焦点要闻：CD：促癌肠菌黑名单扩列！霍普金斯大学首次证实艰难梭菌促肠癌

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【资料图】

结直肠癌每年新增190万名患者，严重危害人类健康，是全球第三大癌症[1]。致病因素包括缺乏运动、西式饮食、吸烟和肥胖等。

近年来，人们发现结直肠癌的发病还与肠道菌群密切相关。肠道内的产肠毒素脆弱拟杆菌[2]、pks+大肠杆菌[3]以及具核梭杆菌[4]，接连被鉴定出能促进结直肠癌的发生发展。

近日，促癌肠菌的黑名单又新增一员。由霍普金斯大学Cynthia L. Sears领衔的团队首次发现，结直肠癌患者黏膜浆液中的艰难梭菌产毒菌株能诱发小鼠的结肠肿瘤，其促癌作用依赖于菌株的持续定植及产生的毒素TcdB。相关论文发表在肿瘤学顶级杂志Cancer Discovery上[5]。

论文首页截图

在此前的研究中，Cynthia L. Sears团队发现人体肠道菌群，无论是结直肠癌患者的还是健康人的，在肠道粘膜表面形成的生物膜，能诱导小鼠发生结肠肿瘤[6]。在本研究中，研究人员继续实验，对肠道菌群的促癌成分和详细机制进行了分析。

首先，研究人员获取结直肠癌患者富含菌群的粘膜浆液，灌胃接种给小鼠，发现结直肠癌小鼠的结肠肿瘤数目显著增多，验证了肠道菌群对结直肠癌强大的促癌作用。对小鼠的肠道菌群进行微生物测序，研究人员发现，相比于健康小鼠，结直肠癌小鼠具有一些独特的肠道菌种，把这些肠道菌种移植给未患癌的小鼠，能强力诱导小鼠发生结直肠癌。

然而，这些独特的肠道菌种并不包括已知的促癌肠菌。这提示，另有其他新的肠菌在发挥促癌作用！

图A：接种了结直肠癌患者（3728T）肠道粘膜浆液的结直肠癌小鼠模型的结肠肿瘤数目显著增多；图C：结直肠癌小鼠肠道菌群发生改变；图D：移植特殊肠道菌群的小鼠，结肠肿瘤数目也显著增多

研究人员对这些肠道菌种进行了检测，发现艰难梭菌在诱导成瘤小鼠的结肠组织和粪便中明显富集，而且在粪便中的相对丰度与结肠的肿瘤数量呈正相关。另外，RNA测序显示，和在健康小鼠中的表达相比，艰难梭菌毒素TcdA和TcdB在诱导成瘤小鼠结肠中的表达也显著上调。

艰难梭菌是一种厌氧性细菌，能分泌TcdA（肠毒素）和TcdB（细胞毒素），通过毒素致病。

据此，研究人员推测，艰难梭菌可能是驱动结直肠癌小鼠肿瘤发生的原因。

为了验证艰难梭菌能否驱动结直肠癌发生，研究人员去除结直肠癌粘膜浆液中的艰难梭菌，然后接种给小鼠，发现不能诱导肿瘤发生，而在重新添加艰难梭菌后，则能明显促进结肠肿瘤发生。这些结果表示，艰难梭菌是驱动肿瘤发生的必要因素。

艰难梭菌（C. difficile）在结直肠癌患者（3752T和3728T）肠道粘膜粘液（图C）和成瘤小鼠粪便（图F）中含量较高；图G：促瘤粘膜粘液经去除艰难梭菌后处理小鼠，不能诱导肿瘤发生；图I：非促瘤粘膜粘液经混合艰难梭菌后处理小鼠，能显著诱导肿瘤发生

接着，研究人员对艰难梭菌促肠癌的机制进行了探究。

肠道粘膜对促癌细菌的早期反应，是结肠肿瘤发生过程的关键步骤[7]。为了确定艰难梭菌引起的早期致瘤事件，研究人员检查了小鼠在接种艰难梭菌后结肠粘膜的组织学反应，发现随接种时间的延长，小鼠结肠的异常隐窝和微腺瘤逐渐增多，肠菌生物膜在结肠表面形成，并入侵至隐窝。

考虑到艰难梭菌显著的促癌作用，研究人员预计艰难梭菌会是致瘤小鼠肠道菌群的主要成分，然而，对菌群生物膜和小鼠肠道菌群进行检测，却发现艰难梭菌相对丰度很低，并非优势菌种。

随后，研究人员使用抗生素清除艰难梭菌，在2周后几乎能完全阻断微腺瘤的形成。这些结果表明，不是艰难梭菌在菌群中的优势，而是持续定植和毒素产生，才是促进肿瘤发生的关键。

小鼠在接种艰难梭菌后，肠道微腺瘤逐渐增多（图A），肠菌生物膜在结肠表面形成，并入侵至隐窝（图D），但艰难梭菌并非成瘤小鼠肠道菌群的优势菌种（图F），使用抗生素清除艰难梭菌几乎能完全阻断微腺瘤的形成（图E）

TcdB是艰难梭菌感染中最关键的毒素，艰难梭菌只凭借TcdB就足以引起肠炎[8]。因此，研究人员检测了TcdB在艰难梭菌促肠癌中的作用。

敲除艰难梭菌的TcdB，构建TcdB-菌株，和TcdB+菌株分别接种给小鼠，研究人员发现TcdB-菌株小鼠的结肠肿瘤数目明显减少，不良病灶形成显著减弱，此外，敲除TcdB并不影响生物膜的形成及艰难梭菌的定植水平。这些结果证明，TcdB是艰难梭菌诱导肿瘤发生的必要条件。

敲除TcdB，显著降低艰难梭菌对结肠肿瘤的促癌作用（图B和J），但不影响生物膜形成（图H）及艰难梭菌的定植水平（图C）

最后，研究人员对艰难梭菌的促癌信号通路进行了探索。

单细胞测序显示，在艰难梭菌所致肠癌小鼠中，结肠祖细胞Wnt信号被显著激活，已分化的结肠细胞活性氧生成明显增多。Wnt信号是结直肠癌的标志驱动通路，而氧化应激也与结直肠癌的发病密切相关。基因富集分析显示，Myc等致癌基因表达上调，P53等肿瘤抑制因子表达下调。免疫浸润分析显示，以IL-17的产生为特征的淋巴细胞的丰度和活化显著增加。

这些结果提示，艰难梭菌诱导结直肠癌的发生与结肠上皮细胞转录反应和致癌性粘膜免疫的改变有关。

总的来说，研究人员利用人类结直肠癌标本和小鼠模型，发现肠道病原体艰难梭菌能促进结直肠癌的发生，其促瘤作用依赖于艰难梭菌毒素TcdB，并与诱导Wnt信号、活性氧和促癌粘膜免疫反应有关，首次揭示了艰难梭菌的慢性感染也是结肠肿瘤发病的潜在驱动因素。

人体肠道内生存着大量微生物，它们与人体的健康息息相关，对肠道的影响方方面面。随着人们对肠道菌群认知的不断加深，促癌肠菌的黑名单也在不断扩列，艰难梭菌或许不会是最后一个。

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参考文献

[1] Sung H, Ferlay J, Siegel RL, et al. Global Cancer Statistics 2020: GLOBOCAN Estimates of Incidence and Mortality Worldwide for 36 Cancers in 185 Countries. CA Cancer J Clin. 2021;71(3):209-249. doi:10.3322/caac.21660

[2] Tilg H, Adolph TE, Gerner RR, Moschen AR. The Intestinal Microbiota in Colorectal Cancer. Cancer Cell. 2018;33(6):954-964. doi:10.1016/j.ccell.2018.03.004

[4] Gao Y, Bi D, Xie R, et al. Fusobacterium nucleatum enhances the efficacy of PD-L1 blockade in colorectal cancer [published correction appears in Signal Transduct Target Ther. 2021 Dec 21;6(1):434]. Signal Transduct Target Ther. 2021;6(1):398. Published 2021 Nov 19. doi:10.1038/s41392-021-00795-x

[5] Drewes JL, Chen J, Markham NO, et al. Human colon cancer-derived Clostridioides difficile strains drive colonic tumorigenesis in mice [published online ahead of print, 2022 Jun 9]. Cancer Discov. 2022;candisc.1273.2021-10-4 15:58:09.930. doi:10.1158/2159-8290.CD-21-1273

[6] Tomkovich S, Dejea CM, Winglee K, et al. Human colon mucosal biofilms from healthy or colon cancer hosts are carcinogenic. J Clin Invest. 2019;129(4):1699-1712. Published 2019 Mar 11. doi:10.1172/JCI124196

[7] Thiele Orberg E, Fan H, Tam AJ, et al. The myeloid immune signature of enterotoxigenic Bacteroides fragilis-induced murine colon tumorigenesis. Mucosal Immunol. 2017;10(2):421-433. doi:10.1038/mi.2016.53

[8] Carter GP, Chakravorty A, Pham Nguyen TA, et al. Defining the Roles of TcdA and TcdB in Localized Gastrointestinal Disease, Systemic Organ Damage, and the Host Response during Clostridium difficile Infections. mBio. 2015;6(3):e00551. Published 2015 Jun 2. doi:10.1128/mBio.00551-15

责任编辑丨应雨妍