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TNF阻断剂调节肠道菌群抑制结直肠癌进展 研究背景 炎症性肠病（IBD），包括克罗恩病和溃疡性结肠炎，影响了超过0.3%的西方人口，并且在新兴工业化国家的发病率呈上升趋势。IBD患者，尤其是结肠炎症患者，罹患结直肠癌（CRC）的风险增加。而炎症本身与肿瘤发生的各个阶段有关，肠道炎症与肠道菌群组成和活动有关，可进一步促进炎症和癌症的发展。 以产生大肠杆菌素的大肠杆菌为例，炎症和细菌之间的促肿瘤相互作用表现为大肠杆菌素烷基化DNA并诱导DNA双链断裂。大肠杆菌通常存在于健康个体的微生物群中，与健康个体相比，IBD或CRC患者的粘膜相关的大肠杆菌比例更高。此外，大肠杆菌基因在大肠癌患者的粪便基因组中富集。最近，在人类大肠癌基因组和驱动突变中发现了一种独特的大肠杆菌素突变特征。大肠杆菌通过大肠杆菌素促进各种小鼠模型大肠癌的发生。肠道炎症似乎是大肠杆菌致癌的关键，因为大肠杆菌未能在无炎症小鼠模型中诱导CRC。从机理上讲，炎症至少可以通过两种方式影响大肠杆菌的致癌活性：通过上调大肠杆菌基因等毒力基因和促进大肠杆菌在黏膜上定植，这两种方法都可能导致大肠杆菌素诱导的结肠上皮细胞DNA损伤增加。 因此，靶向大肠杆菌素合成机制或大肠杆菌定植可以防止大肠杆菌驱动的CRC。例如，小分子硼化物可以抑制ClbP（一种激活大肠杆菌素前药所必需的肽酶），从而降低大肠杆菌的遗传毒性和促肿瘤效应。一种噬菌体混合物选择性靶向大肠杆菌NC101菌株，降低了该菌的定植水平并抑制大肠癌进展。大肠杆菌通过钼酶依赖的硝酸盐呼吸和甲酸盐氧化作用在炎症肠道中获得生长优势。钨酸盐使钼酶失活，阻止炎症肠腔中大肠杆菌生长和NC101介导的大肠癌进展。这些以大肠杆菌为导向的治疗方法，虽然在小鼠模型上显示出了良好的治疗效果，但在进入临床之前，还需要进一步的验证。 考虑到炎症对大肠癌进展的影响，抗炎药，如用于治疗IBD的药物可能是化学预防药物。这些临床相关药物在预防炎症依赖性癌变方面尤其有利，比如大肠杆菌驱动的大肠癌就是一个理想的模型。然而，这种疗效尚未得到证实。炎症不仅可以影响大肠杆菌，还可以影响微生物群的其他成员以及肠道菌群对的相互作用。目前尚不清楚抗炎治疗如何改变大肠杆菌和整个微生物群的活动。更重要的是，治疗引起的微生物群改变是否会影响大肠癌的发病机制？为了解决这些问题，作者评估了抗肿瘤坏死因子疗法（一种治疗中、重度IBD的临床治疗方法）对两种由大肠杆菌构建的小鼠大肠癌模型的效果。发现阻断TNF改变了微生物群的组成和活动，这是一个受环境影响的过程，对预防结直肠癌的发生至关重要。 Result1 在小鼠体内大肠杆菌通过大肠杆菌素促进大肠癌的发生 在小鼠模型中，大肠杆菌菌株NC101通过大肠杆菌素促进大肠癌的发展。化学诱导和自发形成的小鼠模型结果证明，大肠杆菌素的产生促进了结直肠癌的发生，特别是肿瘤的发生，而不影响大肠杆菌活性或肠道定植。值得注意的是，研究中使用的SPF小鼠，在使用前，并未检出的肠杆菌科细菌和大肠杆菌。  Result2 阻断肿瘤坏死因子可以抑制结肠炎和大肠癌的发展 鉴于炎症是大肠杆菌诱发癌变的关键，因此作者推断抗炎治疗，如阻断肿瘤坏死因子可以抑制小鼠模型大肠癌的发展。为了验证这个假设，研究者在炎症诱导后，用PBS（对照）或TNF中和抗体治疗小鼠。在第14天（四次抗体注射后），抗肿瘤坏死因子处理的小鼠结肠炎症的组织学评分低于用PBS治疗的对照组，证实了阻断TNF后产生抗炎作用。两个模型的数据表明，靶向炎症的抗肿瘤坏死因子治疗抑制大肠癌进展。  Result3 阻断肿瘤坏死因子改变微生物群的组成和活动 据报道，抗肿瘤坏死因子治疗可诱导IBD患者的微生物群组成发生变化。为了确定微生物群的组成变化与疾病进展和临床前模型抗TNF治疗之间的关系，研究人员对粪便标本和末端结肠进行了基因测序。在模型中，粪便微生物群分析显示对照组和抗肿瘤坏死因子治疗组的小鼠微生物群α和β多样性发生了显著的时间相关性变化。这个表明微生物群随着结直肠癌的发展而发生动态演化。总的来说，TNF阻断剂对微生物群组成的影响在两个小鼠模型中是可重复的。   Result4 微生物群调节肿瘤坏死因子阻滞剂对大肠癌的预防作用 为了确定微生物群对TNF阻断剂预防结直肠癌的影响，研究者将PBS或TNF中和抗体处理小鼠同笼饲养。粪便样本和末端远端结肠组织的基因测序显示，在整个实验过程中，PBS和抗TNF治疗的小鼠体内的微生物群组成相似，表明微生物群成功地标准化了。重要的是，在同一条件下，阻断TNF未能减轻结肠炎症如第14天粪便脂质卡林-2水平所示，也未减少结直肠癌的发生。同样地，在小鼠模型中，同笼饲养消除了TNF阻断剂对炎症和肿瘤发生的预防作用。总之，这些数据表明，肿瘤坏死因子阻断的预防作用依赖于微生物群向非疾病状态的转变，这一过程可通过持续接触与疾病相关的微生物群而被推翻。因此，通过TNF阻断剂改变微生物群在功能上削弱了大肠癌的发展。   讨论 炎症是癌症的一个特征，它直接参与肿瘤发生的各个阶段，因此抗炎药可以阻止癌症的发展。事实上，使用非甾体抗炎药（NSAIDs），尤其是COX抑制剂，如阿司匹林，已经被证实与罹患各种癌症的风险降低有关。IBD与结直肠癌的风险增加有关，因此研究了治疗IBD的抗炎药对大肠癌发生发展的影响。例如，流行病学调查表明，抗肿瘤坏死因子治疗与结直肠癌的发生率降低有关，但二者之间的联系并不总是具有统计学意义的。同样，在临床前的动物模型中，在一些研究结果显示阻断肿瘤坏死因子抑制了大肠癌的发展，但在其他研究中却没有显著效果。这种差异与临床观察相一致，即高达40%的患者对最初的抗肿瘤坏死因子治疗没有反应。本篇研究提供了一个概念性证据，即靶向炎症通过微生物群依赖的方式减轻结直肠癌的发展，因此评估微生物群对化学预防剂如阿司匹林和其他非甾体抗炎药的影响是很重要的。由于长期服用非甾体抗炎药对胃肠道有潜在的不良影响，因此有必要确定间歇性摄入非甾体抗炎药是否足以将人体内的微生物群转化为“非致癌”形式。 本文对小鼠微生物群的分析揭示了人类结直肠癌的一些特征。例如，在文章的小鼠模型中，丹毒菌的丰度与肿瘤的发生呈正相关，并且通过TNF的阻断而降低。在多个患者队列的大肠癌中报告了丹毒菌科（与小鼠模型中的肿瘤发生相关）或家族成员（例如摩尔索氏杆菌）的富集。在微生物群活动方面，核糖体和氨基酸及抗生素的生物合成受到抑制，而芳香族化合物的降解和苯丙氨酸的代谢被TNF阻断所促进。在抗肿瘤坏死因子（TNF）治疗后，IBD患者也观察到了这些微生物群功能途径的类似变化，尽管这些联系还需要更大的患者群体来验证。这些细菌和微生物群的功能在多大程度上影响了大肠癌的发展，值得进一步研究。 在小鼠模型中，CRC主要由NC101大肠杆菌素的活性驱动，因为ΔclbP定植的小鼠几乎没有肿瘤。肠道炎症可以使大肠杆菌生长受益，因为大肠杆菌能够利用发炎环境中产生的硝酸盐和甲酸盐。炎症相关粘液屏障损伤可增强大肠杆菌对黏膜的粘附。然而，在本文的小鼠模型中，粪便和组织相关的NC101丰度均未随炎症状态（随着疾病进展或TNF阻断）发生显著变化。相反，标准化微生物RNA序列数据支持炎症通过调节细菌基因表达来调节NC101致癌活性的观点。研究发现，与抗肿瘤坏死因子治疗的小鼠相比，对照组小鼠的clb表达显著高于抗肿瘤坏死因子治疗的小鼠，在早期肿瘤发生时，前者（第14天）炎症更严重。这与先前的观察一致，即炎症增强了AOM/Il10-/-小鼠结肠炎相关大肠癌模型中clb基因的活性。clb转录水平较低可能是抗肿瘤坏死因子治疗小鼠结肠上皮细胞DNA损伤反应减少的原因，尽管不能排除炎症相关的遗传毒性氧化应激或其他微生物群活动的影响。 总之，作者发现阻断TNF改变了微生物群的组成和活动，从而抑制结直肠癌的发生。研究揭示了微生物群在调节肿瘤坏死因子阻滞剂的抗肿瘤效应中的作用，表明微生物群可以通过靶向宿主免疫信号起调节作用。根据研究结果，使用限制细菌的动物模型来确定IBD患者治疗前后微生物群的致癌潜力是很重要的。疾病状态和微生物群之间的相互作用也受环境压力影响，强调了IBD和CRC病因的多因素性。对于疾病的预防和治疗，一种解决宿主-微生物群-环境三方相互作用的整体方法可能是最有效的。 |
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