国内重点实验室新研究，揭示大麻二酚CBD抗肿瘤，治疗结直肠癌的机制

南京大学生命科学学院、医药生物技术国家重点实验室孙洋课题组在 Journal of Pharmaceutical Analysis 杂志（中科院1区）上在线发表译名为“单细胞分析显示，大麻二酚通过抑制巨噬细胞的替代激活来重塑肿瘤微环境，并与结肠癌中的抗PD-1有协同作用”的研究论文，影响因子为8.8分。

DOI: https://doi.org/10.1016/j.jpha.2023.04.013

Keywords: scRNA-seq; scATAC-seq; Cannabidiol; Colorectal cancer; Tumor microenvironment; Macrophage

J. Pharm. Anal. 2023. 13(7) 726–744

研究背景和意义

结直肠癌（Colorectal cancer，CRC）是临床常见的消化系统恶性肿瘤，近年来其发病率持续上升，是癌症死亡的第二大常见原因。目前，以手术治疗为主的多学科综合治疗作为结肠癌的重要原则，包含手术、放疗、化疗、免疫治疗、传统中医药治疗等多种治疗方式，但超过 50% 的患者在诊断时已处于中晚期，且由于周围组织的浸润和侵袭以及肿瘤远端转移等因素结直肠癌患者的预后往往很差，仍然缺乏有效的治疗手段。

大麻二酚（cannabidiol，CBD）是药用植物大麻中的主要化学成分，是一种类似内源性大麻素结构和功能的物质，通过调控信号通路以及相关受体，进而缓解患者的相关神经系统类疾病。考虑到 CBD 良好的治疗效果以及较少的副作用，未来 CBD 在药用领域的市场拓展空间广阔。其中，CBD 主要通过抑制癌细胞增值或者诱导癌细胞凋亡来治疗癌症。

CBD 对神经胶质瘤、白血病和前列腺癌也具有一定的抑制作用。无血清条件下，CBD 和他莫昔芬 (tamoxifen，抗雌激素) 与 C6 神经胶质瘤细胞共同孵化，对神经胶质瘤表现出一定的抑制作用。CBD 通过半胱天冬酶的激活和活性氧的参与等机制诱导人类神经胶质瘤细胞 U87 和 U373 的凋亡。CBD 通过对 NOX4 和 p22 phox 的调控导致活性氧簇（ROS）的增加而实现对 EL-4、Jurkat 白血病细胞的抑制。CBD 同样也可以阻滞前列腺癌细胞的增殖或诱导其凋亡。越来越多的研究表明，CBD 和其他结构类似的大麻素在体内外都具有抗肿瘤作用，然而其详细的抗肿瘤机制仍不清楚。

该研究揭示了大麻二酚（CBD）通过巨噬细胞代谢重编程调控巨噬细胞分化进而重塑肿瘤微环境来抑制结直肠癌（CRC）的进展，为 CBD 在 CRC 治疗中的应用提供了理论基础，亦对其他植物活性成分抗肿瘤作用机制的研究具有借鉴意义。

CBD 在结直肠癌中的抗肿瘤机制示意图 

首先在小鼠结直肠癌皮下移植瘤模型中考察了 CBD 的抗肿瘤效果，结果显示 CBD 治疗显著抑制小鼠肿瘤生长，体现在肿瘤体积减小，肿瘤重量降低（图1）。

图1. 大麻二酚（CBD）抑制小鼠结直肠癌移植瘤生长 

接着，研究人员利用 scRNA-seq 和 scATAC-seq 技术发现 CBD 治疗组小鼠肿瘤中 M2 样巨噬细胞比例显著降低，而 M1 巨噬细胞比例则增加。进一步对巨噬细胞的差异分析结果显示，在 M1 样巨噬细胞中，Nos2、Cd80、Cd86、Il12b 等促炎性巨噬细胞活化相关基因的表达显著上调，这意味着巨噬细胞的抗肿瘤能力增强。

与此一致的是，在 M2 巨噬细胞中观察到 Cd9、Cebpb 和 Spp1 等基因的表达显著下调，这些基因已被证明可诱导巨噬细胞的免疫抑制表型。除此之外，研究人员发现 CBD 显著诱导巨噬细胞中糖酵解相关基因的表达。通过对巨噬细胞进行差异基因富集分析，发现在 M1 样巨噬细胞中，糖酵解（glycolysis）、炎症反应（inflammatory response）和活性氧（reactive oxygen species, ROS）通路在 CBD 治疗后显著富集。在 M2 样巨噬细胞中，PI3K-Akt、氧化磷酸化、脂肪酸代谢和胆固醇稳态等信号通路被下调。以上结果表明 CBD 显著重塑了肿瘤微环境中巨噬细胞的表型和功能（图2）。

图2. 单细胞转录组测序揭示 CBD 治疗调控肿瘤微环境中巨噬细胞的表型和功能 

然后，研究人员检测了 CBD 对于体外巨噬细胞替代激活的影响，发现 CBD 抑制 M2 样巨噬细胞的极化，抑制抗炎相关基因的表达。进一步的机制研究显示 CBD 显著降低了巨噬细胞的耗氧率（OCR）；相反地，CBD 处理后细胞外酸化率（ECAR）显著增加，提示 CBD 通过重塑巨噬细胞代谢调控巨噬细胞极化（图3）。最后，研究人员发现 CBD 和 PD-1 抗体联用能够增强 PD-1 阻断的治疗效果，改善抑制性免疫微环境，增加肿瘤中细胞毒性T细胞的浸润和功能。

图3. CBD 抑制巨噬细胞替代激活促进巨噬细胞抗肿瘤作用

实验结论：

• CBD调控巨噬细胞表型重塑肿瘤微环境抑制结直肠癌生长；

• CBD诱导巨噬细胞代谢重编程抑制巨噬细胞替代激活；

• CBD增强了免疫细胞的杀伤功能；

• CBD增强免疫检查点抑制剂抗肿瘤效果。

作者介绍

通讯作者

孙洋，南京大学生命科学学院，药理学博士、教授、博导，研究方向为炎症性疾病病理机制与药物调控。

陈红旗，上海交通大学医学院附属第六人民医院普外科，外科学博士、副主任医师，研究方向为胃肠道肿瘤的基础与临床。

杜前明，中国药科大学南京市第一医院临床研究中心实验室，药理学博士、副主任药师，研究方向为结肠癌预防与化学干预。

第一作者

孙晓凡，南京大学生命科学学院，博士，研究方向为肿瘤免疫药理学。现为徐州医科大学基础医学院讲师。

周莉莎，南京大学生命科学学院，博士研究生，研究方向为结肠炎癌转化的分子机制与药物干预。

王一，南京市中医院肛肠外科，博士，研究方向为中西医结合防治结直肠癌。

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