丁酸钠通过激活Ca2+/CaMKKβ信号通路诱导结直肠癌细胞自噬的机制研究

《Scientific Reports》：Sodium butyrate-induced autophagy in colorectal cancer unveils the Ca2?/CaMKKβ signaling pathway as a potential therapeutic target

本研究针对结直肠癌治疗中药物安全性及有效性不足的问题，通过探讨丁酸钠（NaB）诱导自噬的分子机制，发现NaB通过提升胞内钙离子浓度激活CaMKKβ/AMPK/ACC信号轴，从而促进结直肠癌细胞自噬。该成果为基于膳食纤维代谢产物的结直肠癌靶向治疗提供了新靶点。

　　

结直肠癌作为全球第三大高发恶性肿瘤，其治疗手段虽不断进步，但化疗耐药和副作用问题仍亟待解决。近年来，膳食纤维的防癌作用备受关注，而其肠道菌群代谢产物丁酸钠（NaB）被发现具有诱导肿瘤细胞自噬的潜力。然而，NaB调控自噬的具体分子机制尚未明确，尤其是其是否通过钙离子信号通路发挥作用仍有待探索。

为解决这一问题，南方医科大学孙素霞团队在《Scientific Reports》发表研究，以人结直肠癌细胞HT29为模型，系统探讨了NaB通过Ca²⁺/CaMKKβ信号通路诱导自噬的机制。研究人员发现，NaB处理可显著提升自噬标志蛋白LC3-II的表达水平，并通过透射电镜观察到典型自噬溶酶体形成。进一步实验表明，NaB能激活CaMKKβ及其下游AMPK（AMP-activated protein kinase）和ACC（acetyl-CoA carboxylase）的磷酸化。当使用特异性抑制剂STO-609抑制CaMKKβ活性，或通过RNA干扰技术敲低CaMKKβ表达后，NaB诱导的自噬效应被显著抑制，且AMPK和ACC的磷酸化水平同步下降。更关键的是，利用钙离子螯合剂BAPTA-AM降低胞内钙浓度后，NaB引发的自噬及相关信号通路激活均被阻断，证实Ca²⁺是此过程的上游触发因子。

本研究主要采用Western Blot检测蛋白磷酸化水平、实时定量PCR分析基因表达、透射电镜观察超微结构、RNA干扰技术敲低基因表达以及钙离子螯合剂干预等关键技术方法。

NaB诱导结直肠癌细胞自噬

通过浓度梯度实验发现，2 mM及以上浓度的NaB处理24小时后，LC3-II蛋白表达显著上升，且电镜下可见典型双层膜结构的自噬溶酶体，证实NaB能有效激活结直肠癌细胞自噬。

NaB激活CaMKKβ/AMPK/ACC信号通路

短期（2小时）NaB处理即可剂量依赖性地上调p-CaMKKβ、p-AMPKα和p-ACC蛋白水平，表明该信号通路在NaB作用早期即被激活。

CaMKKβ信号通路对NaB诱导自噬的调控作用

药理抑制（STO-609）或基因敲低（siRNA）CaMKKβ均能显著减弱NaB引发的LC3-II上调和自噬相关基因表达，并抑制下游AMPK/ACC磷酸化，证明CaMKKβ是NaB诱导自噬的关键中介分子。

钙离子信号参与NaB诱导的自噬过程

螯合剂BAPTA-AM预处理可逆转NaB对自噬的促进作用，并抑制CaMKKβ/AMPK/ACC信号通路的激活，明确Ca²⁺在此过程中的始动作用。

本研究首次揭示NaB通过调控胞内Ca²⁺浓度激活CaMKKβ/AMPK信号轴，进而诱导结直肠癌细胞自噬的分子机制。该发现不仅深化了对膳食纤维防癌机制的理解，还为结直肠癌治疗提供了新的靶点策略——通过调控钙信号通路精确诱导肿瘤细胞自噬，可能成为未来联合放化疗的重要方向。然而，研究尚未验证NaB在动物体内的安全有效剂量，后续需通过移植瘤模型进一步确认其临床转化潜力。