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孙涛教授、徐君南教授团队：基于粪便微生物标志物的乳腺癌早筛

2023年01月04日

编译：肿瘤资讯

来源：肿瘤资讯

数据显示，实施乳腺癌的早期筛查有助于降低33%的死亡率。因此，探索操作性强、具有经济效益的癌症诊断方法为研究的热点。既往研究证实，梭状芽胞杆菌的代谢产物脱氧胆酸（DCA）可促进巨噬细胞M1极化和促炎细胞因子产生，并以剂量依赖的方式参与胃肠道癌症的发生和发展。那么，在乳腺癌人群中，DCA的作用如何？

2022年12月《细胞与感染微生物学前沿》（Frontiers In Cellular And Infection Microbiology）在线发表了辽宁省肿瘤医院孙涛教授、徐君南教授团队的研究报告，揭示了健康人群、良性乳腺病变人群和乳腺癌人群间乳腺组织和肠道中微生物的差异。

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孙涛

主任医师、教授、博士生导师

辽宁省肿瘤医院乳腺内科主任
辽宁省肿瘤医院临床试验机构办公室主任
国务院特殊津贴专家
辽宁青年名医
辽宁省政府授予“辽宁省百千万人才工程百层次人才”
中国临床肿瘤学会（CSCO）乳腺癌专业委员会常委
中国临床肿瘤学会（CSCO）肿瘤心脏病学专家委员会副主任委员
中国抗癌协会肿瘤标志物专业委员会秘书长，常委
中国抗癌协会多发和不明原发肿瘤专业委员会常委
中国抗癌协会乳腺癌专业委员会委员
中国研究型医院精准医学与肿瘤MDT专业委员会副主任委员
辽宁省抗癌协会肿瘤标志物专业委员会主任委员
辽宁省抗癌协会化疗专业委员会（候任）主任委员

徐君南

医学博士副教授硕士研究生导师

辽宁省肿瘤医院乳腺内科

辽宁省“兴辽英才计划”青年拔尖人才
辽宁省百千万人才工程千层次人才
中国抗癌协会肿瘤标志专业委员会青年委员
中国抗癌协会肿瘤标志专业委员会乳腺癌协作组委员兼秘书
中国临床肿瘤学会（CSCO）转化医学专家委员会委员
中国研究型医院精准医学与肿瘤MDT专业委员会委员
中国研究型医院精准医学与肿瘤MDT专业委员会乳腺学组委员
辽宁省药学会抗肿瘤药物专业委员会秘书长
辽宁省医学会肿瘤学分会青年委员
辽宁省细胞生物学学会肿瘤细胞与分子生物学分会理事
辽宁省生命科学学会乳腺癌诊治与康复专业委员会委员
辽宁省生命科学学会癌痛诊疗专业委员会委员
JCO中文版乳腺肿瘤专刊青年编委
《中华肿瘤防治》、《中国癌症防治》和《实用药物与临床》编委

现实困境

越来越多的证据表明，肠道菌群失调与乳腺肿瘤的发生和发展有关。然而，不同研究中乳腺肿瘤患者的微生物特征差异较大，识别早期乳腺肿瘤的可重复生物标志物仍存在困难。

研究方法

本研究纳入8项研究进行荟萃分析，展示了一种基于机器学习的方法，通过16S rRNA序列数据集分析健康人群、良性乳腺病变人群和乳腺癌人群之间的乳腺组织和肠道微生物的差异。研究使用QIIME 2.0和R软件（3.6.1版）进行一致性处理，并使用RDP v16参考数据库训练朴素贝叶斯分类器，使用 Vsearch 软件进行聚类。

研究结果

纳入了8项研究的数据，共768份组织样本和1311份粪便标本。使用DADA2方法进行质量控制后，纳入满足后续分析要求的数据。

表1. DADA2序列分析结果

乳腺癌中微生物组成的变化

主坐标分析（PCoA分析）是一种非约束性的数据降维分析方法，可用来研究样本群落组成的相似性或相异性。图1（左）显示在乳腺组织样本中，紫色和红色椭圆相似，蓝色和绿色椭圆几乎重叠，表明健康组织与良性乳腺病变组织相似，癌组织与癌旁组织相似。图1（右）显示，健康、良性病变和乳腺癌人群的粪便菌群的椭圆不一致，证明不同群体间的肠道菌群存在显著差异。

图1. PCoA分析结果

乳腺组织中细菌的门属分类情况

与健康组织和良性病变组织相比：

在细菌门分类中，癌组织和癌旁组织中变形杆菌的数量略多，分别占细菌总数的70.5%和74.4%，而拟杆菌的丰度较低（癌组织为3.4%，癌旁组织为2.3%）（图2A）;
在细菌属分类上，癌组织和癌旁组织表现出较高比例的嗜盐单胞菌和希瓦氏杆菌，较少比例的嗜糖假单胞菌（Pelomonas）及假单胞菌（Pseudomonas）（图2B）。

肠道微生物群落与组织微生物群落截然不同

拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门是癌症患者主要的肠道细菌门类别（图2C）；
癌症患者的肠道细菌属分类中，普氏菌属的细菌丰度下降，拟杆菌属的相对丰度增加，并占已鉴定细菌属总数的19.5%（图2D）;
同时，在组织或肠道环境中不同类型乳腺肿瘤的微生物区系组成不同（图2E，H）。

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图2. 乳腺组织和肠道环境中细菌的相对比例、门和属分类及相对丰度(A，B) 乳腺组织中门和属水平的细菌丰度；（C，D）肠道微生物组的结构分析；(E—H) 组织和肠道门属水平相对丰度

梭状芽胞杆菌XlVa或为乳腺癌的生物标志物

研究发现，梭状芽胞杆菌XlVa（Clostridium_XlVa）在乳腺癌患者的组织和肠道环境中都很丰富。随后，研究者通过体外实验评估了梭状芽胞杆菌特异性代谢产物DCA对人乳腺癌细胞的增殖作用。结果显示，DCA（0、40、60、80 μM）以剂量依赖的方式将G0/G1期细胞比例从36.0%降至27.1%，将S期细胞比例从31.4%增加至43.3%，从而促进G1/S期进展。此外，DCA对HER2阳性乳腺癌细胞的凋亡无明显影响（图3）。以上结果表明，DCA能促进HER2阳性乳腺癌细胞的增殖，并刺激G0/G1期细胞进入S期，但不促进HER2阳性乳腺癌细胞的凋亡。

图3. 乳腺癌生物标记物鉴定和DCA的体外实验

最后，KEGG通路分析的结果显示，DCA的促癌细胞增殖作用可能与多肽-O-岩藻糖基转移酶活性功能和神经活性配体-受体相互作用途径激活有关。

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图4. KEGG通路分析

讨论

癌旁组织采样可用于筛查乳腺癌

本研究基于16S rRNA数据集进行了大规模的荟萃分析，以表征乳腺肿瘤患者的乳腺组织和肠道微生物群特征，并评估重要微生物特征在鉴别乳腺癌和健康人群方面的潜力。结果与研究假设一致，癌组织和癌旁组织中的微生物成分相似，表明癌旁组织可用于采样检测以筛查乳腺癌。

脆弱拟杆菌定植可促进乳腺癌细胞的生长和转移

肠道细菌可以通过肠-乳腺途径进入乳腺组织。在本研究中，分析发现乳腺癌患者中拟杆菌的丰度显着高于健康对照组，表明拟杆菌与乳腺癌相关。乳腺和肠内定植的产肠毒素脆弱拟杆菌（ETBF）可快速分泌脆弱拟杆菌毒素（BFT），ETBF在肠道或乳腺导管的定植能促进乳腺癌细胞的生长和转移。

肠道微生物可辅助乳腺癌诊断

在癌症诊断方面，关键的肠道微生物特征可以帮助鉴别癌症和非癌症人群。本研究中，肠道微生物群相关的RF模型（AUC = 68.08%）在区分癌症和非癌症对照方面的准确性低于乳腺组织微生物（AUC = 74.27%）。然而，肠道微生物作为一种非侵入性和便捷的方法，在临床中的适用性更强。

研究结论

总之，这项研究的发现为进一步深入了解微生物组在乳腺肿瘤发生、发展中的作用提供了一个新的视角，将有助于我们对乳腺肿瘤微生物图谱的理解。在本文中，研究仅分析了梭状芽胞杆菌特异性代谢物DCA对乳腺癌细胞增殖、周期和凋亡的影响。更多的微生物及其代谢产物仍然值得进一步探索。另外，未来需要在大型临床人群中进行外部验证，并整合其他因素，如淋巴结转移、Ki67表达、乳腺癌的分子亚型和无进展生存期等，以明确与乳腺癌预后相关的微生物组。

参考文献

Wang N, Yang J, Han W, et al. Identifying distinctive tissue and fecal microbial signatures and the tumor-promoting effects of deoxycholic acid on breast cancer. Front Cell Infect Microbiol. 2022 Dec 13;12. DOI：10.3389/fcimb.2022.1029905

责任编辑：肿瘤资讯-Paine
排版编辑：肿瘤资讯-Paine