洋葱（Allium cepa）衍生的丙基丙烷硫代磺酸酯（Propyl Propane Thiosulfonate, PTSO）通过免疫调节改善肿瘤发生：一项临床前研究

《Phytotherapy Research》：The Allium cepa Derived Compound Propyl Propane Thiosulfonate (PTSO) Improves Tumorigenesis Due to Its Immunomodulatory Effect: A Preclinical Study

　　

摘要 葱属（Allium）衍生的有机硫化合物提供了显著的健康益处。具体而言，PTSO（Propyl Propane Thiosulfonate）是一种从洋葱（Allium cepa）中提取的有机硫化合物，已显示出免疫调节和益生元特性。然而，其对结肠炎相关结直肠癌（Colitis-Associated Colorectal Cancer, CAC）中的肿瘤发生和肠道生态失调的影响仍未得到探索。本研究旨在调查两种PTSO制剂——游离型（Free PTSO, FP）和封装型（Encapsulated PTSO, EP）——对CAC小鼠模型的影响，重点关注其对免疫系统和肠道微生物组的影响。通过体外HCT116细胞和由氧化偶氮甲烷（Azoxymethane, AOM）及葡聚糖硫酸钠（Dextran Sulfate Sodium, DSS）诱导的CAC小鼠模型表征了PTSO的抗肿瘤作用。在整个实验过程中口服给予FP和EP，并使用5-氟尿嘧啶（5-Fluorouracil, FU）作为对照。FP和EP均能有效减轻肿瘤负荷，其中EP由于生物利用度提高，在减少肿瘤数量和大小方面显示出更大的积极影响，从而对肿瘤发生产生更好的改善效果。PTSO通过氧化应激机制诱导细胞凋亡，并调节关键通路，如STAT3、PI3K/mTOR和Wnt/β-catenin。此外，特别是EP表现出对髓系和淋巴系群体的免疫调节作用，并阻碍促进炎症和癌症进展的细胞因子的释放。PTSO还增强了肠道屏障完整性，增加了有益细菌（如Akkermansia、Leuconostoc mesenteroides和Weissella confusa）的丰度以及短链脂肪酸（Short-Chain Fatty Acids, SCFAs）的释放。该研究强调了PTSO，特别是其封装形式，作为一种通过靶向肿瘤生长和潜在炎症过程同时恢复肠道菌群平衡来治疗结直肠癌（Colorectal Cancer, CRC）的有前景的治疗药物的潜力。

论文解读：洋葱源PTSO通过多靶点调控抑制结肠炎相关结直肠癌的机制研究

研究背景与意义

结直肠癌（CRC）是全球重大的公共卫生挑战，而炎症性肠病（IBD）是其关键风险因素，患者发展为结肠炎相关结直肠癌（CAC）的风险显著增加。这一病理过程主要由长期暴露于促炎刺激导致，进而引发上皮损伤及遗传和免疫学改变。研究表明，CRC的发展与肠道菌群失调（Dysbiosis）密切相关，表现为菌群多样性降低和特定菌群比例失衡。尽管目前已有多种治疗手段，但许多CRC患者仍面临反应不佳或不良反应的问题。因此，开发安全有效的新疗法以改善患者生活质量迫在眉睫。在此背景下，药用植物及其生物活性成分因其有效性和安全性受到越来越多的关注。来自洋葱（Allium cepa）的有机硫化合物丙基丙烷硫代磺酸酯（PTSO）在肥胖和IBD的临床前模型中已显示出益生元和免疫调节特性，但其对CAC的作用及抗肿瘤机制尚不明确。此外，考虑到PTSO在胃肠道上部可能降解且具有刺激性气味，采用果胶（Pectin）和β-环糊精（β-cyclodextrin）进行微胶囊封装以提高其稳定性和结肠靶向性成为本研究的重要切入点。本研究发表于《Phytotherapy Research》，旨在通过体内外实验阐明PTSO及其封装制剂对CAC的多重干预机制。

关键技术方法

研究人员采用了多维度的研究方法。在体外实验中，利用HCT116、RKO和Caco2等结直肠癌细胞系以及非致瘤性NCM356细胞，通过细胞增殖、克隆形成、Annexin V/PI凋亡检测及跨上皮电阻（TEER）测量来评估PTSO的直接细胞效应。在体内实验中，构建了经典的AOM/DSS诱导的CAC小鼠模型，设立健康对照组、CAC对照组、CAC+游离PTSO（FP）组、CAC+封装PTSO（EP）组及CAC+5-氟尿嘧啶（FU）阳性对照组，通过灌胃给药持续干预。样本采集后，利用流式细胞术分析血液、结肠及肠系膜淋巴结（MLNs）中的免疫细胞亚群变化；通过Western Blot和RT-qPCR检测结肠组织中STAT3、PI3K/mTOR、Wnt/β-catenin等关键信号通路分子及凋亡相关蛋白的表达；利用16S rRNA基因测序分析粪便微生物群落的α/β多样性及菌群组成变化；并通过气相色谱等方法测定粪便中短链脂肪酸（SCFAs）含量。此外，还进行了粪便代谢组与肿瘤细胞及人外周血单核细胞（PBMCs）的共培养实验，以验证菌群代谢物的功能性影响。

研究结果

3.1 PTSO Administration Exerts Antiproliferative Effect in Vitro

体外实验表明，PTSO以浓度依赖性方式降低了HCT116和RKO肿瘤细胞的活力，而对正常NCM356细胞毒性较低。克隆形成实验显示PTSO抑制了肿瘤细胞的集落形成能力。机制上，PTSO通过降低Ki67阳性细胞比例抑制增殖，并下调pSTAT3/STAT3和pmTOR/mTOR比值，逆转Wnt3a诱导的下游基因（TNFA、AXIN2）上调，揭示了其通过干扰STAT3、PI3K/mTOR及Wnt/β-catenin信号轴发挥抗增殖作用的分子基础。

3.2 PTSO Increases Apoptosis and Autophagy in Colorectal Cancer Cells Through the BNIP3/BCN1 and MAPK Pathways

Annexin V/PI检测证实PTSO诱导了HCT116细胞凋亡。基因表达分析显示，PTSO显著上调了促凋亡基因BNIP3、MAPK14（p38α）及抗氧化酶基因SOD1和GPX1，表明其通过BNIP3/BCN1和ASK1/p38α途径激活细胞凋亡和自噬，且氧化应激反应在其中扮演关键角色。

3.3 PTSO Treatment Restores the LPS-Altered Barrier Function In Vitro

在Caco2单层细胞模型中，PTSO虽不直接影响静息状态下的跨上皮电阻（TEER），但能有效拮抗脂多糖（LPS）诱导的上皮屏障破坏，恢复E-钙黏蛋白（E-cadherin）水平，提示其具有维护肠道屏障完整性的潜力。

3.4 PTSO Supplementation Decreases AOM/DSS-Induced Colitis Associated With Macroscopic Inflammation and the Tumor Score

体内实验结果显示，FP和EP均未影响小鼠存活率，但显著改善了疾病活动指数（DAI）和结肠重量/长度比。结肠镜和组织病理学分析证实，两种PTSO制剂均减少了肿瘤数量和大小，其中EP制剂因提高了结肠组织中的药物浓度，在减小肿瘤尺寸和改善恶性程度方面表现优于FP。

3.5 PTSO Treatment Promotes Tumor Cell Death and Hinders Their Proliferation in the AOM/DSS Mice Model

体内分子机制验证显示，PTSO治疗下调了抑癌基因BCL2，上调了凋亡执行蛋白CASP3，并影响了自噬标志物BCN1。同时，Ki67染色和干细胞标志物（LGR5、CD133）分析进一步证实了PTSO在体内抑制肿瘤细胞增殖和干性的效果。

3.6 PTSO, Especially Encapsulated, Reduces Inflammatory Monocytes and Myeloid Infiltration While Enhancing T Cell Response

免疫表型分析揭示，EP显著降低了血液中经典单核细胞（CD11b⁺CD64⁺CX3CR1^?CCR2⁺Ly6C⁺）的比例，减少了结肠组织中髓系细胞、中性粒细胞及M2型巨噬细胞的浸润。重要的是，EP增加了肠系膜淋巴结中CD4⁺和CD8⁺T细胞的数量，特别是促进了Th1（CD4⁺IFNγ⁺）细胞的分化，并在体外实验中增强了人PBMCs分泌颗粒酶B（Granzyme B）的能力，表明其具有重塑肿瘤免疫微环境的功能。

3.7 PTSO Improves Intestinal Dysbiosis, Reinforces the Gut Barrier Integrity and Reduces Bacteria-Derived LPS Absorption in CAC

菌群分析显示，CAC模型导致肠道菌群α多样性下降和菌群结构紊乱，而PTSO治疗恢复了菌群结构，使其更接近健康对照组。具体而言，PTSO增加了有益菌Akkermansia、Leuconostoc mesenteroides和Weissella confusa的相对丰度，降低了促炎菌Escherichia-Shigella的比例。伴随菌群改善，粪便中乙酸、丙酸和丁酸等SCFAs含量显著升高，血浆脂多糖（LPS）水平降低，且紧密连接蛋白Occludin的基因表达上调，证实了PTSO通过调节菌群-代谢物-屏障轴发挥作用。

3.8 PTSO-Induced Microbiome Changes Modulate Tumor Proliferation Partially Through SCFA-Derived Mechanisms

功能性实验表明，来自CAC对照组的粪便代谢组促进了HCT116细胞的增殖，而来自PTSO治疗组的代谢组则抑制了增殖，这与CCND2和SGK1基因表达的变化一致。将经粪便代谢物预处理的人PBMCs与肿瘤细胞共培养，发现PTSO来源的代谢产物通过间接免疫调节抑制了肿瘤生长。直接添加SCFAs（丁酸、丙酸、乙酸）也重现了类似的抗增殖效果，表明SCFAs是介导PTSO抗肿瘤作用的重要介质之一。

结论与讨论

讨论部分指出，本研究首次系统阐明了PTSO在CAC模型中的抗肿瘤机制，证实了其通过多靶点协同作用发挥疗效。首先，PTSO直接作用于肿瘤细胞，通过诱导氧化应激和调控STAT3、PI3K/mTOR及Wnt/β-catenin等关键致癌信号通路，抑制细胞增殖并促进凋亡。其次，PTSO展现出显著的免疫调节双重效应：一方面抑制髓系细胞（如炎性单核细胞、中性粒细胞、M2巨噬细胞）的过度浸润和相关促炎因子（IL-1β、IL-17）的释放；另一方面增强适应性免疫，特别是促进Th1和细胞毒性T淋巴细胞（CTLs）的活化，这对于清除肿瘤细胞至关重要。第三，PTSO及其封装制剂通过重塑肠道菌群结构，增加Akkermansia等有益菌和SCFAs的产生，修复肠道物理屏障，减少LPS易位和内毒素血症，从而形成“菌群-代谢物-免疫-宿主”的良性互作循环。值得注意的是，封装制剂（EP）由于果胶的保护作用，提高了PTSO在结肠部位的生物利用度和稳定性，因此在多数指标上表现出优于游离制剂（FP）的效果。尽管本研究揭示了PTSO的巨大潜力，但作者也指出了局限性，如仅在雌性小鼠中进行验证，未来需在人类患者中进一步评估其代谢动力学、毒性及最佳剂量，并探索其与免疫检查点抑制剂联用的可能性。总之，该研究为PTSO作为一种新型、多功能的营养药物用于CRC的预防和治疗提供了坚实的临床前科学依据。