《Acta Pharmaceutica Sinica B》：Quercetin’s antitumor effect in bladder cancer: Synergistic regulation of gut microbiota and L-serine metabolic pathway
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本研究针对膀胱癌(BCa)治疗面临的临床挑战，探索了天然产物槲皮素(Quercetin)的抗肿瘤新机制。研究人员通过动物模型、多组学分析和粪便菌群移植(FMT)等技术，揭示了槲皮素口服给药可有效抑制膀胱癌进展，其作用依赖于重塑肠道菌群、降低关键代谢物L-丝氨酸水平，并下调肿瘤内源性丝氨酸合成通路(SSP)关键酶PSPH的表达。该研究为槲皮素通过“肠-肿瘤”轴发挥抗癌作用提供了直接证据，为膀胱癌的天然药物干预策略开辟了新思路。
膀胱癌是全球泌尿系统最常见的恶性肿瘤之一，其发病率和死亡率居高不下，且近年来呈现年轻化趋势。尽管现有治疗手段包括手术切除、膀胱灌注化疗和新辅助治疗等，但仍有相当一部分患者会进展为高级别或转移性疾病，预后不佳。由于膀胱癌的高度异质性和现有疗法的局限性，临床上迫切需要寻找安全、有效且低毒的新型治疗药物。此时，大自然的“药房”为我们提供了一个充满潜力的宝库。许多从植物中提取的天然活性化合物，展现出独特的抗癌活性，且对正常细胞的毒性较低。其中，槲皮素作为一种广泛存在于水果蔬菜中的多酚类黄酮化合物，近年来在多种恶性肿瘤中显示出抗肿瘤潜力，但其确切作用机制，尤其是在体内的抗癌通路，仍有待深入阐明。尤其有趣的是，口服槲皮素存在生物利用度低的特点，这意味着大量未吸收的槲皮素会进入肠道，这不禁让人联想到：肠道中数以万亿计的微生物“居民”——肠道菌群，是否会成为槲皮素发挥神奇作用的“幕后推手”？此外，癌细胞为了满足其疯狂增殖的需求，会“劫持”正常的代谢程序，其中对氨基酸的贪婪摄取和利用是关键一环。那么，槲皮素能否通过影响肠道菌群，进而改变某些对癌细胞至关重要的代谢物，从而“断其粮草”，达到抑制肿瘤的目的？为了回答这些问题，来自中国医学科学院北京协和医学院国家癌症中心/肿瘤医院泌尿外科的翟昭、杨飞亚、冯茹、叶孟亮等研究人员开展了一项系统性研究，相关成果发表在《Acta Pharmaceutica Sinica B》上，揭示了槲皮素通过协同调控肠道菌群和L-丝氨酸代谢通路来抑制膀胱癌的全新机制。
为了深入探究槲皮素的作用，研究人员综合运用了多种关键技术方法。在动物模型方面，他们构建了人膀胱癌SW780细胞的裸鼠皮下移植瘤模型，并设置了模型组、槲皮素低/高剂量治疗组、抗生素处理组等多个对照组，以评估槲皮素的疗效及其对肠道菌群的依赖性。在微生物组分析上，他们通过对小鼠粪便样本进行16S rRNA基因测序，全面解析了肠道菌群组成和结构的变化。代谢轮廓的描绘则依赖于基于液相色谱-质谱联用技术的非靶向代谢组学，用以筛选与肿瘤进展和治疗响应相关的关键代谢物。此外，研究还通过转录组测序分析了肿瘤组织中的基因表达变化，锁定了受槲皮素调控的关键通路。为了直接验证肠道菌群的作用，他们采用了粪便菌群移植实验，将经槲皮素处理小鼠的肠道菌群移植给伪无菌模型小鼠，观察其抗肿瘤效果的重现。在细胞和类器官水平，研究使用了患者来源的膀胱癌类器官模型和多种膀胱癌细胞系，通过细胞增殖、凋亡、周期、划痕实验以及基因敲低/过表达等技术，在体外验证了关键靶点的功能。
槲皮素在裸鼠体内抑制膀胱癌进展
研究人员首先在动物模型中验证了槲皮素的疗效。口服给予槲皮素能显著抑制移植瘤的生长，低剂量(100 mg/kg)和高剂量(200 mg/kg)的抑瘤率分别达到48.5%和51.41%。重要的是，当联合使用抗生素清除肠道菌群后，槲皮素的抑瘤效果大幅减弱，这表明其抗癌作用至少部分依赖于完整的肠道菌群。免疫组化结果显示槲皮素处理降低了肿瘤组织中增殖标志物Ki-67和PCNA的表达。此外，利用临床膀胱癌新鲜组织构建的类器官模型以及体外细胞实验均证实，槲皮素能以剂量和时间依赖的方式抑制膀胱癌细胞的活力。
槲皮素逆转膀胱癌裸鼠的肠道菌群失调
通过16S rRNA测序分析，研究人员发现槲皮素治疗能够改变肿瘤模型小鼠紊乱的肠道菌群结构，使其α多样性向健康对照组水平恢复。主坐标分析显示不同组别的肠道菌群组成存在明显分离。在属水平上，槲皮素处理显著改变了Blautia、Lachnoclostridium、Escherichia-Shigella等多个菌属的相对丰度。功能预测分析提示，槲皮素处理组中多种氨基酸代谢通路显著富集。更有趣的是，从槲皮素富集的有益菌Parabacteroides sp.和Clostridium cocleatum的培养上清，能特异性抑制膀胱癌细胞的活力，而不影响正常膀胱上皮细胞，表明这些被富集的细菌本身可能参与了抗肿瘤过程。
槲皮素调控膀胱癌裸鼠的肠道菌群代谢物
代谢组学分析发现，槲皮素处理能显著逆转肿瘤模型小鼠的代谢紊乱，使127种代谢物的水平向健康对照组回调。通路富集分析显示，差异代谢物显著富集于多种氨基酸代谢通路，特别是甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢。相关性分析找到了与小鼠肿瘤重量和体积显著正相关的代谢物，其中L-丝氨酸的相关性最强。进一步检测发现，模型小鼠血清、粪便、尿液和肿瘤组织中的L-丝氨酸水平显著升高，而槲皮素处理能有效降低这些部位L-丝氨酸的含量。
槲皮素下调肠道菌群代谢物L-丝氨酸
整合分析显示，L-丝氨酸水平与多个细菌属的丰度显著相关。体外将小鼠肠道菌群与槲皮素共培养的实验直接证明，槲皮素能促进菌群对L-丝氨酸的代谢，降低其水平。功能实验表明，膀胱癌细胞在丝氨酸/甘氨酸缺乏的培养基中生长受到显著抑制，其增殖相关蛋白PCNA、Cyclin D1表达下降，而凋亡相关蛋白cleaved Caspase-3和cleaved PARP表达上升。在动物水平，饲喂丝氨酸/甘氨酸缺乏饲料可抑制肿瘤生长，而在槲皮素治疗期间补充富含丝氨酸的饲料则会抵消其抗肿瘤效果，这直接证明了槲皮素的疗效依赖于其对L-丝氨酸代谢的调控。
粪便菌群移植证实槲皮素诱导的肠道菌群变化在膀胱癌进展中的作用
为了直接验证肠道菌群的作用，研究人员进行了粪菌移植实验。将经槲皮素处理小鼠的粪便菌群移植给伪无菌模型小鼠后，受体小鼠的肿瘤生长受到显著抑制，其肠道菌群结构与供体小鼠高度相似，并且粪便、血液和肿瘤中的L-丝氨酸水平也显著降低。这直接证实了槲皮素修饰后的肠道菌群具有抗肿瘤作用。为了寻找具体的功能菌株，研究人员筛选了与L-丝氨酸高度相关的细菌，发现大肠杆菌Nissle 1917具有最强的代谢L-丝氨酸的能力。在动物实验中，口服活的大肠杆菌Nissle 1917能够抑制肿瘤进展，并降低粪便中的L-丝氨酸水平。
槲皮素通过下调PSPH抑制膀胱癌进展
除了调控外源性L-丝氨酸摄入，槲皮素是否也影响肿瘤细胞自身合成丝氨酸的能力？丝氨酸合成通路(SSP)是糖酵解的一个分支，由磷酸甘油酸脱氢酶(PHGDH)、磷酸丝氨酸转氨酶1(PSAT1)和磷酸丝氨酸磷酸酶(PSPH)等酶催化。转录组测序结果显示，槲皮素处理显著下调了肿瘤组织中PSPH的表达，这一结果在蛋白水平得到验证，而PHGDH和PSAT1的表达未发生明显变化。槲皮素直接刺激膀胱癌细胞也能降低PSPH表达和细胞内L-丝氨酸浓度。功能上，敲低PSPH能显著抑制膀胱癌细胞的迁移、促进其凋亡、诱导细胞周期G0/G1期阻滞并抑制其增殖。当同时敲低PSPH并在缺乏丝氨酸/甘氨酸的培养基中培养时，对癌细胞增殖的抑制效果最强。这些结果表明，槲皮素还能通过下调PSPH，从内源性合成途径抑制丝氨酸的生成，从而发挥抗肿瘤作用。
综上所述，这项研究揭示了天然化合物槲皮素对抗膀胱癌的一种创新双重机制。首先，口服槲皮素能够重塑肠道菌群，富集诸如大肠杆菌Nissle 1917等能够代谢L-丝氨酸的细菌，从而降低宿主和肿瘤微环境中外源性L-丝氨酸的可用性。其次，槲皮素能直接下调肿瘤细胞中丝氨酸合成通路的关键酶PSPH的表达，阻断其内源性丝氨酸的合成。通过这种“内外夹击”的策略，槲皮素有效地限制了膀胱癌细胞增殖所必需的丝氨酸供应，从而抑制肿瘤进展。该研究首次在动物模型层面系统阐明了槲皮素通过“肠道菌群-代谢物-肿瘤代谢”轴发挥抗癌作用的完整通路，不仅为槲皮素的抗膀胱癌应用提供了坚实的临床前证据，也为理解其他天然产物与肠道微生态的互作提供了范例。尽管研究存在如临床样本验证不足、使用免疫缺陷模型等局限性，但其发现无疑为开发基于天然产物和肠道菌群调控的膀胱癌辅助治疗新策略带来了重要启示，具有显著的转化潜力和科学意义。
