《Experimental Cell Research》：Microbiota metabolite lithocholic acid in cancer: Mechanisms and therapeutic potential
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LCA作为肠道微生物代谢产物，具有双重肿瘤作用：低浓度抑制肿瘤（诱导凋亡、ER应激、自噬及线粒体功能障碍）并通过NRF2/Keap1通路和TGR5/CAR受体激活免疫应答；高浓度促进致癌。其药效依赖肿瘤类型、剂量及微环境。
Darmadi Darmadi|Ali Jasim Muhame|Sergey G. Gerasimov|Rasoul Mirzaei|Sajad Karampoor
印度尼西亚北苏门答腊大学医学院内科系，棉兰
摘要
人类肠道微生物组通过产生多种生物活性代谢物，在宿主疾病和健康控制中起着核心作用。其中，石胆酸（LCA）是一种由微生物代谢产生的次级胆汁酸，因其多方面的功能而在癌症研究中受到关注。LCA是一种疏水性微生物来源的胆汁酸，早在古代就被认为具有致癌性和肝毒性。研究表明，LCA作为肿瘤促进剂或抑制剂的作用取决于其分子环境和肿瘤类型。在乳腺癌、前列腺癌、结肠癌和神经母细胞瘤等多种癌症中都观察到了LCA的抗癌效果。有趣的是，LCA通过内在和外在途径诱导癌细胞选择性凋亡，但不会损伤正常细胞，这一过程部分依赖于caspase。机制上，LCA会引发内质网（ER）应激反应，在某些癌细胞系中诱导自噬，并抑制线粒体功能，从而发挥其细胞毒性作用。此外，LCA还通过下调核因子红系2相关因子2（NRF2）/Kelch样ECH相关蛋白1（Keap1）通路以及激活TGR5和嵌合抗原受体（CAR）来诱导可诱导的一氧化氮合酶（iNOS）。除了自身的细胞抑制作用外，LCA还能通过调节免疫系统和抗炎作用来影响肿瘤微环境，这些是其治疗作用的基石。通过作用于维生素D受体（VDR）等核受体，LCA还能抑制蛋白酶体活性，在氧化应激条件下改变细胞膜通透性和上皮完整性。由于其选择性的抗癌作用、受体介导的信号传导机制以及微生物来源，LCA成为一种有潜力的抗癌药物候选物。本文主要讨论了LCA调控癌症发病机制的分子机制，并基于临床前和临床数据评估了其治疗潜力。
引言
肠道微生物群负责产生多种生物活性代谢物，其中一些代谢物具有抗癌特性[1]。癌症患者中微生物群多样性的减少通常与抗增殖代谢物的产生减少相关，这可能促进了肿瘤生长[2]。石胆酸（LCA）就是这样一种代谢物，它已被发现会影响关键的肿瘤过程。LCA可以逆转上皮-间质转化（EMT），调控癌细胞代谢，促进抗肿瘤免疫功能，并抑制癌细胞增殖[2]。高剂量的LCA还能通过细胞毒性途径诱导癌细胞凋亡[3][4]。LCA在多种生物活动中发挥作用，例如它可以结合并激活维生素D受体（VDR），从而影响细胞增殖和分化相关基因的表达[5]。LCA还具有抗菌作用，可能参与调节肠道微生物群组成[6]。其抗癌活性已在多种人类癌细胞系中得到验证[7]。此外，LCA可能通过抑制蛋白酶体功能干扰癌细胞存活机制[8]，还能通过形成脂质双层孔洞破坏细胞膜[9]。除了直接的细胞抑制作用外，LCA还能通过免疫调节和抗炎作用调节肿瘤微环境，这些是其治疗作用的基础。通过作用于维生素D受体（VDR）等核受体，LCA还能抑制蛋白酶体活性，在氧化应激条件下改变钙离子摄取和上皮完整性。由于其选择性的抗癌作用、受体介导的信号传导机制以及微生物来源，LCA是一种有潜力的抗癌药物候选物。
介绍
肠道微生物群负责产生多种生物活性代谢物，其中一些代谢物具有抗癌特性[1]。癌症患者中微生物群多样性的减少通常与抗增殖代谢物的产生减少相关，这可能促进了肿瘤生长[2]。石胆酸（LCA）是一种次级胆汁酸，已被发现会影响关键的肿瘤过程。LCA可以逆转上皮-间质转化（EMT），调控癌细胞代谢，促进抗肿瘤免疫功能，并抑制癌细胞增殖[2]。高剂量的LCA还可以通过细胞毒性途径诱导癌细胞凋亡[3][4]。LCA在多种生物活动中发挥作用，例如它可以结合并激活维生素D受体（VDR），从而影响细胞增殖和分化相关基因的表达[5]。LCA还具有抗菌作用，可能参与调节肠道微生物群组成[6]。其抗癌活性已在多种人类癌细胞系中得到验证[7]。此外，LCA可能通过抑制蛋白酶体功能干扰癌细胞存活机制[8]。它还可以通过形成脂质双层孔洞破坏细胞膜[9]。除了抗癌作用外，LCA还能延长模型生物的寿命并减缓与年龄相关的细胞衰老[10]。
LCA对不同癌细胞系（如人类神经母细胞瘤、前列腺癌、乳腺癌和大鼠胶质瘤细胞）表现出选择性细胞毒性，但在相同浓度下对正常细胞的毒性很低[11][12]。选择性细胞毒性主要通过诱导内在和外在凋亡途径实现，部分依赖于caspase。在前列腺癌PC-3细胞中，LCA还通过涉及磷酸化真核起始因子2α（p-eIF2α）的途径诱导内质网（ER）应激[13]。此外，LCA在具有自噬能力的PC-3细胞中诱导自噬，表明其抗癌作用是由多种细胞死亡机制和应激适应反应共同介导的[13]。
LCA通过多种机制诱导氧化应激和凋亡，包括抑制抗氧化转录因子核因子红系2相关因子2（NRF2）和激活胆汁酸传感器TGR5[14]。除了维持氧化还原平衡外，LCA还能调节线粒体氧化磷酸化，并增强抗肿瘤免疫反应[15]。它抑制癌细胞生长和转移，这为其作为治疗剂提供了依据。有趣的是，乳腺癌组织中的LCA水平与Ki-67表达呈负相关——Ki-67是细胞增殖的标志物——表明其在抑制肿瘤生长中的作用[16]。
LCA具有广谱抗菌和抗真菌活性，以及α-2,3-唾液酸转移酶抑制活性[17]。其治疗潜力还通过强烈诱导VDR表达和已证明的抗癌活性得到增强[17]。除了抗癌作用外，LCA在体内还具有免疫调节作用[17]。LCA治疗显著抑制了小鼠模型结肠黏膜中的促炎细胞因子（如肿瘤坏死因子α（TNFα）、白细胞介素（IL）-6和IL-1）的表达，减少了肠道炎症[17]。此外，LCA增强了结肠上皮的完整性和屏障保护作用，表明其在胃肠道疾病中的治疗应用潜力[17]。Kovács等人[1]发现，LCA的细胞抑制作用是通过氧化应激和硝化应激机制实现的。即LCA抑制NRF2/Keap1抗氧化防御通路，导致可诱导的一氧化氮合酶（iNOS）的诱导和硝化应激的增加。这些作用是通过激活胆汁酸激活的受体（包括TGR5和构型雄烯受体（CAR）来促进的[1]。有趣的是，LCA诱导的氧化应激与乳腺癌患者的生存率提高有关，而在三阴性乳腺癌（TNBC）中这种通路受到抑制[1]。本文综述了LCA在致癌机制中的复杂作用，特别是其分子基础和治疗应用。
石胆酸的生物合成
疏水性的次级胆汁酸LCA是在远端肠道中由细菌对初级胆汁酸鹅去氧胆酸（CDCA）进行7α-脱氢作用合成的[18]。虽然LCA在实验环境中具有药理活性，但在肠道环境中也具有致癌性。为了降低其毒性，LCA在第一阶段通过细胞色素P450（CYP）酶进行解毒。在人体中，CYP3A4对其进行羟基化，而其他同工酶如CYP3A1、CYP3A2、CYP3A9、CYP2C6、CYP2C11也参与这一过程
石胆酸的受体和信号传导
LCA通过与多种宿主受体（如维生素D受体（VDR）、G蛋白偶联的胆汁酸受体1（GPBAR1，也称为TGR5）、法尼醇X受体（FXR）和孕烷X受体（PXR））结合，发挥多种生理和病理作用[19]。这些受体参与了代谢调节、免疫调节和癌症进展等多种信号通路[27]。FXR是主要的核胆汁酸传感器，也是胆汁酸稳态的核心调节因子
石胆酸在生理过程中的作用
在正常生理条件下，大多数二羟基和三羟基胆汁酸通过肠肝循环被有效重吸收。LCA在小肠中的吸收量很少，主要被输送到结肠，在粪便排出前发生硫酸化[43][44]。动物结肠模型和细胞培养实验中观察到，LCA浓度升高会影响细胞增殖，且LCA浓度与DNA变化之间存在相关性
石胆酸在癌症中的作用和机制
高浓度的LCA可能诱导氧化应激和DNA损伤，从而促进癌症发生[19]。它通过抑制DNA修复酶和诱导细胞凋亡来实现这一作用[19]。最近的研究发现，在某些条件下，LCA还具有抗肿瘤和抗衰老作用
石胆酸在癌症免疫调节中的作用
LCA可以调节多种免疫细胞，如树突状细胞、巨噬细胞和T细胞亚群（如Th1、Th17和调节性T细胞[Treg] [105]。这些免疫细胞在维持免疫稳态中起重要作用，它们的失调与自身免疫和代谢紊乱的发病机制直接相关[106][107]。因此，LCA及其衍生物根据免疫功能障碍的不同情况，可能具有保护或致病作用
石胆酸在癌症信号通路中的作用
LCA可以调节结直肠癌细胞等多种癌细胞的致癌和促肿瘤信号通路[125]。Debruyne等人[125]发现，LCA通过触发多种促癌侵袭和信号通路来促进CRC细胞的增殖。Li等人[99]发现，LCA通过ERK介导的AP-1转录因子激活，增加了SW-620 CRC细胞中转移相关分子尿激酶型纤溶酶原激活受体（uPAR）的表达。
LCA的促肿瘤与抗肿瘤作用的统一框架
LCA的生物学效应并非其分子本身固有的，而是由肿瘤类型、受体/信号传导环境和暴露参数（剂量、持续时间、定位）共同决定的[154]。LCA的促肿瘤和抗肿瘤作用看似矛盾，但实际上是其作用高度依赖于具体情境的。LCA的生物学效应是由癌症类型等多种因素共同决定的石胆酸作为治疗靶点
LCA是细菌产生的胆汁酸代谢物，也被发现具有抗肿瘤作用，这挑战了长期以来认为胆汁酸仅具有致癌性的观点[165]。一些研究表明，胆汁酸在癌症中的作用具有双重性，取决于具体类型。例如，CDCA对胰腺腺癌具有促癌作用，而CA和UDCA具有抗肿瘤作用，DCA的作用则介于两者之间[166][167][168]
生理暴露和转化医学考虑
解释LCA的促肿瘤和抗肿瘤作用需要考虑生理暴露水平、组织分布和药代动力学因素[173][174]。大多数研究使用50至250 μM或更高的浓度来研究LCA的信号传导，这可能超过了正常生理条件下的系统水平[2][49][165][175]。如果没有适当的背景信息，这些研究结果可能产生误解
结论
尽管之前认为LCA具有毒性，但本研究表明，在某些条件下，LCA及其衍生物具有显著的抗肿瘤和抗炎作用。LCA可以抑制癌细胞生长，抑制上皮-间质转化（EMT），减少癌干细胞标志物，同时促进线粒体氧化磷酸化。这些抗肿瘤作用是通过诱导硝化应激和氧化应激实现的
CRediT作者贡献声明
Ali Jasim Muhame：撰写初稿。
Sergey G. Gerasimov：验证和方法学分析。
Rasoul Mirzaei：审稿和编辑。
Sajad Karampoor：监督和实验设计。
Darmadi Darmadi：撰写初稿
资金支持
作者声明在准备本手稿过程中未接受任何资金、资助或其他支持。
