《Cell》肿瘤微生物组的新发现

综合综述揭示了肿瘤驻留细菌对转移性癌症的重要影响，显示了微生物组基因组如何影响肿瘤生物学、免疫系统反应和治疗效果。它为利用以细菌为中心的疗法来补充传统的癌症治疗奠定了基础。

　　

在最近发表在《Cell》杂志上的一项研究中，研究人员使用宏基因组学、基因组学和转录组学检测了4000多个转移性肿瘤组织中的微生物组基因组。他们分析了肿瘤微生物组和肿瘤微环境(TME)，提供了生物学信息，并影响了以细菌为重点的技术的发展，以补充和改善癌症治疗。

微生物群落在人体中起着至关重要的作用，影响着免疫系统和抗癌治疗。它们存在于原发肿瘤中，并与共生微生物群相互作用。肠道微生物群可以调节免疫检查点阻断剂(ICB)和常规化疗。粪便微生物移植可能改善临床对ICB药物的反应性。了解肿瘤驻留细菌如何塑造肿瘤生物学、免疫浸润和治疗反应对于理解肿瘤对ICB的反应至关重要。               

在本研究中，研究人员利用生物信息学研究了转移性恶性肿瘤中的微生物群，评估了来自不同癌症类型的4160个标本。

研究人员使用基于图谱和组装的宏基因组学、基因组学、转录组学和临床数据来开发一个泛癌症存储库，这可能有助于推进治疗技术。他们使用两种不同的计算方法，PathSeq和Kraken2，在属水平上定义肿瘤驻留微生物群落，在物种水平上使用基于宏基因组组装的方法。然后，研究小组通过确定影响其组成的元素和评估癌症类型特异性微生物群落来塑造转移性肿瘤微生物群。他们使用特征性缺氧基因谱来评估转移性癌症的缺氧程度，然后进行基因集富集分析(GSEA)。他们还研究了微生物群落是否会影响宿主免疫和TME。

研究人员研究了转移瘤中革兰氏阴性菌与toll样受体(TLR)表达之间的关系，以及从死亡或活性细菌中获得的脂多糖(LPS)是否在转移瘤中TLR4信号传导中起主要作用。他们还研究了细菌组成和肿瘤基因表达之间的关系，以及特定细菌和免疫细胞之间的关系。

为了进一步了解转移异质性的影响和肿瘤驻留微生物随时间的持久性，研究小组检查了来自173个不同个体的185对370个重复肿瘤标本。他们检测了肿瘤免疫治疗、靶向治疗或激素治疗前后细菌富集的变化。他们还调查了应答性患者在免疫治疗后细菌计数的减少，以及这些细菌在治疗前是否在无应答性个体中更普遍。最后，他们在一组接受icb单药治疗的非小细胞肺癌患者中检查了治疗前与免疫抑制药物缺乏反应相关的细菌群落。

研究人员在泛癌症转移队列中检测了肿瘤驻留细菌脱氧核糖核酸(DNA)，并组装肿瘤来源的细菌DNA提供了物种水平的基因组特征。细菌多样性与细胞和分子肿瘤免疫特性相关。在非小细胞肺癌队列中，高水平的梭杆菌DNA意味着较差的免疫治疗反应。研究人员发现了器官特异性微生物的嗜性，缺氧肿瘤中厌氧细菌的富集，微生物多样性与肿瘤浸润中性粒细胞之间的联系，以及梭杆菌与肺癌ICB治疗耐药性的关系。

利用基于制图的技术和筛选属来消除技术污染和罕见属，该团队从3,526个标本中编目了165个微生物属，其中68%为兼性/厌氧菌，49%为革兰氏阴性厌氧菌。他们利用肿瘤衍生的微生物序列构建了514个中等至几乎高质量的宏基因组组装基因组(MAGs)。最常见的肿瘤类型是结直肠癌、乳腺癌、前列腺癌、肺癌和黑色素瘤，其中淋巴结、肝脏和肺部是肿瘤样本最常见的转移部位。

细菌来源的reads数量以人类定位的基因reads比例表达，因癌症类型而异，在肾脏和子宫恶性肿瘤中比例较高，而在源自大脑和脊髓的肿瘤中比例较低。肾脏和结直肠转移瘤最多样化，但头颈部转移瘤表现出更多的优势微生物属。

肿瘤微生物群落与肿瘤生物学相关，LPS负荷与TLR4信号之间有很强的相关性，但革兰氏阳性脂质胆酸(LTA)负荷之间没有相关性。多变量Cox比例风险模型显示，考虑到全基因组突变负荷，较低的总生存(OS)和无进展生存(PFS)率与持续的梭杆菌丰度显著相关。使用泛癌症数据集，研究人员基于类似于先前建立的标准的上四分位数相对丰度截止，将所有肿瘤分类为Fuso-high或Fuso-low。Fuso-high肿瘤显示细胞毒性、干扰素γ (IFN-γ)和主要组织相容性复合体(MHC) II类基因表达谱显著降低。

该研究提供了转移性恶性肿瘤肿瘤内微生物组的第一个大规模泛癌症图谱，检查了跨解剖区域、初始肿瘤类型和治疗反应(包括免疫治疗)的多样性。研究表明，转移性微生物组部分由厌氧菌组成，可能在治疗过程中发生改变。该研究还发现了肿瘤内微生物与先天免疫感应途径激活之间的联系，表明肿瘤微环境通过直接识别细菌配体而改变。