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肿瘤内细菌来路不明 是“敌”是“友”更说不清

2020-07-0114:57:46来源:科技日报

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早在100多年前,科学家就已经在肿瘤内检测出细菌。近日,以色列科学家又在1500多份肿瘤样本中发现细菌的存在。这些菌群是从哪里来的?会促进癌症的发生发展吗?调控这些菌群是否有助于治好癌症?

人体细胞内有原癌基因和抑癌基因,当这两种基因在一些条件下变异后,会导致癌症的发生。但癌细胞缘何会任性增殖,是否有更复杂的原因,人们一直在探索。

以色列魏茨曼科学研究所的一支科研团队近日在《科学》杂志发表论文称,他们发现人类肿瘤内存在许多细菌。更令人感到神奇的是,这些细菌看似具有肿瘤特异性——不同的肿瘤样本,细菌的种类也有区分。

无独有偶,有国内外学者此间也分别在《自然》《细胞》旗下的iScience以及欧洲微生物学会联合会《微生物生态学》发表了相关内容的论文,让人们开始逐渐了解肿瘤里微生物组的更多秘密。

百年前已检测出肿瘤细菌 但系统研究刚刚起步

此次魏茨曼科学研究所的研究人员分析了乳腺癌、肺癌、黑色素瘤、胰腺癌等常见的7种实体肿瘤,样本数超过了1500份。分析结果确认,大部分的样本里都含有细菌。令人惊讶的是,这些细菌大多数都位于细胞内,包括癌细胞和免疫细胞。

研究团队还指出,早在100多年前,科学家就在人类的肿瘤里检测出了细菌,但一些人认为,这表明细菌在肿瘤的微环境里可能具有局部的作用;另一些人则指出,这些细菌的含量都非常低,很难确认它们真的来自肿瘤样本,还是来自外部的污染。

“虽说100多年前人们已在肿瘤里检测出了细菌,但真正系统深入地研究还不到十年,是非常新的一个领域。”中科院昆明动物研究所(以下简称昆明动物所)计算生物与医学生态学学科负责人马占山研究员,曾担任人类微生物菌群研究计划主要科学家。他认为,早期菌群研究技术、癌症动物模型技术、人体样本采集技术、数据分析技术等还不够成熟,限制了肿瘤菌群的研究。

马占山介绍,目前,研究癌症菌群的方法主要分为两种,一种用荧光标记法来追踪特定的微生物物种,另一种是16S rRNA测序技术——细菌的系统分类研究中最有用的和最常用的分子钟。这些技术都是100年前所没有的。此外,最重要的是理念创新不够。现今“医学生态学”可以看作是医学微生物学、计算生物学、理论生态学和医学研究的交叉领域。2010年在昆明动物所建立的“计算生物学与医学生态学”学科组,是世界上首家以新医学生态理念为研究重心的实验室,正致力于搭建人类菌群“医学生态学”理论的框架。

昆明动物所肿瘤生物学学科组负责人陈策实研究员也认为,已知某些细菌和病毒是促癌的,例如幽门螺杆菌被认为是胃癌的元凶之一,具核梭杆菌促进结直肠癌的发生与发展。但是很多实体瘤细菌数量少、存在各种细菌混杂的异质性;厌氧条件下生长缓慢、难培养,以及难以确定是否由取样污染造成,也是研究难的重要原因。

魏茨曼科学研究所科学家采用聚合酶链式反应扩增16S rRNA,免疫组化检测细菌表面成分,免疫荧光杂交检测16S rRNA,以及细菌体外培养、代谢标记等多种方法,发现大部分肿瘤,尤其是乳腺癌和免疫细胞存在胞內细菌,这些细菌和肿瘤类型、病人吸烟与否以及对免疫治疗的反应有相关性。

新研究的突破在于发现不同肿瘤菌群的组成、多样性、代谢通路均不相同,显示这些不同可用于肿瘤的诊断甚至分型。

瘤内微环境组成复杂 或与肿瘤耐药性息息相关

新研究认为,全世界超过16%的癌症由传染性病原体引起,每种肿瘤的微生物组各不相同。可人体瘤内微环境怎样?这些微生物组有哪些特点?微生物组是否参与或影响肿瘤的发生、发展?

陈策实向科技日报记者表示,人体瘤内微环境一般有缺氧、高压、酸性的特点。瘤内细菌往往诱发炎症和免疫反应,细菌的毒素也可能诱发癌变,活细菌的代谢功能可以改变肿瘤细胞微环境。

“瘤内微环境主要由恶性细胞和遗传上稳定的基质细胞组成,其中基质细胞包括内皮细胞、成纤维细胞和免疫细胞,以及它们生成的细胞外基质。现在想必还应该加入微生物细胞。”马占山认为,其特点是不同肿瘤具有不同的微生物种类,比如结肠癌中占主导的是拟杆菌和厚壁菌,胰腺癌中占主导的是变形菌,不同肿瘤中的微生物比值也不同。除组成不同外,不同肿瘤的菌群代谢通路也不同。例如,骨瘤细菌中富集了羟脯氨酸降解通路,肺癌细菌中富集了降解香烟中化学物质的通路。甚至不同亚型肿瘤内的细菌代谢通路也是有差别的。

“瘤内微生物可通过诱导免疫抑制从而促进肿瘤形成;这些微生物还可代谢肿瘤化疗药物,或与肿瘤耐药性息息相关。”马占山举例说,有研究显示,与正常肺组织相比,肺的鳞状细胞癌组织中不但有较高的细菌多样性,并且还富集着一种特殊的细菌。这种细菌与TP53基因的突变密切相关,此基因的突变,可导致上皮功能损伤。

肿瘤内细菌从何而来 还有待深入研究

调控微生物组是否能预防和治疗肿瘤?陈策实说:“通过饮食、抗生素药物等控制细菌是可行的。但目前认为抗生素很难进入癌细胞杀死这些细菌,研究显示肠道微生物控制可以影响肿瘤免疫治疗,深入研究实体瘤细菌也许会给肿瘤治疗带来新的途径。”

从理论上讲,若想调控微生物组,首先要明确这些异常的微生物从何而来,它们到底是从其他地方扩散而来的,还是正常菌群失调导致的。“因此瘤内微生物可能促进癌症发生发展,但是这些细菌是病因还是结果,可能是巨噬细胞等免疫细胞从其他部位携带到肿瘤部位,还是肿瘤血管渗漏导致血液中的细菌感染肿瘤部位?这些问题目前没法下结论。”陈策实说。

在健康人体内,肠道、口腔、肺、生殖道、皮肤等都存在大量共生菌,尤其是肠道。当病理因素导致肠道渗透性增强,肠道内的微生物就会趁机进入肝脏和肠系淋巴,若肝脏和肠系淋巴免疫失调,微生物就会扩散进周身循环系统,从而侵入其他器官。此外,当机体稳态失衡时,共生菌中往日被抑制的病原菌就有可能大量繁殖。只有先把异常微生物的来源切断,才有可能彻底控制。“但这一点,目前仍在探索阶段。”马占山强调,调控微生物环境可消除微生物对免疫系统的破坏作用,减缓恶性细胞突变,延长化疗药物药效,提高愈后等。这些研究探索,最早是在对艾滋病病毒和猿猴免疫缺损病毒感染治疗研究中获得的。

“但是需要注意的是,目前研究连这些肿瘤组织菌群中哪些是‘敌’、哪些是‘友’都不太清楚,所以这些探索仅仅才起步。”马占山强调说。

瘤内细菌与癌细胞和免疫细胞之间的相互作用,还有诸多有待突破的关键问题,比如瘤内微生物与癌细胞突变、启动癌细胞转移扩散等方面的关系,瘤内微生物参与哪些免疫反应等。此外,瘤内细菌的多样性、功能、起源和作用机制都有待阐明,它们在癌症诊断和治疗方面的价值等,仍待深度挖掘。

责任编辑:朱佳琪(EN042)

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