科學家發現腫瘤裡躲著細菌,難道癌細胞和細菌沆瀣一氣?

近年來,腫瘤微環境 (tumor microenvironment) 的研究備受矚目,實體腫瘤是個複雜的立體結構,一旦腫瘤微環境不利於免疫細胞發揮其功能,癌細胞就有機會逃避免疫細胞的監控。2020 年 5 月底於國際知名期刊 Science 發表的一項研究發現,在人類許多腫瘤樣本裡,幾乎都存有「細菌」,甚至在不同癌症的腫瘤裡,細菌的種類還有其「特異性」。接著問題來了,這些細菌躲在腫瘤裡到底有什麼重要意義呢?

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文/楊朝傑

●科學家從大量的人類腫瘤檢體中發現細菌的存在

其實在腫瘤裡發現細菌,並不是一件新鮮事,早在 100 多年前,科學家們就在人類腫瘤中檢測出了細菌。然而,由於其中的細菌量非常低,難以分辨細菌是來自於外部污染,或是真的來自於腫瘤檢體。這次發表的研究是來自以色列魏茨曼科學院 (Weizmann Institute of Science) 的研究團隊所主導,為了排除外部細菌汙染的潛在疑慮,科學家採取了十分嚴格的分析,以多種不同方法,像是基因測序、顯微鏡觀察和細胞培養等,並使用了多達 811 個陰性對照樣本,以消除任何可能的外部細菌痕跡。

科學家們分析了 7 種常見的實體腫瘤,包括乳腺癌、肺癌、黑色素瘤、胰腺癌、卵巢癌、骨癌和腦癌,總樣本數為 1,526 份,結果發現從乳腺、骨骼或腦部的上述所有癌症,大部分的樣本都檢測出了細菌,而且不同的癌症類型還帶有其獨特的細菌種類。其中乳腺癌的細菌更為豐富多樣,而且相較於腫瘤周圍的正常乳腺組織,在乳腺腫瘤裡發現了更多細菌。

●不同癌症具有其獨特細菌類型,可能是腫瘤微環境的差異造成

更令人驚訝的是,科學家能夠直接從人的乳腺腫瘤中培養出細菌,證明了在腫瘤中發現的細菌還活著。再從電子顯微鏡的觀察結果發現,細菌更喜歡待在癌細胞內部,靠近細胞核的特定位置。除此之外,細菌不僅存在於癌細胞中,而且也存在於腫瘤內部的免疫細胞中。

研究進一步分析,腫瘤內細菌與臨床治療反應及患者特徵的相關性。在比較黑色素瘤樣本中的細菌時,發現對免疫療法 (immunotherapy) 有治療反應者以及無治療反應者,兩者樣本中的主要細菌類型有所不同。另外,研究比較了吸菸者與從未吸菸者之肺腫瘤中的細菌,結果發現吸菸者之細菌具有更多的基因,可以代謝香菸煙霧中的尼古丁或其他化學物質。此結果也可以解釋,為什麼每種腫瘤都有屬於自己的細菌類型,其中的差異顯然歸結於每種腫瘤的微環境有所不同。

●腫瘤裡的細菌還有許多未解之謎

當期 Science 也為此研究刊登專文解讀,其中提出了幾個關鍵問題。例如,在微生物之間、或宿主和微生物之間,發生的相互作用通常是長期的。然而,這些在人類腫瘤裡的細菌是否有這些相互作用,還不得而知?過去有研究指出,腫瘤裡發現的細菌可以代謝藥物,但尚不清楚腫瘤裡細菌的整體生存能力和代謝活性,而且腫瘤裡的細菌多樣性是否能夠維持穩定也尚待解答。

另一個重要問題,在腫瘤的發生過程,是早就有細菌駐留於腫瘤裡?還是因為腫瘤改變了微環境,使得細菌可以不斷入侵?研究第一作者 Deborah Nejman 等人提出了一種可能的解釋:在正常情況下,人體組織中細菌的總含量很少,但在腫瘤發生後,破壞了腫瘤微環境的物理和分子屏障,以及相對的免疫抑制,這可能會增加機會讓細菌移動到原本正常的無菌部位。腫瘤微環境的這種「滲漏問題」,已經在過去血管通透性的研究中有廣泛的探討。然而,滲漏問題會導致細菌入侵多少程度也尚不清楚。

雖然還有很多未知之處,此項研究還是提供了重大貢獻及證據。當科學家能更深入地了解腫瘤微環境,就更能解開癌症的致病機制,也有望開創出全新的癌症治療和診斷方法。

 

 

參考資料:

  1. Nejman D , et al. Science. 2020;368(6494):973‐980. The human tumor microbiome is composed of tumor type-specific intracellular bacteria.
  2. Atreya CE, Turnbaugh PJ. Science. 2020;368(6494):938‐939. Probing the tumor micro(b)environment.
  3. Medical Xpress. May 29, 2020. Cells inside cells: the bacteria that live in cancer cells.
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