胆汁酸富集通过稳定FXR-RARα复合物驱动肿瘤有氧糖酵解与免疫逃逸的机制及干预潜力

时间:2026年3月25日
来源:Frontiers in Immunology

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针对肿瘤微环境(TME)中宿主代谢物调控糖酵解与免疫抑制的机制不明问题,研究人员通过黑色素瘤、乳腺癌移植及自发模型,结合胆汁酸耗竭(cholestyramine饮食)、UPLC-MS、Seahorse代谢分析等技术,发现胆汁酸(BAs)富集通过激活FXR-RARα复合物促进肿瘤有氧糖酵解(Warburg效应)并诱导免疫逃逸;耗竭BAs可抑制肿瘤生长、增强T细胞浸润及IFN-γ产生,降低PD-1⁺/CXCR5⁺耗竭T细胞比例,为靶向BA-FXR-RARα轴治疗癌症提供新策略。

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肿瘤细胞的“有氧糖酵解”(Warburg效应)——明明氧气充足却偏要走低效的糖酵解路径产能量,早被当作癌症的“代谢指纹”:它既能给肿瘤细胞快速提供生物合成原料,又能通过乳酸等产物营造免疫抑制的微环境,让T细胞“罢工”。但奇怪的是,仅靠TP53、KRAS这些癌基因变异,根本解释不了为什么这么多癌症都“集体选择”这种代谢方式——肯定有什么“幕后推手”在肿瘤微环境(TME)里推了一把。
这时候,胆汁酸(BAs)进入了研究人员的视野。这种由肝脏合成、肠道菌群修饰的代谢产物,之前就被发现和胃肠肝胆癌有关,但它怎么影响肿瘤代谢和免疫?没人说清楚。更关键的是,法尼醇X受体(FXR,胆汁酸传感器)和维甲酸受体α(RARα,调控细胞分化的转录因子)会不会联手搞事情?这成了本研究的核心问题。
为了解开谜团,研究人员用了黑色素瘤(B16/B16-OVA)、乳腺癌(4T1)移植模型,还有自发乳腺癌的MMTV-PyMT小鼠,甚至Rag1⁻/⁻(无T/B细胞)小鼠,结合胆汁酸耗竭(2% cholestyramine饮食)、UPLC-MS测胆汁酸谱、Seahorse分析氧消耗率(OCR)和细胞外酸化率(ECAR)、流式细胞术分析肿瘤浸润淋巴细胞(TILs)、Co-IP验证蛋白互作、RNA测序(RNA seq)等技术,最终把机制扒得明明白白——成果发表在《Frontiers in Immunology》。
研究用到的主要技术方法包括:多种小鼠模型(C57BL/6J、BALB/c、MMTV-PyMT、Rag1⁻/⁻等)构建肿瘤模型;UPLC-MS分析肿瘤组织胆汁酸谱;Seahorse XFe24分析仪检测细胞OCR(线粒体呼吸)和ECAR(糖酵解);流式细胞术分析TILs亚群(CD4⁺/CD8⁺ T细胞、IFN-γ⁺细胞、PD-1⁺/CXCR5⁺耗竭T细胞等);Co-IP验证FXR与RARα相互作用;Western blot、RT-qPCR检测靶蛋白/基因表达;RNA测序分析转录组变化。

实体瘤中胆汁酸富集并依赖其维持生长

研究人员先给C57BL/6J小鼠移植B16黑色素瘤细胞,在第0、3、5天取肿瘤用UPLC-MS分析,发现胆汁酸浓度随肿瘤生长逐渐升高,其中猪脱氧胆酸(HDCA)、牛磺脱氧胆酸(TDCA)、石胆酸(LCA)在肿瘤组织中显著高于正常组织。用cholestyramine(胆汁酸螯合剂)耗竭胆汁酸后,B16黑色素瘤、4T1乳腺癌移植瘤,甚至MMTV-PyMT自发乳腺癌的生长都被显著抑制——有的小鼠肿瘤甚至完全消失。这说明胆汁酸富集不是“旁观者”,而是肿瘤生长的“刚需”。

胆汁酸富集促进肿瘤有氧糖酵解

RNA测序的GSEA分析显示,cholestyramine处理后,肿瘤中糖酵解相关基因下调,线粒体电子传递链(OXPHOS)基因上调。体外用鹅脱氧胆酸(CDCA)刺激B16细胞,葡萄糖摄取、乳酸产生、己糖激酶(HK)/丙酮酸激酶(PK)/磷酸果糖激酶(PFK)活性都升高,ECAR(糖酵解指标)上升,OCR(线粒体呼吸指标)下降,ATP水平和线粒体复合体V活性降低。体内实验也验证了同样的结果——胆汁酸确实在“推”肿瘤细胞走有氧糖酵解的路。

耗竭胆汁酸刺激抗肿瘤免疫反应

流式分析发现,cholestyramine处理后,肿瘤浸润淋巴细胞(TILs)中CD4⁺/CD8⁺ T细胞(尤其是CD8⁺)显著增加;RT-qPCR和流式都显示,肿瘤、脾脏、引流淋巴结(dLN)中IFN-γ(抗肿瘤细胞因子)mRNA和蛋白水平升高。更关键的是,4T1模型中CD8⁺ T细胞的PD-1⁺(耗竭标记)、CXCR5⁺(功能障碍标记)比例显著降低——这意味着耗竭的T细胞“复活”了,免疫抑制被打破。

胆汁酸刺激肿瘤中FGFR2和PD-L1表达

研究人员发现,cholestyramine处理后,黑色素瘤中成纤维细胞生长因子受体2(FGFR2)和PD-L1(免疫检查点配体)的mRNA和蛋白水平都下降。用CDCA刺激B16细胞,FGFR2和PD-L1表达升高,但FXR拮抗剂guggulsterone能阻断PD-L1的上调,却不能阻断FGFR2——说明PD-L1主要由FXR介导,FGFR2可能还涉及G蛋白偶联胆汁酸受体(TGR5)。

耗竭胆汁酸后的肿瘤组织胆汁酸谱变化

UPLC-MS分析显示,cholestyramine处理后,肿瘤中初级胆汁酸(如牛磺胆酸TCA、甘氨胆酸GCA)和次级胆汁酸(如熊脱氧胆酸UDCA、HDCA、牛磺熊脱氧胆酸TUDCA)水平降低,但TLCA(牛磺石胆酸)升高;次级/初级胆汁酸比例下降。体外实验还发现,初级胆汁酸(CDCA、CA)能上调FGFR2和PD-L1,次级胆汁酸则下调FGFR2但上调PD-L1——这说明胆汁酸的种类和比例,直接影响肿瘤的分子表型。

胆汁酸通过FXR-RARα相互作用激活维甲酸反应,维持有氧糖酵解

Co-IP实验直接证明,肿瘤组织中FXR和RARα能形成复合物。cholestyramine处理后,FXR和RARα的蛋白水平降低,但磷酸化RARα(Ser77/Ser96)没变化。用维甲酸合成抑制剂DEAB处理小鼠,黑色素瘤生长减慢;而合成维甲酸Tamibarotene能促进B16细胞增殖——说明维甲酸信号在肿瘤生长中是“正向推动”。更关键的是,抑制FXR(guggulsterone)或RARα(AR7)后,CDCA诱导的糖酵解指标(葡萄糖摄取、乳酸产生、HK/PK/PFK活性)下降,OCR和ATP升高——这就把“胆汁酸→FXR-RARα→有氧糖酵解”的通路连起来了。

结论与讨论

这项研究首次揭示了肠道菌群代谢的胆汁酸通过FXR-RARα复合物,同时驱动肿瘤有氧糖酵解和免疫逃逸的双重机制:一方面,胆汁酸激活FXR-RARα,让肿瘤细胞“偏爱”有氧糖酵解,快速获取生物合成原料;另一方面,通过上调PD-L1、促进T细胞耗竭,营造免疫抑制的微环境。而耗竭胆汁酸(如cholestyramine饮食)能切断这个通路,抑制肿瘤生长、增强T细胞功能——这为癌症治疗提供了全新的靶点。
讨论部分进一步强调,代谢重编程是癌症的核心特征,但仅靠基因突变解释不了所有现象,非细胞自主的TME因素(比如胆汁酸)才是“隐藏的推手”。FXR-RARα作为胆汁酸的下游效应器,同时调控代谢和免疫,是难得的“双功能靶点”——未来无论是用胆汁酸螯合剂(如cholestyramine),还是直接抑制FXR-RARα相互作用,都可能成为联合免疫治疗的新策略。此外,胆汁酸还能调节FGFR2和PD-L1的表达,这也给FGFR2靶向治疗或PD-1/PD-L1阻断疗法提供了“精准调控”的可能。
当然,研究也有局限:比如只在小鼠模型验证,还没到人源样本;FXR-RARα下游的具体靶基因还需要深挖;到底哪些肠道菌群负责产生促癌胆汁酸?这些问题都需要后续研究。但无论如何,这项研究把“胆汁酸-代谢-免疫”的三角关系理清了,为癌症的“代谢+免疫”联合治疗打开了新大门——说不定未来,调整肠道菌群或胆汁酸水平,就能让肿瘤“断粮”又“暴露”,乖乖被免疫系统消灭。

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