結(jié)直腸癌（Colorectal cancer，CRC）是臨床常見的消化系統(tǒng)惡性腫瘤，近年來(lái)其發(fā)病率持續(xù)上升，是癌癥死亡的第二大常見原因。目前，以手術(shù)治療為主的多學(xué)科綜合治療作為結(jié)腸癌的重要原則，包含手術(shù)、放療、化療、免疫治療、傳統(tǒng)中醫(yī)藥治療等多種治療方式，但超過(guò)50%的患者在診斷時(shí)已處于中晚期，且由于周圍組織的浸潤(rùn)和侵襲以及腫瘤遠(yuǎn)端轉(zhuǎn)移等因素結(jié)直腸癌患者的預(yù)后往往很差，仍然缺乏有效的治療手段。

大麻二酚（cannabidiol，CBD）是從大麻植物中提取的純天然成分。近年來(lái)CBD被報(bào)道具有多種治療作用，且2018年美國(guó)FDA批準(zhǔn)CBD用于治療小兒難治性癲癇。越來(lái)越多的研究表明，CBD和其他結(jié)構(gòu)類似的大麻素在體內(nèi)外都具有抗腫瘤作用，然而其詳細(xì)的抗腫瘤機(jī)制仍不清楚。

南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院、醫(yī)藥生物技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孫洋課題組對(duì)CBD抑瘤的機(jī)制展開了研究。首先在小鼠結(jié)直腸癌皮下移植瘤模型中考察了CBD的抗腫瘤效果，結(jié)果顯示CBD治療顯著抑制小鼠腫瘤生長(zhǎng)，體現(xiàn)在腫瘤體積減小，腫瘤重量降低。另外，CBD給藥并不影響小鼠體重，提示CBD沒(méi)有明顯毒副作用（圖1）。

圖1. 大麻二酚（CBD）抑制小鼠結(jié)直腸癌移植瘤生長(zhǎng)

為了考察CBD抗腫瘤的具體作用機(jī)制，研究人員運(yùn)用scRNA-seq和scATAC-seq技術(shù)發(fā)現(xiàn)CBD治療組小鼠腫瘤中M2樣巨噬細(xì)胞比例顯著降低，而M1巨噬細(xì)胞比例則增加。進(jìn)一步對(duì)巨噬細(xì)胞的差異分析結(jié)果顯示，在M1樣巨噬細(xì)胞中，Nos2、Cd80、Cd86、Il12b等促炎性巨噬細(xì)胞活化相關(guān)基因的表達(dá)顯著上調(diào)，這意味著巨噬細(xì)胞的抗腫瘤能力增強(qiáng)。與此一致的是，在M2巨噬細(xì)胞中觀察到Cd9、Cebpb和Spp1等基因的表達(dá)顯著下調(diào)，這些基因已被證明可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞的免疫抑制表型。除此之外，研究人員發(fā)現(xiàn)CBD顯著誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞中糖酵解相關(guān)基因的表達(dá)。通過(guò)對(duì)巨噬細(xì)胞進(jìn)行差異基因富集分析，發(fā)現(xiàn)在M1樣巨噬細(xì)胞中，糖酵解、炎癥反應(yīng)和活性氧（ROS）通路在CBD治療后顯著富集。在M2樣巨噬細(xì)胞中，PI3K-Akt、氧化磷酸化、脂肪酸代謝和膽固醇穩(wěn)態(tài)等信號(hào)通路被下調(diào)。以上結(jié)果表明CBD顯著重塑了腫瘤微環(huán)境中巨噬細(xì)胞的表型和功能（圖2）。

圖2. 單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序揭示CBD治療調(diào)控腫瘤微環(huán)境中巨噬細(xì)胞的表型和功能

接下來(lái)，研究人員檢測(cè)了CBD對(duì)于體外巨噬細(xì)胞替代激活的影響，發(fā)現(xiàn)CBD抑制M2樣巨噬細(xì)胞的極化，抑制抗炎相關(guān)基因的表達(dá)。進(jìn)一步對(duì)巨噬細(xì)胞抗腫瘤功能進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)無(wú)論是在小鼠還是在人結(jié)直腸癌類器官中，CBD都顯著促進(jìn)了巨噬細(xì)胞的抗腫瘤能力。進(jìn)一步的機(jī)制研究顯示CBD顯著降低了巨噬細(xì)胞的耗氧率（OCR）；相反地，CBD處理后細(xì)胞外酸化率（ECAR）顯著增加，提示CBD通過(guò)重塑巨噬細(xì)胞代謝調(diào)控巨噬細(xì)胞極化（圖3）。最后，研究人員發(fā)現(xiàn)CBD和PD-1抗體聯(lián)用能夠增強(qiáng)PD-1阻斷的治療效果，改善抑制性免疫微環(huán)境，增加腫瘤中細(xì)胞毒性T細(xì)胞的浸潤(rùn)和功能。

圖3. CBD抑制巨噬細(xì)胞替代激活促進(jìn)巨噬細(xì)胞抗腫瘤作用

綜上所述，該研究利用單細(xì)胞多組學(xué)技術(shù)結(jié)合細(xì)胞生物學(xué)、藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，揭示了CBD通過(guò)巨噬細(xì)胞代謝重編程調(diào)控巨噬細(xì)胞分化進(jìn)而重塑腫瘤微環(huán)境來(lái)抑制結(jié)直腸癌的進(jìn)展（圖4），為CBD在腫瘤治療中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，亦對(duì)其他植物活性成分抗腫瘤作用機(jī)制的研究具有借鑒意義。

圖4. CBD在結(jié)直腸癌中的抗腫瘤機(jī)制示意圖

上述工作近日以Single-cell analyses reveal cannabidiol rewires tumor microenvironment via inhibiting alternative activation of macrophage and synergizes with anti-PD-1 in colon cancer為題在線發(fā)表在Journal of Pharmaceutical Analysis雜志（中科院1區(qū)）。該研究通過(guò)單細(xì)胞多組學(xué)技術(shù)結(jié)合細(xì)胞生物學(xué)、藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)大麻二酚可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞代謝重編程恢復(fù)巨噬細(xì)胞本身的抗腫瘤能力，重塑腫瘤免疫微環(huán)境，抑制結(jié)直腸癌進(jìn)展，為大麻二酚在結(jié)直腸癌治療中的應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。

南京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院孫曉凡博士生、周莉莎博士生和南京中醫(yī)藥大學(xué)王一博士是該論文的共同第一作者，南京大學(xué)孫洋教授、上海交通大學(xué)陳紅旗博士和南京醫(yī)科大學(xué)杜前明博士為該論文的共同通訊作者。該研究還得到南京大學(xué)徐強(qiáng)教授、南京中醫(yī)藥大學(xué)程海波教授、南京醫(yī)科大學(xué)顧艷宏教授和四川大學(xué)柯博文教授的幫助，在此表示感謝。

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095177923000746?via%3Dihub

來(lái)源：南京大學(xué)