你可能想不到，惡性良性腫瘤這個“窮兇極惡”的家夥細胞内還有細菌。而且，這種獨特的胞内菌控制着惡性良性腫瘤細胞的行為，對癌症轉移起着重要作用。
中原標準時間2022年4月7日晚23時，西湖大學生命科學學院教授蔡尚課題組在《細胞》發表論文，首次證明乳腺癌組織中存在的胞内菌在生理狀況下對惡性良性腫瘤轉移定植至關重要。
該研究鑒定了惡性良性腫瘤微環境中長期被忽視的新成分，揭示了影響惡性良性腫瘤轉移的遺傳、表觀之外的新因素，并開拓了惡性良性腫瘤研究新方向，為臨床控制惡性良性腫瘤轉移提供了全新的視角。
意外發現惡性良性腫瘤胞内菌
“發現胞内菌的确是個巧合。”蔡尚告訴《中國科學報》，“我們開始并未‘突發奇想’地認定惡性良性腫瘤内部存在細菌。”
和多數研究者一樣，蔡尚認為惡性良性腫瘤内部和人體組織相似，是無菌環境。
五六年前，蔡尚在斯坦福大學做博士後研究期間，探讨某一惡性良性腫瘤基因對惡性良性腫瘤發展的作用時，曾做過一個小鼠模型——使用抗生素誘導，敲除某個基因，并借此弄清該基因在惡性良性腫瘤發展中的作用。
“那時我們發現，用抗生素誘導去敲除這個基因，的确抑制了惡性良性腫瘤的轉移。”蔡尚補充說，“但奇怪的是，如果用了抗生素，在沒有誘導基因敲除的對照組，也能發現惡性良性腫瘤轉移受到影響。”
也就是說，抗生素和惡性良性腫瘤轉移之間，似乎有某種關聯。這一現象讓蔡尚很費解，因為當時有其他研究目标，對該問題并未深入追下去。
此後，蔡尚去查閱相關文獻，發現早期文獻确實報道過抗生素有殺死惡性良性腫瘤細胞的作用。
“但在實驗中，我們隻看到肺轉移受到抗生素影響，原發竈的惡性良性腫瘤生長其實并未受影響。”蔡尚說，“我當時突然想，惡性良性腫瘤内部會不會也存在細菌？但受認知局限、技術水準等多種因素影響，這個問題當時并沒有紮實的結論。”
2017年蔡尚來到西湖大學，開始對“惡性良性腫瘤裡是否可能存在細菌，如果存在它到底有沒有作用”等問題展開研究。
經過不懈努力，蔡尚團隊用實驗證明了惡性良性腫瘤胞内菌的存在。
圖：小鼠自發乳腺癌模型中存在胞内菌
加深對惡性良性腫瘤本質的認知
證明惡性良性腫瘤胞内菌的存在，接下來，更重要的工作是探索惡性良性腫瘤菌群的功能。
蔡尚團隊創新性地采取多種抗生素和多種方式的政策，來特異性地清除惡性良性腫瘤菌群，進而進行惡性良性腫瘤菌群功能研究。結果發現，利用尾靜脈注射ATBx複合抗生素和Doxycycline飲水隻清除惡性良性腫瘤菌群之後，不影響惡性良性腫瘤重量，但肺轉移都顯著下降。
“利用無菌小鼠模型同樣驗證了這一點，這說明惡性良性腫瘤菌群具有促進惡性良性腫瘤轉移的生物學功能。”蔡尚說。
圖：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非常重要
因為鑒定出來的多數是胞内菌，同時考慮到轉移是個多步驟的過程，包括從原位遷移進入血管、循環惡性良性腫瘤細胞通過血液到達遠端器官及遠端定植生長。研究人員假定惡性良性腫瘤組織中的胞内菌會和惡性良性腫瘤細胞一起遷移到達遠端器官并影響轉移，通過染色、透射電鏡觀察并對細菌進行16S建庫測序研究。
“生物資訊資料分析結果提示，早期肺轉移的細菌可能仍帶有原位惡性良性腫瘤的菌群特征，而随着惡性良性腫瘤的進展則開始受肺部微環境的影響。”該論文共同第一作者、西湖大學生命科學學院博士後付愛坤對《中國科學報》說。
圖：惡性良性腫瘤細胞攜帶細菌到達遠端器官并促進轉移
通過實驗，研究人員看到循環惡性良性腫瘤細胞能攜帶惡性良性腫瘤菌群到達遠端器官，而回輸這些惡性良性腫瘤菌群，不影響惡性良性腫瘤原位生長，但顯著促進惡性良性腫瘤轉移，甚至讓弱轉移的惡性良性腫瘤類型也能夠大量轉移。
“結合抗生素清除實驗，我們證明了惡性良性腫瘤菌群在生理狀态下促進轉移的功能。” 付愛坤說。
惡性良性腫瘤治療的潛在方向
惡性良性腫瘤細胞在轉移過程中，尤其是在循環系統中，會經曆“液流剪切”的壓力，這容易引起細胞死亡。
“惡性良性腫瘤細胞轉移必須進入血液系統，但血流系統存在一種‘液流壓力’（機體内奇妙的防轉移機制），會導緻超過99%的惡性良性腫瘤細死亡。”蔡尚說。
為進一步探讨惡性良性腫瘤菌群對于促進惡性良性腫瘤細胞轉移的機制，該團隊利用單細胞測序分析，找到細菌入侵惡性良性腫瘤細胞之後，特異性地上調液流剪切壓力通路。體外建構液流壓力系統及體内尾靜脈回輸實驗證明，經曆壓力之後，入侵細菌的細胞比對照組的細胞具有高的存活能力。
實驗表明，如果細菌侵入惡性良性腫瘤細胞，它可以給惡性良性腫瘤細胞提供很強的保護作用。惡性良性腫瘤細胞面臨液流壓力時，生存能力會提高5至10倍，其遠端存活幾率大大提高。
“細菌入侵重塑了惡性良性腫瘤細胞的細胞骨架，以此來抵抗液流壓力。”蔡尚解釋說，“這些細菌其實對惡性良性腫瘤是有幫助的，能幫助惡性良性腫瘤擴散轉移。”
研究團隊還收集了配對的乳腺癌病人的惡性良性腫瘤組織、癌旁組織和淋巴結組織，并通過測序分析菌群的組成。結果顯示，小鼠乳腺癌組織和人乳腺癌組織具有相似的微生物譜和動态變化。也就是說，“人類乳腺癌菌群可能在癌症發生和進展中起着相似的作用”。
蔡尚認為，除了衆所周知的遺傳、表觀遺傳和基質微環境因素外，宿主微生物群作為一種不可忽視的機體組成部分，在調節癌症易感性和惡性良性腫瘤進展方面也是一種至關重要的媒體，“它們的存在，為癌症生物學研究增加了另一層複雜性”。
該論文審稿人認為，“這項研究非常及時，也非常關鍵，回答了領域裡的重要問題”。使用抗生素特異性地清除惡性良性腫瘤菌群，顯著降低惡性良性腫瘤轉移但不影響惡性良性腫瘤生長。在機制上證明胞内菌可以調節宿主細胞的骨架，抵抗宿主細胞在循環系統中的液流壓力進而促進癌細胞的存活，為深入了解惡性良性腫瘤轉移提供了新見解，也為臨床上治療乳腺癌開辟了全新的思路。
“這是個新興領域，我們發現的可能隻是冰山一角。”蔡尚說，“這加深了對惡性良性腫瘤本質的認知，同時會吸引更多研究者關注這一方向。如果人們能調控這些菌群的話，會為惡性良性腫瘤治療提供一個潛在的方法。”
相關論文資訊：
https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.02.027
編輯 | 餘 荷
排版 | 王大雪
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