基于高通量活化IL-1β的工程菌治疗方案对抑制结肠癌复发转移的作用及机制研究

Colon cancer has a high risk of recurrence and metastasis. Immunotherapy is an important treatment modality for it. Studies have shown that IL-1β has anti-tumor effect, but it plays the roles in a concentration dependent manner. TLR4 and NLRP3 signal pathways regulate the production and secretion of IL-1β. The key receptors of TLR4 and NLRP3 signal pathways were expressed in innate immune cells and colon cancer cells. How to upregulate the production of IL-1β in these cells is the key point to inhibit the recurrence and metastasis of colon cancer. Lipopolysaccharide (LPS) and cytolysin (ClyA) are important ligands of TLR4 and NLRP3 signal pathway, respectively. We have constructed a engineered salmonella (S.t-ΔpGlux/pT-ClyA) for the combination of LPS and ClyA using genetic recombination technology. Whether the engineered salmonella plays a role in the treatment of colon cancer by promoting the generation of IL-1β remains unclear. MRI will be used to assess the treatment efficacy of engineered salmonella. Cellular and molecular biology techniques will be used to investigate the cells source of IL-1β and explore the function of IL-1β in tumor cells and immune cells. And the regulatory mechanism of the IL-1β will be analyzed. This study will provide new ideas of the colon cancer treatment.

结肠癌易复发和转移,免疫疗法是其重要的治疗方式。研究表明IL-1β具有抗结肠癌作用,但其作用具有浓度依赖性。TLR4及NLRP3通路调控IL-1β的生成和分泌，固有免疫细胞及结肠癌细胞有TLR4及NLRP3通路关键受体的表达。如何促进上述细胞中IL-1β的生成是抗结肠癌复发转移的关键。脂多糖(LPS)和溶细胞素蛋白(ClyA)分别是TLR4及NLRP3信号通路活化的重要配体。本课题组前期已通过基因重组技术合成了工程化沙门氏菌(S.t-ΔpGlux/ pT-ClyA),但其是否能通过促进IL-1β的高通量生成而抑制结肠癌复发转移尚不明确。为此我们拟通过MRI技术对重组工程菌治疗结肠癌的疗效进行动态评估,通过细胞学、分子生物学等技术来探讨工程菌治疗结肠癌时IL-1β的来源细胞及IL-1β表达变化对肿瘤细胞、免疫细胞的影响,并分析其调控机制。本研究将为结肠癌的治疗提供新的思路。

LPS通过激活免疫系统在肿瘤抑制中发挥重要作用。激活后会分泌一系列细胞因子，包括IL-1β。溶细胞素A（Cytolysin A，ClyA）是一种成孔毒素的蛋白质，由革兰氏阴性细菌分泌，在增强IL-1β分泌方面具有潜在作用。研究表明，IL-1β的抗肿瘤作用具有浓度依赖性，提高IL-1β的水平将增强其抗肿瘤作用。我们通过细胞实验研究显示溶血素A在巨噬细胞中具有诱导天然免疫反应的能力以及参与LPS诱导IL-1β分泌的信号通路，LPS和ClyA联合治疗巨噬细胞时，IL-1β的生成显著增强，并且IL-1β的生成受TLR4-MyD88-IL-1β途径和NLRP3-ASC-Caspase-1-IL-1β途径的调节。随后在体研究显示工程化S.t-ΔpGlux/pT-ClyA能显著抑制小鼠肿瘤的生长。为了验证S.t-ΔpGlux/ pT-ClyA是否通过TLR4通路和NLRP3通路促进IL-1β高通量产生来抑制肿瘤的生长和复发。我们采取5种不同方式处理的CT26荷瘤小鼠并利用多模态磁共振动态评估治疗后肿瘤的效果，用Western blot、免疫组化、免疫荧光和流式细胞仪分析IL-1β的来源细胞和IL-1β在肿瘤细胞和免疫细胞中的表达。结果显示由S.t-ΔpGlux/pT-ClyA治疗后肿瘤中的IL-1β含量显著增加并维持在高水平，其肿瘤治疗效果最显著。随后检查其介导的肿瘤抑制的免疫细胞，发现巨噬细胞和树突细胞是IL-1β的主要产生者。用IL-1β抗体处理后的小鼠肿瘤恢复了生长，表明IL-1β在介导癌症治疗中起着重要作用。进一步我们发现在St-ΔpGlux/ pT-ClyA处理的肿瘤中可同时激活TLR4和NLRP3信号通路，从而增加IL-1β表达并增强对结肠癌生长的抑制作用。本研究将为治疗结肠癌提供新思路。