肝細胞癌（HCC）是全球第三大致死癌癥，其發生發展與肝臟代謝功能紊亂密切相關。作為代謝核心器官，肝臟通過合成初級膽汁酸來調節機體的糖脂代謝平衡，而初級膽汁酸本是調節糖脂代謝平衡的關鍵因子，它們進入腸道被腸道菌群加工成次級膽汁酸再吸收，這一來一回構成肝-腸循環，這其中有一種醛酮還原酶AKR1D1專門負責還原膽汁酸中間體，并兼職參與糖皮質激素代謝，調控細胞色素P450活性。可是臨床研究發現，隨著肝脂肪變性、纖維化等病癥加重，AKR1D1基因的表達卻越來越弱，至于它在HCC里到底扮演何種角色、如何發揮作用，一直是未解之謎。
再把目光轉向免疫系統里對抗腫瘤的自然殺傷（NK）細胞，在HCC發展時，它本應挺身而出，靠分泌細胞因子來 “剿滅” 癌細胞。但腫瘤周圍的免疫微環境（TME）中，到處都是 “使絆子” 的抑制性因子，NK細胞的戰斗力被狠狠削弱了。更麻煩的是，膽汁酸代謝和NK細胞活性之間的關系至今尚無定論。但這種代謝-免疫的交叉調控機制或許就是打敗HCC的 “秘密武器”。
2025年2月，南方醫科大學、廣東省人民醫院的高平、孫林沖團隊聯手中國科學技術大學張華鳳團隊在Cell Metabolism上發表題為“AKR1D1 suppresses liver cancer progression by promoting bile acid metabolism-mediated NK cell cytotoxicity”的研究論文，發現AKR1D1缺失會導致腸道菌群失調，卵形擬桿菌（Bacteroidetes ovatus）大量增值，促進鵝去氧膽酸（CDCA）轉化為異石膽酸（iso-LCA），后者的積累損害NK細胞功能，最終導致HCC加速發展；拮抗iso-LCA有效逆轉NK細胞功能抑制，并與抗PD-1治療產生協同抗腫瘤效應。本研究為HCC的免疫治療和標志物預測提供了潛在靶點。（麥特繪譜提供膽汁酸譜檢測服務）
技術路線
研究結果
1.AKR1D1是HCC的抑制因子
研究者首先對臨床獲得的HCC與癌旁組織進行膽汁酸代謝關鍵基因檢測，發現AKR1D1在HCC中顯著下調，隨后在多種HCC動物模型中證實，敲除AKR1D1后小鼠的發病率和腫瘤生長均顯著增加。WB和IHC分析進一步從蛋白層面證實，與非癌組織相比，HCC中AKR1D1水平顯著降低。來自TCGA的數據也表明發現腫瘤組織中的AKR1D1表達水平較低，且AKR1D1水平與HCC患者的生存率負相關。
圖1. AKR1D1缺失促進肝癌進展
以上結果均說明AKR1D1是HCC的抑癌基因。
2. AKR1D1的靶細胞是NK細胞
雖然從上文實驗中已明確AKR1D1抑制HCC，但直接在肝癌細胞中過表達AKR1D1卻不會對其生長造成顯著影響?？紤]到AKR1D1參與膽汁酸代謝，研究者推測這個酶可能通過膽汁酸影響了其他細胞的功能，進而抑制肝癌進展。因此先通過轉錄組測序，在AKR1D1KO小鼠的HCC模型中發現347個差異表達基因，它們顯著富集于免疫相關通路，尤其是NK細胞介導的細胞毒性。接下來使用流式細胞術發現，AKR1D1KO小鼠肝臟中NK細胞比例顯著降低，且其分泌的IFN-γ、TNF-α和顆粒酶B水平下降，表明其細胞毒性功能受損。最后進行NK耗竭和敲除驗證，發現WT組小鼠的腫瘤進展加速，而用IL-15激活NK細胞后其抑制腫瘤發現的功能恢復。
圖2. AKR1D1缺乏會損害NK細胞的抗腫瘤作用
以上結果表明，AKR1D1通過作用于NK細胞而發揮抑制HCC的作用。
3. AKR1D1通過iso-LCA調控NK細胞
接下來對HCC小鼠進行膽汁酸靶向檢測，篩選AKR1D1的代謝物靶點，結果在肝臟中檢測到6種次級膽汁酸顯著增加。隨后分離小鼠脾臟NK細胞，分別與這6種膽汁酸共培養，發現異膽酸（iso-LCA）處理對NK細胞分泌IFN-γ和TNF-α的抑制作用最為顯著，且呈現劑量依賴性，此外還發現iso-LCA會抑制NK細胞對腫瘤細胞的殺傷作用，但不直接影響腫瘤細胞增殖，這也與前文的結論一致。體內回補實驗證實，腹腔注射iso-LCA可顯著促進WT小鼠腫瘤生長，且抑制HCC小鼠的NK細胞的IFN-γ和TNF-α分泌。通過流式細胞術檢測NK細胞中轉錄因子，發現iso-LCA特異性抑制p-CREB1（磷酸化CREB1），而AKR1D1敲除小鼠的NK細胞中也存在p-CREB1水平降低的情況，且Creb1敲低會減少IFN-γ和TNF-α分泌，證明CREB1直接調控這些基因。
圖3. iso-LCA以CREB1依賴性方式參與AKR1D1介導的NK細胞毒性抑制
以上結果表明，AKR1D1通過膽汁酸代謝產物iso-LCA調控NK細胞功能，并影響HCC進展。
4.AKR1D1通過腸道菌群調控iso-LCA
考慮到次級膽汁酸由腸道菌群代謝產生，研究者對WT和AKR1D1KO小鼠結腸內容物進行了宏基因組測序。結果發現敲除AKR1D1后，擬桿菌門（Bacteroidetes）豐度增加，其中γ-擬桿菌（g-Bacteroides）和擬桿菌屬（s-Bacteroides）豐度顯著升高；此外相關性分析表明，B. ovatus（卵形擬桿菌）與iso-LCA、apoCA、AlloCA水平均呈正相關。用抗生素清除腸道菌群后觀察到AKR1D1KO小鼠的腫瘤體積縮小，且NK細胞的IFN-γ分泌增多，證明了菌群是AKR1D1調控NK細胞的必要條件。此外該結論也具有臨床一致性：在肝癌患者中檢測到血清AKR1D1下調和血清 iso-LCA、糞便B. ovatus上調，且AKR1D1蛋白水平與血清iso-LCA、糞便B. ovatus豐度呈負相關。最后通過胃內給藥向WT和AKR1D1KO小鼠補充B. ovatus，發現WT小鼠腫瘤進展加速，且NK細胞的IFN-γ、TNF-α分泌及p-CREB1水平均受到抑制。
圖4. B.ovatus的豐度與AKR1D1KO小鼠和HCC小鼠中iso-LCA的增加相關
以上結果表明，B. ovatus是驅動iso-LCA積累和促瘤表型的功能菌種，且其作用依賴于AKR1D1。
5.體外&體內機制驗證
為了確定B. ovatus的功能調控機制，研究者將該細菌與初級膽汁酸CDCA共培養后檢測代謝物，發現B. ovatus能將CDCA代謝為iso-LCA；隨后利用共培養48h后的條件培養基處理NK細胞，檢測到IFN-γ和TNF-α的分泌受到抑制。此外，體內菌群干預實驗也表明，B. ovatus灌胃處理后，小鼠糞便中的iso-LCA含量上升，WT小鼠腫瘤進展加速，與AKR1D1KO小鼠的差異縮小，且NK細胞中IFN-γ和顆粒酶B的表達降低。
圖5. B.ovatus促進iso-LCA累積從而減弱NK細胞的細胞毒性
以上體內和體外實驗均證實了AKR1D1-B. ovatus-iso-LCA軸對HCC進展的調控。
6. iso-LCA拮抗劑可增強抗PD-1抗體的療效
最后研究者試圖尋找針對iso-LCA的抗HCC治療方案。首先基于結構相似性，從Drug Bank中篩選出了8種候選化合物，隨后通過流式細胞術檢測IFN-γ和TNF-α水平，從而確定SPI為最有效的拮抗劑。分子對接和細胞熱位移分析法（CETSA）均顯示，SPI可通過與iso-LCA 競爭性結合GPBAR1來抑制其功能。此外利用兩種不同的HCC小鼠模型進行體內療效實驗，結果表明，抗PD-1+SPI的聯合治療顯著抑制腫瘤生長，效果優于單藥，且腫瘤浸潤NK細胞的IFN-γ和TNF-α水平也與療效一致。
圖6. iso-BCA受體阻滯劑SPI增強抗PD1抗體用于肝癌治療的抗腫瘤效率
以上結果表明iso-LCA拮抗劑具有HCC協同治療的臨床轉化潛力。
全文總結
本研究揭示了醛酮還原酶AKR1D1在肝細胞癌（HCC）進展中的關鍵調控機制：AKR1D1的缺失重塑腸道菌群，使卵形擬桿菌（B. ovatus）豐度增加，該菌特異性將鵝去氧膽酸（CDCA）代謝為異石膽酸（iso-LCA），后者通過抑制NK細胞中CREB1磷酸化（p-CREB1）信號通路，削弱其細胞毒性功能，最終導致腫瘤免疫逃逸。異石膽酸拮抗劑SPI能有效逆轉NK細胞功能抑制，并與抗PD-1治療產生協同抗腫瘤效應。這些發現不僅闡明了”腸道菌群-膽汁酸代謝-免疫微環境”軸在HCC中的調控網絡，更為靶向菌群干預及代謝重編程的聯合腫瘤免疫治療策略提供了理論依據。
參考文獻
Wei H, Suo C, Gu X, et al. AKR1D1 suppresses liver cancer progression by promoting bile acid metabolism-mediated NK cell cytotoxicity. Cell Metab. 2025
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