世界衛生組織(WHO)數據顯示，在2020年全球新發癌症中，乳腺癌成為全球第一大癌，我國乳腺癌發病率也在逐年攀升。作為女性最常見的惡性腫瘤，影響乳腺癌進展的因素十分複雜且尚未明晰，科學家們一直致力於尋找導致乳腺癌惡化的驅動力，希望能找到對應的解決辦法。

2022年4月7日，西湖大學生命科學學院蔡尚團隊在 Cell 期刊在線發表了題為：Tumor Resident Intracellular Microbiota Promotes Metastatic Colonization in Breast Cancer的最新研究論文。

該研究首次證實乳腺癌組織中存在多種獨特的 “胞內菌”，並揭示它們在腫瘤轉移定植過程中所起的關鍵作用。這一理念是對傳統腫瘤轉移理論的重大突破，為深入理解腫瘤轉移及臨床治療乳腺癌提供了全新的思路。

傳統觀念認為，因為免疫係統的存在，人體絕大多數組織器官(除腸道、口腔、皮膚外)內部處於無菌狀態，腫瘤組織亦然。

但在2020年左右，以色列及美國的部分科學家研究發現，細菌也是癌症本身的組成部分，它存在於結直腸癌以外更廣泛的癌症類型中，例如胰腺癌、肺癌、乳腺癌等。這類細菌絕大多數存在於細胞質內，稱之為“胞內菌”。

科學家們猜測，正是因為胞內菌位於腫瘤細胞內，所以才躲過人體免疫係統的攻擊，存活下來。

那麼，胞內菌在腫瘤發生、發展的過程中扮演著什麼樣的角色?是可有可無的旁觀者，還是推動腫瘤進展的參與者?

之前研究認為，腸道菌群可以通過調節免疫係統，或通過產生的代謝物間接調控癌症的進展，但是至今沒有證據表明腫瘤細菌能直接參與癌症的發生發展。尤其是在腫瘤中檢測到的細菌很少，讓人更加懷疑，這麼低生物量的腫瘤微生物，能否對腫瘤進展產生重大影響。

2017年，剛剛回國加入西湖大學的蔡尚，對這一問題啟動了專項研究。

蔡尚本科畢業於北大，博士畢業於印第安納大學，曾在斯坦福大學幹細胞與再生醫學研究所工作7年，一直專注於乳腺癌的研究。

基於經典的小鼠自發乳腺癌模型，蔡尚帶領研究團隊構建了嚴格的腫瘤菌群研究體係，探索腫瘤微生物在腫瘤進展中的作用。

彼時，“胞內菌”還是一個未被證實的猜想，他們的首要任務是找到“對手”。

“胞內菌”在腫瘤細胞內的含量很低，研究團隊不斷改良檢測和染色方法，提高了靈敏度、信噪比和準確性，終於觀察到小鼠腫瘤裏的細菌定位，並通過高分辨率的電鏡清晰地看到了細菌存在於細胞質內。

小鼠自發乳腺癌模型中存在胞內菌

然後，探索這些細菌的功能成為他們的工作重點。

一個簡單的思路是：清除這些細菌，看看腫瘤會發生什麼變化。常規的清除方法是使用抗生素。但如何確保抗生素隻定向清除腫瘤細菌?

鮮有可以遵循的實驗方案。研究團隊一切從零開始，不斷優化抗生素的處理方法，調節抗生素組合種類和注射方式的搭配，最終實現“定向”清除腫瘤菌群的目的。

結果顯示，清除腫瘤菌群之後，腫瘤重量並沒有受到影響，但肺轉移顯著下降。這表明，腫瘤菌群很可能影響的不是腫瘤的生長，而是轉移過程。

抗生素清除實驗證明腫瘤菌群對於腫瘤轉移非常重要

基於此發現，研究團隊提出假設：腫瘤組織中的胞內菌會和腫瘤細胞一起遷移到達遠端器官並影響轉移。也就是說，腫瘤裏的細菌會跟著腫瘤細胞一起跑到身體的其他部分。

為了驗證這個假設，他們對原位腫瘤、肉眼可見的肺轉移灶、含有微小轉移灶的肺組織、以及正常的肺和乳腺組織進行細菌16S測序。分析結果顯示，早期肺轉移的細菌可能仍帶有原位腫瘤的菌群特征，而隨著腫瘤的生長、擴散，漸漸開始受肺部微環境的影響。

再通過分離並染色循環腫瘤細胞，研究團隊看到循環腫瘤細胞能夠帶著胞內菌“跑到”遠端器官;而回輸這些胞內菌到腫瘤細胞內，可以看到腫瘤細胞在人體內“跑動過程中的生存能力更強”，甚至那些不容易轉移的乳腺癌，在輸入胞內菌以後，也開始轉移。

這就有力地證明了胞內菌可以促進腫瘤細胞的轉移。

細菌回輸促進乳腺癌轉移

知其然，知其所以然。為什麼胞內菌可以促進腫瘤細胞轉移?

蔡尚解釋說，事實上，在轉移過程中，癌症細胞沒有我們想象中那麼“威力無邊”，血管裏的血壓(液流壓力)會對它造成損傷。但他們發現，胞內菌入侵腫瘤細胞後，會通過特定的信號通路(RhoA-ROCK)來重塑細胞骨架，幫助腫瘤細胞抵抗血管裏的壓力，避免轉移過程中受到損傷。

這就完美解釋了為什麼擁有胞內菌的腫瘤細胞擁有更強的能力跑到遠端器官。

胞內菌的入侵重塑了腫瘤細胞的細胞骨架，以此來抵抗液流壓力的模式圖。

最後，研究團隊從小鼠回歸到人體，收集了配對的乳腺癌病人的腫瘤組織、癌旁組織和淋巴結組織，用qPCR結合16S測序定量和定性地分析各自菌群的組成。結果顯示，小鼠乳腺癌組織和人乳腺癌組織具有相同的微生物譜和動態變化，這表明，人乳腺癌菌群可能在人癌症發生和進展中起著相似的作用。

曆時近5年，從猜想、假設到一步步證實，蔡尚團隊的研究鑒定了腫瘤微環境中長期被忽視的新成分，揭示了影響腫瘤轉移的新因素，開拓了腫瘤研究的新方向，為臨床控製腫瘤轉移提供了全新的視角。

蔡尚團隊部分成員合影

西湖大學生命科學學院蔡尚研究員為論文的通訊作者;西湖大學生命科學學院博士後付愛坤，西湖大學博士生堯冰清和董婷婷為本文的共同第一作者。

原始出處：

Aikun Fu， et al.Tumor-resident intracellular microbiota promotes metastatic colonization in breast cancer. Cell， April 07， 2022. DOI：https：//doi.org/10.1016/j.cell.2022.02.027