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結(jié)直腸癌 (Colorectal cancer, CRC) 是世界范圍內(nèi)診斷頻率最高、致死率最高的癌癥之一,，為各個(gè)國(guó)家的公共衛(wèi)生帶來了沉重的負(fù)擔(dān),。因此，尋找預(yù)防和減少結(jié)直腸癌癌變的新策略至關(guān)重要,。二甲雙胍是一種廣泛用于治療 2 型糖尿病的藥物,。前期有研究表明，二甲雙胍可抑制小鼠結(jié)直腸癌的發(fā)生,。二甲雙胍還是一種很有前景的預(yù)防結(jié)直腸癌的藥物,，因?yàn)樗档土讼⑷馇谐g(shù)后腺瘤或息肉的復(fù)發(fā)率和數(shù)量。此外,，二甲雙胍還可以通過增加細(xì)胞毒性 T 淋巴細(xì)胞的活性來增強(qiáng)免疫治療的效果,。因此，有必要去探索二甲雙胍介導(dǎo)的結(jié)直腸癌發(fā)生中免疫特征重組的潛在機(jī)制,。近日,，來自上海交通大學(xué)的熊華團(tuán)隊(duì)在 Cancer Research 雜志發(fā)表了題為 Metformin reprograms tryptophan metabolism to stimulate CD8+ T cell function in colorectal cancer 的文章，在這項(xiàng)研究中,，他們探究了二甲雙胍是如何調(diào)節(jié)腸道免疫細(xì)胞多樣性及其代謝活動(dòng),。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍治療重塑了 CRC 的免疫景觀,，特別是擴(kuò)大了 CD8+ T 細(xì)胞的比例并增強(qiáng)了它們的功能,。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍重編程了 CRC 腫瘤微環(huán)境 (TME) 細(xì)胞的色氨酸代謝,，通過恢復(fù) CD8+ T 細(xì)胞對(duì)色氨酸的獲取而增加其細(xì)胞毒性,。總之，這項(xiàng)工作強(qiáng)調(diào)了二甲雙胍作為 T 細(xì)胞抗腫瘤免疫的重要調(diào)節(jié)劑,，提示它可能是治療結(jié)直腸癌的潛在免疫治療策略,。二甲雙胍處理改變了結(jié)直腸的免疫環(huán)境為了研究二甲雙胍對(duì)結(jié)直腸腫瘤發(fā)生中其免疫微環(huán)境的影響，研究人員對(duì)二甲雙胍處理的 APCmin/+小鼠結(jié)腸組織中的未分類細(xì)胞和 CD45 陽性的免疫細(xì)胞進(jìn)行了單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析,。分析結(jié)果顯示,，與對(duì)照組相比，二甲雙胍組 T 細(xì)胞和 B 細(xì)胞顯著擴(kuò)增,，上皮細(xì)胞,、先天淋巴樣細(xì)胞 (ILC)、NK 細(xì)胞和髓樣細(xì)胞比例減少,。為了進(jìn)一步闡明免疫細(xì)胞群的改變,，他們首先關(guān)注腫瘤中占主導(dǎo)地位的免疫細(xì)胞類型 T 細(xì)胞，它在抗腫瘤免疫中起著核心作用,。進(jìn)一步的細(xì)化分析顯示,，與對(duì)照組相比，二甲雙胍組 CD8+ T 細(xì)胞比例增加，CD4+ T 細(xì)胞比例降低,。此外,，二甲雙胍還增加了巨噬細(xì)胞、pDCs,、cDC1s 和肥大細(xì)胞的比例,，同時(shí)減少了中性粒細(xì)胞的比例?？偟膩碚f,，這些數(shù)據(jù)表明，二甲雙胍可能通過調(diào)節(jié)結(jié)直腸免疫微環(huán)境來抑制結(jié)直腸腫瘤的發(fā)生,。二甲雙胍重編程結(jié)腸直腸 TME 中的色氨酸代謝為了全面了解 CRC 微環(huán)境的代謝譜,，研究人員使用代謝相關(guān)通路的基因集對(duì) APCmin/+小鼠的整體細(xì)胞類型進(jìn)行了基因集富集分析。發(fā)現(xiàn)在給藥小鼠的 CD8+ T 細(xì)胞,、CD4+ T 細(xì)胞和上皮細(xì)胞中,，氨基酸代謝和核苷酸代謝高度富集。有趣的是,，他們發(fā)現(xiàn)二甲雙胍對(duì)氨基酸水平的影響有顯著差異,。隨后，他們探討了二甲雙胍在單細(xì)胞水平上改變代謝活動(dòng)的細(xì)節(jié),。首先，他們使用 2752 個(gè)具有既定代謝功能的基因?qū)λ屑?xì)胞進(jìn)行重新聚類分析,，共鑒定出 11 個(gè)亞群,。在對(duì)每個(gè)亞群進(jìn)行基因集富集分析后，將這些亞群分別定義為氨基酸代謝,、糖酵解,、脂質(zhì)代謝和氧化磷酸化四組。值得注意的是,，氨基酸亞群顯著富集色氨酸代謝,，而未檢測(cè)到其他氨基酸的富集。這些結(jié)果表明,，在二甲雙胍治療后,，色氨酸代謝在結(jié)直腸 TME 中主要被重編程。后續(xù)的分析也提示二甲雙胍可抑制結(jié)直腸 TME 中上皮細(xì)胞的色氨酸代謝,，反而促進(jìn) CD8+ T 細(xì)胞色氨酸代謝,。總之，在結(jié)直腸癌 TME 中,，色氨酸代謝在 CRC 細(xì)胞中增強(qiáng),，在 CD8+ T 細(xì)胞中被抑制，不過這種現(xiàn)象可以被二甲雙胍逆轉(zhuǎn)。二甲雙胍通過抑制 CRC 細(xì)胞對(duì)色氨酸的競(jìng)爭(zhēng)來恢復(fù) CD8+ T 細(xì)胞的功能基于上述發(fā)現(xiàn),，研究人員假設(shè) CRC 細(xì)胞和 CD8+ T 細(xì)胞競(jìng)爭(zhēng)色氨酸,，而這種競(jìng)爭(zhēng)則可能被二甲雙胍抑制。后續(xù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也的確表明二甲雙胍顯著降低了 6 種 CRC 細(xì)胞系的細(xì)胞內(nèi)色氨酸濃度,。與此相一致,，二甲雙胍還降低了 CRC 細(xì)胞中色氨酸的消耗及其代謝。為了進(jìn)一步研究二甲雙胍是否可以通過抑制腫瘤色氨酸消耗來抑制 CRC 細(xì)胞對(duì) CD8+ T 細(xì)胞的競(jìng)爭(zhēng),，他們進(jìn)行了共培養(yǎng)實(shí)驗(yàn),，結(jié)果發(fā)現(xiàn)二甲雙胍降低了 CRC 細(xì)胞中的色氨酸濃度，但增加了 CD8+ T 細(xì)胞中的色氨酸濃度,。為了研究二甲雙胍對(duì) CD8+ T 細(xì)胞功能的影響,，首先，他們使用單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序數(shù)據(jù)對(duì)二甲雙胍處理 APCmin/+小鼠的 CD8+ T 細(xì)胞進(jìn)行了富集分析,。結(jié)果顯示,，二甲雙胍增強(qiáng)了 CD8+ T 細(xì)胞的功能，而對(duì)髓系細(xì)胞功能卻沒有影響,。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)二甲雙胍增加了共培養(yǎng)體系中 CD8+ T 細(xì)胞中干擾素 g (IFN-g),、腫瘤壞死因子 a (TNF-a) 和顆粒酶 B 的產(chǎn)生。此外,，二甲雙胍還增加了異種移植腫瘤 CD8+ T 細(xì)胞中顆粒酶 B,、IFN-g 和 TNF-a 的產(chǎn)生。這些數(shù)據(jù)表明,，二甲雙胍可能通過抑制 CRC 細(xì)胞對(duì)色氨酸的競(jìng)爭(zhēng)來促進(jìn) CD8+ T 細(xì)胞的細(xì)胞毒性,。二甲雙胍通過下調(diào) SLC7A5 抑制 CRC 細(xì)胞色氨酸攝取為了進(jìn)一步探索二甲雙胍抑制 CRC 細(xì)胞對(duì)色氨酸競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)制，他們重點(diǎn)研究了色氨酸攝取的調(diào)節(jié),。色氨酸攝取轉(zhuǎn)運(yùn)體包括 SLC7A5,、SLC1A5、SLC3A2 和 SLC36A4,。他們發(fā)現(xiàn)在四種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白中,，SLC7A5 在結(jié)直腸癌上皮細(xì)胞中與正常結(jié)腸相比表達(dá)上調(diào)最為顯著，提示 SLC7A5 可能在結(jié)直腸癌細(xì)胞中發(fā)揮重要作用,。隨后的數(shù)據(jù)顯示,，二甲雙胍下調(diào)了 Slc7a5 的 mRNA 表達(dá)，但對(duì) Slc1a5,、Slc36a4 和 Slc3a2 的 mRNA 表達(dá)沒有顯著影響,。二甲雙胍還降低了 CRC 細(xì)胞系中 SLC7A5 的 mRNA 和蛋白水平。但是,，在人 CD8+ T 細(xì)胞中并未檢測(cè)到色氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)的顯著變化,。SLC7A5 在腫瘤和 CD8+ T 細(xì)胞中表達(dá)的差異調(diào)節(jié)表明,，二甲雙胍可能通過 SLC7A5 抑制 CRC 細(xì)胞與 T 細(xì)胞爭(zhēng)奪色氨酸，后續(xù)的實(shí)驗(yàn)也的確證實(shí)了這一結(jié)果,。最后,，他們還進(jìn)一步探討了二甲雙胍控制 SLC7A5 表達(dá)的分子機(jī)制。通過數(shù)據(jù)分析,，他們共確定了三個(gè)轉(zhuǎn)錄因子 (MYC,、TRIB3 和 NRF1)。其中,，MYC 的統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性最強(qiáng),，后續(xù)的一系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，二甲雙胍的確是通過 MYC 降低 CRC 細(xì)胞中 SLC7A5 的表達(dá),。綜上所述,，在這項(xiàng)工作中，研究人員通過單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析,，發(fā)現(xiàn)二甲雙胍重塑了結(jié)直腸癌的免疫微環(huán)境,。進(jìn)一步的代謝分析表明，二甲雙胍重編程了腫瘤微環(huán)境中的色氨酸代謝,。機(jī)制層面上,，他們發(fā)現(xiàn)二甲雙胍通過下調(diào) MYC，進(jìn)而抑制 CRC 細(xì)胞的色氨酸攝取,，從而導(dǎo)致色氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體 SLC7A5 的減少,。總之，該研究首次發(fā)現(xiàn)二甲雙胍可以通過抑制腫瘤細(xì)胞與 CD8+ T 細(xì)胞競(jìng)爭(zhēng)色氨酸,，從而在結(jié)腸直腸癌發(fā)生發(fā)展中驅(qū)動(dòng)免疫介導(dǎo)的抗腫瘤作用,。
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