大肠杆菌促进结直肠癌肝转移

撰文 | 雪月
责编 | Qi
#结直肠癌#
肠道屏障除了包括黏液层和肠上皮屏障层外，还包括有肠道血管屏障（gut vascular barrier, GVB），可阻止微生物进入全身血液循环。肠道病原体会突破上皮屏障，造成GVB损失，最终病原菌会传播至血液循环和肝脏。GVB损害也会在特定的饮食条件下发生，如高脂或者蛋氨酸、胆碱缺乏。饮食也是首先引起菌群的改变进而造成GVB损伤，表明菌群内部种群就可以改变GVB。GVB损伤和随后的血管通透性增加可以通过检测血浆膜囊泡相关蛋白1（plasmalemma vesicle-associated protein-1, PV-1）来评估，PV-1是血管内皮细胞特异性跨膜蛋白。
结直肠癌（colorectal cancer, CRC）是癌症相关死亡的第二大类型。多数CRC患者会在5年内发生远处转移。有研究表明原发性结肠癌和相对应的肝转移部位被相同的细菌定植，例如梭形杆菌、脆弱拟杆菌和普氏杆菌。尚不清楚细菌是否也参与肿瘤转移过程。而CRC的肝转移是否会利用GVB损伤，促进微生物向肝转移以及转移前微环境（pre-metastatic niche,PMN）的形成还尚不清楚。

2021年4月1日，来自意大利IRCCS Humanitas研究医院的Maria Rescigno团队在Cancer Cell上发表题为Gut vascular barrier impairment leads to intestinal bacteria dissemination and colorectal cancer metastasis to liver的文章。本文表明结直肠癌发生时，特定菌群（主要为大肠杆菌）会损伤肠道血管屏障，菌群通过受损的肠道血管屏障在肝脏定植，诱导转移前微环境形成，促进肿瘤细胞肝转移。

作者首先从临床收集样本，分析结果表明，与结直肠癌原发性肿瘤且未发生远处转移的患者相比，发生远处转移的患者PV-1+细胞的比例较高。随访分析后发现PV-1高与预后不良有关，10年PFS率较低（PV-1+ 40％，PV-1-72％）。与CRC预后不良相关的另一个重要标志是诊断结直肠原发性肿瘤时存在LN转移。综合分析两种因素发现结合使用这两种标记物比单独分析PV-1和LN来判断预后更为准确。PV-1-high/pN-的结直肠癌病人与PV-1-low/pN+病人同样属于高危患者。作者又利用另外两家医院的51名CRC患者作为独立队列再次确认PV-1作为CRC远处转移的生物标志物。
本团队以前的研究表明GVB破坏会导致细菌全身性传播和肝脏定植,所以作者分析了肝转移病灶中，与癌症相关的细菌载量。作者发现，对比与健康的肝实质中，PV-1高的CRC患者肝转移病灶中与肿瘤相关的细菌数量明显升高。进一步检测发现肝损伤的部位被CD31+血管网络包括，而在肝转移灶中细菌主要定植在SOX9+高增殖癌细胞区域内。而SOX9+的肿瘤细胞是被重构的细胞外基质以及a-Sma+和 collagen type III+细胞包围。但是这些结果还不能说明GVB的破坏与肝远处转移灶之间的关系。
于是作者利用自发结直肠癌模型ApcMin/+C3arKo进行下一步探索。此模型小鼠加抗生素处理，作者发现肝转移的细菌能够促进肝脏中固有免疫细胞募集以及PMN的形成直接相关。对结直肠癌和肝转移处的微生物组进行分析，发现在GVB受到破坏的小鼠中这些部位的细菌都是相似的，主要是大肠杆菌（99.9％的核酸一致），这也表明这两个位点之间存在空间上的联系。作者选择了其中的分离株E. coli C17来评估其对于结直肠肝转移的影响。小鼠经口灌胃大肠杆菌C17，利用荧光追踪发现大肠杆菌C17定植在肿瘤组织中，并且会通过破坏的GVB迁移到肝脏。接下来作者比较了大肠杆菌C17和有益细菌（乳杆菌CNCM I-5220）对于GVB和肿瘤肝转移的影响。作者发现CNCM I-5220处理ApcMin/+ C3arKO小鼠会降低了PV-1水平；而与对照组相比，大肠杆菌C17能够促进PV-1上调。大肠杆菌C17促进巨噬细胞，中性粒细胞和单核细胞的募集。乳杆菌CNCM I-5220则会减少固有免疫细胞在肝脏的募集。这些数据表明特定菌群（例如大肠杆菌C17）参与调节GVB渗透性，从而促进肝脏中的免疫细胞募集，促使PMN形成。

总的来说，本研究提出了一种结直肠癌肝转移的机制：即肿瘤相关的微生物群破坏肠道血管屏障，细菌通过受损的肠道血管屏障进入肝脏，募集免疫细胞，从而促进转移前微环境形成以及肝转移。同时作者发现有益菌群会恢复受损的肠道血管屏障，减少肝脏中免疫细胞募集。然而细菌在调控肿瘤细胞肝转移过程中的作用还需进一步研究。

原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.ccell.2021.03.004