间歇性禁食通过肠道菌群-甲硫氨酸-m6A轴抑制TP53驱动型胶质母细胞瘤的机制研究

《Nature Communications》：Intermittent fasting inhibits Tp53-driven glioma through gut microbiota-mediated methionine-m6A regulation

本研究针对胶质母细胞瘤（GBM）异质性导致的间歇性禁食（IF）疗效差异问题，通过构建Tp53与Cdkn2a基因型GBM小鼠模型，结合多组学技术及功能验证实验，揭示了IF通过重塑肠道菌群、降低菌源甲硫氨酸（Methionine）及其代谢产物S-腺苷甲硫氨酸（SAM），进而抑制m6A甲基化修饰关键酶METTL3的表达，最终下调TGF-β信号通路核心因子TGFB2，特异性抑制TP53突变型GBM进展的分子机制。该研究为IF的精准肿瘤治疗提供了基因型依赖性的理论依据，并为开发微生物代谢靶向疗法奠定了基础。

　　

胶质母细胞瘤（Glioblastoma, GBM）是最具侵袭性的脑肿瘤之一，当前治疗手段效果有限且成本高昂，亟需探索新的治疗策略。GBM具有高度异质性，其中基于CDKN2A和TP53基因改变的分子分型与患者临床特征及治疗反应密切相关。间歇性禁食（Intermittent Fasting, IF）作为一种古老且经济的生活方式干预，近年来被发现在动物模型和临床研究中展现出抗癌潜力，但其抑瘤效果存在局限性，提示其疗效可能因肿瘤的分子亚型而异。那么，IF是否对不同基因型的GBM具有差异性抑制作用？其背后的分子机制究竟是什么？发表在《Nature Communications》上的这项研究为我们揭示了答案。

为了回答上述问题，研究团队首先通过生物信息学分析发现，癌症基因组图谱（TCGA）中TP53亚型GBM患者比CDKN2A亚型患者对饮食限制（Dietary Restriction, DR）相关治疗更敏感。随后，他们构建了模拟人类CDKN2A和TP53亚型的相应GBM小鼠模型。实验结果表明，IF能显著改善Tp53 GBM模型小鼠的预后，并抑制肿瘤进展，但对Cdkn2a GBM模型小鼠的益处不显著，证实了IF的抗肿瘤效果具有基因型依赖性。

研究人员对IF有响应的Tp53 GBM小鼠模型进行了多层次、多维度的分析，关键技术方法包括：利用空间转录组学、空间代谢组学、单细胞转录组测序（scRNA-seq）、单细胞m⁶A检测（scm6A）、代谢组学、宏基因组学等多组学技术，描绘IF干预下的分子图谱；通过蛋白质印迹（Western Blot）、液相色谱-质谱联用（LC-MS/MS）等技术验证关键分子变化；并设计了一系列挽救实验（如METTL3抑制剂STM2457处理、粪菌移植FMT、甲硫氨酸补充、FTO抑制剂entacapone处理、广谱抗生素处理等）在体内验证因果链条。样本来源主要为研究团队构建的基因工程GBM小鼠模型。

IF通过下调METTL3调控TGF-β信号通路改善TP53驱动型胶质瘤预后

对Tp53 GBM小鼠的转录组分析发现，IF处理后METTL3（m⁶A甲基转移酶关键组分）表达下调。京都基因与基因组百科全书（KEGG）富集分析显示，差异表达基因显著富集于TGF-β信号通路等肿瘤相关通路。分析人类数据（GEO: GSE196335）和CGGA数据库也支持METTL3与TGFB2的表达正相关，且抑制METTL3可下调TGFB2蛋白水平。这表明IF可能通过调控METTL3影响TGF-β通路。

单细胞和批量分析揭示IF调控的GBM中m⁶A与转录组景观的相互作用

m⁶A测序显示，Tp53-IF组小鼠GBM组织中的m⁶A修饰数量减少，且在Tgfb2转录本上的修饰显著降低。单细胞转录组分析进一步在细胞分辨率上证实，IF处理后肿瘤细胞中Mettl3和Tgfb2的表达沿伪时间轨迹下降，单细胞m⁶A丰度也普遍降低，从表观遗传层面明确了IF的调控作用。

IF通过调节甲硫氨酸代谢影响大脑区域异质性中m⁶A调控的基因

代谢组学分析发现，Tp53-IF组小鼠血液中甲硫氨酸及其代谢产物S-腺苷甲硫氨酸（SAM，m⁶A修饰的甲基供体）水平显著下降，且差异代谢物富集于甲硫氨酸代谢通路。空间代谢组和空间转录组整合分析显示，在Tp53-AL组小鼠的肿瘤区域，SAM含量以及Mettl3和Tgfb2的表达均高于Tp53-IF组，空间关联性证实了SAM-METTL3-TGF-β通路在IF抑瘤作用中的重要性。

IF调控的肠道菌群通过调节甲硫氨酸水平影响m⁶A修饰

宏基因组学分析发现，IF重塑了Tp53 GBM小鼠的肠道菌群结构，特别是与甲硫氨酸合成相关的菌群（如Alistipes属、Prevotella sp. CAG:873等）在IF处理后丰度降低。功能注释显示差异菌群显著富集于甲硫氨酸代谢等相关通路。相关性分析表明，这些甲硫氨酸合成菌的丰度与甲硫氨酸水平呈正相关，将肠道菌群改变与甲硫氨酸水平下降联系起来。

通过微生物群-甲硫氨酸-m⁶A-Tgfb2轴验证IF对GBM的抑制作用

关键的体内挽救实验证实了完整的因果链条：在Tp53 GBM小鼠中，IF、METTL3抑制剂（STM2457）或IF来源的粪菌移植（FMT）均能抑制肿瘤生长、改善预后，并伴随甲硫氨酸合成菌丰度、SAM、甲硫氨酸、m⁶A水平以及TGFB2/METTL3蛋白表达的下降。而补充甲硫氨酸或使用FTO抑制剂（提高m⁶A水平）则可逆转IF的抑瘤效果。使用广谱抗生素清除菌群后，IF的效果被削弱。这些实验强有力地证明了IF通过“肠道菌群→甲硫氨酸→m⁶A→METTL3→TGFB2”轴特异性抑制TP53突变型GBM的进展。

研究结论与讨论部分强调，本研究系统阐明了IF通过重塑肠道菌群，降低菌源甲硫氨酸，进而通过SAM-m⁶A轴下调METTL3介导的TGFB2表达，最终抑制TP53突变型GBM进展的完整机制。该研究的重要意义在于：首先，提出了IF疗效的基因型依赖性新概念，为精准营养干预提供了理论框架；其次，揭示了饮食模式-肠道菌群-m⁶A修饰这一新颖的上游调控轴，深化了对m⁶A动态调控机制的理解；最后，研究结果为开发针对特定GBM亚型的微生物代谢靶向疗法（如粪菌移植、靶向甲硫氨酸的微生态制剂）提供了科学依据，对于因基础疾病或年老体弱无法耐受常规治疗的GBM患者尤其具有转化潜力。研究的局限性在于尚未明确究竟是哪些具体的肠道菌种在甲硫氨酸下调中起主导作用，且m⁶A下调可能影响的其他致癌或抑癌基因也有待未来深入探索。