Nat Commun： NAFLD相关肝癌患者肠道菌群或抑制外周免疫

肝细胞癌(HCC)是全球癌症相关死亡率的第四大原因，慢性肝脏炎症和肝硬化是HCC发病的关键。HCC的外周免疫反应会影响疾病的临床进程、对治疗的反应和总体存活率。越来越多的证据表明，肠道微生物群可以直接或间接调节T细胞免疫。

2021年1月澳大利亚悉尼新南威尔士大学的Amany Zekry教授与Emad El-Omar教授合作在Nature Communications（IF=12.121）发表题目为"Gut microbiota impact on the peripheral immune response in non-alcoholic fatty liver disease related hepatocellular carcinoma"的研究成果，利用宏基因组与代谢组学技术对非酒精性脂肪肝（NAFLD）相关的肝硬化合并/未见肝癌（HCC）患者的肠道菌群进行分析，发现NAFLD相关肝细胞癌患者的肠道菌群组成和功能发生改变，菌群中产短链脂肪酸细菌种类增加，其肠道菌群提取物在体外可诱导免疫抑制表型，这或与HCC患者较差的临床结果和免疫治疗耐药性有关。

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研究材料：

90名临床参与者的粪便与外周血样本：32例NAFLD-HCC，28例NAFLD-肝硬化和30例无NAFLD对照

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技术方法：

粪便宏基因组测序分析，粪便代谢组分析，粪便与血清短链脂肪酸分析

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实验方法简介：

步骤1：参与者样本收集与临床信息对比

步骤2：粪便宏基因组分析菌群失调表型与功能通路

步骤3：粪便与血清代谢组学分析SCFAs及中间产物

步骤4：体外菌群提取物的免疫抑制表型分析

步骤5：关联分析与调控模型构建

研 究 结 果

1、NAFLD-HCC患者具有外周免疫抑制特征，且肠道微生物组成与功能发生改变

基线时，与NAFLD肝硬化相比，HCC患者具有较高比例的调节性T细胞以及较低比例的CD8+ T细胞。对参与者的粪便样本进行宏基因组分析发现，与无NAFLD对照组相比，NAFLD肝硬化与NAFLD-HCC菌群存在失调。NAFLD-HCC组中富集了多个短链脂肪酸（SCFA）产生细菌，这些细菌被报道具有免疫调节能力。进一步的功能基因分析显示，介导膳食纤维合成SCFAs的功能基因丰度也在NAFLD-HCC组中显著增加，包括丙酮酸羧化酶（pycA）等。

图1 NAFLD-HCC粪便中参与合成SCFA的菌群与功能基因显著增加

2、NAFLD-HCC患者的粪便和血清中SCFA及其中间体的浓度升高

对来自于NAFLD-HCC、NAFLD肝硬化以及无NAFLD对照参与者的粪便和血液样本进行代谢组学分析，发现草酰乙酸、乙酰磷酸和异柠檬酸等中间产物在NAFLD-HCC粪便中具有特异性，前两者显著升高（P<0.0001和P=0.0001），后者显著降低（P<0.0001）；乙酸和丁酸在NAFLD-HCC粪便中显著升高，丁酸和丙酸在NAFLD-HCC血清中显著升高。

图2 NAFLD-HCC患者的粪便和血清中，SCFA及其中间体的浓度升高

3、NAFLD-HCC微生物群可引发免疫抑制表型

研究者进一步用离体细胞模型研究微生物群对外周免疫反应的影响。结果发现来自NAFLD-HCC的微生物群细菌提取物在体外可诱导免疫抑制表型，包括调节性T细胞的扩增和CD8+ T细胞的衰减，减少抗原递呈细胞，同时诱导的细胞因子也支持免疫抑制表型。

图3 NAFLD-HCC来源的细菌提取物对外周血单核细胞引发免疫抑制表型

4、关联分析证实了NAFLD-HCC微生物群、短链脂肪酸以及免疫抑制表型之间的关联

通过对微生物菌群丰度、粪便代谢物含量以及离体模型中的T细胞反应的相关性分析，发现NAFLD-HCC肠道菌群的含量与IL-10+ Tregs，CD8+ T细胞等免疫表型具有显著的正相关或负相关：短链脂肪酸及其中间体，例如丁酸与Tregs及IL-10+ Tregs呈正相关，与CD8+ T细胞呈负相关。利用这些结果，研究者构建了NAFLD-HCC微生物群、短链脂肪酸以及免疫抑制表型之间的调控模型。

图4 NAFLD-HCC参与者的微生物组和代谢组在体外引发免疫抑制表型

小 编 小 结

本研究通过宏基因组与代谢组学技术，深入解析了肠道菌群及其代谢物经肠-肝轴对肝病/HCC患者的外周免疫进行特异性调节的机制。本研究确定了NAFLD-HCC疾病相关的关键肠道菌种，基因功能及代谢组学证据表明这些菌群增加短链脂肪酸合成，导致免疫抑制反应。本研究进一步突显了肠道菌群及其代谢物研究在HCC预后标志物开发和新治疗策略制定中的潜在价值。