胞內(nèi)細菌是癌癥轉(zhuǎn)移的重要幫兇

世界衛(wèi)生組織（WHO）數(shù)據(jù)顯示，在2020年全球新發(fā)癌癥中，乳腺癌成為全球第一大癌，我國乳腺癌發(fā)病率也在逐年攀升。作為女性常見的惡性腫瘤，影響乳腺癌進展的因素十分復(fù)雜且尚未明晰，科學(xué)家們一直致力于尋找導(dǎo)致乳腺癌惡化的驅(qū)動力，希望能找到對應(yīng)的解決辦法。 2022年4月7日，西湖大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院蔡尚團隊在 Cell 期刊在線發(fā)表了題為：Tumor Resident Intracellular Microbiota Promotes me[x]tastatic Colonization in Breast Cancer 的新研究論文。

該研究證實乳腺癌組織中存在多種獨特的 “胞內(nèi)菌”，并揭示它們在腫瘤轉(zhuǎn)移定植過程中所起的關(guān)鍵作用。這一理念是對傳統(tǒng)腫瘤轉(zhuǎn)移理論的重大突破，為深入理解腫瘤轉(zhuǎn)移及臨床治療乳腺癌提供了全新的思路。

傳統(tǒng)觀念認為，因為免疫系統(tǒng)的存在，人體絕大多數(shù)組織器官（除腸道、口腔、皮膚外）內(nèi)部處于無菌狀態(tài)，腫瘤組織亦然。 但在2020年左右，以色列及美國的部分科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，細菌也是癌癥本身的組成部分，它存在于結(jié)直腸癌以外更廣泛的癌癥類型中，例如胰腺癌、肺癌、乳腺癌等。這類細菌絕大多數(shù)存在于細胞質(zhì)內(nèi)，稱之為“胞內(nèi)菌”。

科學(xué)家們猜測，正是因為胞內(nèi)菌位于腫瘤細胞內(nèi)，所以才躲過人體免疫系統(tǒng)的攻擊，存活下來。 那么，胞內(nèi)菌在腫瘤發(fā)生、發(fā)展的過程中扮演著什么樣的角色？是可有可無的旁觀者，還是推動腫瘤進展的參與者？ 之前研究認為，腸道菌群可以通過調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)，或通過產(chǎn)生的代謝物間接調(diào)控癌癥的進展，但是至今沒有證據(jù)表明腫瘤細菌能直接參與癌癥的發(fā)生發(fā)展。尤其是在腫瘤中檢測到的細菌很少，讓人更加懷疑，這么低生物量的腫瘤微生物，能否對腫瘤進展產(chǎn)生重大影響。

2017年，剛剛回國加入西湖大學(xué)的蔡尚，對這一問題啟動了專項研究。 蔡尚本科畢業(yè)于北大，博士畢業(yè)于印第安納大學(xué)，曾在斯坦福大學(xué)干細胞與再生醫(yī)學(xué)研究所工作7年，一直專注于乳腺癌的研究。 基于經(jīng)典的小鼠自發(fā)乳腺癌模型，蔡尚帶領(lǐng)研究團隊構(gòu)建了嚴格的腫瘤菌群研究體系，探索腫瘤微生物在腫瘤進展中的作用。 彼時，“胞內(nèi)菌”還是一個未被證實的猜想，他們的首要任務(wù)是找到“對手”。 “胞內(nèi)菌”在腫瘤細胞內(nèi)的含量很低，研究團隊不斷改良檢測和染色方法，提高了靈敏度、信噪比和準確性，終于觀察到小鼠腫瘤里的細菌定位，并通過高分辨率的電鏡清晰地看到了細菌存在于細胞質(zhì)內(nèi)。

小鼠自發(fā)乳腺癌模型中存在胞內(nèi)菌 然后，探索這些細菌的功能成為他們的工作重點。

一個簡單的思路是：清除這些細菌，看看腫瘤會發(fā)生什么變化。常規(guī)的清除方法是使用抗生素。但如何確?？股刂欢ㄏ蚯宄[瘤細菌？ 鮮有可以遵循的實驗方案。研究團隊一切從零開始，不斷優(yōu)化抗生素的處理方法，調(diào)節(jié)抗生素組合種類和注射方式的搭配，實現(xiàn)“定向”清除腫瘤菌群的目的。 結(jié)果顯示，清除腫瘤菌群之后，腫瘤重量并沒有受到影響，但肺轉(zhuǎn)移顯著下降。這表明，腫瘤菌群很可能影響的不是腫瘤的生長，而是轉(zhuǎn)移過程。

抗生素清除實驗證明腫瘤菌群對于腫瘤轉(zhuǎn)移非常重要 基于此發(fā)現(xiàn)，研究團隊提出假設(shè)：腫瘤組織中的胞內(nèi)菌會和腫瘤細胞一起遷移到達遠端器官并影響轉(zhuǎn)移。也就是說，腫瘤里的細菌會跟著腫瘤細胞一起跑到身體的其他部分。 為了驗證這個假設(shè)，他們對原位腫瘤、肉眼可見的肺轉(zhuǎn)移灶、含有微小轉(zhuǎn)移灶的肺組織、以及正常的肺和乳腺組織進行細菌16S測序。分析結(jié)果顯示，早期肺轉(zhuǎn)移的細菌可能仍帶有原位腫瘤的菌群特征，而隨著腫瘤的生長、擴散，漸漸開始受肺部微環(huán)境的影響。 再通過分離并染色循環(huán)腫瘤細胞，研究團隊看到循環(huán)腫瘤細胞能夠帶著胞內(nèi)菌“跑到”遠端器官；而回輸這些胞內(nèi)菌到腫瘤細胞內(nèi)，可以看到腫瘤細胞在人體內(nèi)“跑動過程中的生存能力更強”，甚至那些不容易轉(zhuǎn)移的乳腺癌，在輸入胞內(nèi)菌以后，也開始轉(zhuǎn)移。這就有力地證明了胞內(nèi)菌可以促進腫瘤細胞的轉(zhuǎn)移。

細菌回輸促進乳腺癌轉(zhuǎn)移 知其然，知其所以然。為什么胞內(nèi)菌可以促進腫瘤細胞轉(zhuǎn)移？ 蔡尚解釋說，事實上，在轉(zhuǎn)移過程中，癌癥細胞沒有我們想象中那么“威力無邊”，血管里的血壓（液流壓力）會對它造成損傷。但他們發(fā)現(xiàn)，胞內(nèi)菌入侵腫瘤細胞后，會通過特定的信號通路（RhoA-ROCK）來重塑細胞骨架，幫助腫瘤細胞抵抗血管里的壓力，避免轉(zhuǎn)移過程中受到損傷。 這就完美解釋了為什么擁有胞內(nèi)菌的腫瘤細胞擁有更強的能力跑到遠端器官。

胞內(nèi)菌的入侵重塑了腫瘤細胞的細胞骨架，以此來抵抗液流壓力的模式圖。 研究團隊從小鼠回歸到人體，收集了配對的乳腺癌病人的腫瘤組織、癌旁組織和淋巴結(jié)組織，用qPCR結(jié)合16S測序定量和定性地分析各自菌群的組成。結(jié)果顯示，小鼠乳腺癌組織和人乳腺癌組織具有相同的微生物譜和動態(tài)變化，這表明，人乳腺癌菌群可能在人癌癥發(fā)生和進展中起著相似的作用。 歷時近5年，從猜想、假設(shè)到一步步證實，蔡尚團隊的研究鑒定了腫瘤微環(huán)境中長期被忽視的新成分，揭示了影響腫瘤轉(zhuǎn)移的新因素，開拓了腫瘤研究的新方向，為臨床控制腫瘤轉(zhuǎn)移提供了全新的視角。