研究背景:结直肠癌（Colorectal Cancer,CRC）是世界范围内最常见的癌症之一,其发病率在所有癌症中位居第三。尽管导致CRC发病的确切原因尚不清楚,但目前研究认为遗传因素、生活方式、饮食习惯和炎症反应等因素均与之相关。近年来,由于人们的饮食习惯和饮食结构的变化,结直肠癌的发病率持续上升,且结直肠癌患者的年龄不断趋于年轻。尽管由于检测技术的广泛应用和手术、放化疗等治疗方法的不断进步,结直肠癌患者的五年生存率显著改善,但手术治疗的后遗症和放化疗的副作用使得直肠癌患者的预后仍不尽人意。因此,需要更有效、更安全的CRC治疗方法。越来越多的研究证实,饮食是预防和治疗结直肠癌的重要方式之一。全谷物、高膳食纤维的食品和乳制品被证实能够降低CRC患病风险。摄入大量膳食纤维可以降低CRC患者的死亡率,为疾病带来额外的好处,其中短链脂肪酸（Short-Chain Fatty Acids,SCFAs）发挥了重要的作用。O’keefe等人研究发现,肠道菌群中缺乏产丁酸梭菌的CRC患者往往预后较差,提示肠道内丁酸（Butyrate）水平可能与CRC的预后有关。丁酸能够抑制癌细胞增殖,并且可诱导其发生凋亡,但其中的分子机制尚未得到定论。炎症反应在肿瘤的发生和发展过程中起到至关重要的作用。流行病学研究认为,炎症水平与CRC风险正相关,炎症能够通过影响微环境中的免疫细胞和促炎性细胞因子参与肿瘤的发生发展。其中,白细胞介素6（Interleukin-6,IL-6）及其家族的细胞因子,被认为是影响肿瘤发生的重要因素之一。Kim等人的研究发现,CRC患者常伴随着血清IL-6水平显著升高,且血清IL-6水平与CRC的死亡率呈正相关。IL-6 通过与 IL-6α 受体（glycoprotein80,gp80）和 IL-6β 受体（glycoprotein130,gp130）结合发挥其生物学效应。由IL-6和gp130组成的同源二聚体可以磷酸化下游的Janus酪氨酸激酶（Janus Kinases,JAKs）,进而激活下游多种转录因子。Grivennikov等人的一项研究证实了 IL-6/JAK2/STAT3信号通路在CRC中的作用。该研究表明,IL-6能够增加CRC小鼠模型的肿瘤负荷,而敲除IL-6或STAT3基因可以显著抑制CRC的进展。此外,在敲除gp130的小鼠中激活STAT3也可以促进CRC生长,提示gp130和STAT3共同参与调控CRC。现有结果表明,靶向IL-6/JAK2/STAT3信号通路是治疗CRC的潜在途径。我们前期的研究结果表明,膳食纤维代谢物丁酸钠（Sodium Butyrate,NaB）可显著抑制非酒精性脂肪性肝炎小鼠模型的炎症反应和IL-4、IL-6、IL-10等炎症因子的表达。考虑到炎症与CRC的发生和发展密切相关,我们进一步将NaB、炎症信号通路与CRC的增殖联系到一起。在本研究中,我们首次揭示了 NaB在CRC异种移植瘤小鼠模型中的治疗作用。接着,我们揭示了 NaB是通过阻断IL-6/JAK2/STAT3信号通路的激活起到抑制肿瘤增殖的作用。此外,通过分子实验,我们证实NaB是通过上调TRAF5,加速IL-6受体gp130的蛋白质降解,从而发挥抑制IL-6/JAK2/STAT3信号通路的作用。我们的研究结果为CRC的分子靶向治疗提供一种新的途径。研究方法:1.丁酸钠在体外实验中抑制结直肠癌细胞增殖、集落形成和迁移能力本部分研究主要使用细胞增殖实验、平板克隆实验及细胞划痕实验,通过观察CRC细胞的细胞增殖能力、克隆形成能力及迁移能力,反映细胞的活力及干性。我们选用人结直肠癌细胞株HT-29和HCT-116,并使用CCK-8实验、平板克隆实验及细胞划痕实验检测细胞增殖能力、克隆形成能力及迁移能力。2.丁酸钠抑制结直肠癌细胞增殖和迁移能力的分子机制研究在本部分研究中,首先分别使用IL-6、DMSO处理人结直肠癌细胞株HT-29和HCT-116,通过Western blot技术检测gp130、p-STAT3等蛋白的表达,以反映各种干预条件对gp130表达以及STAT3信号激活的影响,并且通过qRT-PCR实验检测相应的mRNA表达情况;使用蛋白翻译抑制剂环己酰亚胺（cycloheximide,CHX）阻断蛋白翻译,观察不同条件下gp130蛋白的降解速率;使用siRNA分别沉默了对照基因（Control）和TRAF5基因从而进行回复实验。3.丁酸钠抑制裸鼠异种移植瘤模型中结直肠癌的生长本部分研究使用裸鼠皮下成瘤实验。通过在裸鼠皮下注射人结直肠癌HT-29细胞,在注射后第7天,实验组每日腹腔注射丁酸钠,对照组每日注射等量生理盐水,共14天。观察小鼠肿瘤重量和体积的变化,并在处死小鼠后取移植瘤组织进行蛋白质提取、RNA提取及石蜡包埋、免疫荧光染色等,检测肿瘤组织gp130、p-JAK2、p-STAT3 等水平。研究结果:1.丁酸钠在体外实验中抑制结直肠癌细胞增殖、集落形成和迁移能力本部分实验中我们首先通过细胞活力实验确定了 NaB在体外实验中的安全剂量为5mM。5 mM NaB对CRC细胞无明显影响,而10mM NaB能够导致CRC细胞发生显著的凋亡。因此,我们认为5 mMNaB是体外抑制CRC细胞增殖的最佳且更安全的浓度。接着,我们通过细胞增殖实验和集落形成实验证实,5 mMNaB能够显著抑制HCT-116和HT-29细胞的增殖、集落形成和转运能力,提示NaB在体外实验中能够显著削弱CRC独立生存的能力。此外,通过细胞划痕实验还证实NaB可抑制HCT-116和HT-29细胞的迁移能力。2.丁酸钠抑制结直肠癌细胞增殖和迁移能力的分子机制研究在本部分实验中,我们通过阻断IL-6/JAK2/STAT3信号通路的激活,探索了NaB抑制人类CRC进展的潜在分子机制。首先,我们发现NaB能够阻断HCT-116和HT-29细胞中IL-6/JAK2/STAT3信号通路的激活,且该作用是通过降低gp130蛋白水平来达到的。然而,qRT-PCR结果显示两种细胞中gp130基因表达水平均无显著改变,因此我们检测了 gp130的蛋白稳定性,并且证实NaB是通过增加gp130的适配子TRAF5,抑制gp130的二聚化,从而加速了 gp130的降解。据此我们得出结论,NaB在转录后水平调控gp130,是一种靶向TRAF5的新型gp130抑制剂。3.丁酸钠抑制裸鼠异种移植瘤模型中结直肠癌的生长在本部分实验中,我们通过将NaB腹腔注射至HT-29细胞异种移植瘤裸鼠模型中,证实了在免疫缺陷小鼠中,NaB能通过抑制IL-6/JAK2/STAT3信号通路的激活起到抑制CRC生长的作用,减轻裸鼠的肿瘤负荷。该结果证实了 NaB在小鼠体内实验中对CRC的治疗作用,为NaB的未来应用提供更可靠的实验支持。研究结论:NaB能够通过降低gp130来抑制IL-6/JAK2/STAT3信号通路的激活,抑制CRC的发生发展。此外,NaB是通过增加gp130的适配子TRAF5,抑制gp130的二聚化,在转录后水平调控gp130,加速gp130的降解从而发挥其作用的。NaB是一种新型gp130特异性抑制剂,未来具有应用价值。