生物通報(bào)道：如果癌癥背后的關(guān)鍵因素不是基因缺陷而是人體生態(tài)學(xué)？

在生態(tài)學(xué)領(lǐng)域眾所周知，如果發(fā)生一個(gè)重要改變擾亂了環(huán)境，會使生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變化。同時(shí)，相互聯(lián)系的物種多樣性、物種豐度和生物間關(guān)系也會對整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的健康帶來決定性影響，不穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)會最終破壞環(huán)境，例如使一個(gè)富饒的森林或草原永久退化。

因此，人體的重要疾病會改變原本穩(wěn)定的共生微生物群落就不足為奇了，被稱為人類微生物組的腸道生態(tài)系統(tǒng)改變會對人體健康產(chǎn)生讓人始料不及的嚴(yán)重后果。

權(quán)威雜志Science八月十六日發(fā)表了一項(xiàng)研究，為上述連鎖反應(yīng)提供了證據(jù)。腸道炎癥是癌癥的一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因子，這項(xiàng)研究提出這可能是因?yàn)檠装Y擾亂了腸道生態(tài)系統(tǒng)，使病原體能夠入侵腸道，損害宿主細(xì)胞從而提高結(jié)腸癌的風(fēng)險(xiǎn)。

在腸道炎癥小鼠模型的一系列實(shí)驗(yàn)中，研究人員發(fā)現(xiàn)炎癥會使腸道微生物群落的多樣性大大簡化，使新細(xì)菌種群能夠建立落腳點(diǎn)。在入侵受損腸道生態(tài)系統(tǒng)的細(xì)菌中，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)E. coli及相關(guān)細(xì)菌顯著增多。研究人員給無菌培養(yǎng)的小鼠注入E. coli，發(fā)現(xiàn)這會導(dǎo)致腫瘤形成。而去除E. coli基因組中涉及DNA損傷的區(qū)域后，E. coli引發(fā)腫瘤的能力大幅減少。

研究人員強(qiáng)調(diào)小鼠實(shí)驗(yàn)的結(jié)果能夠?yàn)槿梭w健康提供參考，因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)很大部分結(jié)腸癌和腸易激綜合癥患者體內(nèi)都存在含嫌疑基因的E. coli突變株。

這篇文章的共同作者，北卡羅來納大學(xué)夏洛特分校的生物信息學(xué)副教授Anthony Fodor是美國國立衛(wèi)生研究院NIH人類微生物組計(jì)劃中的一員。此前他的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)結(jié)腸腺瘤患者的組織學(xué)活檢切片中E. coli水平大大高于健康的對照組，文章發(fā)表在5月24日的International Society for Microbial Ecology雜志上。當(dāng)時(shí)這項(xiàng)研究只是一個(gè)初步成果，不能得出可靠的結(jié)論，也未能從現(xiàn)象上升到機(jī)制。

而在新研究中，研究人員的第一步就是將腸道炎癥生理學(xué)條件與腸道微生物群落變化建立清晰的聯(lián)系。

研究人員建立了腸道炎癥小鼠模型IL10-/-小鼠，這種小鼠缺乏抑制炎癥反應(yīng)的基因。隨后他們通過16S rRNA測序技術(shù)鑒別細(xì)菌突變株，對IL10-/-小鼠和正常野生型小鼠腸道的細(xì)菌群體進(jìn)行比較。研究顯示，基因工程小鼠的腸道細(xì)菌多樣性明顯較低。而在IL10-/-小鼠中，只患炎癥的小鼠與同事患有炎癥和癌癥的小鼠之間，腸道內(nèi)細(xì)菌多樣性并沒有多少區(qū)別，這說明炎癥是影響微生物種群的關(guān)鍵因素。研究還發(fā)現(xiàn)，盡管腸道菌總體多樣性下降，但大腸桿菌E. coli隨著炎癥發(fā)生顯著增多。

研究人員希望找到E. coli與結(jié)腸癌之間是否存在因果關(guān)系。為此，他們對無菌培養(yǎng)的IL10-/-小鼠分別接種E. coli突變株（NC101）和另一種常見腸道菌Enterococcus faecalis。這兩組小鼠都發(fā)生了嚴(yán)重的腸道炎癥（結(jié)腸炎），但很明顯有80%接種E. coli的小鼠患結(jié)腸癌，而接種Enterococcus faecalis的小鼠沒有患癌癥。

實(shí)驗(yàn)說明，是E. coli和炎癥環(huán)境一同引發(fā)了癌癥，而非炎癥單獨(dú)作用。“這使我們接觸到了疾病的機(jī)制，”Fodor說，“因?yàn)檠芯繌?qiáng)有力的證明E. coli通過某種方式使小鼠發(fā)展出癌癥。”

研究人員通過分析了解到，一些E. coli菌株含有被稱為“pks島”的基因，這種基因涉及了引發(fā)DNA損傷的通路。當(dāng)研究人員將剔除了“pks島”的E. coli NC101菌株接種小鼠，發(fā)現(xiàn)小鼠依然產(chǎn)生炎癥，但腫瘤形成的幾率顯著減少。研究人員總結(jié)道，E. coli引發(fā)炎癥的宿主-細(xì)菌相互作用與炎癥發(fā)展為癌癥的機(jī)制不同。

隨后研究人員希望了解在人體中含pks的細(xì)菌與結(jié)腸癌是否存在特殊聯(lián)系。他們對24位健康人、35位腸易激綜合癥（包括腸道炎癥）患者和21為結(jié)腸癌患者進(jìn)行了檢測。

“我們發(fā)現(xiàn)只有20%的健康人體內(nèi)有含pks的菌株，而40%的腸易激綜合癥患者和66.7%的結(jié)腸癌患者攜帶這種pks隱患，”Fodor說。

“研究結(jié)果說明，腸道微生物組改變與發(fā)炎導(dǎo)致癌癥可能有直接聯(lián)系，這是一個(gè)令人興奮的發(fā)現(xiàn)，”Fodor說。“如果我們能夠了解病原菌損害宿主細(xì)胞引發(fā)炎癥的通路，我們就有望在易感人群中靶標(biāo)特殊致病菌或致病菌基因，通過個(gè)性化治療手段預(yù)防癌癥。”

（生物通編輯：葉予）

生物通推薦原文摘要：

Intestinal Inflammation Targets Cancer-Inducing Activity of the Microbiota