结直肠癌的发病率和死亡率在癌症中都高居前三,严重威胁人类健康。结直肠癌发生是一个漫长过程,主要涉及到的关键分子有WNT、β-catenin、K-Ras、P53和DNA错配修复蛋白等。结直肠癌中主要存在P53突变、结肠息肉病APC基因失活及K-Ras突变激活,也与肠道微生物的变化明显相关。结直肠癌变的主要危险因素包括高脂肪饮食、久坐的生活方式、肥胖、糖尿病、炎症性肠病和肠道微生物紊乱。肠道微生物影响多种代谢和信号通路,进而强烈影响结直肠癌的发生和发展。肠道微生物直接与宿主结肠上皮细胞相互作用,并通过释放代谢产物影响结直肠癌的进展。但高脂饮食、肠道微生物和结直肠癌之间具体的分子机制还知之甚少。为了探讨肠道微生物失调和高脂肪饮食与结直肠癌发生的关系,我们首先用正常或高脂肪饮食长期喂养小鼠,然后用抗生素处理一部分小鼠用以根除任何预先存在的肠道菌,用AOM/DSS诱导小鼠结直肠癌后处死小鼠。发现高脂饮食喂养小鼠的存活时间比正常饮食喂养小鼠短,抗生素处理逆转了这一现象。与抗生素处理的正常或高脂饮食喂养小鼠相比,仅使用高脂饮食喂养的小鼠结肠的肿瘤数量、大小和体积显著增加。用自发性的Apc^Min/+小鼠结直肠和小肠肿瘤模型来探讨结直肠癌中肠道微生物失调与高脂肪饮食的关系。Apc^Min/+小鼠含有生殖系Apc突变,易自发性多发肠息肉病,作为人类家族性腺瘤性息肉病的小鼠模型。与先前的AOM/DSS模型一样,高脂肪饮食喂养的Apc^Min/+小鼠存活率显著降低,抗生素处理挽救了这些表型。高脂肪饮食喂养的Apc^Min/+小鼠在结直肠中发现比正常饮食喂养的小鼠有更多和更大的肿瘤,而在使用抗生素处理的高脂肪饮食喂养的小鼠中没有观察到这一点。在Apc^Min/+小鼠的小肠也有类似的发现。这表明:高脂肪饮食显著加速自发性和AOM/DSS诱发的结直肠癌变并依赖潜在的肠道菌。去泛素化酶在多种肿瘤中发挥重要作用,靶向蛋白酶体是成功的肿瘤治疗策略,但在结直肠癌发病中的确切作用尚未系统的研究。为了研究这些,我们系统地筛选高脂肪饮食诱导的去泛素化酶,其在结直肠癌变中的表达依赖肠道菌。结果表明:在高脂肪饮食喂养的小鼠中,结直肠癌中的多个去泛素化酶转录物,尤其是编码USP19的转录物显著增加,并且在结直肠癌变中用抗生素处理明显减弱这种作用。USP19蛋白也显著增加。在AOM/DSS诱发的结直肠癌中,USP19蛋白表达逐渐升高。USP19催化泛素结合蛋白底物水解泛素,在结直肠和肝脏等多种组织中广泛表达。为了研究USP19缺失对结直肠癌发生的影响,用CRISPR/Cas9构建了USP19敲除小鼠。结果发现USP19缺失显著延长高脂肪饮食喂养小鼠的生存期,显著降低AOM/DSS诱导的高脂肪饮食喂养小鼠结直肠肿瘤数量和肿瘤体积。Apc^Min/+小鼠结直肠癌中的USP19蛋白也显著上调。为了探讨USP19缺失是否影响结直肠癌的自发生长,我们将USP19敲除小鼠与Apc^Min/+小鼠杂交,并跟踪其后代的肿瘤生长。不论饮食,Usp19^-/-Apc^Min/+小鼠比Apc^Min/+小鼠存活时间更长,结直肠肿瘤负担减轻。小肠肿瘤也观察到类似结果。为进一步探讨USP19和肠道菌失调在结直肠癌中的作用,在AOM/DSS诱导结直肠癌变中,用抗生素处理高脂肪饮食喂养的野生型和Usp19^-/-小鼠。抗生素处理显著延长野生型小鼠的生存期,降低肿瘤负荷,但对Usp19^-/-小鼠的上述表型无影响。这表明高脂肪饮食介导的肠道菌失调以USP19依赖的方式促进结直肠癌变。为了研究USP19蛋白在结直肠癌变中的作用机制,在HEK293细胞中表达USP19,利用免疫共沉淀和质谱的方法鉴定了与去泛素化酶USP19相互作用的蛋白,结果发现ME1是与USP19相互作用最明显的蛋白之一。免疫共沉淀实验证明它们外源和内源的相互作用。并发现这两个蛋白之间的相互作用发生在USP19的USP、UCH结构域和ME1的氨基端结构域。进一步的将研究USP19是否介导ME1蛋白稳定性,及其对ME1酶活性的影响。我们将进一步详细研究USP19促进结直肠癌变的具体分子机制,这些研究有助于揭示高脂饮食诱导结直肠癌变的病理机制,可能为这种疾病治疗提供靶点。