文章标题：Microbiota-derived urocanic acid triggered by tyrosine kinase inhibitors potentiates cancer immunotherapy efficacy
发表期刊：Cell Host & Microbe
影响因子：18.7
客户单位：中国药科大学
百趣提供服务：新一代代谢组学NGM 2 Pro
研究背景
近年来，以抗PD-1/PD-L1抗体为代表的免疫检查点抑制剂(ICB)为多种癌症治疗带来革命性突破，但仅约10%~30%的患者可获得持久响应，多数患者存在原发或继发耐药。酪氨酸激酶抑制剂(TKIs)与ICB联用可显著提升抗肿瘤疗效，但其调控免疫响应的核心机制尚不明确。已有研究表明，TKIs可改变肠道菌群组成，进而间接调节肿瘤免疫微环境。本研究系统揭TKIs诱导肠道菌群中Muribaculum gordoncarteri富集并产生代谢产物尿刊酸(UCA)；UCA通过共价结合IκBα的Asp31位点、抑制NF-κB核转位与通路活化，降低趋化因子CXCL1表达，进而减少髓源抑制性细胞(MDSCs)向肿瘤浸润，最终增强抗PD-1免疫治疗的疗效。
研究结果
01.TKls重塑肠道代谢物，打造“抗癌”免疫微环境
为了探究TKls是否通过肠道菌群发挥作用，研究团队设计了一系列精巧的实验。首先收集了接受TKls治疗的结直肠癌患者粪便，从中提取肠道菌群代谢物，并将其给予结直肠癌模型小鼠。
结果显示：与对照组相比，接受TKI诱导的菌群代谢物处理的小鼠，肿瘤数量与体积均显著减少（图1B–E）。对肿瘤微环境的分析进一步发现，抗肿瘤核心效应细胞CD8+ T细胞（尤其是分泌IFN-γ和颗粒酶B的活化杀伤性T细胞）显著增加，而免疫抑制的MDSCs明显减少（图1H–J）。
为确认上述效应依赖肠道菌群，研究人员使用抗生素清除小鼠肠道菌群，结果菌群代谢物的抗肿瘤作用显著减弱。进一步粪菌移植实验证实，只有移植TKls处理小鼠菌群的受体小鼠，肿瘤生长才被显著抑制且生存期延长（图1L–M）。
上述证据链明确表明：TKls可通过重塑肠道菌群及其代谢物，将肿瘤免疫微环境从 “冷肿瘤” 转变为 “热肿瘤”。
图1.TKIs诱导的肠道微生物代谢物重塑肿瘤微环境
02.锁定关键分子：尿刊酸(UCA)登场
究竟是哪种代谢物在发挥核心作用？团队对小鼠的肠道内容物和血浆进行了全面的代谢组学筛查。结果显示，在TKls处理后，一种名为尿刊酸(Urocanic Acid, UCA)的代谢物水平在小鼠和患者的粪便与血清中均显著升高（图2A–C、2G）。
为了验证UCA的功能，研究人员直接给患癌小鼠补充UCA。结果显示，UCA单独使用即可显著抑制肿瘤生长、延长小鼠生存期，并可减少MDSCs浸润、增强CD8+ T细胞活性（图2I–N）。更重要的是，UCA的抗肿瘤效应不依赖肠道菌群，且体外实验证实UCA不能直接杀伤肿瘤细胞或直接调控免疫细胞功能。这一关键发现表明，UCA并非直接作用于肿瘤或免疫细胞，而是通过调控肿瘤微环境中的细胞招募环节，阻止免疫抑制性的MDSCs进入肿瘤。后续MDSC清除实验进一步证实：当用抗体清除MDSCs后，UCA的抗肿瘤作用完全消失（图2Q–T）。
图2.关键代谢物UCA介导MDSC募集抑制
03.追根溯源：揭秘产UCA的“功臣菌”——Muribaculum
UCA水平显著升高，那么产生UCA的核心菌株究竟是什么？通过16S rRNA与宏基因组测序，团队发现TKls处理可显著富集Muribaculum菌属（图3E–F）。该菌属于Muribaculaceae家族，在TKls处理后的患者与小鼠肠道中，其丰度与UCA水平呈显著正相关（图3H）。
为证实Muribaculum是产生UCA的关键菌株，研究人员用Muribaculum gordoncarteri标准菌株并对小鼠进行灌胃。结果显示，补充该菌株后，小鼠肠道UCA水平上升、肿瘤生长受抑、MDSCs浸润减少、CD8+ T细胞活化增强（图3J–M）。为开展终极验证，团队利用基因工程技术，将Muribaculum中合成UCA的关键酶基因hutH+转入大肠杆菌，构建出可直接产生UCA的工程菌株。该工程菌灌胃小鼠后，同样表现出显著的抗肿瘤效果（图3O–R）。反之，若使用能够降解UCA的hutU+工程菌，则会完全逆转上述抗肿瘤与免疫调控效应。这一系列从 “菌群筛选” 到 “菌株验证” 再到 “基因验证” 的完整实验，清晰揭示了TKIs→Muribaculum→UCA的核心调控轴线。
图3.Muribaculum是UCA的主要来源菌属
04.机制揭秘：UCA抑制内皮细胞CXCL1表达以阻断MDSC肿瘤浸润
UCA既然不直接作用于免疫细胞，那它是如何阻止MDSC进入肿瘤的呢？团队利用单细胞测序技术，对UCA处理后的肿瘤微环境进行了高精度解析。结果发现，UCA处理主要影响了肿瘤血管内皮细胞(TECs)（图4I）。内皮细胞是血管的 “守门人”，负责免疫细胞的进出。进一步分析发现，UCA显著抑制了内皮细胞中趋化因子CXCL1的表达（图4I, 5C）。
CXCL1就像一张 “入场券”，专门负责招募表达其受体CXCR2的MDSC进入肿瘤。UCA处理后的肿瘤内皮细胞CXCL1分泌减少，导致MDSC无法被有效募集到肿瘤内部（图5D）。当研究人员用抗体阻断CXCL1或用抑制剂阻断其受体CXCR2后，同样能模拟出类似UCA的抗肿瘤效果（图5O, 5T）。
那么，UCA是如何抑制CXCL1表达的呢？通过分析细胞内信号通路，团队锁定了经典的炎症相关通路——NF-κB通路。UCA处理后，内皮细胞中NF-κB的活化被显著抑制，导致其无法启动下游CXCL1的基因转录（图5I-K）。至此，完整的信号轴浮出水面：UCA→抑制内皮细胞NF-κB→降低CXCL1→阻断MDSC募集。
图4.UCA通过内皮细胞CXCL1调控TEC与MDSC之间的信号交流
图5.UCA通过使内皮细胞NF-κB通路失活来抑制MDSC募集
05.精确打击：UCA直接结合IκBα，锁定关键位点
UCA究竟是如何精准地抑制NF-κB通路的？这需要找到它的直接作用靶点。研究人员设计并合成了一种带有生物素标签的UCA探针，利用它像 “钓鱼” 一样从细胞中钓出与UCA结合的蛋白质。质谱分析结果显示，这个靶点正是NF-κB通路的核心调控蛋白——IκBα。
IκBα是NF-κB的“枷锁”，在静息状态下结合并锁住NF-κB。当细胞受到刺激，IκBα的32位丝氨酸(Ser32)会被磷酸化，进而被降解，释放NF-κB入核发挥功能。那么，UCA是如何作用于IκBα的？通过高分辨率质谱与分子模拟，团队发现了一个全新机制：UCA与IκBα的第31位天冬氨酸(Asp31)发生共价结合（图6A–B）。这种结合使IκBα构象更紧凑、遮蔽Ser32位点，特异性阻断Ser32磷酸化，但不影响邻近的Ser36位点（图6F–J）。这种 “外科手术刀” 般的精准调控，让IκBα更加稳定，NF-κB通路因此被牢牢抑制。
图6.UCA直接靶向IκBα，选择性抑制Ser32残基的磷酸化
06.临床应用：UCA增效PD-1，化身疗效预测“生物标志物”
以上发现是否具有临床转化价值？团队在两种不同的结直肠癌小鼠模型中进行了验证。结果显示，UCA与抗PD-1抗体联合使用，产生了显著的协同增效作用，肿瘤抑制效果远超单独用药，小鼠生存期显著延长（图7A–I）。在人源化小鼠模型中，TKIs处理同样能提升UCA水平，并增强抗PD-1的效果（图7O–Q）。
最后，团队回顾性分析了接受免疫治疗的结直肠癌患者临床样本。结果与动物实验高度一致：对抗PD-1治疗有响应的患者，其治疗前粪便中的Muribaculum gordoncarteri丰度和UCA水平均显著高于无响应者（图7R–S）。更重要的是，这些指标与患者的总生存期正相关，与肿瘤中MDSC的密度负相关，与CD8+ T细胞密度正相关（图7T–W）。这表明，粪便中Muribaculum gordoncarteri丰度和UCA浓度，有望成为预测免疫疗法疗效的全新、无创生物标志物。
图7.M. gordoncarteri 来源的UCA可促进结直肠癌小鼠模型的免疫治疗反应并预测患者预后
研究总结
本研究揭示了一个全新的肠道菌-代谢物-宿主信号轴：酪氨酸激酶抑制剂诱导Muribaculum gordoncarteri产生尿刊酸(UCA)，UCA通过靶向IκBα抑制NF-κB活化、降低CXCL1介导的MDSC募集，从而显著增强抗PD-1免疫治疗效果。UCA与Muribaculum gordoncarteri水平可作为免疫治疗疗效预测的潜在生物标志物，为联合靶向治疗及微生态干预提供了新策略。
