蒜素通过靶向STAT3介导CD8+ T细胞对抗结直肠癌的作用

《International Immunopharmacology》：Allicin mediated CD8+ T cell anti-colorectal cancer by targeting STAT3

　　大蒜素通过增强CD8+ T细胞浸润与功能抑制结直肠癌生长并减少TIM-3表达，其机制涉及STAT3通路，为结直肠癌免疫治疗提供新策略。

　　

郭丹丹|李艾芳|王白燕|黄宇|戴月友|郭涛|冯淑英

河南中医药大学医学院，中国郑州450046

摘要

蒜素已被确定为一种潜在的结直肠癌（CRC）治疗药物，但其是否通过调节免疫系统发挥抗肿瘤作用尚未得到探讨。我们研究了蒜素在CRC治疗中对抗肿瘤的机制。利用流式细胞术分析了用蒜素处理后肿瘤负载的C57BL/6小鼠中免疫细胞的浸润情况以及CD8⁺ T细胞的活性。为了评估蒜素对T细胞的独特影响，我们使用了雄性OT-I小鼠进行实验。通过RNA-seq和Western blot（WB）技术研究了蒜素对T细胞的作用机制。使用CCK-8、克隆实验和Transwell试验评估了HCT116和HT29细胞的增殖和迁移能力。BALB/c裸鼠被用来测试蒜素的抗肿瘤效果，结果显示蒜素能显著抑制肿瘤生长，抑制率为72.2%。此外，蒜素在体内使CD8⁺ T细胞的浸润率从18.44%增加到47.01%。蒜素还通过促进IL-2、TNF-α和IFN-γ的分泌，增强效应T细胞的分化，并降低TIM-3的表达来增强CD8⁺ T细胞的活性。经蒜素处理后，卵清蛋白特异性CD8⁺ T细胞在体内的比例从41.96%增加到58.40%。从机制上讲，蒜素通过靶向CD8⁺ T细胞和肿瘤细胞中的STAT3通路来增强抗CRC作用，抑制率分别为80.3%和53.6%，这表明蒜素是CRC治疗的一个有前景的候选药物。

引言

结直肠癌（CRC）是一种危险的消化道肿瘤，在美国和中国都是第三大常见且致命的癌症类型。遗憾的是，全球新发CRC病例和相关死亡病例中有一半以上发生在中国、欧洲和北美[[1], [2], [3]]。到2030年，CRC的发病率将进一步增加60%。在中国，80%的CRC患者在初次诊断时已处于中晚期，约40%的患者已经出现肝、肺等部位的转移，5年生存率仅为10%。此外，晚期患者无法通过手术或化疗得到治愈[4]。尽管FDA已批准了一些药物，如贝伐单抗[5]、氟尿嘧啶[6]、西妥昔单抗[7]和帕木单抗[8]，但这些药物不仅对CRC的整体生存率影响有限，而且有许多副作用，严重危及患者健康。目前，免疫检查点抑制剂（ICI）已成为多种肿瘤的有效治疗手段[9,10]。尽管ICI在CRC治疗中取得了一些成功，但仍有相当一部分肿瘤表现出内在或获得性的耐药性[11]。因此，迫切需要探索一种新的针对肿瘤免疫系统的抗CRC药物。

蒜素这种防御性物质来源于大蒜（Allium sativum L.），它可以引起蛋白质中的谷胱甘肽和硫醇基团的氧化还原反应，在其生物活性中起着重要作用，包括抗菌、抗氧化、抗炎和抗肿瘤作用[12,13]。多项研究表明，蒜素能够在体外抑制多种癌细胞的增殖，包括肺癌、肝癌、结直肠癌和乳腺癌细胞[14]。蒜素在胶质瘤中的主要抗肿瘤机制涉及调节Nrf2系统和ERK1/2丝裂原活化蛋白激酶[15,16]或抑制Nrf2系统[17,18]。在肿瘤免疫疗法中，T细胞是抗肿瘤免疫的核心调节者。CD8⁺ CTL细胞通过释放穿孔素-颗粒酶和分泌IFN-γ直接识别肿瘤抗原并消灭癌细胞；CD4⁺ Th1细胞分泌细胞因子以增强CTL细胞和巨噬细胞的活性，而Th17和Tfh亚群有助于维持长期的免疫记忆。肿瘤微环境通过PD-L1、TGF-β、IDO等信号促进CD4⁺、CD25⁺、Foxp3⁺ Tregs细胞的扩增，并导致CD8⁺ T细胞耗竭，从而减弱抗肿瘤反应。免疫检查点抑制剂通过阻断PD-1/CTLA-4通路来激活CTL细胞，而CAR-T细胞则绕过MHC限制直接靶向肿瘤抗原，在血液系统恶性肿瘤的治疗中取得了突破。T细胞还与树突状细胞、髓系抑制细胞和肠道微生物群相互作用，影响治疗效果和耐药性。未来结合使用免疫调节剂、细胞因子或代谢干预的策略可能会重塑微环境，增强T细胞的持久性和记忆性，实现对实体瘤的长期控制[[19], [20], [21], [22], [23], [24]]。然而，目前尚不清楚蒜素是否通过调节免疫反应来影响CRC。

我们的初步研究关注了蒜素对CRC肿瘤中免疫细胞的影响，进一步验证发现蒜素不仅直接抑制CRC的生长和转移，还能选择性地增强CD8⁺ T细胞的抗肿瘤功能，从而抑制CRC的扩散。本研究表明蒜素是一种有效的CRC治疗药物，为CRC的临床治疗提供了新的方法。

材料

蒜素购自MedChem Express（中国上海），纯度大于98%。C57BL/6雄性小鼠和BALB/c裸鼠购自上海实验动物中心（中国上海）。所有小鼠均在无病原体（SPF）环境中饲养。5-氟尿嘧啶（5Fu）购自Sigma Aldrich Biotechnology Co.

细胞培养和细胞活力

MC38、HCT116、HT-29、OVA-MC38和FHC细胞来自中国科学院的细胞库，培养于含有10% FBS和1% P/S的DMEM培养基中

蒜素通过促进体内CD8⁺ T细胞浸润来抑制CRC生长

先前的研究表明，蒜素可以通过增强肿瘤对放疗的敏感性并克服放疗耐药性来抑制CRC细胞的生长。鉴于蒜素在调节抗肿瘤免疫方面的潜力，我们旨在评估其在体内的作用。

讨论

作为大蒜的主要成分，蒜素已被证明可以调节多种用于治疗不同疾病的化合物的功能[[35], [36], [37]]。本研究表明，蒜素能够显著抑制CRC的生长。有趣的是，用蒜素处理的肿瘤中CD8⁺ T细胞的浸润明显增加（p < 0.001），而其他免疫细胞如巨噬细胞、树突状细胞和髓系抑制细胞的浸润没有明显变化。

患者发表同意书

不适用。

作者贡献声明

郭丹丹：撰写 – 审稿与编辑、数据可视化、软件使用、资源获取、研究设计、资金筹集、数据管理、概念构思。李艾芳：数据管理。王白燕：项目管理。黄宇：监督、软件使用、方法学设计。戴月友：方法学设计。郭涛：初稿撰写。冯淑英：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、监督、资金筹集、概念构思。

伦理批准和参与同意

动物实验遵循河南中医药大学批准的动物护理指南（批准编号DWLLGZR202211001）进行。

作者声明

我们的工作是一项原创研究，尚未提交或被任何其他期刊接受。所有作者均已审阅手稿并同意将其提交给贵期刊。作者声明没有利益冲突。

资助

本研究得到了中国博士后科学基金会（编号2023M731023）、河南省科学技术研究与发展（编号242102311212）、河南省教育机构重点研究项目（编号24A310005）以及河南省科学技术研究与发展联合基金（编号232301420070）的支持。河南省科学技术研究与发展联合基金（编号235200810108）也提供了部分资助。

利益冲突声明作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。