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Client's Publication (IF 27.287) | Fudan team helps triple negative breast cancer treatment strategy

Release Date 2022-04-11

合作文章（IF 27.287）| 复旦团队为三阴性乳腺癌治疗策略再添新翼(图1)

文章标题：The microbial metabolite trimethylamine N-oxide promotes antitumor immunity in triple-negative breast cancer

发表期刊：Cell Metabolism

发表时间：2022年3月

影响因子：27.287

合作客户：复旦大学附属肿瘤医院

百趣提供服务：氧化三甲胺高通量靶标检测

研究背景

三阴性乳腺癌(TNBC) 是一种侵袭性疾病，预后差，免疫治疗在患者中取得的成功有限。三阴性乳腺癌(TNBC)的四种亚型中，IM亚型的特点是在微环境中富集免疫激活细胞和免疫刺激因子，提示TNBC的IM亚型患者可能对免疫治疗有更好的反应。因此，迫切需要找到调节TNBC微环境、促进抗肿瘤免疫的因子。

本研究对FUSCCTNBC队列（n=360）的转录组、代谢组和微生物组数据进行了全面分析，发现TMAO通过诱导肿瘤细胞焦亡，从而增强TNBC体内CD8+T细胞介导的抗肿瘤免疫，提高免疫治疗疗效。该研究为微生物群-代谢-免疫相互作用提供了新的见解，并表明微生物代谢物，如TMAO或其前体胆碱，可能代表了一种新的治疗策略，以促进免疫治疗对TNBC的疗效。

研究结果

1、在TNBC中，微生物代谢物TMAO与免疫激活微环境相关

对TNBC患者的肿瘤组织(FUSCCTNBC队列；n=360)微生物组成进行分析，并将队列分为IM亚型和非IM亚型，IM亚型中梭菌目下菌属的占比更为丰富（图1D）。进行非靶向代谢组学，从IM亚型筛选出显著富集的梭菌相关代谢物TMAO(图1E、1F)，发现T细胞相关通路在高TMAO亚群中富集(图1H)，CD8+T细胞及IFNG的表达的在其中的丰度明显更高(图1I、1J)。表明TNBC不同亚型微环境的共生菌群组成存在差异，TMAO与TNBC免疫激活微环境之间成正相关。

合作文章（IF 27.287）| 复旦团队为三阴性乳腺癌治疗策略再添新翼(图2)

图1. 在TNBC中，微生物代谢物TMAO与免疫激活微环境相关

2.TMAO通过激活CD8+T细胞介导的抗肿瘤免疫来抑制肿瘤生长

构建小鼠66cl4TNBC细胞模型(图2A)，表明肿瘤内联合注射TMAO显著促进CD8+T细胞和M1巨噬细胞的浸润，增强CD8+T细胞的功能并有效抑制三阴性乳腺癌的生长(图2A-2E)。说明肿瘤微环境中TMAO水平升高可有效增强抗肿瘤免疫，抑制肿瘤生长。

合作文章（IF 27.287）| 复旦团队为三阴性乳腺癌治疗策略再添新翼(图3)

图2. TMAO通过激活CD8+T细胞介导的抗肿瘤免疫来抑制肿瘤生长

3.TMAO诱导gsdme介导的肿瘤细胞焦亡

形态学水平上和乳酸脱氢酶释放试验显示TMAO处理的癌细胞发生焦亡(图3A、3B)。Western blot结果显示，参与细胞焦亡的两个关键蛋白——裂解的caspase3和GSDME在TMAO处理后表达上调(图3C)。用发夹RNA敲除Gsdme的表达，结果显示TMAO处理对植入shGsdme和植入表达了正常混乱shRNA的细胞株的小鼠的影响极小(图3G和3H)。敲除Gsdme阻断了TMAO诱导的CD8+T细胞抗肿瘤免疫增强和肿瘤生长抑制(图3I)。表明TMAO通过诱导gsdme介导的肿瘤细胞焦亡来激活TNBC的抗肿瘤免疫。

合作文章（IF 27.287）| 复旦团队为三阴性乳腺癌治疗策略再添新翼(图4)

图3. TMAO诱导gsdme介导的肿瘤细胞焦亡

4.PERK是TMAO诱导细胞焦亡所必需的

用小鼠模型进一步验证蛋白激酶R-like内质网激酶（PERK）在体内激活细胞焦亡的能力(图4E)。结果表明TMAO处理显著抑制肿瘤生长，促进CD8+T细胞浸润，而PERK抑制剂减弱了TMAO诱导的抗肿瘤免疫(图4F和4G)。用PERK抑制剂治疗小鼠，可在体内阻止TMAO诱导的内质网应激的PERK依赖通路的激活和GSDME介导的细胞凋亡(图4H)，进而抑制CD8+T细胞浸润。说明TMAO激活了PERK介导的内质网应激，从而导致caspase-3的激活和GSDME介导的肿瘤细胞焦亡。

合作文章（IF 27.287）| 复旦团队为三阴性乳腺癌治疗策略再添新翼(图5)

图4. PERK是TMAO诱导细胞焦亡所必需的

5.高血浆TMAO与晚期TNBC患者免疫治疗效果改善相关

收集使用抗pd-1抑制剂治疗5个周期患者的血浆样本进行临床评估，发现高血浆TMAO水平的患者对免疫治疗反应性更好(图5A-5E)。将携带66cl4或4T1乳腺癌的小鼠腹腔注射TMAO以诱导高血浆TMAO(图5F)，证实提高血浆TMAO水平可以有效抑制小鼠肿瘤的生长（图5F-5I）。

合作文章（IF 27.287）| 复旦团队为三阴性乳腺癌治疗策略再添新翼(图6)

图5. 高血浆TMAO与TNBC患者免疫治疗效果改善相关

6.富含胆碱的饮食可通过共生微生物群上调肿瘤TMAO水平

研究FUSCCTNBC队列中TMAO与代谢前体的相关性发现胆碱水平与TMAO呈正相关(图6A)。使用富含胆碱的饮食和3,3-二甲基-1-丁醇(DMB)建立小鼠模型中(图6B)，发现食用富含胆碱的饲料的小鼠肿瘤TMAO水平更高，肿瘤生长速率更低(图6C和6D)，肿瘤组织中CD8+T细胞的浸润和功能增加，而这一作用被DMB联合治疗阻断(图6E和6F)。说明富含胆碱的饮食可上调小鼠肿瘤组织中的TMAO，并通过增强抗肿瘤免疫抑制肿瘤生长。

合作文章（IF 27.287）| 复旦团队为三阴性乳腺癌治疗策略再添新翼(图7)