微妙关系之癌症与微生物组

人们通常认为癌症宿主遗传学环境因素的一种疾病,但微生物却与约20%的人类恶性肿瘤有关粘膜部位的微生物可以成为上消化道恶性肿瘤微环境的一部分,而瘤内微生物可以以多种方式影响肿瘤的生长和扩散。另外,肠道菌群可以起到饮食成分排毒,减少炎症和维持宿主细胞生长与平衡的作用。

无论是通过增加还是降低宿主的风险,微生物和微生物群促成癌变的方式可分为三大类:(i)改变宿主细胞增殖与死亡的平衡,(ii)指导免疫系统功能,以及( iii)影响宿主产生的因子食入的食物和药物的代谢。

微生物通过影响基因组稳定性,破坏宿主DNA,导致突变的发生从而诱发癌变。除了破坏性DNA之外,几种微生物还具有参与致癌作用的宿主途径的蛋白质,影响β-catenin信号传导。

免疫系统、微生物和癌症之间也存在微妙的关系,粘膜表面屏障允许宿主与微生物共生,当屏障受损,微生物和免疫系统陷入无法共同发展的地域和群体时,就会引发癌症和炎症性疾病。一旦突破障碍,微生物会通过引发促炎症或免疫抑制程序进一步影响正在发展的肿瘤微环境中的免疫反应,促炎症反应,免疫抑制反应都有可能促进肿瘤的发生。

Fig. 2Mechanisms by which microbes influence cancer development and progression.

100多年来,从Coley毒素(最早的癌症细菌疗法之一)到当今合成生物学“设计微生物”和微生物群移植时代,基于微生物的癌症治疗方法的可能性一直受到人们的广泛关注。

合成生物学方法在癌症治疗中具有巨大的潜力,通过对微生物细胞进行设计改造,使得微生物可以靶向侵袭癌细胞或干扰关键癌症发生途径进行抗癌反应,以最大程度减少健康组织的损害,使毒性和并发症等降至最低。这些概念或者早期研究都需要可靠的临床模型进行评估和验证。 

像合成生物学一样,微生物组研究在过去的十年中已成为癌症治疗研究的一个前沿领域。微生物组可能为癌症生物学中几个迫在眉睫的问题提供许多答案:在癌症易感性中关键的基因-环境相互作用是什么?为什么某些食物或饮食习惯会增加或降低某些人群和个人的风险?为什么不管宿主种系或癌症基因型如何,化学疗法,免疫疗法和预防剂对患者而言都是失败或成功?

 微生物组似乎可以以进化,菌群,代谢产物和酶活性的形式提供许多潜在的答案,但目前尚不清楚这些微生物是否以及如何从临床前模型转化为实际应用。如今,微生物组有很大机会作为生物标志物用于诊断,预测或识别相关高风险并发症。尽管可能对下一步的最佳方案持不同意见,但已达成共识,癌症和微生物群的治疗考虑需要采取多学科方法和更深入的研究。

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