編者按：
2020 年 12 月 21 日，國內著名英文期刊 Protein & Cell 與熱心腸研究院合作，成功舉辦了“Protein & Cell 人類微生物組?？€上論壇”活動。今天我們特別整理發(fā)布來自上海市第六人民醫(yī)院轉化醫(yī)學中心助理研究員鄭曉皎的演講視頻及圖文實錄，并在今天推送的第三條內容中發(fā)布翻譯的綜述譯稿，希望能助你漲知識。
各位專家，各位老師大家好。我是來自上海交通大學附屬第六人民醫(yī)院轉化醫(yī)學中心賈偉教授團隊的鄭小皎。今天感謝 Protein&Cell 雜志對我們研究的認可，讓我有機會和大家一起探討消化系統(tǒng)腫瘤和腸道菌群的話題。
我們知道結直腸癌和肝癌無論在世界范圍還是在中國范圍內，都有極高的發(fā)病率和致死率。這兩大惡性腫瘤共同的發(fā)病因素包括了遺傳、病毒感染、長期不良的生活習慣比如酗酒、吸煙、高脂高糖飲食等等。
現在大量的報道支持了腸道菌群的調控是和結直腸癌和肝癌的發(fā)展密切相關。當腸道菌群的結構發(fā)生病理性的改變時會誘發(fā)腸道的炎癥，這可能是腸癌和肝癌共同的幕后推手。
就此，我們就在 Protein&Cell 雜志上總結了腸癌和肝癌發(fā)展過程當中腸道菌群的變化，特別指出了腸道菌群和炎癥的相關性，總結了哪些菌是促炎的，哪些菌是抗炎的。
我們知道肝臟和腸道本身在解剖結構和生物學功能上都有著極其密切的聯系。腸道里的物質會經由門靜脈到達肝臟，經過肝臟的加工代謝，又通過膽囊、膽管排入十二指腸，十二指腸里的部分物質又會重新回到肝臟，以此形成了肝腸循環(huán)。
在正常情況下，腸道和肝臟是人體抵御外界有毒有害物質的兩大器官。但是當人體受到損害，腸道菌群發(fā)生紊亂，腸道會產生大量的炎癥反應，使得腸屏障功能下降，腸道里的物質大量涌入肝臟，誘導了肝臟的免疫炎癥反應，使得器官受損，產生了癌癥。
已經報道的和結直腸癌相關的菌群，最典型的包括了具核梭桿菌、攜帶 pks 的大腸桿菌、脆弱擬桿菌和硫代謝相關的菌。
和肝癌相關的菌群，正如我們剛剛說的，主要是由于腸道通透性的增加導致了腸滲漏，那么細菌相關的物質就涌入了肝臟。這些物質包括了腸道菌的碎片，比如革蘭氏陰性菌產生的 LPS、革蘭氏陽性菌產生的 LTA，另外有腸道菌的有害代謝物比如 TMAO、膽汁酸。
下面我將具體就腸道菌和膽汁酸和大家做展開的探討。
我們知道膽汁酸是人體膽汁的重要成分，在人體內發(fā)揮著消化脂肪、吸收的功能。現在越來越多的報道顯示，膽汁酸是人體重要的信號分子，在各個器官發(fā)生著重要的作用。
我們正常人的膽汁酸池大約是 3~5 克，每天進行著 8~12 次的肝腸循環(huán)，其中有 95%的膽汁酸參與循環(huán)代謝，剩余 5%會通過糞便和尿液排出體外。所以肝臟每天就負責合成這 5%的膽酸，來維持膽汁酸池的穩(wěn)定性。
在肝臟里是以膽固醇為原料，經過肝酶的步步代謝，最終合成了結合型的初級膽汁酸排入腸道。腸道中的膽汁酸經過腸道菌群的多步代謝，構成了膽汁酸譜的豐富多樣性。
那么我們來具體看一下，膽汁酸是如何經過腸道菌群代謝的。
結合型的膽汁酸進入腸道以后，首先由富含膽鹽水解酶的腸道菌，將結合型的膽汁酸代謝成非結合型的膽汁酸，這些富含膽鹽水解酶的菌群包括了有擬桿菌、梭菌、乳酸桿菌、雙歧桿菌、李斯特菌等等。
進一步，腸道菌群對膽汁酸骨架結構上的，主要是 7 位，也有 3 位、6 位、12 位上的羥基進行修飾，進行脫羥基、脫氫、異構化等功能，最終形成了次級膽汁酸。參與這些代謝的菌群包括了擬桿菌、梭菌、埃希氏菌、瘤胃球菌等等。
接下來我和大家簡單介紹一下膽汁酸誘發(fā)結直腸癌的機制。
膽汁酸，特別是次級膽汁酸，由于它的脂溶性，能夠和細胞膜結合釋放花生四烯酸，促進 ROS（活性氧） 的產生，誘導 DNA 損傷。
另外膽汁酸還可以介導炎癥反應，還可以通過一系列的信號傳導，促進腫瘤的增殖、抑制腫瘤細胞的凋亡。
類似的，膽汁酸也可以引起肝癌，也是通過和 ROS 有關的 DNA 損傷、炎癥反應、腫瘤細胞的增殖、抑制凋亡有關的機制。
在這里特別值得指出的是，膽汁酸在肝臟里的重要核受體 FXR 在肝病的發(fā)生過程當中是低表達的。
由于 FXR 受體本身調控著肝臟膽汁酸的合成和轉運，所以當 FXR 低表達時，它對肝臟膽汁酸合成的負反饋調節(jié)下降了。所以肝臟的膽汁酸大量的合成。
另外一方面，由門靜脈進入肝臟的膽汁酸轉運體是高表達的，而膽汁酸出肝臟的兩條途徑——進入膽囊和進入循環(huán)系統(tǒng)的兩大轉運體是低表達的。
綜合下來我們可以看到，膽汁酸在肝內的合成增加、入肝增加，而出肝的兩扇大門被關閉，所以造成了膽汁酸在肝臟里的大量蓄積，誘發(fā)了炎癥、DNA 損傷，最終導致肝癌。
下面想和大家分享一下我們課題組有關消化道腫瘤方面的一些研究進展。
首先是肝癌。在肝癌方面，我們利用了一種 STAM 的肝病小鼠模型。在這個模型中，能依次誘導出脂肪性肝炎、纖維化，最終導致肝癌。
我們在小鼠出生的第 2 天給小鼠注射鏈脲霉素。第4周開始，給小鼠飼喂高脂飼料。在這樣的小鼠模型中，第 7 到第 8 周左右就會出現 NASH（非酒精性脂肪肝炎），在第 16~20 周會出現肝癌。
我們發(fā)現，在肝病進展的過程當中，腸道菌群發(fā)生了劇烈的變化。特別是兩種革蘭氏陰性的擬桿菌和一種瘤胃球菌，在模型組顯著的升高。
這些菌的變化能介導 LPS 的產生，使得肝臟發(fā)生炎癥。另外一方面，它們還可以參與膽汁酸的代謝。所以在模型組里，肝臟的膽汁酸是顯著的升高的。
另外我們還有一個高脂誘導肥胖的小鼠模型。我們在這個模型中發(fā)現，當小鼠飼喂高脂飼料到達 58 周的時候，有部分的小鼠出現了肝臟腫瘤。
因此我們去比較了出現肝臟腫瘤和沒有出現肝臟腫瘤兩組小鼠的肝臟的膽汁酸，發(fā)現在腫瘤組，肝臟的膽汁酸是顯著高于沒有腫瘤的，可見膽汁酸和肝癌的重要的密切的聯系。
因此，我們把降低肝臟的膽汁酸作為治療肝癌的一個途徑。我們給小鼠用了一種藥，叫消膽胺。
消膽胺在臨床上是治療高脂血癥的，它其實是一個陰離子樹脂，可以結合體內的膽汁酸，促進膽汁酸的排泄。在我們的研究中發(fā)現，給予 STAM 小鼠模型飼喂消膽胺以后，肝內的膽汁酸是顯著的下降。同時也觀察到了肝腫瘤得到了緩解。
此外，我們還對大量的臨床的肝病樣本進行了代謝組學的檢測。我們發(fā)現，用少量的臨床指標或者是少量的代謝物的指標去構建模型，可以很好的去對肝癌、肝病進行診斷?？梢愿嬖V你，你是否得了肝病、是否有肝硬化以及你肝纖維化的分級。
這樣的模型，我們和目前臨床已經公認的模型去比較，發(fā)現它的靈敏度和特異性都是優(yōu)于目前的模型的?；谶@些模型，我們構建了肝臟健康評估的平臺，只要輸入這些已知的指標，就能告訴你你的肝臟狀態(tài)是如何的，給出評分。我們也希望這樣的模型，在臨床上得到應用。
接下來是胃癌相關的正在進行的一個研究。
在臨床上，十二指腸胃反流是胃癌發(fā)生的獨立因素。所以我們試圖去探究十二指腸胃反流和胃癌發(fā)生的相關性。
我們在臨床上收集了正常人、反流病人以及胃癌病人的胃液，進行了代謝物和腸道菌群的檢測。
我們發(fā)現在代謝物層面上，總膽汁酸——特別是結合型的膽汁酸，在反流組和胃癌病人中是顯著升高的。
在菌群方面，我們觀察到了反流組和胃癌組的 LPS 功能的菌是顯著上升的。同時我們也觀察到了一系列的菌種，比如 Pm 菌，在反流組和胃癌組有特異性的升高。
我們接著進行了細胞和機制的實驗，發(fā)現結合型膽汁酸——特別是 TDCA， 和 LPS 能夠顯著的促進細胞的增殖和細胞克隆的形成。
這樣的發(fā)現，我們同時在正常的胃上皮細胞和胃癌細胞中都得到了觀察。
在機制方面的研究，我們發(fā)現，TDCA 和 LPS 能夠促進胃上皮細胞的 IL-6/JAK-STAT3 的信號通路，以此促進胃癌的發(fā)生。
接著我們在細胞實驗里面加入了隱丹參酮。隱丹參酮是一種從丹參中分離得到的，具有抗菌、抗炎效果的單體。也有文獻報道，它是具有抑制 STAT3 磷酸化的效果。所以我們將其加入細胞中后，果然也觀察到了隱丹參酮能夠抑制 TDCA 和 LPS 激動的 STAT3 的磷酸化，發(fā)揮潛在的對于胃癌治療的效果。
這項研究的動物實驗還在進行中，但是我們已經觀察到了初步的效果，比如 TDCA 和 LPS 能夠促進胃內的白介素-6 的生成，促進胃癌的發(fā)生。剛剛提到的產 LPS 的 Pm 菌，能夠促進體內白介素-6 的生成和胃癌的發(fā)生。
此外我們還造了小鼠的胃腸吻合手術去模擬十二指腸反流的現象，并在這個模型中給小鼠服用了隱丹參酮，我們也期待著能看到隱丹參酮對于胃癌的緩解效果。
最后我想和大家分享一下我在研究過程當中和腸道菌群相識、相知的一些有趣的小故事。
追溯到 2008 年，在我讀博的第一年，中國當時爆發(fā)了一個震驚世界的丑聞，就是三鹿毒奶粉事件。
當時以三鹿奶粉公司為首的一系列的嬰幼兒奶粉廠家，它們?yōu)榱朔欠ǖ哪怖?，在嬰幼兒奶粉中加入了三聚氰胺這樣一個化學物質。當時服用這個奶粉的孩子波及到了中國數萬的兒童。這些兒童有出現腎衰竭、腎積水、腎結石甚至有死亡的案例。
我們當時試圖運用代謝組學的手段去探究三聚氰胺致腎毒性的機理。我們驚訝的發(fā)現，在波動的代謝物中，有大于 60%的代謝物都指向了腸道菌群代謝。由此展開了我對于腸道菌群的學習和研究。
在進一步的抽絲剝繭的過程當中，我們果然發(fā)現了三聚氰胺的腎毒性是和腸道菌群代謝有密切的關系。它本身是一個毒性比較低的物質，只有當它和它本身的代謝物三聚氰酸在腎小管里結合，就能形成大分子的網狀的晶體結構，阻塞腎小管，形成腎結石。而當這樣一個代謝功能被抑制的時候，三聚氰胺的腎毒性會大大的下降。
接著我們就針對腸道菌群開展了一系列的研究，發(fā)覺腸道菌群是和代謝性疾病密切相關。
當時我身邊也有很多注重健康、愛美的朋友，在嘗試用飲食調節(jié)的方式來改善自己的生活，比方說他們嘗試輕斷食、嘗試辟谷。
所以我們在小鼠模型中不但造了高脂飲食誘導的小鼠模型，還制造了能量限制、近似辟谷的小鼠模型，確實觀察到了腸道菌群發(fā)生了很大的波動。在代謝物中，特別有一類膽汁酸類的物質波動異常的明顯，和飲食非常相關。
此外，我們還在生活中觀察到一個現象，就是大家有沒有注意到我們經常吃的豬肉和豬肝，雖然豬很胖，但是豬肝很少像鵝肝一樣會有脂肪肝的現象。
我們也去誘導豬發(fā)生糖尿病，給豬飼喂高脂高糖飼料超過半年。但是豬雖然胖，但是它的血糖始終維持在一個很穩(wěn)定的狀態(tài)。因此我們就很好奇，到底豬體內是一個怎樣強大的機制去維持著它的血糖穩(wěn)定，是不是和腸道菌群和膽酸有關。那么這樣強大的機制是不是能為我們人所用呢？
所以我們就對豬和人的腸道菌群以及代謝譜進行了檢測。我們驚訝的發(fā)現，在豬體內有一類膽汁酸，我們稱之為豬膽酸系列，它能達到豬總膽酸的70%以上。而這類膽酸在人里面是非常低的。
更有趣的是，這類膽酸在糖尿病人中和正常人相比是顯著的下降的。所以我們就把這類膽酸進行了后續(xù)的一系列分子機制的研究，發(fā)覺果然豬膽酸能夠刺激腸道 L 細胞分泌 GLP-1 來調控血糖。
我們也把這類物質去飼喂了糖尿病小鼠的模型，也發(fā)現了有很好的治療糖尿病的效果。我想這類物質以后也可能是治療糖尿病的潛在的分子。
以上就是我和腸道菌群相知、相識的故事，我想這就是腸道菌群研究的魅力，雖然它好像很復雜，深不可測，但是它又非常接地氣的存在于我們生活的方方面面，促使著我們去探究它，去揭開它的神秘面紗。
以上就是我今天的匯報。以上所有的工作都離不開賈偉教授團隊所有師生的辛勤和努力。也感謝合作團隊予以的指導和幫助。最后感謝大家今天的聆聽，謝謝！
