Cell Metab | 维生素B2抗癌再添新证！北医三院研究揭示：肠道菌源核黄素可通过靶向神经酰胺代谢抑制结直肠癌进展！
2025-09-09
中科新生命
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结直肠癌（CRC）是全球主要癌症死因，转移性患者疗效不佳构成重要临床挑战。研究表明，CRC发生伴随神经酰胺代谢紊乱，表现为长链神经酰胺（如C26）增加、短链减少，但其作用机制及与受体互作尚未明确。此外，肠道菌群失调亦与CRC进展相关，其代谢物可能通过调控神经酰胺代谢影响肿瘤发展；同时，有研究提示核黄素（又称维生素B2）作为关键辅酶参与多种代谢过程，其状态可能间接影响神经酰胺代谢或菌群稳态，但具体机制仍有待深入解析。
2025年7月2日，北京大学第三医院付卫、张志鹏及孙露露团队在《Cell Metabolism》期刊发表题为 “Microbial riboflavin inhibits ceramide synthase 3 to lower ceramide (d18:1/26:0) and delay colorectal cancer progression”的研究论文。研究揭示C26神经酰胺可直接激活EGFR信号通路，促进结直肠癌的进展。而肠道菌群代谢产生的核黄素可通过抑制神经酰胺合成酶活性拮抗，起到抑癌效果。研究结果可能有助于开发基于肠道微生物群调节的个性化治疗策略，为CRC患者提供更有效的治疗选择。
研究材料
人样本（肿瘤组织、血浆、粪便、CRC类器官）、模型动物肿瘤组织样本、微生物样（B. cellulosilyticus、E. coli BL21）、各种细胞系（MC38细胞、HEK293T细胞）
研究步骤
步骤1：临床样本收集与脂质组学分析：收集101例CRC患者的配对肿瘤/癌旁组织及82例血浆和粪便样本，通过靶向脂质组学鉴定脂质代谢谱特征；
步骤2：体内模型与多组学解析：利用MC38异种移植模型进行RNA-seq分析，结合免疫组化/荧光技术评估肿瘤免疫微环境，并检测人类CRC组织中CERS3酶活性；
步骤3：基因功能与菌株干预研究：通过体内外敲除和过表达CERS3验证其对增殖的调控作用；进一步移植B. cellulosilyticus，分析其对CERS3活性及肿瘤进展的影响；
步骤4：抑制剂筛选与验证：采用分子对接技术筛选靶向CERS3的微生物代谢物及FDA批准药物，并通过功能实验验证其抑制效果。
图1 C26神经酰胺作用机制、肠道菌源代谢物抑制作用及老药新用靶向干预药物筛选示意图
研究结果
1. 结直肠癌患者C26升高与肿瘤进展呈正相关
该研究收集了101名CRC患者（涵盖不同分期及侵袭状态）的配对肿瘤/非肿瘤组织，以及41名健康对照和41名CRC患者的血浆与粪便样本。脂质组学分析显示，CRC肿瘤组织具有独特的脂质代谢特征，神经酰胺C26是上调最显著的脂质，且在肿瘤组织中特异性积累。C26水平与AJCC分期、T分期、淋巴血管侵犯和神经周围侵犯均呈正相关，表明其可能与CRC进展、侵袭和迁移相关。此外，CRC患者血浆和粪便中C26浓度也显著高于健康对照，且与上述临床特征一致。
图2 脂质组学分析揭示了CRC患者中C26的升高
2. C26加速CRC细胞增殖和肿瘤负担并激活EGFR和下游信号传导通路
在MC38移植瘤模型中，C26处理促进肿瘤生长、增大体积，并显著提高血浆及肿瘤中C26浓度，同时增强肿瘤细胞增殖。RNA-seq分析显示C26显著富集PI3K/AKT、MAPK和RAS等增殖相关通路，而对免疫细胞无显著影响。在患者来源类器官中，C26上调EGFR及其磷酸化水平；微尺度热泳（MST）实验证实C26直接结合EGFR，亲和力为50.9 μM，与血浆生理浓度相当。西妥昔单抗可阻断C26诱导的激活表皮生长因子受体（EGFR）激活，表明C26与EGF竞争性结合EGFR。敲低EGFR后C26促增殖作用减弱，证明C26通过直接结合EGFR胞外域激活下游信号，从而驱动结直肠癌细胞增殖。
图3 C26结合EGFR并促进CRC细胞增殖
3. CERS3富集及其在CRC肿瘤组织中的作用
CERS3在长链神经酰胺合成中起关键作用，其活性在CRC肿瘤组织中显著增强，而其他CERS酶活性无显著变化。CERS3的mRNA和蛋白在CRC肿瘤组织中显著升高，且其活性与肿瘤组织和血浆中的C26含量呈正相关。CERS3的高表达和活性与AJCC分期和T分期呈正相关，表明其与CRC的进展密切相关。此外，CERS3在小鼠模型的肿瘤组织中显著增加，进一步支持了其在CRC中的关键作用。
图4 CERS3在CRC中的表达、活性及其与C26水平的相关性
4. CERS3在CRC进展中的作用及其治疗意义
CERS3过表达的MC38细胞在异种移植模型中形成更大、生长更快的肿瘤，且肿瘤组织和血浆中C26浓度显著升高，细胞增殖更活跃。在患者来源的CRC类器官中，CERS3过表达同样导致C26浓度升高、类器官体积增大和细胞增殖增强，并激活了EGFR、PI3K/AKT、MAPK和RAS信号通路。相反，CERS3敲低则抑制了这些效应。此外，Cers3基因敲除小鼠模型中，Cers3ΔIE小鼠的结肠肿瘤数量减少、体积变小，肿瘤中Cers3 mRNA和C26浓度降低，癌细胞增殖减少。这些结果表明CERS3在CRC进展中起关键作用，是潜在的治疗靶点。
图5 CERS3调节CRC细胞增殖的体外和体内实验
5. B. cellulosilyticus移植通过微生物源核黄素抑制CERS3活性并延缓结直肠癌增殖
根据CRC患者C26水平分组发现，低C26组中B. cellulosilyticus丰度显著较高，且与CERS3活性、C26水平及AJCC分期、T分期和神经周围侵犯呈负相关。动物实验中，移植该菌可抑制Cers3过表达移植瘤的生长，降低肿瘤体积、增殖、C26水平和CERS3活性；其培养基也能抑制类器官增殖。研究进一步明确其代谢物核黄素为关键活性成分，可抑制CERS3活性与细胞增殖。分子对接和MST实验表明核黄素直接结合CERS3，亲和力达50.9 μM，突变关键残基削弱结合能力。临床数据证实核黄素水平与CERS3活性及CRC进展指标负相关，提示其通过靶向CERS3发挥抗肿瘤作用。
图6 B. cellulosilyticus通过产生核黄素抑制CERS3活性，延缓CRC进展
核黄素处理可抑制患者来源类器官的增殖并减小其体积。在Cers3过表达MC38移植瘤中，核黄素显著减缓肿瘤生长、降低Ki67表达和C26水平，并提高瘤内核黄素浓度。使用表达ribH的工程菌（E. coli-ribH）处理同样抑制肿瘤生长并降低C26。相反，采用ribH敲除菌（B. cellulosilyticus ΔribH）或RibH抑制剂处理则促进肿瘤增殖、增大体积、升高C26并降低核黄素水平。这些结果表明，B. cellulosilyticus通过合成核黄素抑制CERS3活性，减少致癌性C26产生，从而抑制结直肠癌进展；而阻断核黄素合成可逆转该抑癌作用。
图7 核黄素抑制CERS3活性，抑制CRC细胞增殖
6. 阿地溴铵（AB）是一种潜在的抗CERS3抑制剂
基于结构的虚拟筛选发现，化合物AB是FDA库中抑制CERS3活性最显著的候选药物。在Cers3过表达的MC38细胞和CRC类器官中，AB均有效抑制增殖。MST实验证明AB直接结合CERS3，KD值为50.9 μM，且结合模式分析显示其通过与口袋内芳香和极性残基相互作用发挥作用，突变关键残基显著降低结合能力。CERS3敲低后AB抑增殖作用减弱，表明其作用依赖CERS3。在移植瘤模型中，AB以剂量依赖方式抑制肿瘤生长、减小体积并降低Ki67阳性率。结果表明AB作为一种新型CERS3抑制剂，通过特异性结合并抑制CERS3活性，有效延缓结直肠癌进展。
图8 基于CERS3的药物再利用筛选揭示AB抑制CRC细胞增殖
结论
在结直肠癌（CRC）中，CERS3及其代谢产物C26神经酰胺（d18:1/26:0）显著上调。C26作为配体直接结合EGFR胞外域并激活其下游信号，促进癌细胞增殖与肿瘤进展。肠道微生物B. cellulosilyticus通过分泌核黄素抑制CERS3活性，降低C26水平，从而延缓CRC发展。此外，FDA已批准药物AB被证实可高效抑制CERS3活性，显著抑制肿瘤生长。这些发现系统揭示了C26-CERS3在CRC中的关键作用，证实靶向CERS3及其代谢通路是一种极具潜力的治疗策略，为代谢干预肿瘤提供了新方向。
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