2021年2月，南京大學醫學院王婷婷課題組在EMBO Journal（1區，IF：9.9）雜誌在線發表了題爲“Fungal-induced glycolysis in macrophages promotes colon cancer by enhancing innate lymphoid cell secretion of IL-22”的研究論文，本項研究闡明瞭Dectin-3缺乏和C. albicans對於腸道免疫以及CAC（結腸癌）的影響和作用機制，爲腸道真菌與CAC（結腸癌）之間的作用關係提供更加新穎深入的認識。
下面是小歐帶來的原文解讀。
研究背景
在微生態與腫瘤發生領域，已有證據表明腸道微生態不僅能夠影響腫瘤的形成和發展，而且可調控腫瘤免疫治療的效果。然而，國內外目前關於腸道微生物的研究多聚焦於腸道細菌，腸道真菌與腫瘤發生發展的研究鮮有報道。免疫細胞表面的模式識別受體 (PRR) 可識別病原微生物所特有的保守分子模式(PAMP)引起一系列免疫反應，而C型凝集素受體(C-type lectin Receptor)在抗真菌免疫反應中發揮重要作用。之前的研究發現Dectin-1、-2、-3等C型凝集素受體可識別真菌表面的α甘露聚糖和β葡聚糖激活NF-κB依賴的促炎信號來介導機體抵禦真菌感染。 前期研究發現Dectin-3缺乏會損害白色念珠菌（C. albicans）的吞噬和殺菌能力，並促進結腸炎。儘管Dectin-3對結腸免疫穩態至關重要的，但Dectin-3對結腸癌的發生仍未知。
實驗設計
研究結果
1. Dectin-3-/-mice缺陷型小鼠表現出CAC發生潛能
在Dectin-3-/-mice缺陷型小鼠中，腫瘤的數量、大小和腫瘤負荷等顯著高於野生型小鼠（圖1A和1B）。Dectin-3-/-mice缺陷型小鼠的病變表現出更高級別的腺癌，經常侵入粘膜下層，偶而侵入固有肌層（圖1C和D）,免疫組化結果顯示，Dectin-3-/-mice腫瘤中Ki-67和p-STAT3 的陽性比例明顯高於WT小鼠（圖1E和F）。這些結果表明Dectin-3 缺乏通過誘導上皮細胞的細胞增殖促進CAC的發生。在Dectin-3-/-mice中，更多的巨噬細胞（CD11b + F4 / 80 +）和ILC3被募集到mLN和LP組織中（圖1G）。還檢測了LP細胞中的細胞因子表達，其中IL-6，IL-22和Cxcl1在Dectin-3-/-mice缺陷型小鼠中相對高表達（圖1H）。
圖1 與野生型小鼠相比，Dectin-3-/-mice變現出更高的CAC腫瘤潛能
2. Dectin-3-/-mice缺陷型小鼠的腸道微生物促進CAC的發生
糞菌移植實驗表明：Dectin-3-/-mice缺陷型小鼠的腸道菌羣可以引起更嚴重的結腸炎和更多的腫瘤病變（圖2A、2B和2C），表明這些數據表明，Dectin-3-/-mice的菌羣改變導致了CAC進展的增加。Dectin-3-/-鼠糞便中的真菌負荷較野生鼠明顯增高，其中Ascomycota在Dectin-3-/-鼠中爲優勢菌羣，Candida在Dectin-3-/-鼠和野生型鼠中表現出顯著性差異（圖2D、2E和2F）。qPCR結果表明C. albicans的真菌負荷在Dectin-3-/-鼠中顯著升高（圖2H）。白色念珠菌（C. albicans）在小鼠體內的定植誘導更高的腫瘤負荷和更嚴重的結腸炎（圖2I）。
圖2 Dectin-3-/-mice缺陷型小鼠的腸道微生物促進CAC的發生
3. Dectin-3-/-mice缺陷型小鼠中IL-22的上調錶達促進CAC的發生
爲探討白色念珠菌（C. albicans）誘導的CAC機制，檢測了信號轉導通路的表達情況，其中IL-22, IL-7R, 和TNF-a在Dectin-3-/-mice缺陷型小鼠中顯著上調錶達（圖3A和3B）。anti-IL22治療對真菌負擔和臨牀結腸炎狀況沒有影響，但腫瘤負荷和組織學評分在Dectin-3-/-mice缺陷型小鼠中下調（圖3）。
圖3 在IL-22的上調錶達促進CAC的發生
4. IL-22主要來源於RORrt+ ILC3
IL-22的上調可能促進CAC發生發展，檢測分析了Dectin-3-/-mice的IL-22來源。腸道中大多數產生IL-22的細胞具有CD3-CD45+ RORrt+表型，和RORrt+ ILC3表型一致(圖4A和4B)。CD90抗體被用於消除消耗ILC3細胞亞羣，anti-CD90處理後腫瘤的數量、大小和腫瘤負荷等顯著下降(圖4)。
圖4 IL-22主要來源於RORrt+ ILC3
5. 白色念珠菌（C. albicans）誘導巨噬細胞的糖酵解反應和IL-7產生
IL-22的累積產量隨着腸道微生物的數量和複雜性的增加而增加，說明Dectin-3-/-mice中IL-22的增加依賴於腸道微生物信號，尤其是真菌信號。白色念珠菌（C. albicans）通過HIF-1依賴性糖酵解途徑調控IL-7的產生（圖5）。此外，實驗結果表明：AhR和STAT3對IL-22產生具有協同作用。
圖5 白色念珠菌（C. albicans）誘導巨噬細胞的糖酵解反應和IL-7產生
6. IL-22與CRC患者的真菌負荷具有相關性
和I期和II期CRC患者相比，Dectin-3在stage III 和stage IV CRC患者中相對低表達。且Dectin-3在低真菌負荷患者中的表達顯著上調，表明Dectin-3在宿主抗真菌免疫中發揮着調控作用。此外，高真菌負荷的CRC患者的生存率較低（圖6）。
圖6 IL-22與CRC患者的真菌負荷具有相關性
研究結論
本項研究首先在真菌的特異性模式識別受體Dectin-3基因敲除鼠（Dectin-3-/-鼠）中構建了炎癌轉化的小鼠原位結腸癌模型，發現Dectin-3基因的缺失可導致結腸腫瘤顯著增多，且Dectin-3-/-鼠糞便中的真菌負荷較野生鼠明顯增高。通過真菌ITS2測序發現其中白色念珠菌（C. albicans）的比例和豐度顯著增高。進一步通過糞菌移植實驗證實Dectin-3-/-荷瘤鼠的糞便以及白色念珠菌均可以促進CAC的惡性進程，而抗真菌治療可有效緩解Dectin-3-/-鼠的腫瘤負荷。體內外實驗也證實了Dectin-3基因缺失可導致巨噬細胞清除C. albicans的能力受損，使真菌的負荷增多。增多的C. albicans可通過HIF-1途徑誘導巨噬細胞的糖酵解水平上升，促使巨噬細胞分泌釋放IL-7增多。IL-7的增多有效地促進腸道固有淋巴細胞3（ILC3）中Stat3和AhR轉錄因子的表達水平上升，繼而導致ILC3分泌IL-22的水平上升，促進了腸道上皮細胞的增殖和CAC的進展。
Dectin-3缺乏介導的白色念珠菌增多促進CAC進展
參考文獻
Zhu Y, Shi T, Lu X, Xu Z, Qu J, Zhang Z, Shi G, Shen S, Hou Y, Chen Y, Wang T. Fungal-induced glycolysis in macrophages promotes colon cancer by enhancing innate lymphoid cell secretion of IL- 22. EMBO J. 2021 Feb 16:e105320.