DNA链间交联修复缺陷增强人细胞对colibactin诱导基因毒性的敏感性

本研究针对colibactin（由pks+大肠杆菌产生的基因毒素）诱导DNA链间交联（ICL）的机制，通过对比FANCD2缺陷型与野生型HAP1细胞感染clb+菌株后的微核形成和细胞毒性，证实ICL修复缺陷显著加剧基因损伤和增殖抑制，为结直肠癌（CRC）的微生物致癌机制提供了关键实验依据。

　　

在人类肠道微生物群中，某些大肠杆菌（E. coli）能够产生一种名为colibactin的基因毒性小分子，这种分子由多酮合酶（polyketide synthase, pks）基因簇编码合成。近年来，colibactin被广泛认为与结直肠癌（CRC）的发病机制密切相关，尤其通过诱导DNA损伤促进肿瘤发生。然而，colibactin的具体基因毒性机制，尤其是其对DNA链间交联（interstrand crosslinks, ICLs）的形成及宿主细胞修复途径的影响，仍未被完全阐明。ICLs是DNA损伤中最具挑战性的类型之一，通常通过Fanconi贫血（FA）通路进行修复，其中FANCD2蛋白扮演核心角色。如果修复失败，ICLs会导致染色体畸变和细胞死亡，进而推动癌变进程。

为了深入探究colibactin是否通过ICLs介导基因毒性，研究人员从一名日本CRC患者中分离出产colibactin（clb⁺）的E. coli菌株（#50和#253），并利用野生型和FANCD2基因敲除的HAP1细胞模型，通过微核（micronucleus, MN）试验和细胞毒性（XTT法）分析，系统评估了感染后的基因损伤和细胞存活情况。该研究发表于《Genes and Environment》，为理解微生物致癌物的作用机制提供了重要线索。

研究采用的关键技术方法包括：从CRC患者组织分离clb⁺ E. coli菌株；利用同源重组构建clbP基因缺失突变体（#50clbP^?）作为阴性对照；通过体外感染实验以不同感染复数（MOI）处理HAP1细胞；微核试验定量染色体异常；XTT法测定细胞存活率；并以丝裂霉素C（MMC）作为ICL诱导阳性对照。

In vitro genotoxicity analysis

研究发现，clb⁺菌株#50和#253感染后，野生型HAP1细胞的微核频率随MOI升高而增加（最高达2.0%-2.4%），而FANCD2缺陷细胞中微核形成显著增强（最高6.2%），且在所有MOI条件下均显著高于野生型（p<0.05）。阳性对照MMC处理也呈现类似趋势，证实FANCD2缺陷细胞对ICL诱导剂高度敏感。相反，clb^?菌株（#50clbP^?和JCM1649T）未引起显著微核增加。结果表明colibactin可能通过诱导ICLs导致染色体畸变，且修复缺陷加剧该效应。

Cytotoxicity assay

细胞存活分析显示，clb⁺菌株感染后，FANCD2缺陷细胞的存活率显著低于野生型。例如，MOI=300时，#50感染后野生型细胞存活率为42%，而缺陷型仅21%；#253感染后缺陷型存活率暴跌至1.6%。clb^?菌株和MMC对照实验进一步验证了FANCD2在抵抗colibactin相关毒性中的关键作用。这些数据表明，colibactin主要通过ICLs介导细胞杀伤，且FA修复通路缺陷显著增强敏感性。

Conclusion

本研究结论强调，FANCD2缺陷的人细胞对clb⁺ E. coli的基因毒性和细胞毒性高度敏感，表明colibactin可能通过诱导基因组DNA中的ICLs，导致染色体不稳定和增殖抑制。这一发现不仅深化了对colibactin致癌机制的理解，突出了ICLs及其修复通路在微生物相关肿瘤发生中的核心地位，也为未来针对肠道菌群的CRC预防和治疗策略提供了理论依据。