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前沿|《細胞》重要突破!研究首次發現癌細胞内細菌可促進癌轉移

▎藥明康德内容團隊編輯

我們身體中的微生物無時無刻不影響着生理功能,越來越多的證據顯示包括腸道菌在内的微生物在多方面調控着我們的生理行為,甚至能夠通過胃腸道迷走神經向大腦傳輸特定信号。在惡性良性腫瘤學領域,微生物也是科學家重點關注的對象之一。

目前大多數研究發現的是,微生物存在調控癌症易感性和惡性良性腫瘤進展的現象。它們通常不會直接發揮作用,而是通過影響一些代謝和免疫系統的信号通路來影響惡性良性腫瘤發生,并且作用的一般都是臨近的惡性良性腫瘤組織。

随着測序技術的發展,以色列和美國的部分科學家已經表明,微生物不僅僅是間接影響惡性良性腫瘤,更可能是惡性良性腫瘤的一部分。日前,西湖大學生命科學學院蔡尚課題組在《細胞》發文,不僅再次确認惡性良性腫瘤中存在細菌的事實,并且首次證明乳腺癌中獨特的胞内菌在惡性良性腫瘤轉移定植中起着關鍵作用。

前沿|《細胞》重要突破!研究首次發現癌細胞内細菌可促進癌轉移

▲惡性良性腫瘤的胞内菌可以幫助它們進行轉移(圖檔來源:參考資料[2])

在新研究中,蔡尚博士和同僚建構了一批乳腺癌模型小鼠,這些癌細胞組織充滿了大量細菌,有點類似于人類乳腺癌中觀察的現象。直覺來看,乳腺癌組織中的細菌數量大約為正常乳腺組織中的10倍。

更令人驚訝的是,這些細菌許多都定植于癌細胞的胞液中,也就是細胞内部。這些癌細胞内的細菌甚至是存活狀态,并且會在細胞滲透性的抗生素環境中逐漸死亡。

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▲抗生素清除實驗證明惡性良性腫瘤菌群對于惡性良性腫瘤轉移至關重要(圖檔來源:參考資料[2])

他們觀察到,當癌細胞在循環系統中到處遊蕩時,這些細菌也會随之一同在身體各處穿行。這些細菌似乎能夠調節細胞的肌動蛋白網絡,并且幫助癌細胞遷移過程中應對機械性壓力,提高存活率。

在研究測試中,癌細胞中的細菌似乎專門幫助癌細胞進行轉移,而對原位瘤的生長影響不大。通過向小鼠尾靜脈注射複合抗生素,他們嘗試特異性地對惡性良性腫瘤菌群進行了清除。當惡性良性腫瘤菌群被清除後,惡性良性腫瘤本身的體積并沒有是以縮小,但肺部轉移瘤明顯減少,這說明這些細菌對惡性良性腫瘤轉移非常關鍵。

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▲惡性良性腫瘤細胞攜帶細菌到達遠端器官并促進轉移(圖檔來源:參考資料[2])

研究設法收集了在外周血中的惡性良性腫瘤菌群,當這些細菌回輸到惡性良性腫瘤小鼠體内後,惡性良性腫瘤原位的生長過程幾乎沒有影響,但是惡性良性腫瘤轉移水準開始顯著增加,甚至很少發生轉移的惡性良性腫瘤類型也會開始出現大量轉移。

而細菌在轉移中做的最重要的一件事就是幫助癌細胞抵抗機械性壓力,正常來說,癌細胞随着血液移動,很容易受到一種稱作液流剪切壓力的機械力影響而死亡。但細菌能夠重塑細胞骨架,增強抵抗液流壓力的能力,讓惡性良性腫瘤轉移起來更輕松。

這種“共生”的關系實在非常驚人,似乎細菌寄宿在了惡性良性腫瘤内,然後又幫助了惡性良性腫瘤轉移。研究通訊作者蔡尚博士告訴我們,關于惡性良性腫瘤内為何富集細菌,以及細菌的來源還不清楚,這可能與惡性良性腫瘤的免疫抑制環境有關,但是也可能涉及更為複雜的機制,例如惡性良性腫瘤的非生物環境、代謝環境等。

前沿|《細胞》重要突破!研究首次發現癌細胞内細菌可促進癌轉移

圖檔來源:123RF

盡管研究已經确認胞内菌在癌轉移中發揮重要作用,但研究團隊并不排除這些細菌影響原位癌症進展的可能性。

我們可能更加關心,有了這一研究是否能夠幫助我們抵禦和治療惡性良性腫瘤?蔡尚博士指出,目前已經有一些研究提示血液裡的菌群資訊可以幫助診斷惡性良性腫瘤發生,利用血液菌群判斷癌轉移是未來非常值得探索的方向。

研究團隊希望未來能在臨床層面收集惡性良性腫瘤菌群與惡性良性腫瘤進展關系的證據,開發調控惡性良性腫瘤菌群的新方法,探索惡性良性腫瘤菌群與惡性良性腫瘤互作的深層機制。

蔡尚課題組的研究主要以乳腺為模式器官,探讨乳腺幹細胞在青春期、孕期、哺乳期對乳腺特定結構功能的維持,以及乳腺癌幹細胞在癌症的發生、發展、抗藥性、複發及轉移過程中的重要作用。近期的研究開辟了惡性良性腫瘤菌群生理功能的新惡性良性腫瘤研究方向,是一個充滿未知的新興領域,期待有興趣探讨惡性良性腫瘤菌群的優秀博後的加入,共同解開微生物與癌細胞互作之謎。

實驗室網頁:https://www.cai-lab.com

參考資料:

[1] Evidence in mice that bacteria in tumors help cancer cells metastasize. Retrieved Apr 7th, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/948302

[2] Aikun Fu , B. et al. Tumor-resident intracellular microbiota promotes metastatic colonization in breast cancer. Cell (2022), DOI: 10.1016/j.cell.2022.02.027

[3] Nejman, D. et al. The human tumor microbiome is composed of tumor type-specific intracellular bacteria. Science 368, 973-980, doi:10.1126/science.aay9189 (2020).

[4] Riquelme, E. et al. Tumor Microbiome Diversity and Composition Influence Pancreatic Cancer Outcomes. Cell 178, 795-806 e712, doi:10.1016/j.cell.2019.07.008 (2019).

[5] Jin, C. et al. Commensal Microbiota Promote Lung Cancer Development via gammadelta T Cells. Cell 176, 998-1013 e1016, doi:10.1016/j.cell.2018.12.040 (2019).

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