結直腸癌（Colorectal cancer，CRC）是臨床常見的消化系統惡性腫瘤，近年來其發病率持續上升，是癌症死亡的第二大常見原因。目前，以手術治療為主的多學科綜合治療作為結腸癌的重要原則，包含手術、放療、化療、免疫治療、傳統中醫藥治療等多種治療方式，但超過50%的患者在診斷時已處于中晚期，且由于周圍組織的浸潤和侵襲以及腫瘤遠端轉移等因素結直腸癌患者的預後往往很差，仍然缺乏有效的治療手段。
大麻二酚（cannabidiol，CBD）是從大麻植物中提取的純天然成分。近年來CBD被報道具有多種治療作用，且2018年美國FDA批準CBD用于治療小兒難治性癫痫。越來越多的研究表明，CBD和其他結構類似的大麻素在體内外都具有抗腫瘤作用，然而其詳細的抗腫瘤機制仍不清楚。
伟徳国际官网登录入口、醫藥生物技術國家重點實驗室孫洋課題組對CBD抑瘤的機制展開了研究。首先在小鼠結直腸癌皮下移植瘤模型中考察了CBD的抗腫瘤效果，結果顯示CBD治療顯著抑制小鼠腫瘤生長，體現在腫瘤體積減小，腫瘤重量降低。另外，CBD給藥并不影響小鼠體重，提示CBD沒有明顯毒副作用（圖1）。
圖1. 大麻二酚（CBD）抑制小鼠結直腸癌移植瘤生長
為了考察CBD抗腫瘤的具體作用機制，研究人員運用scRNA-seq和scATAC-seq技術發現CBD治療組小鼠腫瘤中M2樣巨噬細胞比例顯著降低，而M1巨噬細胞比例則增加。進一步對巨噬細胞的差異分析結果顯示，在M1樣巨噬細胞中，Nos2、Cd80、Cd86、Il12b等促炎性巨噬細胞活化相關基因的表達顯著上調，這意味着巨噬細胞的抗腫瘤能力增強。與此一緻的是，在M2巨噬細胞中觀察到Cd9、Cebpb和Spp1等基因的表達顯著下調，這些基因已被證明可誘導巨噬細胞的免疫抑制表型。除此之外，研究人員發現CBD顯著誘導巨噬細胞中糖酵解相關基因的表達。通過對巨噬細胞進行差異基因富集分析，發現在M1樣巨噬細胞中，糖酵解、炎症反應和活性氧（ROS）通路在CBD治療後顯著富集。在M2樣巨噬細胞中，PI3K-Akt、氧化磷酸化、脂肪酸代謝和膽固醇穩态等信号通路被下調。以上結果表明CBD顯著重塑了腫瘤微環境中巨噬細胞的表型和功能（圖2）。
圖2. 單細胞轉錄組測序揭示CBD治療調控腫瘤微環境中巨噬細胞的表型和功能
接下來，研究人員檢測了CBD對于體外巨噬細胞替代激活的影響，發現CBD抑制M2樣巨噬細胞的極化，抑制抗炎相關基因的表達。進一步對巨噬細胞抗腫瘤功能進行檢測，發現無論是在小鼠還是在人結直腸癌類器官中，CBD都顯著促進了巨噬細胞的抗腫瘤能力。進一步的機制研究顯示CBD顯著降低了巨噬細胞的耗氧率（OCR）；相反地，CBD處理後細胞外酸化率（ECAR）顯著增加，提示CBD通過重塑巨噬細胞代謝調控巨噬細胞極化（圖3）。最後，研究人員發現CBD和PD-1抗體聯用能夠增強PD-1阻斷的治療效果，改善抑制性免疫微環境，增加腫瘤中細胞毒性T細胞的浸潤和功能。
圖3. CBD抑制巨噬細胞替代激活促進巨噬細胞抗腫瘤作用
綜上所述，該研究利用單細胞多組學技術結合細胞生物學、藥理學實驗驗證，揭示了CBD通過巨噬細胞代謝重編程調控巨噬細胞分化進而重塑腫瘤微環境來抑制結直腸癌的進展（圖4），為CBD在腫瘤治療中的應用奠定了基礎，亦對其他植物活性成分抗腫瘤作用機制的研究具有借鑒意義。
圖4. CBD在結直腸癌中的抗腫瘤機制示意圖
上述工作近日以Single-cell analyses reveal cannabidiol rewires tumor microenvironment via inhibiting alternative activation of macrophage and synergizes with anti-PD-1 in colon cancer為題在線發表在Journal of Pharmaceutical Analysis雜志（中科院1區）。該研究通過單細胞多組學技術結合細胞生物學、藥理學實驗驗證，發現大麻二酚可誘導巨噬細胞代謝重編程恢複巨噬細胞本身的抗腫瘤能力，重塑腫瘤免疫微環境，抑制結直腸癌進展，為大麻二酚在結直腸癌治療中的應用提供了理論基礎。
伟徳国际官网登录入口孫曉凡博士生、周莉莎博士生和南京中醫藥大學王一博士是該論文的共同第一作者，伟徳国际官网登录入口孫洋教授、上海交通大學陳紅旗博士和南京醫科大學杜前明博士為該論文的共同通訊作者。該研究還得到伟徳国际官网登录入口徐強教授、南京中醫藥大學程海波教授、南京醫科大學顧豔宏教授和四川大學柯博文教授的幫助，在此表示感謝。
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