1000+肿瘤样品研究表明,潜伏在癌细胞中的细菌能为治疗癌症提供新方法

2020-06-03 竹子 转化医学平台

全面了解肿瘤的微环境是迈向全生物机制的癌症发展机制的艰巨而关键的一步,如果成功的话,它可能会开启下一波精确的癌症诊断和治疗方法。

导言:癌细胞是细菌的天堂。该结论来自一项对1000多种不同人类癌症肿瘤样品的严密的研究。这项由以色列魏兹曼科学研究所的研究人员领导的研究发现,细菌存在于所有癌症类型的细胞内,从脑癌到骨骼癌再到乳腺癌,甚至还发现了每种癌症中独特的细菌种群。研究表明,了解癌细胞与其“微型微生物组”之间的关系可能有助于预测某些治疗方法的潜在有效性,或者可能利用这些细菌以增强未来抗癌治疗作用。这项研究的结果发表在《科学》杂志上。

背景

肿瘤是复杂的生态系统,除癌细胞,免疫细胞、基质细胞、血管、神经和许多其他成分外,也称为肿瘤微环境的一部分。这项研究也跟其他实验室的研究一样,细菌清楚地证明了细菌也是肿瘤微环境的组成部分。他们希望,通过找出它们完全适合一般肿瘤生态系统的方法,可以找到治疗癌症的新方法。

尽管先前的研究表明细菌和其他微生物可能会出现在肿瘤表面,但对肿瘤细胞内存在的微生物的研究却很少,特别是对于在相对“无菌”环境中发生的癌症。 

几年前,魏兹曼科学研究所分子细胞生物学系的Ravid Straussman博士发现了潜伏在人类胰腺癌细胞中的细菌。它们可以通过“消化”和灭活这些药物来保护癌细胞免受化疗药物的侵害。当其他研究也发现癌细胞中有细菌时,Straussman和他的团队认为,这可能不是例外,而是蕴藏着一个规律。

为了获得结果,团队必须克服几个挑战。首先,肿瘤样本中的细菌数量相对较小,研究人员不得不寻找方法来关注这些微小的细胞内细胞。他们还必须消除任何可能的外部污染。

研究过程

为了更仔细地研究这些微生物群落,研究小组转向了16S核糖体基因测序和定量PCR,以鉴定和量化1,010个肿瘤样品和500多个邻近正常组织样品中存在的细菌。样本是从9个医疗中心的患者那里收集的,研究人员在分析中着重研究了在肿瘤中发现的528种细菌。

利用单一平台对多种肿瘤类型的探索使他们能比较不同的肿瘤类型并揭示特定于癌症类型的微生物特征。 即便如此,他们指出,尽管不同细胞水平差异很大,但某些肿瘤环境因常见的相关细菌功能性状而富集。

他们使用免疫组织化学实验,16S rRNA靶向探针的荧光原位杂交以及其他病理学方法,表明在肿瘤样品中鉴定出的大多数微生物是巢内的细菌和免疫细胞内的细菌,这一发现得到了后续对四个新鲜采集的乳腺肿瘤样品进行检测的研究的支持。

研究结果

该团队能够直接从人的乳腺肿瘤中培养出细菌,他们的结果证明了在这些肿瘤中发现的细菌还活着。这些细菌的电子显微镜观察表明,它们更喜欢在癌细胞内部的特定位置(靠近细胞核)筑巢。

研究小组还报告说,细菌不仅可以在癌细胞中发现,而且可以在肿瘤内部的免疫细胞中发现。这些细菌中的某些可能增强了抗癌免疫反应,而另一些则可能抑制了它。这一发现可能与理解某些免疫疗法的有效性特别相关。的确,当研究小组比较了黑色素瘤样本中的细菌时,他们发现与免疫应答较差的那些细菌相比,那些对免疫疗法有响应的黑色素瘤中富含细菌。

最终,该团队进行详细的研究,以高分辨率表征生活在这些癌症中的细菌——脑癌、骨癌、乳腺癌、肺癌、卵巢癌、胰腺癌、结直肠癌和黑色素瘤。他们发现从脑部到骨骼的每种癌症类型都带有细菌,不同的癌症类型也带有不同的细菌种类。然而,乳腺癌的细菌数量和种类最多。研究小组证明,与围绕这些肿瘤的正常乳腺组织相比,在乳腺肿瘤中可以发现更多的细菌,而且某些细菌优先在肿瘤组织中而不是在周围的正常组织中发现。

研究局限性

研究数据不能确定肿瘤内细菌是否在癌症的发展中起因果作用,还是它们的存在仅反映已感染肿瘤的感染。但是,进一步探讨肿瘤内细菌可能具有的作用,癌细胞的不同表型,免疫系统及其与肿瘤细胞的相互作用,这些都是很有意义的。

尽管与肿瘤相关的微生物群中细菌的代谢能力似乎为肿瘤的临床特征提供了线索,包括一系列非小细胞肺癌中与吸烟有关的特征。但研究小组告诫说,需要做进一步的工作来确认并澄清这种潜在的相互作用。

研究意义

这项研究可以解释为什么某些细菌会像癌细胞一样,为什么每种癌症都有自己的典型微生物组:差异显然归结于每种肿瘤细胞环境中提供的便利设施的选择。即,细菌可以依靠特定肿瘤类型过量产生或储存在特定肿瘤类型中的某些代谢产物。比如,当研究小组将吸烟者与从未吸烟者的肺肿瘤中发现的细菌进行比较时,他们发现了差异。当研究人员比较这两类细菌的基因时,这些差异更加明显:吸烟者肺癌细胞中的细菌具有更多的基因,可以代谢香烟烟雾中的尼古丁,甲苯、苯酚和其他化学物质。

除了表明某些最常见的癌症在其细胞内掩盖了独特的细菌种群外,研究人员还认为,他们已经开发出的用于识别每种癌症类型的特征微生物群的方法,现在可以用于回答有关这些细菌的作用的一些关键问题:细菌是不是在癌细胞的剩余代谢物中“吃白食”?还是为细胞提供服务?他们在哪个阶段会定居下来?它们如何促进或阻碍癌症的生长?他们对各种各样的抗癌治疗有何影响?

全面了解肿瘤的微环境是迈向全生物机制的癌症发展机制的艰巨而关键的一步,如果成功的话,它可能会开启下一波精确的癌症诊断和治疗方法。

参考:

【1】https://medicalxpress.com/news/2020-05-cells-bacteria-cancer.html

【2】https://www.genomeweb.com/sequencing/tumor-microbiome-appears-vary-cancer-type#.XtMh1jMzbDc

【3】Deborah Nejman et al. The human tumor microbiome is composed of tumor type–specific intracellular bacteria, Science (2020). DOI: 10.1126/science.aay9189

【4】Chloe E. Atreya et al. Probing the tumor micro(b)environment, Science (2020). DOI: 10.1126/science.abc1464

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