揭秘微生物组与癌症进展存在何种联系

时间:2020-03-23 11:05:02 来自:仰和健康

尽管科学家们在预防和治疗癌症方面取得了许多进展,但是恶性肿瘤导致的死亡人数逐年上升是一个不争的事实。在工业化国家中,每两到三个人中就有一个人在其一生中会罹患某种癌症,而且这种趋势正在上升。长期以来,某些病原体,特别是病毒和细菌,被认为是潜在的癌症原因。目前已有三种病毒和一种细菌被公认为是影响癌症风险的因素:人类乳头瘤病毒,人类乙型和丙型肝炎病毒以及通常在胃中发现的幽门螺杆菌。但是,除了这些众所周知的病原体之外,健康的微生物组(即人体中微生物的整体和平衡)是否也在癌症的发展中起作用?

由基尔大学的Thomas Bosch教授领导的研究小组已经证明,以简单的淡水息肉Hydra作为实验模型,在正常细菌群落的环境遭到破坏后,宿主生物的组织可能会被环境中的细菌定植。然后,与已经存在的微生物接触会导致细菌因子的产生,这些因子对Hydra细胞结构具有破坏作用,并最终触发肿瘤形成。Kiel团队今天在著名的科学期刊PLOS Pathogens上发表了他们的研究结果。

癌症的进化与起源

研究小组通过他们先前有关生物进化史上癌症起源的发现来研究癌症的进化过程。几年前,研究人员已经使用了系统发育的古老多细胞生物淡水息肉Hydra来证明所有多细胞动物都可以形成肿瘤。基尔大学细胞与发育生物学领域的研究者,研究负责人亚历山大·克里莫维奇博士强调说:“我们相信癌症是生命进化初期向多细胞性过渡的遗产。” 克里莫维奇继续说:“由于所有的多细胞生物体也都具有微生物组,并且已经与其微生物共生体一起进化了数百万年,因此有理由假设微生物也参与了癌症的发展。”

基尔大学细胞与发育生物学小组的Thomas Bosch教授(左)和Alexander Klimovich博士研究了微生物组在癌症发展中的作用。

图片来源:基尔大学克里斯蒂安·厄本(Christian Urban)

细菌定植中断引发肿瘤形成

在实验室实验中,研究小组成员之一的博士研究员Kai Rathje发现个体细菌物种及其在微生物群中的相互作用具有某种因果关系。Klimovich强调说:“如果螺旋藻门的一种特定类型的外来细菌在微生物组中变得越来越普遍,从而破坏细菌在其组织中的定居平衡,那么Hydra 就会患上癌症。有趣的是,这些细菌是微生物组正常组成的一部分,只在假单胞菌属的某些其他细菌存在时才发挥有害作用。”

因此,研究人员认为微生物之间的相互作用参与了刺胞动物的肿瘤形成,并且最初的刺激也来自环境的影响:生物体最初从周围的水中获取有害的螺旋体。但是,只有当Hydra 组织已经被环境因素的改变所削弱时,入侵的细菌才能成功地定居在宿主组织中。这些因素包括温度的变化以及微生物定植的结果变化。研究人员通过实验证明天然微生物组中的螺旋藻和假单胞菌细菌之间的相互作用使它们的行为发生巨大变化。当它们彼此相遇时,细菌会改变其运动方式并寻求彼此直接接触。结果是,它们也开始表达不同的遗传信息,从而特别是激活对宿主生物具有致病作用的因子。由于这些变化,刺胞动物组织中的微生物平衡被破坏,随后细胞的结构发生变化,最终导致肿瘤形成。这些相互作用如何在分子水平上发生,以及这种癌症发展形式涉及哪些特定的生化机制,是当前正在进行的研究的主题。

如果特定类型的细菌在微生物组中变得越来越普遍,则淡水息肉Hydra(以实物大小显示)会发展为癌症,从而破坏细菌定植的平衡。

微生物组—网关和保护屏障同时

“我们的新发现指出了一项通用原则,它将扩大我们对癌症发病机理的理解。即作为遗传和环境因素(包括特定微生物影响)的全面相互作用。”Thomas Bosch教授强调,“新的研究结果表明,微生物的相互作用可能是癌症发病机理中的重要一环。这还仅仅是在我们研究案例中的部分能够使肿瘤形成的微生物组。我们猜测在许多情况下,它可能不是单个恶意入侵者。微生物组的功能失常会破坏整个身体的保护屏障,从而促进癌症的发展。”

这些发现提供了新的研究前景,因为微生物组的保护功能或许在将来会被利用起来:“人体的微生物定植通常可以平衡并保护生物体免受有害影响,甚至可能免受致癌影响,” Bosch说:“未来的研究将表明,微生物组保持健康屏障的这种能力是否可以保护人体免受有害微生物的侵袭,也可以用于预防癌症。” 在未来,研究人员将会对微生物组的组成进行有针对性的干预。这种操作可能会阻碍某些促进癌症的细菌群落的建立,从而恢复微生物组的健康平衡。但是,在实施此类预防措施或治疗之前,需要进行更广泛的基础研究。

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