益生菌竟能抗癌？Cell Biol Toxicol揭示乳酸杆菌来源细胞外囊泡抑制结肠癌新机制

结直肠癌是全球发病率和死亡率较高的恶性肿瘤，早期症状隐匿，多数患者确诊时已处于中晚期，治疗棘手。近年来，肠道微生物群与肿瘤的关联备受关注。过去的研究表明，肠道微生物群失衡与多种疾病包括肿瘤的发生发展密切相关。

乳酸菌作为肠道内的有益菌群，能够调节肠道微生态平衡，产生多种有益物质，如乳酸和细菌素等，具有抗氧化、抗炎和抗肿瘤等多种功能。细胞外囊泡（EVs）作为细胞间通讯的新方式，近年来受到广泛关注。EVs能够携带蛋白质、核酸等生物活性物质，在细胞间传递信息，参与多种生理和病理过程。乳酸菌来源的细胞外囊泡（LEVs）可能通过调节细胞代谢和信号通路，影响肿瘤细胞的行为，逐渐成为新的研究热点。

近日，一项发表于Cell Biol Toxicol的研究Antitumorigenic potential of Lactobacillus-derived extracellular vesicles: p53 succinylation and glycolytic reprogramming in intestinal epithelial cells via SIRT5 modulation揭示了植物乳杆菌来源的细胞外囊泡（LEVs）在抑制结肠肿瘤形成中的重要作用，为结肠癌的治疗带来了新的曙光。

研究人员首先通过体外培养植物乳杆菌，成功提取并鉴定了LEVs。LEVs呈典型的杯状囊泡形态，平均直径约为72.51 nm，且能够被结肠癌细胞Caco-2摄取。为了深入了解LEVs对结直肠癌的影响，研究人员进行了高通量测序分析，发现LEVs处理后的Caco-2细胞中有2607个基因表达发生显著变化，其中1390个基因上调，1217个基因下调。通过与TCGA数据库中结直肠癌数据进行比对，筛选出47个关键基因，这些基因可能在调控结直肠癌进展中发挥重要作用。

图1. 通过LEV的生物信息学分析选择调节结直肠癌进展的关键基因

生物信息学分析表明，SIRT5是LEVs调控结直肠癌进展的关键基因之一。在多个结肠癌细胞系中，SIRT5的表达水平明显高于正常结肠黏膜细胞系NCM460，尤其在Caco-2和SW480细胞中变化最为显著。进一步研究发现，LEVs能够下调Caco-2和SW480细胞中SIRT5的表达。细胞功能实验证实，SIRT5的表达变化与结肠癌细胞的增殖、细胞周期和糖酵解代谢密切相关。过表达SIRT5可部分逆转LEVs对细胞增殖和糖酵解的抑制作用，表明LEVs可能通过抑制SIRT5来调控结肠癌细胞的生物学行为。

图2. 通过LEV的生物信息学分析选择调节结直肠癌进展的目标基因——SIRT5

深入研究发现，SIRT5通过对p53进行去琥珀酰化修饰，影响p53的活性和功能。Co-IP实验证实，SIRT5与p53在细胞内存在相互作用，且SIRT5能够降低p53的琥珀酰化水平，从而调节p53的功能。在LEVs处理的细胞中，p53的琥珀酰化水平发生改变，影响了细胞的增殖和代谢。敲低p53表达后，LEVs对细胞增殖和糖酵解的抑制作用明显减弱，提示LEVs通过调节SIRT5/p53轴来影响结肠癌细胞的命运。

为了验证LEVs在体内的抗癌效果，研究人员构建了结肠炎相关结肠癌（CAC）小鼠模型。实验结果显示，注射LEVs的小鼠结肠息肉数量和大小明显减少，表明LEVs能够抑制结肠肿瘤的形成。进一步研究发现，LEVs通过调节SIRT5/p53轴，影响了结肠上皮细胞的增殖和糖酵解代谢，从而发挥抗癌作用。

图3. LEV介导的SIRT5/p53轴调节影响肠上皮细胞的增殖和糖酵解，从而影响结肠肿瘤的形成

研究人员收集了58例结肠癌患者的组织样本，分析发现SIRT5在肿瘤组织中的表达明显高于正常组织，而p53的琥珀酰化水平则低于正常组织。生存分析表明，SIRT5高表达患者的预后较差，而p53琥珀酰化水平高的患者预后较好。这些结果提示，SIRT5和p53琥珀酰化可能作为评估结肠癌患者预后的潜在生物标志物。

图4. 结直肠癌组织中SIRT5蛋白和乙酰化p53蛋白水平及其与预后的相关性

总体而言，本研究首次揭示了植物乳杆菌来源的细胞外囊泡通过调节SIRT5/p53轴，抑制结肠癌细胞的增殖和糖酵解代谢，从而发挥抑制结肠肿瘤形成的作用。SIRT5和p53琥珀酰化的异常表达与结肠癌患者的预后密切相关，为结肠癌的诊断和治疗提供了新的靶点和生物标志物。然而，研究也存在一定局限性，未来还需要进一步深入研究SIRT5和p53在其他癌症中的作用机制，以及LEVs影响SIRT5/p53轴的详细分子机制。

这项研究为结肠癌的治疗提供了新的方向，未来有望基于此开发出更有效的抗癌疗法。一方面，可以进一步探索如何利用乳酸菌来源的细胞外囊泡作为药物载体，精准递送抗癌药物，提高治疗效果；另一方面，深入研究SIRT5和p53的调控机制，有望开发出针对这一信号通路的新型抗癌药物。相信在不久的将来，这些研究成果将为癌症患者带来更多的希望。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Zhang J, Huang X, Zhang T, et al. Antitumorigenic potential of Lactobacillus-derived extracellular vesicles: p53 succinylation and glycolytic reprogramming in intestinal epithelial cells via SIRT5 modulation. Cell Biol Toxicol. 2024;40(1):66. Published 2024 Aug 7. doi:10.1007/s10565-024-09897-y