基因“指纹”暗示了肠癌中的肠道细菌

2020-06-19 197癌症

一项由英国2000万英镑癌症研究大挑战奖资助并于今天(星期四)发表在《自然》杂志上的研究显示,我们肠道中发现的一种常见细菌可能会导致肠癌,基因“指纹”暗示了肠癌中的肠道细菌。

基因“指纹”暗示了肠癌中的肠道细菌

荷兰、英国和美国的科学家已经证明,一株大肠杆菌释放的毒素会对肠道细胞造成独特的DNA损伤模式,或者说是“指纹”。

基因“指纹”暗示了肠癌中的肠道细菌。这些指纹也出现在肠癌肿瘤中,首次显示了细菌毒素与推动癌症发展的基因变化之间的直接联系。

研究小组认为,检测肠道细胞中这种特殊的DNA损伤,有朝一日可以让医生识别出患病风险更高的人群,并与当前的肠癌筛查试验一起使用。

来自肠道细菌的其他细菌毒素可能也有类似的作用,研究人员正在寻找这些毒素,以确定这种DNA损伤机制是否广泛存在。

研究背景

英国每年大约有4.2万例新的肠癌病例,在那里它仍然是癌症死亡的第二大原因。了解可能导致肠癌的早期诱因可能有助于医生预防其发展,并在治疗最有可能成功的早期发现它。这使得科学家们研究了微生物群——数万亿的细菌、病毒、真菌和其他单细胞生物——在肠癌发展中所起的作用。

荷兰Hubrecht研究所的Hans Clevers教授和他的研究小组专注于一种大肠杆菌,这种大肠杆菌产生一种叫做colibactin的毒素,与健康人相比,这种毒素更常出现在肠癌患者的粪便样本中。因为大肠杆菌素会对实验室培养的细胞造成DNA损伤,他们认为这种毒素可能也会对肠壁细胞造成同样的损伤。

研究内容

研究小组使用了人体肠道有机物,即实验室中生长的肠道的微型复制品,并将它们暴露在产生大肠杆菌素的大肠杆菌中。他们分析了5个月后有机物中肠道细胞的DNA序列,发现它们的DNA损伤是正常大肠杆菌的两倍,而有机物暴露在不产生大肠杆菌素的“常规”大肠杆菌中。

研究人员还发现,由大肠杆菌素引起的DNA损伤遵循两种非常特殊的模式——如指纹——这是毒素所特有的。

为了确定这种细菌引起的DNA损伤是否与肠癌有关,研究人员随后在利兹大学的亨利·伍德博士和菲利普·奎克教授的帮助下,分析了英国和荷兰5500多个肿瘤样本的DNA序列。

首先,他们检查了3600多个不同癌症类型的荷兰样本中的两个大肠杆菌素DNA损伤指纹。这些指纹出现在多种肿瘤中,而且在肠癌中的出现率要比其他癌症类型高很多。

随后,研究人员对肠癌肿瘤的研究进行了细化,并对英国2000多个肠癌样本进行了分析,这些样本是英国基因组公司(Genomics England)10万个基因组项目的一部分。在这些样本中,有4-5%的患者有大肠杆菌素指纹。这表明,在英国,大肠杆菌素产生的大肠杆菌可能导致每20例肠癌患者中就有1例。至于这种毒素在这些病例中能发挥多大的作用,以及这种微生物群的哪些其他成分可能与肠癌的早期阶段有关,还有待于进一步的研究来阐明。

Hubrecht研究所的Grand Challenge联合研究员Hans Clevers教授说:“众所周知,烟草或紫外线等物质会导致特定的DNA损伤模式,这些指纹可以告诉我们很多过去可能导致癌症的接触情况。但这是我们第一次在肠癌中看到如此独特的DNA损伤模式,这是由生活在我们肠道中的细菌引起的。”

研究人员还说,在肠壁细胞中寻找与大肠杆菌素相关的DNA损伤指纹可以用来识别那些有更大风险患上这种疾病的人。

研究意义

利兹大学(University of Leeds)大挑战(Grand Challenge)联合研究员菲利普•奎克(Philip Quirke)教授说:“我们的目标是了解肠癌的病因,因此发现大肠杆菌素的作用是一个重要的步骤。作为一个巨大的挑战团队,我们现在正在研究与肠癌相关的其他细菌及其毒素,我们希望能识别出更多的DNA损伤指纹,从而更好地描绘出危险因素的图景。

然后我们需要研究如何减少肠道中高危细菌的存在。但这一切都在未来,所以现在人们应该继续健康饮食,参与肠癌筛查。”

“大挑战”的患者倡导者约翰巴恩斯说:“作为一个癌症幸存者,我不希望别人经历我所经历的一切。在肠癌还可以治疗的早期就发现它有可能挽救成千上万人的生命。这项出色的研究给了我希望,未来人们可能不必患肠癌。”

英国癌症研究所(Cancer Research UK)高级健康信息经理尼科拉·史密斯(Nicola Smith)说:“医生越了解肠癌是如何发展的,就越善于发现它,帮助人们降低风险。

“但是人们现在已经可以做一些事情来帮助降低患肠癌的风险。不吸烟,保持健康的体重,饮食高纤维低红肉和加工肉都会有帮助。而对于那些符合条件的人来说,参加肠道检查有助于在早期发现这种疾病。”

引用

Cancer Research UK. "Genetic 'fingerprints' implicate gut bacterium in bowel cancer." ScienceDaily. ScienceDaily, 27 February 2020. www.sciencedaily.com/releases/2020/02/200227114543.htm.

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