Science重大突破!科學家在癌細胞中發現大量細菌!出現癌症特異性的菌群!

細菌是在100多年前在人類腫瘤中首次發現的,但由於其生物量低,腫瘤微生物組的表徵仍然具有挑戰性。我們對腫瘤微生物組進行了全面分析,研究了7種癌症類型(包括乳腺癌,肺癌,卵巢癌,卵巢癌,胰腺癌,黑素瘤癌,骨癌和腦癌)中的1526種腫瘤及其鄰近的正常組織。我們發現每種類型的腫瘤都有獨特的微生物組組成,乳腺癌具有特別豐富多樣的微生物組。腫瘤內細菌大部分在細胞內,並且存在於癌細胞和免疫細胞中。 我們還注意到腫瘤內細菌或其預測功能與腫瘤類型和亞型,患者的吸煙狀況以及對免疫療法的反應之間的相關性。

 

研究表明,了解癌細胞和它的微型微生物組之間的關係可能​​有助於預測某些治療的潛在有效性,或者可能為今後操縱這些細菌以增強抗癌治療的作用指明方向。這項研究的結果發表在Science雜誌上。幾年前,該研究所分子細胞生物學系的Ravid Straussman博士發現了潛伏在人類胰腺腫瘤細胞內的細菌;這些細菌被證明可以通過”消化”和滅活這些藥物來保護癌細胞免受化療藥物的侵襲。

 

該電子顯微鏡圖像顯示了生活在腫瘤細胞中的細菌(圖源:Weizmann Institute of Science)

 

當其他研究也在腫瘤細胞中發現細菌時,Straussman和他的團隊懷疑這樣的宿主是否可能是一種規則,而不是例外。為了找到答案,Straussman課題組的Deborah Nejman和Ilana Livyatan博士以及復雜系統物理部門的Garold Fuks博士與世界各地的腫瘤學家和研究人員一起工作。這項工作也由以色列開放大學數學和計算機科學系的Noam Shental博士領導。

最終,該小組進行了一項詳細的研究,以高分辨率描述這些癌症中的細菌–包括大腦、骨骼、乳房、肺、卵巢、胰腺、結腸直腸和黑色素瘤。他們發現,從大腦到骨骼的每一種癌症都有細菌,不同的癌症類型有不同的細菌種類。然而,乳腺癌的細菌數量和多樣性最高。研究小組證明,與正常乳腺腫瘤周圍的組織相比,在乳腺腫瘤中可以發現更多的細菌,而且一些細菌優先在腫瘤組織中發現,而不是在腫瘤周圍的正常組織中。

 

不同的樣本內所包含的細菌也都不同(圖源:Science Vol. 368, Issue 6494, pp. 973-980)

 

為了得到這些結果,團隊必須克服幾個挑戰。首先,腫瘤樣本中的細菌數量相對較小,研究人員必須找到方法來集中研究這些細胞內的微小細胞。他們還必須消除任何可能的外部污染。為此,他們使用了數百個陰性對照,並創建了一系列的計算過濾器,以清除任何可能來自腫瘤樣本外部細菌的痕跡。

該團隊能夠直接從人的乳腺腫瘤中生長出細菌,他們的結果證明了在這些腫瘤中發現的細菌還活著。 這些細菌的電子顯微鏡觀察表明,它們更喜歡在癌細胞內部的特定位置(靠近細胞核)築巢。

 

不同的細胞有不同的細菌

研究小組還報告說,細菌不僅可以在癌細胞中發現,而且可以在腫瘤內部的免疫細胞中發現。Straussman表示,這些細菌中的一些可能會增強抗癌免疫反應,而另一些可能會抑制這種反應,這一發現可能與了解某些免疫療法的有效特別相關。當研究小組比較了黑色素瘤樣本中的細菌時,他們發現與免疫應答較差的那些細菌相比,那些對免疫療法有響應的黑色素瘤中富含細菌。

Straussman認為,這項研究還可以解釋為什麼有些細菌喜歡癌細胞,以及為什麼每種癌症都有自己的典型微生物群,差異顯然歸結於在每種腫瘤細胞環境中提供的環境的選擇。也就是說,細菌可能依靠某些代謝產物生存,這些代謝產物是由特定的腫瘤類型產生的或儲存在特定的腫瘤類型中。例如,當研究小組將吸煙者肺腫瘤中發現的細菌與從未吸過煙的病人的細菌進行比較時,他們發現了差異。當研究人員比較這兩組細菌的基因時,這些差異更加明顯,吸煙者肺癌細胞中的基因有更多的基因來代謝尼古丁、甲苯、苯酚和其他在香煙煙霧中發現的化學物質。

 

針對7種常見的實體腫瘤進行了分析(圖源:Science Vol. 368, Issue 6494, pp. 973-980)

 

除了顯示一些最常見的癌細胞中獨特的細菌種群外,研究人員認為,他們所開發的方法可以用來回答一些關於這些細菌扮演的角色的關鍵問題,是細菌吃癌細胞的多餘代謝物,還是為細胞提供一個服務?它們在什麼階段定居?它們如何促進或阻礙癌症的生長?它們對各種抗癌治療的反應有什麼影響?

腫瘤是一種複雜的生態系統,除了癌細胞、免疫細胞、基質細胞、血管、神經和其他成分外,所有這些都是我們所說的腫瘤微環境的組成部分。我們的研究,以及其他實驗室的研究,清楚地表明,細菌也是腫瘤微環境的一個組成部分。 Straussman表示,我們希望,通過找出它們如何確切地適應一般的腫瘤生態,我們可以找出治療癌症的新方法。

 

參考資料:

The human tumor microbiome is composed of tumor type–specific intracellular bacteria

Cells inside cells: the bacteria that live in cancer cells

Probing the tumor micro(b)environment

The human tumor microbiome is composed of tumor type–specific intracellular bacteria

俊逵

作者

俊逵

曾任職於醫院機構,主要探討癌症藥物治療相關。想用文字為大家帶來最新的生醫訊息

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