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100年前，人类就在肿瘤中发现了细菌的存在，但是不是所有肿瘤中都有细菌？不同肿瘤中细菌组成是否相同？它们会不会对肿瘤产生影响？这些问题一直都没有确切的答案。 在今天的《科学》杂志上[1]，以色列魏茨曼研究所的研究人员给出了一些回答。通过对上千个肿瘤组织和附近正常组织的对比，研究人员揭示了7种肿瘤：乳腺癌、肺癌、卵巢癌、胰腺癌、黑色素瘤、骨癌和脑癌的微生物组成。 他们发现，从头部到骨骼，每种肿瘤中都有微生物存在，而且组成各不相同，其中乳腺癌的组成是多样性最高的，每个乳腺肿瘤样本中有16.4种细菌，其他肿瘤平均只有9种。 除此之外，研究人员还发现，肿瘤中的细菌可能与肿瘤本身的特征和治疗效果有关。 图片来自：魏茨曼研究所 在过去的一些发现中，肿瘤样本里虽然存在细菌，但是载量很低，有研究人员认为这可能是样本污染的结果[2,3]。 为了规避污染，研究人员想了很多办法。比如，为了解决样本从储存间到实验室这段时间中可能发生的污染，他们对石蜡包埋样本的石蜡块边缘（没有样本组织）都提取了一百多个切片样本作为对照组。 总的来说，他们一共对1010个肿瘤样本和516个正常组织样本进行了分析。 每一种肿瘤的肿瘤样本中的细菌DNA水平都显著高于正常组织和石蜡块切片对照组。7种肿瘤中，黑色素瘤的细菌DNA阳性比例最低，为14.3%，而比例较高的乳腺癌、胰腺癌和骨癌都超过了60%。 2个对照组和黑色素瘤、肺癌、卵巢癌、脑癌、胰腺癌、骨癌和乳腺癌肿瘤样本中细菌DNA阳性比例 为了验证他们的结果，研究人员还挑了另外400个肿瘤样本，用抗细菌脂多糖和脂磷壁酸（分别是革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌细胞壁的特有成分）的抗体进行免疫组化检测，以及RNA荧光原位杂交的方法检测细菌RNA，并引入阴性对照，在所有类型的肿瘤中都检测出了阳性结果，而且空间分布也很相似。 细菌主要分布在癌细胞和免疫细胞，尤其是它们的细胞质中。比较特殊的是巨噬细胞，检测结果显示，两种细胞壁成分在其中的染色强度很高，但RNA水平不高，可能反映了巨噬细胞由于吞噬功能大量摄取了细菌的一些组分，而不代表细胞中活菌的数量很多。 之前也有研究发现，巨噬细胞对脂多糖的处理很慢，在吞噬后几个月还能检测到脂多糖的存在[4]，所以这可能是这次研究中，出现细胞壁成分和RNA水平相差悬殊的原因。 虽然特有成分和DNA、RNA的水平能够定量地检测细菌，但是想要准确定位，还是需要可靠的可视化方法。之前我们说，细菌主要存在于细胞质中，而通过光-电连用显微镜，研究人员确定，它们大多是在细胞质中靠近细胞核核膜的位置，而且有很多细菌已经变成了缺乏细胞壁的状态。 脱下了细胞壁这层“挺括的外衣”，细菌就可以随环境变换形态，而且没有了脂多糖这类特有成分，也少了能被抗生素攻击的靶点。 图片来自：pixabay.com 有了量和形态，还要确定细菌是否是活的。研究人员收集了5名接受乳房切除术的乳腺癌患者的“新鲜肿瘤样本”，在无菌条件下分离组织，接种和培养。有4个患者的肿瘤组织都培养出了超过1000个菌落，另外一个培养出了37个菌落，而同样条件下，正常组织只培养出了5个菌落。 肿瘤组织培养出的菌落中的细菌分属于37个菌种，而且有正常的代谢能力。这说明，存在于肿瘤中的细菌的确是活菌。 有菌，是活的，接下来就是组成问题了。虽然不同类型的肿瘤，细菌的组成也不完全相同，但总的来看，基本属于变形菌门和厚壁菌门两个大类。从细菌的组成可以部分推断出细菌的来源，比如胰腺肿瘤中，变形杆菌占主导地位，组成和健康人的十二指肠菌群相似度较高可能是十二指肠的细菌逆行，通过相连的胰腺导管进入了肿瘤中。 胰腺癌、脑癌、肺癌、卵巢癌、乳腺癌、骨癌、黑色素瘤以及结肠癌（其他医疗中心引进的外部样本）中细菌组成的对比 另外像乳腺癌这种根据激素受体和HER2的状态分成不同亚型的肿瘤，不同亚型间的细菌组成也有一些差异。 最后要考虑的问题就是，具有正常代谢能力的活细菌迁移到肿瘤中，总不可能是隐形人一样，不对肿瘤造成任何影响。 事实证明确实不是，研究人员找到了不少和细菌有关的肿瘤特征。 在骨癌中，羟脯氨酸水平升高是一个常见的变化，而这次的骨肿瘤样本检测，研究人员发现，样本中羟脯氨酸产生菌的水平明显高于对照组样本。还有吸烟和非吸烟的肺癌患者相比，肺部肿瘤中的细菌组成存在差异，吸烟患者有更多的可以代谢香烟烟雾中有毒物质尼古丁、甲苯和苯酚等的细菌。 这些都是针对癌细胞中的细菌而言的，它们主要影响一些肿瘤的表征，而免疫细胞中的细菌影响的可能是肿瘤的治疗效果。 在细胞中生存的细菌，图片来自：魏茨曼研究所 研究人员比较了对免疫检查点抑制剂响应和不响应的转移性黑色素瘤患者的肿瘤免疫细胞细菌组成，发现虽然整体细菌载量没有差异，但响应者的细菌丰富度更高，梭菌属细胞占优势地位，而不响应者的阴道加德纳氏菌（Gardnerella vaginalis）丰度更高。这个结果在过去研究黑色素瘤患者免疫检查点抑制剂疗效和肠道微生物关系的时候也出现过[5-7]。 虽然这项研究是目前对肿瘤中细菌的组成和影响比较全面的一项研究，但其实也还有很多问题没有解决，比如说，细菌是什么时候进入肿瘤的？它们通过什么机制影响肿瘤的发展和治疗效果？ 研究的通讯作者，Ravid Straussman博士认为，肿瘤本身就是一个复杂的“生态系统”，包含癌细胞、免疫细胞、基质细胞、血管和神经等等，现在，细菌也应该被归类为生态系统中的一分子，他希望能像其他组成部分一样，也找到以细菌为靶点的新疗法，让更多癌症患者从中获益。 编辑神叨叨 此外，我们还准备了少量纸质版讲义，购买课程后加主编微信即可免费申领，先到先得！ 参考资料： [1] https://science./content/368/6494/973 [2] Salter S J, Cox M J, Turek E M, et al. Reagent and laboratory contamination can critically impact sequence-based microbiome analyses[J]. BMC biology, 2014, 12(1): 87. [3] Eisenhofer R, Minich J J, Marotz C, et al. Contamination in low microbial biomass microbiome studies: issues and recommendations[J]. Trends in microbiology, 2019, 27(2): 105-117. [4] Forestier C, Moreno E, Pizarro-Cerda J, et al. Lysosomal accumulation and recycling of lipopolysaccharide to the cell surface of murine macrophages, an in vitro and in vivo study[J]. The Journal of Immunology, 1999, 162(11): 6784-6791. [5] Gopalakrishnan V, Spencer C N, Nezi L, et al. Gut microbiome modulates response to anti–PD-1 immunotherapy in melanoma patients[J]. Science, 2018, 359(6371): 97-103. [6] Matson V, Fessler J, Bao R, et al. The commensal microbiome is associated with anti–PD-1 efficacy in metastatic melanoma patients[J]. Science, 2018, 359(6371): 104-108. [7] Routy B, Le Chatelier E, Derosa L, et al. Gut microbiome influences efficacy of PD-1–based immunotherapy against epithelial tumors[J]. Science, 2018, 359(6371): 91-97.
“点个在看，别让奇点糕消失在茫茫人海~” |
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本文作者 | 应雨妍
