综述 | 重磅：菌群研究新热点，肿瘤内菌群你了解吗

撰写：科研小牛 来源：小张聊科研平台的“ 课题指南针”公众号，微信公众号搜索“ 课题指南针”即可关注/扫描关注见文末

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微生物对大家来说并不陌生，我们无时无刻不在和微生物打交道，我们身体里也有无数的微生物群落，动态平衡的菌群有益于人体健康，但失衡的微生物菌群对人体是有危害的。一些微生物组通过诱导癌性上皮细胞和慢性炎症促进癌发生、癌症进展和调节癌症治疗。目前，关于微生物群在肿瘤发生和临床效率中的作用大部分认为都与肠道微生物群有关。那么你是否知道肿瘤内也有微生物菌群呢？而且这些微生物可能是导致肿瘤恶变的重要推手。在过去几年时间里，研究已经证实癌症组织中包含完整的细菌和真菌群落，有些细菌可能是癌症发生发展的幕后帮凶。

事实上，早在一百多年前，肿瘤组织中就发现了细菌。然而，由于肿瘤中微生物含量极低以及缺乏排除污染可能性的技术手段，这些细菌的存在并未得到广泛关注。直至2020年，《科学》杂志上发表的一篇关于瘤内微生物组的研究论文，开启了探索瘤内微生物的大门。让我们通过2023年发表的这篇题为“Current understanding of the intratumoral microbiome in various tumors”的综述了解一下不同癌症组织中微生物群的特点。

不同肿瘤中瘤内微生物群的特征

肿瘤内微生物存在于食管癌（EC）、胰腺癌（PC）、前列腺癌（PCa）、神经胶质瘤、黑色素瘤、胃癌（GC）、肾细胞癌（RCC）和结直肠癌（CRC）中口腔鳞状细胞癌（OSCC）、肝癌、卵巢癌（OC）、宫颈癌（CC）、乳腺癌（BC）和肺癌中。

人体肿瘤内微生物分布

胰腺癌

就人类胰腺是否有自己的微生物群有两种不同的意见，一种认为PC患者胰腺细菌组成与正常人无明显差别，而另一种认为PC的胰腺组织有自己的微生物群。16S rRNA基因测序发现PDAC患者体内变形菌属、拟杆菌属和厚壁菌属是最丰富的微生物群。除了细菌外，研究人员最近还在肿瘤中发现了真菌。小鼠和人类PDAC肿瘤的真菌群落富含马拉色菌。

据报道，PDAC微生物组通过影响宿主的免疫系统发挥致癌作用。PDAC微生物组通过激活TLR、抑制CD4+细胞和分化的CD8+ Th1细胞的激活以及抑制M1巨噬细胞分化来产生耐受性免疫程序，消除PDAC微生物组可重塑肿瘤微环境，进而增强免疫疗法并可能有助于PDAC的治疗。另一项研究的结果似乎与上述发现相矛盾。基于16S rRNA基因测序，研究人员发现PDAC微生物群组成会影响宿主免疫反应和疾病进展。他们揭示了PDAC中的三个属（糖多孢菌属、假黄单胞菌属和链霉菌属），可以通过募集和激活CD8+细胞来促进抗肿瘤免疫反应。

PC瘤内微生物群特征

大肠癌

人类CRC组织表现出梭杆菌属的富集，具核梭杆菌的作用主要包括抑制免疫、调节毒力、调节miRNA和lncRNA以及调节代谢，其丰度与CDKN2A甲基化水平、巨噬细胞浸润相关。CRC患者肿瘤组织中具核梭杆菌的丰度与ALPK1和ICAM1的表达水平呈正相关。梭杆菌诱导ALPK1激活核因子kB（NF-kB）通路，导致ICAM1上调，促进CRC细胞与内皮细胞的粘附并促进外渗和转移。有研究发现具核梭杆菌的Fap2蛋白通过TIGIT抑制免疫细胞活性，保护肿瘤细胞免受宿主免疫系统的攻击。

有研究在393名CRC患者的肿瘤中发现了双歧杆菌属。此外，CRC的发展可能部分是由细菌感染释放的物质引起的DNA损伤引起。使用抗生素甲硝唑处理含有梭杆菌患者来源的异种移植物（PDX）模型可抑制肿瘤增殖和生长。

CRC瘤内微生物群特征

食道癌

癌症微生物组图谱（TCMA）和癌症基因组图谱（TCGA）分析EC组织的微生物特征，发现厚壁菌门的丰度显著增加，而变形杆菌门的丰度显著减少。某些微生物与EC的亚型、分期和预后密切相关，例如，高丰度的变形菌、革兰氏阴性菌和乳杆菌与EC良好预后有关。梭菌目和梭杆菌目则相反。据报道，具核梭杆菌可用作预后生物标志物，因为它与EC患者的生存期较短有关。而链球菌和普雷沃氏菌的联合丰度可以预测食管鳞状细胞癌（ESCC）患者的预后。

口腔鳞状细胞癌

炎性细菌在OSCC组织中富集，具核梭杆菌和铜绿假单胞菌（炎症菌群的特征）与OSCC发展相关。然而，另一项研究却发现具核梭杆菌负荷与M2 型巨噬细胞、对促炎信号的不敏感性和低TLR4信号呈负相关，最终导致了良好预后。此外，研究还揭示了产气荚膜梭菌肠毒素（CPE）作为OSCC治疗靶点的潜在效用。CPE通过诱导CLDN4核转位增强OSCC细胞的增殖、迁移和侵袭能力，CPE还可抑制YAP1磷酸化，促进YAP1表达，从而促进肿瘤进展，抑制CPE可能是OSCC的一种治疗策略。

肺癌

在肺鳞状细胞癌（LUSC）中，吸烟者嗜酸菌丰度更高，且微生物差异受年龄和性别影响，恶臭假单胞菌株KT2440多见于年轻男性患者，并与免疫浸润有关。此外，食酸菌属在TP53突变的鳞状细胞癌患者中更为常见。在肺腺癌（LUAD）中，大肠埃希菌K-12亚链W3110 与老年患者的生存和基因组改变有关。手术切除的肺癌组织中有多种微生物群落，几乎都有支原体的存在。

乳腺癌

与正常组织相比，BC中的细菌总数有所减少，细菌DNA载量与疾病状态呈负相关。此外，肿瘤中抗菌反应基因的表达水平低于正常对照组织。矛盾的是最近研究发现瘤内微生物群能够促进BC细胞的转移和定植。从机制上讲，瘤内细菌通过重组肌动蛋白细胞骨架增强对流体剪切应力的抵抗力，从而促进宿主细胞的存活和转移。这两种矛盾的结果可能是由于研究之间样本收集方法的不一致造成的。

前列腺癌

2005年，研究人员首次从PCa组织中分离培养出痤疮丙酸杆菌，而痤疮丙酸杆菌与前列腺炎症正相关。痤疮丙酸杆菌感染后，体内转录因子NF-kB、STAT3以及COX2-前列腺素、纤溶酶原-基质金属蛋白酶通路也被激活，宿主表现出强烈的炎症反应，由此推测前列腺炎症可能是随后癌症发展的原因。

PCa样品中的一些微生物被发现会促进癌症，而出乎意料的是，大多数PCa组织微生物被发现在PCa中发挥抗肿瘤作用。

肝癌

最近一项研究通过16S rRNA MiSeq对原发性肝癌（PLC）患者的肿瘤微生物组进行分析，发现癌变组织和匹配的相邻非肿瘤组织、不同组织病理学亚型以及不同预后的PLC患者之间的微生物种群存在差异。

卵巢癌

在卵巢癌中观察到高百分比的 HPV+细胞（42%），而正常邻近组织中只有8%的细胞是HPV+。 病毒极易整合到宿主基因组中，导致基因失活和染色体不稳定，从而促进癌症进展。

肿瘤内微生物群有哪些治疗潜力？

最近的人类微生物组研究表明，微生物在致癌作用、治疗反应和耐药性方面发挥着重要作用。 随着生物工程技术的不断进步，越来越多的工程细菌被设计并应用于癌症治疗。

影响化疗疗效

如细菌通过细菌酶胞苷脱氨酶（CDD）将吉西他滨转化为无活性形式，使CRC细胞对吉西他滨产生耐药性；较高水平的具核梭菌与新辅助化疗的不良反应有关；针对细菌的抗生素治疗似乎改善了患者的化疗结果；共生细菌通过调节活性氧（ROS）的产生来控制奥沙利铂的治疗效应。

工程菌的治疗前景

首先，工程菌治疗可直接诱导癌细胞的凋亡或自噬，其次，可诱导抗肿瘤免疫反应，在肿瘤发展过程中靶向调节肿瘤代谢，作为优良的药物递送系统，工程菌可将药物精准递送至病灶。如大肠杆菌Nissle工程改造菌株能够在肿瘤中定植并将氮氢化合物转化为L-精氨酸，这是抗肿瘤T细胞反应的关键；另一种非致病性大肠杆菌工程菌能够合成CD47纳米抗体，在体内自毁以溢出纳米抗体粘附在癌细胞的CD47蛋白上，从而减少它们对免疫反应的逃逸。

目前分析肿瘤内微生物组的方法

基于通用标记基因扩增子的深度测序，16S rRNA基因测序，QIIME 2可重现、交互式和可扩展的微生物组数据分析系统，是分析微生物组测序数据的绝佳工具，此外还有MaAsLin、和Microbiome Analyst。

运用非靶向测序宏基因组学，捕获环境样品中存在的所有微生物的DNA。免疫组化，研究人员通常使用LPS和脂磷壁酸（LTA）的抗体来检测样品中的革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌。FISH利用核酸互补碱基配对的原理，用荧光素标记的核酸探针与目标DNA或RNA混合形成杂交体。几乎所有的细菌都具有丙氨酸精氨酸酶活性，它有助于产生D-丙氨酸，从而产生肽聚糖，这是一种重要的细胞壁成分，可以用荧光标记的D-丙氨酸原位标记活细菌。

小编总结

肿瘤样本较低的微生物含量限制了瘤内微生物研究进展，目前瘤内菌落的的研究仍处于起步阶段，很多研究手段并不成熟，尚未清晰阐明肿瘤微生物的特定变化是癌症发展的原因还是结果，或者这些变化是否与癌症无关。如何确保样品在检测过程中不受污染？如何彻底消除环境微生物污染的影响？如何降低肿瘤样本测序结果的偏差？.......诸多问题需要解决。在可预见的未来，操纵这些肿瘤内细菌群落以提高癌症患者治疗效果，还有很长的路要走。

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