Tumor-resident intracellular microbiota promotes metastatic colonization in breast cancer

肿瘤胞内菌促进乳腺癌的转移定植

期刊：Cell

IF：66.85

接收日期：2022.04.07

通讯作者：蔡尚

通讯作者单位：西湖大学生命科学学院

DOI号：10.1016/j.cell.2022.02.027

乳腺癌：根据世界卫生组织（WHO）以及国际癌症研究机构（IARC）数据显示，在2020年全球新发癌症中，乳腺癌成为全球第一大癌，我国乳腺癌发病率也在逐年攀升。作为女性最常见的恶性肿瘤，影响乳腺癌进展的因素十分复杂且尚未明晰。

症状：乳房内可触及蚕豆大小的肿块，较硬，可活动；乳房胀痛，乳房刺痛，乳腺疼痛，乳头溢液、糜烂或皮肤凹陷，腋窝淋巴结肿大等。

易发病人群：经常加夜班、长期便秘、长期化浓妆、以及常吃烧烤的女性都属于易发病人群。

胞内菌（intracellular bacteria）分兼性和专性两种，兼性胞内菌在宿主体内主要寄居在细胞内生长繁殖，但亦可以在体外无活细胞的适宜环境中生存和繁殖，如结核分枝杆菌、麻风分枝杆菌、伤寒沙门菌等。专性胞内菌则不论在宿主体内或体外，都只能在活细胞内生长和繁殖，如立克次体、衣原体等。

特征：胞内菌毒力低，潜伏期较长，病程缓慢。

免疫防御机制：依赖T细胞为主的细胞免疫。

胞内菌在肿瘤发生、发展的过程中扮演着什么样的角色？是可有可无的旁观者，还是推动肿瘤进展的参与者？

1.微生物群是MMTV-PyMT自发性乳腺癌的重要组成部分

① 小鼠肿瘤组织中的细菌载量相比于正常乳腺组织几乎高了10倍；

② 随着肿瘤大小的增加，肿瘤组织中的细菌密度保持相对恒定；

③ 小鼠肿瘤组织的菌落形成个数（CFU/g）显著大于正常乳腺组织，与qPCR的结果成正比。

④ 正常组织和肿瘤组织之间的属水平上几乎一致，只是数量上的差别，表明相似的起源；

⑤ Con中富含变形菌门，而组织样本富含厚壁菌门，且BT组织的16s检测到的种属与其培养分离物高度一致；

⑥ 无监督聚类分析显示正常乳腺组织和BT组织具有不同的微生物群落，且某些微生物在BT中被选择和富集；

⑦ BT组织中好氧菌几乎不变，厌氧菌急剧减少和兼性厌氧菌显著增加，表明肿瘤中存在动态氧微环境。

2.肿瘤内细菌主要存在于乳腺癌细胞的胞浆中

① 16S荧光原位杂交（FISH）分析、脂多糖（LPS）染色（革兰氏阴性菌）和脂磷壁酸（LTA）染色（革兰氏阳性菌）均显示在核周区域存在点状细菌；

② 主要分布于BT上皮细胞和较少的基质细胞中;

③ 大多数细菌样结构存在于细胞质而不是细胞外空间；

④ 细菌是活的生物体。

① 肿瘤细胞外细菌数量很少,主要分布在细胞内；

② 与免疫功能正常的Fvb小鼠相比，在免疫缺陷的NPSG小鼠中，细胞外细菌成分往往更多，表明免疫参与；

③ 在属水平上，两者微生物群分布基本相同。大多数不同的细菌属都富集在肿瘤组织中，占20%的相对丰度。 

3.肿瘤胞内菌对自发性乳腺癌的转移至关重要

ATBx- dw可以有效地消除肠道和肿瘤微生物群，实现“定向”清除肿瘤菌群的目的。

① 原发肿瘤中微生物群的存在与肺转移的存在弱相关，而胞内菌数量和肺转移具有很强的线性相关性。这表明胞内菌可能参与肿瘤转移；

② 使用不同抗生素治疗，消除微生物群可导致肺转移的强烈减少；

③ 完全排除肠道微生物群的影响，清除肿瘤菌群之后，肿瘤重量并没有受到影响，但肺转移显著下降；

④ 肿瘤内细菌对原发性肿瘤大小没有影响，而对肿瘤转移至关重要。

4. 乳腺癌细胞在转移过程中携带菌群

① BT与MAL的微生物种群相似，但与NB和NL不同。LM介于BT和NL之间；

② 肺转移中需氧菌成分增加，而兼性厌氧菌减少，表明肺中的环境发生了变化，例如氧气水平；

③ 与癌旁组织中细菌含量较少，而转移灶中细菌含量较多，表明转移性肿瘤细胞建立了一个适宜细菌生长的微环境；

④ 循环肿瘤簇具有更好胞内菌携带能力。

“优势簇” 这群细菌很可能与转移的肿瘤细胞一起传播并在早期建立微环境，但随着转移的进行，会受到远端器官环境的影响。

“零星簇”包含一些仅零星出现的细菌菌株，没有可观察到的模式。

“递减簇”包含的细菌在正常乳腺组织中丰度很高，但在BT、微转移和大转移中逐渐减少。

“组成簇”包括在各种样品中不断检测到的低丰度细菌。

⑤ 优势簇可能在功能上参与肿瘤转移过程；

⑥ 细菌只能与肿瘤细胞一起通过循环系统并在远端器官中定殖。

5.胞内菌促进乳腺癌细胞的转移性定植

① 葡萄球菌、乳杆菌和链球菌可以有效地整合到类器官中,并在胞质溶胶中以个体或聚集形式存在;

② 一些细菌甚至表现出明显的分裂沟，表明其在细胞质中处于活跃状态;

③ 在体外培养系统中，肠球菌在单细胞水平上几乎不侵袭肿瘤细胞，而其他菌株侵袭肿瘤细胞的频率更高。

④ 葡萄球菌(S.xylosus)和乳酸杆菌（L.animails）显著增加了转移性肿瘤病灶定植的数量,而肠球菌(E.faecalis)和链球菌(Streptococus)的影响很小,这可能是由于单个细胞或类器官水平的细菌入侵效率低。

⑤ 与抗生素治疗的无细菌的肿瘤相比，注射各种细菌菌株（包括S. xylosus、L. animalis和S. cuniculi）的原发性肿瘤大小保持不变，但肺转移程度显著增加。

⑥ 这种转移促进作用不依赖于由细菌注射引发的先天免疫激活。

⑦ 细菌的入侵可以在功能上促进不同肿瘤遗传小鼠模型中的BT转移。

6.胞内菌可以增强肿瘤细胞在机械应力下的活力

① S.xylusus、L. animalis、S. cuniculi和S. sanguinis侵入肿瘤细胞特异性地触发了流体剪切应力途径，但低侵袭菌株E. faecalis并没有。因此，推断细菌可能通过调节流体剪切应力通路进而影响癌细胞的活力？？？

② 在合适的体外流体压力下，含有细菌的细胞比没有细菌的细胞显示出更高的存活率。

③ 含有胞内菌的肿瘤细胞在培养皿上更好地粘附和扩散，并且拥有更大的尺寸，表明胞内菌具有改变细胞骨架和附着的能力。

④ 细菌的入侵（胞内菌）确实抑制了RhoA-ROCK信号通路的激活，阻止了机械力触发的细胞凋亡

⑤ S. xylosus、L. animalis和S. cuniculi可以显著增加肺中癌细胞的存活率；

⑥ 将过表达p190的肿瘤细胞移植到NPSG小鼠后，肿瘤细胞在肺中的定植显著增强，肺转移显著增加，表明内在信号调制足以驱动转移性定植；

⑦ 在受到循环系统中流体剪切应力的压力后，S. xylosus、L. animalis和S. cuniculi的入侵增强了可能与p190发挥了类似的作用，促进癌细胞在体内肺中的定植。

7.人类乳腺癌中具有保守的微生物群分布

① BT组织、癌旁乳腺组织和淋巴结转移内的细菌负荷显著高于环境对照，并且正常人乳房组织和BT中厚壁菌门显著增加,与小鼠BT组织中检测到的相似。

② 与人类正常乳腺样本相比，人类肿瘤微生物群和淋巴结转移微生物群α多样性显著降低，兼性厌氧菌增加，具有明显不同的微生物群落,这些结果与小鼠结果类似，表明这些菌群可能在人类乳腺癌发生和进展中发挥保守作用。

1.胞内菌是肿瘤组织的内在的和不可或缺的组成部分，而不是由于病原体感染而偶然存在。 

2.胞内菌的存在并不会影响原发性肿瘤的大小，但会促进肿瘤的转移。 

 3.在受到循环系统的流体剪切应力后，胞内菌可能通过抑制RhoA-ROCK信号通路，缓解应力纤维的收缩，重塑细胞骨架，抑制细胞凋亡，从而促进肿瘤细胞的转移定植。

优点：

蔡尚团队的研究鉴定了肿瘤微环境中长期被忽视的新成分，揭示了影响肿瘤转移的新因素，开拓了肿瘤研究的新方向，为临床控制肿瘤转移提供了全新的视角。

不足：

未能明确肠道微生物组和免疫系统是否与肿瘤胞内菌共同作用决定癌症进展？

展望：

未来进一步深入分析细菌如何侵入肿瘤细胞？胞内菌如何整合到宿主细胞系统中？以及肿瘤胞内菌如何与免疫系统相互作用？