長期以來，過度飲食被科學界公認為是促進癌症的主要因素[1]。在保證營養充足的前提下，限製熱量攝入(Calorie restriction，CR)和間歇性禁食(Intermittent fasting，IF)可降低患癌風險，且能重塑腸道微生物群。然而，腸道微生物群是否參與了CR或IF的抗腫瘤效應?作用機製是什麼?

        最近，《自然·代謝》雜誌刊登了一項重要的研究成果[2]，表明CR(而非IF)依賴於腸道微生物群來抑製腫瘤形成。

        複旦大學附屬閔行醫院的王立順、韓冰及其研究團隊發現，CR能夠上調腸道雙歧杆菌(Bifidobacterium，B. bifidum)豐度，並在B. bifidum的介導下，CR導致腫瘤微環境中的IFN-γ+CD8+T細胞數量增多。這種抗腫瘤效果可能與B. bifidum的代謝產物乙酸鹽的水平升高相關。進行CR或者補充B. bifidum，均能夠顯著抑製結直腸癌小鼠的腫瘤生長。

        該研究完善了腫瘤生長動力學和癌症免疫監視理論，具有重要的癌症預防指導意義。

        首先，研究人員構建皮下MC38腺癌小鼠模型，並使用廣譜抗生素(ABX)以清除腸道微生物菌群，接著將小鼠分組：(1)自主飲食組(AL組);(2)CR組;(3)IF組;(4)ABX+AL組;(5)ABX+CR組;(6)ABX+IF組。CR組的攝入熱量為AL組的60%，IF組每周維持禁食48小時，且總熱量攝入與CR組相等。

        結果發現，與AL組相比，CR組與IF組腫瘤生長顯著被抑製(圖1)。不過，CR組所表現的抗腫瘤效應在ABX+CR組顯著減弱;然而，相較於IF組，ABX+IF組的抗腫瘤效應卻未明顯減弱(圖1)。由此可推論，腸道微生物群可能影響CR的抗腫瘤效應，對IF無明顯影響。

        圖1：不同組MC38腺癌細胞種植後腫瘤體積變化

        隨後，研究組采用糞便微生物群移植法(FMT)，分別從CR組、IF組或AL組小鼠提取糞便微生物群，移植到ABX小鼠，隨後皮下注射MC38腺癌細胞。結果發現，與接受IF組或AL組糞便移植的小鼠相比，接受CR組糞便移植的小鼠的腫瘤體積和重量顯著降低(圖2)。這再次說明，腸道微生物群可能是CR抗腫瘤效應的重要介質。

        圖2：不同FMT組腫瘤體積及重量變化

        隨後，研究團隊收集了各組小鼠的糞便，並進行了16S rRNA測序。結果發現，與IF組、AL組相比，CR組小鼠糞便中的雙歧杆菌屬(Bifidobacterium，B. bifidum)的構成比例明顯上調，並且隨著CR時間的延長動態上調(圖3A)。

        接著，研究團隊通過管飼給ABX+CR組小鼠喂養B. bifidum，結果顯示，這些小鼠的腫瘤生長被顯著抑製(圖3B-C)。另外，即使小鼠沒有進行CR，在補充B. bifidum後，其腫瘤生長也受到明顯抑製。也就是說，CR要想發揮抗腫瘤效應，得有腸道菌群B. bifidum在場，而補充B. bifidum可增強CR的抗腫瘤效應。

        圖3：(A)各組糞便中B. bifidum菌群比例;(B-C)B. bifidum對ABX+CR組腸道腫瘤的影響。

        那麼，CR是如何通過腸道菌群B. bifidum來發揮抗腫瘤作用的呢?

        通過流式細胞學，研究團隊檢測了各組小鼠腫瘤組織中的免疫細胞類型及細胞因子的變化。結果發現，與AL組和IF組相比，CR組腫瘤組織中的IFN-γ+CD8+T細胞顯著升高，然而，ABX的使用幾乎完全抑製了IFN-γ+CD8+T細胞的升高(圖4A)。在ABX+CR組，補充B. bifidum可挽回IFN-γ+CD8+T細胞的增長(圖4B)。

        隨後，研究人員用抗CD8抗體消耗CD8+T細胞，結果發現，這導致CR組、ABX+CR+B. bifidum組的腫瘤的生長明顯增快(圖4C-D)。這些結果提示，B. bifidum通過CD8+T細胞介導了CR的抗腫瘤效應。

        圖4：(A-B)各組腫瘤組織中IFN-γ+CD8+T細胞比例變化情況;(C-D)使用抗CD8抗體後，各組腫瘤生長情況。

        過去的研究提示，腸道微生物的代謝物可能調控腫瘤浸潤性CD8+T細胞增強抗腫瘤效應[3,4]。於是，研究人員收集了培養B. bifidum的上清液，並通過管飼給小鼠喂養。結果發現，在ABX+CR組中，B. bifidum的上清液能夠顯著抑製腫瘤進展，並上調腫瘤浸潤性IFN-γ+CD8+T細胞。表明B. bifidum的上清液介導了抗腫瘤效應。

        進一步研究表明，B. bifidum的代謝產物乙酸鹽在其上清液中顯著升高。於是，為了驗證乙酸鹽是否為CR介導的抗腫瘤效應的重要介質，研究團隊使用乙酸鹽喂養ABX+CR組小鼠，發現與對照組相比，ABX+CR組小鼠CR的抗腫瘤效應恢複(圖5A-B)。與此同時，乙酸鹽也使腫瘤浸潤性IFN-γ+CD8+T細胞比例顯著升高(圖5C-D)。

        這些表明，B. bifidum所代謝生成的乙酸鹽通過上調IFN-γ+CD8+T細胞，從而使CR發揮抗腫瘤效應。

        圖5：(A-B)使用乙酸鹽喂養小鼠後腫瘤的生長變化;(C-D)使用乙酸鹽喂養小鼠後腫瘤浸潤性IFN-γ+CD8+T細胞比例變化。

        該研究闡明了腸道微生物群及其代謝物在CR抗腫瘤效應中的重要作用，為癌症預防和治療提供了飲食方麵的指導。同時，IF抑製癌症的機製也值得深入研究。

        參考文獻：

        1.Lien, E.C. and M.G. Vander Heiden, A framework for examining how diet impacts tumour metabolism. Nat Rev Cancer, 2019. 19(11): p. 651-661.

        2.Mao, Y.Q., et al., The antitumour effects of caloric restriction are mediated by the gut microbiome. Nat Metab, 2023. 5(1): p. 96-110.

        3.He, Y., et al., Gut microbial metabolites facilitate anticancer therapy efficacy by modulating cytotoxic CD8(+) T cell immunity. Cell Metab, 2021. 33(5): p. 988-1000 e7.

        4.Zhang, S.L., et al., Pectin supplement significantly enhanced the anti-PD-1 efficacy in tumor-bearing mice humanized with gut microbiota from patients with colorectal cancer. Theranostics, 2021. 11(9): p. 4155-4170.