会影响抗PD1免疫治疗的疗效，重塑肠道微生物群是增强晚期黑色素瘤患者抗PD1免疫治疗反应的有希望的策略；然而，该机制的细节仍然难以捉摸。

在这项研究中，研究者发现直肠真杆菌在对抗PD1免疫治疗有反应的黑色素瘤患者中显著富集，并且高直肠杆菌丰度与黑色素瘤患者的生存期更长有关。此外，给予直肠杆菌显著提高了抗PD1治疗的疗效，提高了荷瘤小鼠的总生存率;此外，直肠杆菌的应用导致NK细胞在肿瘤微环境中的显著积累。有趣的是，从直肠杆菌培养系统中分离的条件培养基增强了NK细胞功能。气相色谱-质谱/超高效液相色谱-串联质谱代谢组学分析表明，直肠苜蓿组L-丝氨酸产量显著降低;此外，给予L-丝氨酸合成抑制剂显著增加了NK细胞活化，从而增强了抗PD1免疫治疗效果。从机制上讲，补充l-丝氨酸或应用l-丝氨酸合成抑制剂会影响通过Fos/Fosl的NK细胞活化。

总之，该研究结果揭示了细菌调节丝氨酸代谢信号在NK细胞活化中的作用，并为提高抗PD1免疫治疗黑色素瘤的疗效提供了一种新的治疗策略。

参考文献

Eubacterium rectale improves the efficacy of anti-PD1 immunotherapy in melanoma via L-serine-mediated NK-cell activation

Hepatology｜粪便微生物组和代谢组学联合分析可区分非肝硬化NASH与健康人群

人们对于识别微生物组特征作为非肝硬化NASH纤维化的可靠的非侵入性诊断或预后生物标志物具有极大的兴趣。一些横断面研究报告了与晚期NASH纤维化和肝硬化相关的肠道微生物组特征，其中最突出的特征与肝硬化相关。然而，目前还没有大型的、前瞻性收集的数据，以建立辨别非肝硬化NASH纤维化的微生物组特征，整合粪便代谢组作为疾病生物标志物，并且不受BMI和年龄的影响。

本研究对REGENERATE I303研究中登记的279名美国活检证实的NASH（F1-F3纤维化）患者的粪便样本进行宏基因组测序，其结果与三个健康对照组的结果进行了比较，并与粪便胆汁酸的绝对定量进行整合。

微生物群的β-多样性是不同的，BMI和年龄校正后的逻辑回归分析确定了12种与NASH相关的物种。随机森林预测模型在ROC分析中得出的AUC为0.75至0.81。此外，特定的粪便胆汁酸在NASH中明显降低，并与血浆C4水平相关。微生物基因丰度分析显示，对照组有127个基因增加，许多涉及蛋白质合成，而NASH有362个基因增加，许多涉及细菌环境反应（FDR < 0.01）。

最后，研究者提供证据表明，粪便胆汁酸水平可能与血浆胆汁酸或肠道微生物组特征相比，能更好地鉴别非肝硬化NASH和健康人。这些结果可能具有作为一组非肝硬化NASH基线特征的价值，可以比较预防肝硬化的治疗干预措施，并确定基于微生物组的诊断生物标志物。

参考文献

An Integrated Analysis of Fecal Microbiome and Metabolomic Features Distinguish Noncirrhotic NASH from Healthy Control Populations

Alzheimers Dement｜脑脊液的大规模蛋白质组和代谢组分析表明阿尔茨海默病中葡萄糖、碳代谢以及琥珀酰肉碱的改变

阿尔茨海默病（AD）的一个标志是大脑中蛋白质（淀粉样蛋白[A]和过度磷酸化的tau蛋白[T]）的聚集，因此研究脑脊液中的蛋白特别有趣。

本研究对不同AT病理的参与者进行了脑脊液蛋白质组分析（137名参与者；915个蛋白质），以及9个神经退行性变和神经炎症的脑脊液生物标志物检测。

研究者鉴定出61种与AT类显著相关的蛋白和636个显著的蛋白质-生物标志物关联。来自葡萄糖和碳代谢途径的蛋白质在淀粉样蛋白和tau相关蛋白中富集，包括苹果酸脱氢酶和醛缩酶A，其与tau的关联在一个独立队列中得到了重复(n = 717)。脑脊液代谢组学鉴定并复制了琥珀酰肉碱与磷酸化tau和其他生物标志物的关联。

这些结果暗示葡萄糖和碳代谢失调以及脑脊液琥珀酰肉碱水平升高与AD的淀粉样蛋白和tau病理有关。

参考文献

Large-scale proteome and metabolome analysis of CSF implicates altered glucose and carbon metabolism

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