肝细胞癌（HCC）是全球第三大致死癌症，其发生发展与肝脏代谢功能紊乱密切相关。作为代谢核心器官，肝脏通过合成初级胆汁酸来调节机体的糖脂代谢平衡，而初级胆汁酸本是调节糖脂代谢平衡的关键因子，它们进入肠道被肠道菌群加工成次级胆汁酸再吸收，这一来一回构成肝-肠循环，这其中有一种醛酮还原酶AKR1D1专门负责还原胆汁酸中间体，并兼职参与糖皮质激素代谢，调控细胞色素P450活性。可是临床研究发现，随着肝脂肪变性、纤维化等病症加重，AKR1D1基因的表达却越来越弱，至于它在HCC里到底扮演何种角色、如何发挥作用，一直是未解之谜。
再把目光转向免疫系统里对抗肿瘤的自然杀伤（NK）细胞，在HCC发展时，它本应挺身而出，靠分泌细胞因子来 “剿灭” 癌细胞。但肿瘤周围的免疫微环境（TME）中，到处都是 “使绊子” 的抑制性因子，NK细胞的战斗力被狠狠削弱了。更麻烦的是，胆汁酸代谢和NK细胞活性之间的关系至今尚无定论。但这种代谢-免疫的交叉调控机制或许就是打败HCC的 “秘密武器”。
2025年2月，南方医科大学、广东省人民医院的高平、孙林冲团队联手中国科学技术大学张华凤团队在Cell Metabolism上发表题为“AKR1D1 suppresses liver cancer progression by promoting bile acid metabolism-mediated NK cell cytotoxicity”的研究论文，发现AKR1D1缺失会导致肠道菌群失调，卵形拟杆菌（Bacteroidetes ovatus）大量增值，促进鹅去氧胆酸（CDCA）转化为异石胆酸（iso-LCA），后者的积累损害NK细胞功能，最终导致HCC加速发展；拮抗iso-LCA有效逆转NK细胞功能抑制，并与抗PD-1治疗产生协同抗肿瘤效应。本研究为HCC的免疫治疗和标志物预测提供了潜在靶点。（麦特绘谱提供胆汁酸谱检测服务）
技术路线
研究结果
1.AKR1D1是HCC的抑制因子
研究者首先对临床获得的HCC与癌旁组织进行胆汁酸代谢关键基因检测，发现AKR1D1在HCC中显著下调，随后在多种HCC动物模型中证实，敲除AKR1D1后小鼠的发病率和肿瘤生长均显著增加。WB和IHC分析进一步从蛋白层面证实，与非癌组织相比，HCC中AKR1D1水平显著降低。来自TCGA的数据也表明发现肿瘤组织中的AKR1D1表达水平较低，且AKR1D1水平与HCC患者的生存率负相关。
图1. AKR1D1缺失促进肝癌进展
以上结果均说明AKR1D1是HCC的抑癌基因。
2. AKR1D1的靶细胞是NK细胞
虽然从上文实验中已明确AKR1D1抑制HCC，但直接在肝癌细胞中过表达AKR1D1却不会对其生长造成显著影响。考虑到AKR1D1参与胆汁酸代谢，研究者推测这个酶可能通过胆汁酸影响了其他细胞的功能，进而抑制肝癌进展。因此先通过转录组测序，在AKR1D1KO小鼠的HCC模型中发现347个差异表达基因，它们显著富集于免疫相关通路，尤其是NK细胞介导的细胞毒性。接下来使用流式细胞术发现，AKR1D1KO小鼠肝脏中NK细胞比例显著降低，且其分泌的IFN-γ、TNF-α和颗粒酶B水平下降，表明其细胞毒性功能受损。最后进行NK耗竭和敲除验证，发现WT组小鼠的肿瘤进展加速，而用IL-15激活NK细胞后其抑制肿瘤发现的功能恢复。
图2. AKR1D1缺乏会损害NK细胞的抗肿瘤作用
以上结果表明，AKR1D1通过作用于NK细胞而发挥抑制HCC的作用。
3. AKR1D1通过iso-LCA调控NK细胞
接下来对HCC小鼠进行胆汁酸靶向检测，筛选AKR1D1的代谢物靶点，结果在肝脏中检测到6种次级胆汁酸显著增加。随后分离小鼠脾脏NK细胞，分别与这6种胆汁酸共培养，发现异胆酸（iso-LCA）处理对NK细胞分泌IFN-γ和TNF-α的抑制作用最为显著，且呈现剂量依赖性，此外还发现iso-LCA会抑制NK细胞对肿瘤细胞的杀伤作用，但不直接影响肿瘤细胞增殖，这也与前文的结论一致。体内回补实验证实，腹腔注射iso-LCA可显著促进WT小鼠肿瘤生长，且抑制HCC小鼠的NK细胞的IFN-γ和TNF-α分泌。通过流式细胞术检测NK细胞中转录因子，发现iso-LCA特异性抑制p-CREB1（磷酸化CREB1），而AKR1D1敲除小鼠的NK细胞中也存在p-CREB1水平降低的情况，且Creb1敲低会减少IFN-γ和TNF-α分泌，证明CREB1直接调控这些基因。
图3. iso-LCA以CREB1依赖性方式参与AKR1D1介导的NK细胞毒性抑制
以上结果表明，AKR1D1通过胆汁酸代谢产物iso-LCA调控NK细胞功能，并影响HCC进展。
4.AKR1D1通过肠道菌群调控iso-LCA
考虑到次级胆汁酸由肠道菌群代谢产生，研究者对WT和AKR1D1KO小鼠结肠内容物进行了宏基因组测序。结果发现敲除AKR1D1后，拟杆菌门（Bacteroidetes）丰度增加，其中γ-拟杆菌（g-Bacteroides）和拟杆菌属（s-Bacteroides）丰度显著升高；此外相关性分析表明，B. ovatus（卵形拟杆菌）与iso-LCA、apoCA、AlloCA水平均呈正相关。用抗生素清除肠道菌群后观察到AKR1D1KO小鼠的肿瘤体积缩小，且NK细胞的IFN-γ分泌增多，证明了菌群是AKR1D1调控NK细胞的必要条件。此外该结论也具有临床一致性：在肝癌患者中检测到血清AKR1D1下调和血清 iso-LCA、粪便B. ovatus上调，且AKR1D1蛋白水平与血清iso-LCA、粪便B. ovatus丰度呈负相关。最后通过胃内给药向WT和AKR1D1KO小鼠补充B. ovatus，发现WT小鼠肿瘤进展加速，且NK细胞的IFN-γ、TNF-α分泌及p-CREB1水平均受到抑制。
图4. B.ovatus的丰度与AKR1D1KO小鼠和HCC小鼠中iso-LCA的增加相关
以上结果表明，B. ovatus是驱动iso-LCA积累和促瘤表型的功能菌种，且其作用依赖于AKR1D1。
5.体外&体内机制验证
为了确定B. ovatus的功能调控机制，研究者将该细菌与初级胆汁酸CDCA共培养后检测代谢物，发现B. ovatus能将CDCA代谢为iso-LCA；随后利用共培养48h后的条件培养基处理NK细胞，检测到IFN-γ和TNF-α的分泌受到抑制。此外，体内菌群干预实验也表明，B. ovatus灌胃处理后，小鼠粪便中的iso-LCA含量上升，WT小鼠肿瘤进展加速，与AKR1D1KO小鼠的差异缩小，且NK细胞中IFN-γ和颗粒酶B的表达降低。
图5. B.ovatus促进iso-LCA累积从而减弱NK细胞的细胞毒性
以上体内和体外实验均证实了AKR1D1-B. ovatus-iso-LCA轴对HCC进展的调控。
6. iso-LCA拮抗剂可增强抗PD-1抗体的疗效
最后研究者试图寻找针对iso-LCA的抗HCC治疗方案。首先基于结构相似性，从Drug Bank中筛选出了8种候选化合物，随后通过流式细胞术检测IFN-γ和TNF-α水平，从而确定SPI为最有效的拮抗剂。分子对接和细胞热位移分析法（CETSA）均显示，SPI可通过与iso-LCA 竞争性结合GPBAR1来抑制其功能。此外利用两种不同的HCC小鼠模型进行体内疗效实验，结果表明，抗PD-1+SPI的联合治疗显著抑制肿瘤生长，效果优于单药，且肿瘤浸润NK细胞的IFN-γ和TNF-α水平也与疗效一致。
图6. iso-BCA受体阻滞剂SPI增强抗PD1抗体用于肝癌治疗的抗肿瘤效率
以上结果表明iso-LCA拮抗剂具有HCC协同治疗的临床转化潜力。
全文总结
本研究揭示了醛酮还原酶AKR1D1在肝细胞癌（HCC）进展中的关键调控机制：AKR1D1的缺失重塑肠道菌群，使卵形拟杆菌（B. ovatus）丰度增加，该菌特异性将鹅去氧胆酸（CDCA）代谢为异石胆酸（iso-LCA），后者通过抑制NK细胞中CREB1磷酸化（p-CREB1）信号通路，削弱其细胞毒性功能，最终导致肿瘤免疫逃逸。异石胆酸拮抗剂SPI能有效逆转NK细胞功能抑制，并与抗PD-1治疗产生协同抗肿瘤效应。这些发现不仅阐明了”肠道菌群-胆汁酸代谢-免疫微环境”轴在HCC中的调控网络，更为靶向菌群干预及代谢重编程的联合肿瘤免疫治疗策略提供了理论依据。
参考文献
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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