肝细胞癌（HCC）是癌症相关死亡的主要原因，也是全球重大健康负担。随着血液从肠道流入门静脉，肝脏是第一个接触到肠道细菌产物和/或代谢产物的器官。越来越多的证据表明HCC患者的肠道菌群失调可能会通过富集病原菌同时消耗益生菌来加剧肝细胞癌进展，同时肠道菌群也可能与HCC风险、预后和治疗反应相关。然而，关于哪些特定的肠道微生物可能通过肠肝轴促进HCC发展尚不清楚。

2025年9月，香港中文大学于君教授、中山大学附属第一医院匡铭教授团队合作在期刊Cell Metabolism上发表了题为“Catenibacterium mitsuokai promotes hepatocellular carcinogenesis by binding to hepatocytes and generating quinolinic acid”的研究文章。本研究发现，C. mitsuokai破坏肠道屏障，其表面蛋白Gtr1/RagA与HCC细胞上的γ-catenin结合，促进细菌黏附并在肝内定植；同时，该菌分泌喹啉酸（QA），QA与酪氨酸激酶（TIE2）结合，驱动PI3K/AKT通路促进HCC发展。

技术路线图

研究结果

1. Catenibacterium菌属在肝癌患者粪便和肿瘤组织中富集

研究者对来自52名HCC患者和50名健康人的肝组织和粪便进行了16 S rRNA测序，Catenibacterium菌属水平在HCC患者的肝肿瘤组织和粪便中升高。随后在独立HCC验证队列中开展全长16S rRNA基因测序；该队列纳入38名患者，其中38份肿瘤组织与36份粪便样本可供分析，并在5名患者的粪便和肿瘤样本中同时检出C. mitsuokai。16S rRNA荧光原位杂交（FISH）检测发现，与邻近的肝组织相比，C. mitsuokai在肿瘤组织中富集。

图1. Catenibacterium mitsuokai在不同小鼠模型中促进HCC进展

2. C. mitsuokai通过转移到肝脏促进致癌物DEN诱导的小鼠肝脏肿瘤发生

通过构建三种不同的HCC小鼠模型（两种原位小鼠肝癌模型、脂肪性肝炎诱发肝癌模型），C. mitsuokai灌胃处理均会使得HCC肿瘤数量、肿瘤体积和最大肿瘤长度显著增加。在致癌物DEN诱导的常规和无菌HCC小鼠模型中，使用Lysine-Cyanine 5.5标记C. mitsuokai并灌胃给小鼠。结果发现C. mitsuokai可以移位到肝脏，且从其肝匀浆中可以培养活的C. mitsuokai。此外，C. mitsuokai会加剧HCC的发展，具体表现为血清AFP水平升高、肿瘤生长加剧。

图2. C. mitsuokai易位到肝脏并促进DEN诱导的常规和无菌HCC小鼠模型中的HCC生长

3. C. mitsuokai破坏肠道屏障完整性

在DEN诱导的常规和无菌HCC小鼠模型中，C. mitsuokai显著增加了肠道通透性以及门静脉中的LPS水平，减少结肠粘液层，下调结肠粘附连接蛋白E-cadherin和紧密连接蛋白occludin和claudin-3的表达，从而破坏肠道屏障完整性。

图3. 在DEN诱导的常规和无菌HCC小鼠模型中，C. mitsuokai通过损害肠道屏障功能转移到肝脏

4. C. mitsuokai表面蛋白Gtr 1/RagA与HCC细胞蛋白γ-catenin结合促进其肝内定植

体外细胞黏附实验结果显示，与正常肝细胞相比，C. mitsuokai优先附着在HCC细胞上。通过Biotin far western和GST pull-down等检测证实HCC细胞γ-catenin与C. mitsuokai表面蛋白Gtr 1/RagA相互作用。而敲除γ-catenin蛋白会破坏C. mitsuokai附着在HCC细胞上。

图4. C. mitsuokai表面蛋白Gtr 1/RagA与肝癌细胞γ-catenin的结合

5. C. mitsuokai培养基对肝癌细胞生长有促进作用

通过Transwell共培养体系将C. mitsuokai菌和HCC细胞物理隔离，发现C. mitsuokai分泌的因子可促进HCC细胞增殖。与此一致，C. mitsuokai培养基（＜3 kDa组分）会促进HCC细胞增殖，加热以及蛋白酶K处理不能消除其促进增殖作用，说明CM中的功能因子为非蛋白质小分子物质。

图5. C. mitsuokai培养基对肝癌细胞生长有促进作用

6. C. mitsuokai分泌喹啉酸（QA）作为促进HCC生长的代谢产物

非靶向代谢组学发现，QA在C. mitsuokai培养基、DEN诱导的HCC小鼠的肿瘤组织和粪便中富集，并通过靶向代谢组证实这一结果。ELISA检测表明，肿瘤组织中QA水平显著高于邻近的非肿瘤肝组织，而在HCC患者和健康者的血清中QA水平无差异。NadC和NadR是QA的两种主要细菌分解代谢酶，在大肠杆菌MG1655中敲除nadC，或同时敲除nadC和nadR，均会升高其条件培养基中的QA水平，后者具有促进HCC细胞生长的作用。

图6. C. mitsuokai生产QA以促进HCC生长

7. QA与TIE 2结合并激活HCC中的TIE 2/PI 3 K/AKT信号传导

癌通路相关PCR阵列分析显示，C. mitsuokai培养基处理的HCC细胞的TIE 2上调(一种激活PI3K/AKT信号传导的上游激酶)。在细胞和动物模型中，C. mitsuokai处理增加了总TIE 2、p-TIE 2、p-PI 3 K、和p-AKT的表达，而敲除TIE 2或TIE 2抑制剂会消除这种影响。

图7. QA与TIE 2结合并激活HCC中的TIE 2/PI 3 K/AKT通路

研究小结

本研究表明，肠菌C. mitsuokai可破坏肠道屏障、定植于肝癌细胞并分泌喹啉酸（QA），进而激活下游 TIE2/PI3K/AKT 通路，最终促进肝癌进展，但仍存在一定局限性。首先，尚未在不同种族、饮食结构或生活方式的多个人群中验证其普适性，其与肝癌的关联性仍需进一步扩大样本量验证。其次，而靶向TIE2能否为肝癌患者带来实际生存获益，仍需开展临床研究进一步验证。

参考文献

Zhang, Ying et al. Catenibacterium mitsuokai promotes hepatocellular carcinogenesis by binding to hepatocytes and generating quinolinic acid. Cell Metabolism.2025

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