肿瘤内微生物群在癌症转移中的新作用

癌症是一种复杂的疾病，归因于多因素变化，导致治疗策略困难。

90%的癌症患者死于复发或转移。癌症转移是恶性肿瘤进展的关键步骤，由癌细胞内在特性和外在环境因素决定。

一些微生物组通过诱导癌性上皮细胞和慢性炎症促进癌发生、癌症进展和调节癌症治疗。

关于微生物群在肿瘤发生和临床效率中的作用的大部分认知都与肠道微生物群有关。

然而，研究也证实了肿瘤内微生物群在癌症中的作用。近年来，肿瘤内微生物群已被确定为肿瘤的一个组成部分，并可能在功能上调节转移的各个方面。

肿瘤内微生物群与区分正常组织与癌组织、药物反应者与无反应者癌症、良好与不良预后、转移性与非转移性癌症有关。

肿瘤内微生物群的调节可以减少癌症转移，阻止癌症进展，并重新编程免疫反应。

本文主要集中于肿瘤内微生物群的发现和表征及其在肿瘤转移过程中的独特功能，并讨论了癌症治疗的挑战和意义。

01、转移是一个复杂的多步骤过程，由内在特性和外在环境共同决定

癌症转移通常被定义为：

肿瘤从原始肿瘤部位转移到远端器官的多步骤过程。

这一过程涉及几个步骤，包括入侵、传播、血管内、外渗、定植。

转移的一个关键特征是其极低效率，这是由于癌细胞在成功到达并定居目的地之前，需要应对许多物理、化学和生物挑战。

转移级联期间的应激源包括：

• 细胞外基质(ECM)僵硬

注：肿瘤细胞外基质的硬度约为周围正常组织的1.5倍

• 失巢凋亡

注：失巢凋亡是由于细胞与细胞外基质和其他细胞失去接触而诱导的一种特殊的程序化细胞死亡形式，在机体发育、组织自身平衡、疾病发生和肿瘤转移等方面起重要作用。

• 流体剪切应力

注：压缩、拉伸、剪切力导致的组织变形导致组织液在细胞周围运动。

• 化疗

注：使用化学治疗药物杀灭癌细胞达到治疗目的。

• 免疫监视

注：免疫系统具有识别、杀伤并及时清除体内突变细胞,防止肿瘤发生的功能,称为免疫监视。

确定转移效率的关键是：

了解早期转移细胞如何能够抵抗这些挑战并增强其对不同环境的适应性，以及每种类型的压力对转移效率的影响程度。

转移是一个低效的多步骤易位过程

新的研究扩大了我们对转移的认知。例如，研究表明转移开始发生在肿瘤进展的非常早期。

集体侵入相邻组织

在这些转移细胞到达远端器官之前，癌细胞甚至可以通过分泌成分远程准备转移前生态位（PMN）。当转移细胞开始迁移时，它们通常会集体侵入相邻组织，并作为寡克隆细胞簇在血流中传播，以增强其定植新生态位的能力。

改变代谢程序，逃避免疫监视

这些先驱转移起始细胞改变它们的代谢程序以增强它们的转移潜能，并且可以逃避免疫监视并长时间保持休眠状态，直到开始分裂。

转移能力高度依赖于癌细胞内部细胞特性

这些研究使我们对转移细胞生存策略的理解更进一步，并证实了癌细胞转移能力高度依赖于癌细胞内部细胞特性的观点，例如 EMT 状态、干细胞可塑性、遗传学、表观遗传学、染色体不稳定性和代谢适应，以及环境因素，如机械压力、免疫反应、ECM、PMN 和肠道微生物组。

那么，癌细胞获得这些转移性状的驱动力是什么？

在实验上，肿瘤内微生物群已被确定为组织的一个组成部分。这些肿瘤内细菌是癌症进展不同阶段的新参与者，可以从外部相互作用和细胞内部影响癌细胞。

下面一个章节，我们来看肿瘤内微生物群是什么，有什么作用？

02、肿瘤内微生物群是各种癌症类型中不可或缺的肿瘤成分

我们知道，已经有越来越多的文章阐述肠道微生物组在癌症进展中的作用，这方面我们的理解在迅速增长，然而我们对肿瘤内微生物群的理解仍处于初级阶段。

近期与转移相关的肿瘤内微生物群的研究

人类组织，包括癌组织，通常被认为是无菌的，除了结肠、皮肤和口腔。

▸ 肿瘤内微生物群

癌症生物学的新概念进展是，鉴定出癌症组织中存在微生物群。这些肿瘤组织驻留细菌被归类为“肿瘤内微生物群”。

我们知道，肠道微生物群可以通过代谢产物或通过与免疫细胞的相互作用，远距离影响肿瘤组织。

而肿瘤内微生物群与癌细胞密切接触，因此可能与肠道微生物群有不同的功能模式。

我们其他文章有对肠道微生物组在癌症诊断、预后和治疗反应中的作用进行详细介绍：

肠道微生物群与五种癌症的相互作用：致癌 -> 治疗 -> 预后

因此，本文主要集中于肿瘤内微生物群的发现和表征及其在肿瘤转移过程中的独特功能。

▸ 肿瘤内微生物群发现的证据：

-早前提出假设

一百多年前，威廉·科利发明了科利毒素（化脓性链球菌和粘质沙雷菌的混合物）来治疗一位癌症患者，并观察到肿瘤消退。

他假设“每一种恶性肿瘤都可能有外源性或微生物来源”。然而，在这个假设之后的几十年里，没有直接证据表明肿瘤内细菌的存在。

瘤内微生物群研究的重大突破 包括发现、机制等成果

-攻克瘤内微生物的检测技术挑战

到现在，下一代测序技术 (NGS) 能够使用 16S rDNA 测序将细菌 DNA 与肿瘤组织区分开来，然而，由于瘤内细菌丰度低和宿主基因组污染严重，从组织处理或试剂中引入的环境噪声信号使数据收集变得复杂，因为它们会掩盖组织的真实微生物概况并削弱结论的稳健性。

这些技术挑战在过去几年已被攻克，多个研究小组报告了大量数据，进一步支持瘤内微生物群的存在。此外，生物信息学微生物特征能够区分健康个体和癌症患者。

识别肿瘤微生物组为癌症研究领域开辟了新的机遇。更好地表征肿瘤内微生物组可能会导致开发新的治疗方法，从而克服传统的癌症治疗方法。下一代测序方法，包括 16S 扩增子测序，可以在组织提取和石蜡固定后，将肿瘤内细菌精确地聚集在确定的细菌亚群中。

此外，宏基因组学对于肿瘤内微生物的鉴定也很重要。

宏基因组

宏基因组是一种针对样本中所有 DNA 的非靶向测序方法，包括微生物群落的全基因组序列，广泛应用于复杂微生物组的分析。宏基因组的分辨率更高，可以达到物种甚至菌株水平。此外，宏基因组学可以提供功能信息。

此外，宏基因组学可以与转录组分析结合使用，以消除死亡微生物和细胞外DNA造成的干扰。

的研究表明，新的宏基因组数据涵盖了更多类型的癌症，这可能促进肿瘤内微生物群领域的新进展。

在瘤内微生物研究中，宿主DNA和环境微生物DNA的污染是大的障碍。因此，需要开发从 TCGA 中丢弃不可信数据的方法。

在一项分析多种癌症的研究中，研究人员删除了总序列数据的 92.3%，以确保分析中数据的可靠性。2021 年，Dohlman 等人开发了一种去污染算法，可以去除 TCGA 数据中的污染。

随着这些方法的发展，宏基因组学可以为肿瘤内微生物群的研究提供更有力的支持。

▸ 细菌是各种癌症类型中肿瘤组织不可或缺的组成部分和活的居民

各种癌症类型有不同的微生物群。

肿瘤内微生物群的组成与许多类型的癌症有关。器官和组织包括食道、肺、乳腺、前列腺、膀胱、胃、肾、肝、胰腺等，以前被认为是无菌的。下一代测序显示这些器官含有低生物量微生物群。瘤内微生物组是肿瘤微环境的主要组成部分，影响肿瘤发生、疾病进展、耐药性和预后。

不同癌症类型的肿瘤内微生物群生态位

在暴露于环境的组织（如肺癌和黑色素瘤）中并未发现微生物群丰度高，而是在乳腺癌，骨癌，胰腺癌中。这表明肿瘤内微生物群的丰度是肿瘤特异性的。

作为癌症生态系统不可或缺的组成部分的肿瘤内微生物群

如果肿瘤内微生物群存在于广泛的癌症类型中，那么它们来自哪里？

很少有研究专门去调查其原始来源。然而，对来自肿瘤组织的分离细菌菌株的分析提供了一些见解。

在小鼠乳腺肿瘤中，在正常组织对应物中检测到肿瘤内细菌菌株，这表明肿瘤组织从周围组织获得某些细菌。这些细菌菌株在体内的主要栖息地是多种多样的，有皮肤上的葡萄球菌、口腔中的链球菌和肠道中的肠球菌。

鉴于细菌具有在组织之间传播的能力，肿瘤内微生物群可能有多个起源。对鼻咽癌的分析表明，瘤内细菌主要来自鼻咽部，一小部分来自口腔和肠道。

* 也需要通过宏基因组比较和基因追踪分析来进一步加强。