肠上皮IL-17受体A信号通路通过微生物调节远处肿瘤生长

撰文 | Biu

肠道内复杂的微生物群落与宿主相互作用，调控免疫、代谢和社会行为，从而影响人类健康。肠上皮屏障是维持黏膜免疫必不可少的屏障，肠道中的常驻免疫细胞和上皮细胞能够分泌免疫球蛋白、抗菌蛋白和细胞因子等来调节肠道微生物。

其中，肠道中的白细胞介素-17 （Interleukin-17，IL-17）家族是一类促炎细胞因子，可由肠道共生微生物促进分泌，并通过IL-17-IL-17RA（Interleukin-17 receptor A，IL-17RA）信号通路调节肠道内稳态。有研究表明，IL-17信号通路与胰腺导管腺癌（Pancreatic ductal adenocarcinoma,PDAC）的发生相关，能够调控其免疫抑制和肿瘤微环境重塑。此外，有文献报道，肠道菌群也会影响PDAC等肿瘤的进展。鉴于已知的 IL-17-IL-17RA在维持肠道内稳态中具有重要作用以及其与PDAC等肿瘤的相关性，那么，肠道 IL-17-IL-17RA信号是否能通过调控微生物影响远端肿瘤发生呢？该科学问题及其分子机制目前尚未得到解决。

近日，来自美国德克萨斯大学MD安德森癌症中心的Florencia McAllister团队在Cancer Cell杂志上发表了文章Gut epithelial Interleukin-17 receptor A signaling can modulate distant tumors growth through microbial regulation，该研究以全身和肠上皮缺失IL-17RA小鼠的肿瘤移植模型为切入点，探究了肠道IL-17-IL-17RA信号通路缺陷介导的微生物失调通过全身免疫促进远端肿瘤发生的分子机制。此外，该研究也针对临床IL-17/IL-17RA抑制剂抗肿瘤效果不佳的现象给出了可能性解释并提出了解决方案。

图片

首先，为了确认IL-17-IL-17RA信号在胰腺肿瘤生长中的作用，研究团队将小鼠来源的胰腺癌细胞分别原位移植和皮下移植到全身IL-17RA缺陷的小鼠及对照组小鼠，然后比较两组小鼠的肿瘤生长情况，实验结果表明，ll17ra-/- 小鼠与对照组相比其原位移植瘤和皮下移植瘤生长速度都显著增加。进一步，研究团队通过RNA-seq对原位移植瘤ll17ra-/-小鼠及其对照组小鼠进行转录组学分析，结果显示ll17ra-/-小鼠与对照组相比其原位胰腺肿瘤中IL-17信号相关靶基因和通路显著上调。此外，研究人员检测了ll17ra-/-小鼠与对照组小鼠血浆中各种细胞因子的水平，并进行了差异表达分析，结果发现ll17ra-/-小鼠血浆中 IL-17A和 IL-17F水平显著升高（已知IL-17A和 IL-17F可形成同源或异源二聚体并通过IL-17RA进行信号传递）。那么血浆中的IL-17是如何升高的呢？据此前的文献报道，IL-17可以由肠道微生物刺激免疫细胞分泌产生，因此，研究人员给ll17ra-/-小鼠及其对照组小鼠口服混合抗生素（针对细菌和真菌）然后检测血浆IL-17水平以探究IL-17RA敲除是否通过调控肠道微生物促进IL-17产生，实验结果显示，口服混合抗生素或针对细菌的抗生素可以显著降低ll17ra-/-小鼠血浆IL-17水平。以上结果说明IL-17RA全身敲除可以通过调节肠道微生物提高IL-17水平并促进胰腺癌生长。

为了探究是否是肠道特异性的IL-17-IL-17RA信号缺陷促进胰腺癌生长，研究人员构建了肠上皮细胞特异性敲除IL-17RA的小鼠（ll17rafl/fl;Villin-Cre）并检测其血浆中IL-17水平，结果发现其血浆中IL-17A和 IL-17F水平较对照组小鼠是显著升高的。此外，研究人员还发现肠道特异性敲除IL-17RA能够像全身敲除IL-17RA小鼠一样促进其原位及皮下移植胰腺肿瘤生长，而口服抗生素能够逆转上述现象。进一步，为了证明肠道 IL-17RA缺陷是通过远端肿瘤细胞的IL-17-IL-17RA信号直接调节肿瘤生长，研究人员将敲除IL-17RA的胰腺癌细胞移植入ll17rafl/fl;Villin-Cre小鼠，结果发现ll17ra-/-胰腺肿瘤生长速度不再受肠道IL-17-IL-17RA信号调控，以上实验结果证明了特异性肠上皮 IL-17RA缺乏导致的肠道微生物失调可以促进 IL-17分泌，IL-17能够通过激活肿瘤细胞中的 IL-17RA信号促进肿瘤细胞的生长。

接下来，研究人员对ll17rafl/fl; Villin-Cre小鼠的配对回肠和胰腺肿瘤组织进行了免疫谱系分析以确定肠道 IL-17-IL-17RA信号缺陷是否能够通过影响免疫细胞来助力肿瘤生长，分析结果表明ll17rafl/fl; Villin-Cre小鼠肿瘤浸润性以及肠系膜淋巴结和脾组织的B细胞显著增加。为了确定增多的B细胞是否介导了肠道 IL-17-IL-17RA信号缺陷促进的肿瘤生长，研究团队在ll17rafl/fl; Villin-Cre小鼠中进行胰腺癌细胞皮下移植实验并且清除掉小鼠体内的B细胞后观察肿瘤生长情况，实验结果显示，清除B细胞抑制了在ll17rafl/fl; Villin-Cre小鼠中观察到的肿瘤生长增加，这表明在肠道IL-17-IL-17RA信号缺陷的情况下产生的B细胞具有促瘤能力。此外，研究人员通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）等分析手段发现ll17rafl/fl; Villin-Cre小鼠肿瘤浸润性Th17细胞也会显著增加，增加的Th17细胞会协同增加的B细胞分泌IL-17A和IL-17F。以上数据表明，在肠道IL-17-IL-17RA信号缺陷的情况下，肠道微生物失调会使肿瘤浸润性Th17细胞和 B细胞增多，增多的Th17细胞和 B细胞可以分泌大量IL-17A和IL-17F促进肿瘤生长。

进一步，研究人员针对肿瘤细胞中IL-17如何促进其生长进行了探究，他们通过单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术对ll17rafl/fl;Villin-Cre小鼠胰腺癌模型中受IL-17调控的基因进行了筛选，并与之前文献报道的受IL-17调控的胰腺癌差异表达基因数据进行了比较，结果显示，Duox2是受 IL-17差异调控的共同基因。据文献报道，DUOX2是一种受 IL-17RA信号调控的与氧化应激相关的酶，研究人员通过体外细胞实验证实IL-17能够促进DUOX2表达，并且进一步调控细胞氧化应激。

最后，研究人员对人胰腺癌标本及其血液循环中产生IL-17的细胞群进行了分析，分析结果表明人类胰腺癌患者其血液循环细胞和肿瘤浸润细胞中均存在能够表达 IL-17的细胞群，并且肿瘤组织中IL-17水平与DUOX2水平正相关。此外，研究人员发现 PDAC患者的肠道微生物与肠道上皮细胞 IL-17RA缺失和IL-17升高导致的肠道微生物变化相似，该结果表明由于IL-17RA缺失而被清除的肠道微生物可能促进 PDAC的发生。

基于上述实验结果，研究人员猜想临床上通过IL-17RA抗体抑制IL-17-IL-17RA信号通路来治疗肿瘤的效果不佳可能是由于肠道微生物可以代偿性促进IL-17分泌。因此，研究人员将IL-17RA抗体和抗生素联用，以探究清除肠道微生物能否增强IL-17RA抗体的抗肿瘤效果，实验结果显示，该药物联用治疗方案可以有效抑制肿瘤生长。

综上，该研究发现全身或肠道上皮特异性缺失IL-17RA引起的肠道微生物失调会促进Th17细胞和 B细胞发育，使肿瘤浸润性Th17细胞和 B细胞增多并分泌更多的IL-17，IL-17信号能够通过增加肿瘤细胞中的DUOX2表达促进肿瘤生长。而通过靶向消除微生物以阻断代偿环路，能够增强临床IL-17RA抗体抗肿瘤效果。该研究工作揭示了IL-17-IL-17RA信号在人体不同部位的复杂性，并且针对临床细胞因子抑制剂抗肿瘤效果不佳这一现象提出了可能的耐药机制以及潜在的药物联用治疗方案。

图片

https://doi.org/10.1016/j.ccell.2023.12.006

制版人：十一