中國科學家發現了腸道微生物導致化療耐葯的機制

對於一部分人而言，口腔和腸道離得太遠，很難扯上關係；對於另一部分人而言，這個世界上任何兩個事件之間似乎都可以扯上關係，所以沒必要庸人自擾。

作者｜奇點網 朱爽爽

編輯｜陳光

微信公眾號ID｜Xtecher

近日，來自上海交通大學醫學院附屬仁濟醫院消化科的房靜遠教授、陳縈晅副教授、洪潔和陳豪燕副研究員以及美國密西根大學鄒偉平教授合作，首次從作用機制上證明具核梭桿菌（Fusobacterium nucleatum）可以通過調節癌細胞的自噬作用，促進結直腸癌對化療的耐受。而具核梭桿菌恰恰是我們口腔中常見的革蘭氏陰性菌。這一重要發現發表在頂級期刊《細胞》雜誌上（1）。

從左到右：陳縈晅副教授、房靜遠教授、洪潔副研究員、鄒偉平教授、陳豪燕副研究員

腸癌在所有惡性腫瘤中發病率排第三，死亡率排第二（1），是威脅人類健康的一大殺手。化療是臨床上常用的抗癌療法之一。特別地，對於晚期結腸直腸癌患者來說，手術加上化療是最常用的治療方案（2）。然而，儘管化療在患者接受治療的初期顯示出良好的效果，但是最終很多患者也會出現化療耐葯，並導致癌症複發。因此，晚期結腸直腸癌患者的5年存活率只有10%左右（3）。

同時，雖然近年來免疫檢查點抑製劑的對於多種晚期癌症治療效果顯著。然而，不幸地是，絕大部分結腸直腸癌（CRC）對於免疫治療不敏感。只有一小部分攜帶錯配修復缺陷的CRC患者可以受益於免疫療法（4）。因此，為了改善晚期CRC患者的生存，深入了解CRC患者對於化療耐葯的機制非常有必要。

近年來，一系列的研究發現，腸道微生物不僅可以通過調節局部免疫反應影響化療以及免疫治療的效果（5），也同CRC的形成以及轉移密切相關。例如，2011年科學家在腸道中發現具核梭桿菌的身影。2012年，發現在CRC的發展過程中具核梭桿菌的含量會逐漸增加（6）。去年，科學家又發現具核梭桿菌還與CRC患者的生存期密切相關，其含量越高，患者的生存期往往越短（7）。

至此，具核梭桿菌引起了人們極大的興趣。研究人員開始嘗試從具核梭桿菌的角度去理解腸癌的耐藥性與複發。房教授這個團隊就是其中的一員。

為了探索具核梭桿菌與腸癌化療耐葯之間的關係。房教授團隊招募了大量的CRC患者（包括癌症複發以及未複發患者），並對其腫瘤組織進行了系統的分析，他們發現具核梭桿菌在CRC複發患者腫瘤組織中的含量明顯高於CRC未複發的患者。並且，CRC患者腫瘤組織中的具核梭桿菌含量越高，患者的預後往往越差。

具核梭桿菌

研究人員利用逐漸提升化療藥物濃度的方法，獲得了有耐藥性的SW480細胞（一種CRC細胞，對於化療異常敏感）。然後，再利用化學藥物分別處理SW480細胞，耐葯的SW480細胞以及同具核梭桿菌一起培養的SW480細胞。他們發現，與具核梭桿菌一起培養的SW480細胞同化療耐葯的SW480細胞的耐葯的程度是相同的。也就是說，人體腸道中的具核梭桿菌的確會誘導CRC細胞對化療耐葯。

那麼具核梭桿菌又是如何誘導化療耐葯的呢？為此，研究人員將CRC細胞與具核梭桿菌一起培養，之後對普通的CRC細胞以及同具核梭桿菌一起培養過的CRC細胞進行轉錄組分析。發現，同具核梭桿菌一起培養的結腸癌細胞中，有992個基因下調了，1466個基因上調了。

之後，通過單樣本基因富集分析，蛋白印跡分析，以及透射電鏡觀察發現，與具核梭桿菌共培養的結腸癌細胞中，自噬信號被顯著激活。而之前恰有研究發現，自噬通路與化療耐葯相關（9），這也意味著，具核梭桿菌或許是通過引起CRC細胞自噬的激活從而導致其對化療的耐葯。

為了驗證這一點，研究人員將具核梭桿菌同CRC細胞一起培養，然後加入化療藥物以及自噬抑製劑。發現，具核梭桿菌誘導的化療耐葯可以被自噬抑製劑抵消。隨後研究人員還確定了參與這一過程的相關的自噬蛋白，ULK1以及ATG7。表明具核梭桿菌介導的化療耐葯的確是通過激活自噬途徑完成的。

然而，在實驗過程中，研究人員發現一個奇怪的現象，自噬相關蛋白的增加並不是相應的基因表達增加導致的。這就意味著，存在著轉錄後調控參與自噬信號的激活。

這就讓研究團隊想起了miRNA，miRNA是細胞中常見的轉錄後調控元件，通過降解相應的mRNA或者抑制其翻譯發揮調控作用（10）。因此研究人員猜想，具核梭桿菌誘導的自噬相關蛋白增加或許與相應的miRNA含量下降相關。

通過對6名含有大量具核梭桿菌的CRC患者的腫瘤組織，以及6名僅含少量具核梭桿菌的CRC患者的腫瘤組織，做全面的miRNA表達分析，他們發現具核梭桿菌丰度高的CRC患者的癌細胞中有68種miRNA含量下降了。

隨後，研究人員通過將這68種miRNA與資料庫中的標準自噬相關miRNA對比，以及實時PCR技術，最終確定了兩種名為miR-4802 和miR-18a*的miRNA與自噬的激活相關。這兩種miRNA可以通過抑制ULK1，ATG7的合成，抵消具核梭桿菌誘導的自噬相關蛋白增加。

並且在CRC小鼠模型中，研究人員還證明了，自噬抑製劑以及這兩種miRNA類似物可以抑制具核梭桿菌誘導的化療耐葯。所有的這些表明，具核梭桿菌激活自噬是通過選擇性降低這兩種miRNA含量實現的。

最後，研究人員還確定了具核梭桿菌介導的化療耐葯的具體通路，TLR4以及MYD88先天免疫信號通路。並且在小鼠試驗中，他們發現，抑制這兩個通路可以扭轉具核梭桿菌誘導的兩種miRNA的減少，自噬相關蛋白的增加以及化療耐葯。

具核梭桿菌介導化療耐葯的具體機制

總的來說，本次試驗中，研究人員證明了具核梭桿菌介導的化療耐葯，是通過作用於TLR4以及MYD88通路，導致miR-4802 和miR-18a*選擇性減少，繼而激活自噬導致的。

到這裡，我還是想說說我們昨天那篇文章。在發現牙周病與食管癌之間的關係之後，紐約州立大學公共衛生學院院長，Jean Wactawski-Wende教授表示，「食管靠近口腔，因此牙周病原體可能更容易獲得和感染食管粘膜並促進該部位的癌症風險。」

具核梭桿菌與口腔里的有啥關係？這個還真值得研究人員深思。

最重要的是，這一發現潛藏著巨大的臨床應用價值，如果腸癌患者在接受化療的同時也接受抗具核梭桿菌或者抗自噬治療，有可能具有增強化療效果的作用。雖然定向清除一種腸道微生物的臨床技術還沒有出現，不過在今年6月中旬，《自然》雜誌報道了一個重磅研究，華盛頓大學醫學院分子微生物學教授Scott J. Hultgren博士團隊利用甘露糖苷成功特異性清除腸道中的大腸桿菌，而不打亂腸道菌群平衡，也不存在引發抗藥性的問題（11）。

參考資料：

1.Yu T C, Guo F, Yu Y, et al. Fusobacterium nucleatum Promotes Chemoresistance to Colorectal Cancer by Modulating Autophagy[J]. Cell, 2017, 170(3): 548-563. e16.

2.Miller K D, Siegel R L, Lin C C, et al. Cancer treatment and survivorship statistics, 2016[J]. CA: a cancer journal for clinicians, 2016, 66(4): 271-289.

3.Dahan, L., Sadok, A., Formento, J.L., Seitz, J.F., and Kovacic, H. (2009). Modulation of cellular redox state underlies antagonism between oxaliplatin and cetuximab in human colorectal cancer cell lines. Br. J. Pharmacol. 158, 610–620.

4.Le D T, Uram J N, Wang H, et al. PD-1 blockade in tumors with mismatch-repair deficiency[J]. New England Journal of Medicine, 2015, 372(26): 2509-2520.

5.Zitvogel, L., Galluzzi, L., Viaud, S., Ve′ tizou, M., Daille`re, R., Merad, M., and Kroemer, G. (2015). Cancer and the gut microbiota: an unexpected link. Sci. Transl. Med. 7, 271ps1.

6.Castellarin, M., Warren, R.L., Freeman, J.D., Dreolini, L., Krzywinski, M., Strauss, J., Barnes, R., Watson, P., Allen-Vercoe, E., Moore, R.A., and Holt, R.A. (2012). Fusobacterium nucleatum infection is prevalent in human colorectal carcinoma. Genome Res. 22, 299–306.

7.Mima, K., Nishihara, R., Qian, Z.R., Cao, Y., Sukawa, Y., Nowak, J.A., Yang, J., Dou, R., Masugi, Y., Song, M., et al. (2016). Fusobacterium nucleatum in colorectal carcinoma tissue and patient prognosis. Gut 65, 1973–1980.

9.Bartel, D.P. (2009). MicroRNAs: target recognition and regulatory functions. Cell 136, 215–233.

10.Gur C, Ibrahim Y, Isaacson B, et al. Binding of the Fap2 protein of Fusobacterium nucleatum to human inhibitory receptor TIGIT protects tumors from immune cell attack[J]. Immunity, 2015, 42(2): 344-355.

11.Spaulding C N, Klein R D, Ruer S, et al. Selective depletion of uropathogenic E. coli from the gut by a FimH antagonist[J]. Nature, 2017.

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封面來源：網路 排版：陳光 校對：陳光

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