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国家认可委 CNAS L23010 认可项目：微生物宏基因组 | 16S rRNA扩增子
二级病原微生物安全实验室
国家高新企业 | ISO9001认证 | 肠道健康精准检测高新技术研发中心 | 专精特新企业- 联系电话：+13336028502
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谷禾健康
肠道微生物组作为人体“第二基因组”，在癌症的发生、发展及治疗反应中扮演着日益重要的角色。这些微生物不仅在局部和全身层面调节免疫应答，还深刻影响着炎症、免疫监视和耐受性。
平衡良好的微生物群是有效免疫功能的基石，但由饮食，环境因素，生活方式，感染或药物驱动的干扰可能会促进慢性炎症并损害抗肿瘤免疫力。越来越多的证据表明，这些干扰不仅有助于肿瘤的发生和发展，而且还对治疗产生耐药性。
微生物及其代谢产物能够通过局部及全身性机制，直接影响药物代谢、塑造免疫微环境，并改变肠道、全身乃至肿瘤微环境（TME）中的转录和表观遗传程序。
大量新兴数据支持，微生物组作为预后和预测性生物标志物、癌症防治中可调控因素以及治疗靶点的巨大潜力。以微生物组为靶点的干预措施（如粪菌移植、饮食调整、益生元和益生菌）可作为传统癌症疗法的辅助手段，增强疗效并降低毒性。
本文探讨了微生物组驱动癌症发生发展的多维机制，包括基因毒性、慢性炎症和表观遗传调控。详细分析微生物组如何调节化疗、放疗及免疫治疗的疗效与不良反应，还系统梳理了当前基于微生物组的癌症治疗策略，如粪菌移植、饮食干预、益生菌和后生元等，并总结了相关临床试验的进展。
历史上，微生物与癌症的关联常采用科赫假设（Koch’s postulates）等框架，将疾病归因于具有确定潜伏期的单一病原体。然而，现在人们认识到，微生物作为复杂的群落发挥作用，对宿主产生集体效应，而不仅仅是孤立的病原体。这些效应包括调节炎症、免疫、代谢和表观遗传，从而深刻影响致癌过程。
微生物驱动的致癌机制
微生物群通过多种复杂的机制促进肿瘤的启动和进展，主要包括直接的基因毒性效应、诱导慢性炎症和肠道屏障功能障碍，以及对宿主细胞的表观遗传调控。这些机制相互交织，共同构成了一个促癌的微环境。
肠道微生物组可通过诱导基因组损伤、表观遗传调控或破坏肠道屏障功能参与癌症的启动和/或进展。这些机制共同作用，促进了从正常上皮到恶性肿瘤的转化。
病原菌的致癌策略：信号传导与毒素的双重威胁
定植于上皮表面的病原菌或机会性细菌可通过直接的宿主细胞信号传导、微生物间通讯或分泌毒素发挥致癌作用。其中，细菌基因毒素是研究最为深入的直接致癌因素之一。这些毒素包括tilimycin、indolimines、tilivalline、colibactin和脆弱拟杆菌毒素（Bacteroides fragilis toxin, BFT）等。
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-Colibactin
在这些毒素中，Colibactin的机制研究最为透彻。Colibactin由存在于变形菌门（如特定大肠杆菌菌株）中的聚酮合酶（pks）基因岛编码。这种基因毒素能够诱导DNA双链断裂和烷基化，从而引发基因组不稳定性，促进癌症的发生。
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图源：doi.org/10.1038/s41579-025-01268-6
例如，一项研究发现，在结直肠癌中，由产colibactin的大肠杆菌（pks+ E. coli）引起的突变特征与早发性CRC相关。此外，产BFT的脆弱拟杆菌（ETBF）能够协同pks+ E. coli，其产生的BFT和黏液溶解活性使得colibactin能够穿透黏液层，到达上皮细胞，从而加剧DNA损伤。
微生物代谢物：潜在的DNA损伤元凶？
除了直接的基因毒素，微生物代谢物也可能具有DNA损伤效应。例如，有研究指出微生物将初级胆汁酸转化为次级胆汁酸，后者过量可通过诱导DNA损伤、调节炎症通路和抑制抗肿瘤免疫反应（包括抑制在癌症免疫监视中至关重要的细胞毒性CD8+ T细胞）来促进结直肠肿瘤的发生。
同样，肠道微生物将管腔中的乙醇转化为乙醛，或将某些亚硝胺类致癌物（如N-丁基-N-(4-羟丁基)亚硝胺）转化为更具活性的形式，这些过程均可导致基因组损伤。
雌激素与微生物：远程影响
此外，微生物的β-葡萄糖醛酸酶（GUS）能够重新激活在肝脏中被结合失活的雌激素，提高循环雌激素水平，这可能对乳腺癌等雌激素敏感性肿瘤的发生构成远距离影响。
慢性炎症与肠道屏障功能障碍
慢性微生物感染是癌症发生的重要驱动力
例如，幽门螺杆菌（Helicobacter pylori）感染通过诱导持续性胃部炎症，促进胃癌的发生，而根除幽门螺杆菌已被证实可以预防胃癌。同样，伤寒沙门氏菌（Salmonella typhi）与胆囊癌的发生相关。
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图源：doi.org/10.1038/s41579-025-01268-6
微生物组失衡促癌变
即使在没有明显感染的情况下，微生物组失衡也能通过调节局部炎症反应促进癌变。
例如，通常存在于口腔的具核梭杆菌（Fusobacterium nucleatum）在特定条件下可定植于肠道，并在CRC肿瘤中诱导肿瘤微环境的炎症。
炎症与癌症之间的复杂信号网络
微生物诱导的炎症部分通过模式识别受体（如Toll样受体，TLRs）信号和炎症小体激活介导，导致细胞因子和活性氧（ROS）的产生，这些分子刺激上皮增殖、免疫逃逸以及癌细胞在远端部位的播散和植入。
肠道炎症与肠道屏障功能障碍密切相关
屏障功能受损，即黏液层和上皮细胞无法在管腔微生物群落与宿主上皮之间提供足够的空间，增加了促癌微生物和分泌性基因毒素造成损害的易感性。受损的屏障完整性促进了微生物产物（如脂多糖，LPS）和代谢物（如胆汁酸）的易位，进入体循环。这些因素可驱动远端组织的全身性炎症或免疫抑制，可能导致远端上皮和非上皮癌症及转移的发生。
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保护性微生物代谢物的作用
一些微生物代谢物，如膳食纤维在结肠中发酵产生的短链脂肪酸（SCFAs），通过促进紧密连接形成和刺激黏液产生，对肠道屏障具有保护作用。
表观遗传调控
肠道微生物组是一个强大的表观遗传调节器，能够通过代谢、炎症和饮食-微生物相互作用的组合来塑造基因表达和肿瘤行为。
图源：doi.org/10.1038/s41579-025-01268-6
丁酸盐的双重角色：从能量源到表观遗传调控
最典型的微生物驱动的表观遗传调控机制是SCFA中的丁酸盐对组蛋白去乙酰化酶（HDAC）的抑制。在健康的上皮细胞中，丁酸盐是支持增殖和分化的能量来源。然而，随着肿瘤细胞代谢转向有氧糖酵解（瓦博格效应），丁酸盐不再被有效消耗。其积累导致过度HDAC抑制，改变染色质构象，促进抑癌基因的转录激活，从而抑制癌变。
膳食成分与微生物的影响
其他微生物或膳食成分也能影响表观基因组。例如，叶酸、亚硝胺和致肥胖饮食在小鼠模型中影响DNA甲基化和组蛋白乙酰化，促进肠道肿瘤发生。
产毒脆弱拟杆菌的致癌机制
有趣的是，在小鼠模型中，产肠毒素的脆弱拟杆菌（ETBF）定植通过破坏DNA修复机制促进结直肠肿瘤发生，并诱导广泛的CpG岛高甲基化，这是肿瘤组织中表观遗传变化的标志。
不同类型的癌症与特定的微生物组特征相关联，这些特征不仅存在于胃肠道肿瘤中，也见于乳腺癌、前列腺癌等远端肿瘤，揭示了微生物组在肿瘤生态系统中的广泛影响。
结 直 肠 癌
结直肠癌（CRC）的发展与多种微生物、其代谢物和结肠上皮之间的相互作用密切相关。在动物模型和细胞培养研究中，特定微生物如ETBF（产肠毒素的脆弱拟杆菌）、具核梭杆菌（F. nucleatum）和携带pks基因岛的大肠杆菌（pks+ E. coli）被证明有助于肿瘤发生。
将结直肠癌患者的粪便微生物群移植到无菌小鼠体内，会导致细胞增殖增加、息肉数量增多、异型增生更严重以及炎症标志物水平升高，这强烈表明肠道微生物组失衡可能是结直肠癌发展的致病因素。
驱动-乘客模型：微生物的协同作用
“驱动-乘客”模型提出，像ETBF这样的驱动菌通过引发慢性炎症和破坏上皮屏障，创造一个允许性环境，让像具核梭杆菌这样的共生乘客菌得以定植并加剧肿瘤进展。具核梭杆菌通过其细胞表面的FadA黏附素与上皮E-钙黏蛋白直接相互作用，激活β-连环蛋白信号通路，促进肿瘤细胞增殖和存活。
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具核梭杆菌与化疗耐药性
此外，具核梭杆菌还通过刺激肿瘤细胞中的自噬相关蛋白，与化疗药物的细胞毒性作用相抗衡，从而与化疗耐药性相关。临床上，结直肠癌肿瘤组织中的具核梭杆菌DNA水平较高与结直肠癌特异性死亡率增加相关，表明其可作为潜在的预后生物标志物。
胃 癌
在胃癌中，幽门螺杆菌（H. pylori）感染是公认的关键致病因素。它通过其毒力因子（如CagA和VacA，在谷禾16S Plus检测实践中，也会检出个别受检者携带 CagA和VacA毒力基因）引发炎症和免疫反应，进而可能有诱发癌症风险。然而，随着胃癌进展，胃内环境发生萎缩，幽门螺杆菌数量反而减少，而其他非幽门螺杆菌物种（如乳酸杆菌属、链球菌属）开始增多。
肝 细 胞 癌
在肝细胞癌（HCC）中，肠-肝轴起着关键作用。肠道屏障功能受损导致细菌及其产物（如LPS）易位至肝脏，诱发炎症、纤维化和肝细胞损伤，最终促进癌变。
肝细胞癌患者的肠道微生物组通常表现为产SCFA的细菌多形拟杆菌（Bacteroides thetaiotaomicron）减少，而促炎细菌（如大肠杆菌）增多。
胰 腺 导 管 腺 癌
胰腺导管腺癌（PDAC）同样与肠道微生物组失调相关。肠道屏障受损允许某些肠道微生物（如变形菌门）易位至胰腺，在局部创造一个免疫抑制的微环境，促进肿瘤进展。此外，微生物对胆汁酸的代谢异常也被认为是PDAC的风险因素之一。
激素依赖性癌症
肠道微生物组在激素代谢中发挥着重要作用，从而影响激素依赖性肿瘤的进展。所谓的雌激素菌基因组（estrobolome）是指能够代谢雌激素的细菌基因集合。肠道中的细菌β-葡萄糖醛酸酶可以解偶联在肝脏中结合的雌激素，使其重新被吸收入血，提高循环中活性雌激素的水平，从而促进乳腺癌等雌激素驱动肿瘤的生长。
在乳腺癌患者中，具有β-葡萄糖醛酸酶活性的菌种（如梭菌属）丰度增加可能与更严重的临床分期有关。同样，在前列腺癌中，肠道菌群能够从头合成雄激素或将皮质醇代谢物转化为雄激素，促进对内分泌治疗的抵抗。
癌症的多步发生模型认为，遗传和表观遗传的序贯改变是恶性转化的驱动力。新兴证据表明，微生物组的失调可能是这一模型中一个额外的、相互关联的因素。
生命早期的微生物组发育
微生物组的发育始于生命早期，受分娩方式、喂养习惯和饮食转变的影响。在这一关键窗口期的干扰可能导致微生物多样性永久性降低和对免疫与代谢稳态至关重要的关键菌种的缺失。
生活方式对微生物组的影响
在整个生命周期中，累积的损害（包括抗生素滥用、慢性压力和低纤维、超加工饮食）会进一步侵蚀微生物的多样性和功能。这种微生物恢复力的逐步丧失可能会损害上皮完整性、增加炎症、削弱代谢信号和免疫监视。
多个研究和科学家提出，微生物组的这种纵向退化可能会降低癌症启动和进展的阈值，与经典致癌过程中的逐步遗传事件相平行。
微生物组健康随生命周期的逐步退化可能促进癌症发展
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图源：doi.org/10.1038/s41579-025-01268-6
图中显示了肠道微生物组健康和恢复力的两种对比轨迹
每次急性干扰后恢复不完全，导致微生物组健康和恢复力逐步退化。
持续的压力源可能将个体推向恶化轨迹，直至达到癌症发展概率更高的阈值。
癌症治疗反应的变异性受到多种宿主和肿瘤相关因素的影响，而肠道微生物组是导致这种变异性的一个重要贡献者。
微生物组主要通过两大机制调节癌症治疗结果：
一是通过微生物对治疗药物的生物转化以及药物对微生物组的反作用；
二是通过微生物介导的宿主免疫反应调节。
微生物组与化疗、放疗及靶向治疗
肠道微生物组编码着庞大的基因库，能够代谢多种肿瘤学和非肿瘤学药物，从而影响药物的生物利用度、疗效和毒性。
微生物介导的影响癌症治疗结果的机制
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图源：doi.org/10.1038/s41579-025-01268-6
药物的微生物生物转化
一个典型的例子是化疗药物5-氟尿嘧啶（5-FU）及其口服前药卡培他滨。某些大肠杆菌和厌氧棒状菌属（Anaerostipes）表达细菌二氢嘧啶脱氢酶（DPD），能将5-FU转化为其非活性形式，从而可能降低其疗效。
类似地，用于治疗胰腺癌的吉西他滨可被某些肿瘤相关γ-变形菌纲细菌表达的胞苷脱氨酶（CDA）脱氨而失活，导致耐药。
微生物也能激活药物
拓扑异构酶I抑制剂伊立替康在肝脏中被代谢为活性形式SN-38，随后经葡萄糖醛酸化为无活性的SN-38G，通过胆汁排入肠道。肠道中的细菌β-葡萄糖醛酸酶（GUS）能将SN-38G重新激活为SN-38，后者会引起严重的上皮损伤、黏膜炎和腹泻等剂量限制性毒性。虽然理论上肿瘤内的再激活可能增强疗效，但肠道内的再激活主要导致毒性增加。
微生物影响疗效与毒性
除了直接代谢药物，微生物组还能通过调节免疫系统间接影响化疗效果。例如，化疗药物环磷酰胺能促进特定肠道细菌（如Enterococcus hirae）易位至次级淋巴器官，诱导产生有助于其治疗效果的TH17细胞（T辅助17细胞）反应。
同样，奥沙利铂的疗效被发现依赖于肠道微生物组，肠道菌群通过激活免疫系统来增强抗肿瘤效果。
放疗与微生物组之间的双向互动
一方面，放疗（尤其是盆腔放疗）会显著改变肠道微生物组的组成，导致多样性下降，并可能增加机会性病原菌。
另一方面，微生物组的组成可以预测患者对放疗的反应和毒性。例如，放疗前肠道菌群多样性较低与晚期放射性肠病相关。在小鼠模型中，粪菌移植（FMT）被证明可以保护机体免受辐射引起的毒性。
靶向治疗
对于靶向治疗，研究尚处早期。一项针对转移性CRC的研究发现，对抗EGFR（西妥昔单抗）和抗VEGF（贝伐珠单抗）治疗的疾病进展组患者，其肠道微生物组中具核梭杆菌的丰度显著高于部分缓解组。
在HER2阳性乳腺癌中，抗生素使用或移植来自抗生素处理供体的小鼠粪菌会削弱曲妥珠单抗的抗肿瘤效果。
微生物组与免疫治疗
免疫检查点抑制剂（ICIs）通过阻断T细胞上的抑制性信号（如PD-1、CTLA-4），重新激活细胞毒性CD8+ T细胞以攻击肿瘤，彻底改变了癌症治疗。然而，只有部分患者对ICIs有反应，而肠道微生物组是决定疗效的关键因素之一。
►▷ 微生物组如何调节免疫反应与治疗效果
多项早期研究独立证实，肠道微生物组的组成与抗PD-1/PD-L1治疗的反应相关。
尽管与疗效相关的具体菌种在不同研究中有所差异（如Akkermansia、Bifidobacterium、Ruminococcus），但其免疫调节机制常常趋同于增强CD8+ T细胞的数量或活性。
例如，在临床前模型中，口服双歧杆菌可增强树突状细胞（DC）的激活和CD8+ T细胞的启动，从而增强对PD-L1阻断的反应。同样，Akkermansia muciniphila通过促进CD8+ T细胞招募至肿瘤，来增强对PD-1抑制的反应。
这些发现表明，与ICI疗效相关的菌种可能共享一种能力，即在肠系膜淋巴结或肠黏膜中诱导依赖于DC的CD8+ T细胞启动，随后通过趋化因子介导浸润至TME。
肠道菌群的影响：U型效应
值得注意的是，微生物组对ICI疗效的影响可能具有“U型”或“倒U型”特征。
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例如，一项针对晚期非小细胞肺癌（NSCLC）患者的研究发现，肠道中A. muciniphila的相对丰度处于中等水平（而非低或高水平）的患者，其临床反应最佳。这提示微生物的影响并非简单的“越多越好”，而是需要一个平衡的生态系统。
►▷ 微生物代谢物：抗肿瘤免疫的关键因素
微生物的功能冗余性可能比分类学组成更为关键，即不同的微生物群落可能产生相似的代谢或免疫输出。多种微生物代谢物被证明在调节免疫治疗反应中发挥核心作用。
肠道微生物代谢物与免疫
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图源：doi.org/10.1038/s41579-025-01268-6
该图描绘了肠道微生物组与免疫系统之间的相互作用，说明了膳食成分（如纤维）如何影响SCFAs、胆汁酸和色氨酸衍生物的产生。这些代谢物调节多种免疫细胞，并通过调节炎症细胞因子和增强癌细胞凋亡来促进抗肿瘤免疫和ICI治疗效果。
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图源：doi.org/10.1038/s42255-025-01287-w
代谢物的作用是情境依赖的
例如，丁酸盐在某些情况下能增强细胞毒性CD8+ T细胞功能，支持抗肿瘤免疫，但在其他条件下也可能促进免疫抑制性的Treg细胞扩增。
同样，具核梭杆菌在不同研究中显示出截然相反的作用：一项研究表明其产生的丁酸能敏化MSS型CRC对ICIs的反应，而另一项研究则发现其产生的琥珀酸会抑制免疫信号通路，导致耐药。
这凸显了菌株、肿瘤微环境和代谢产物背景的复杂性。
►▷ 肠道菌群预测免疫相关不良事件
ICIs激活的免疫系统也可能攻击正常组织，导致免疫相关不良事件（irAEs）。多项报告将基线肠道微生物组组成与irAEs的发生风险联系起来。
然而，由于患者群体异质性、队列规模小以及irAEs定义不一致等原因，目前尚未发现一致的预测性微生物标志物。一些研究提示，特定的菌群（如拟杆菌门丰度较高）可能与结肠炎风险增加有关，但仍需更多机制性研究来阐明因果关系。
鉴于微生物组与癌症疗效和毒性的密切联系，操纵微生物组成员为增强治疗效果提供了新的契机。一系列策略正在研究中，包括饮食干预、益生菌/益生元、粪菌移植（FMT）以及更前沿的工程菌和后生元等。
这些干预措施旨在通过重塑微生物组生态系统，来调节药物代谢、增强抗肿瘤免疫或减轻治疗毒性。
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图源：doi.org/10.1038/s42255-025-01287-w
粪菌移植 (FMT)
粪菌移植是目前研究最深入的微生物组干预手段之一。两项开创性的I期临床试验表明，将来自对ICI有反应的黑色素瘤患者的粪便微生物群移植给耐药患者，可以使一部分患者转为应答者，并伴随着CD8+ T细胞活化增强或TME中免疫细胞浸润的有利变化。
最近，一项在晚期黑色素瘤患者中进行的 I期试验进一步证实，接受健康供体FMT后，患者对一线抗PD-1治疗的反应得到改善，其粪便样本能够在小鼠模型中恢复抗PD-1疗效。
此外，FMT也被用于治疗难治性ICI相关性结肠炎，初步研究显示其能有效缓解症状，并伴随免疫细胞谱的改变。目前，大量临床试验正在探索FMT联合ICI在不同癌种（如肾细胞癌、NSCLC）中的应用。
饮食、益生元与益生菌
饮食干预是一种极具性价比的策略
一项观察性研究发现，高纤维饮食（不使用益生菌）与改善的ICI结局相关。
BE GONE试验（NCT02843425）等临床研究正在评估高纤维食物（如豆类）对微生物组和临床结局的影响，初步结果显示其能增加有益菌（如Faecalibacterium）并改善炎症标志物。
注：zhuBE GONE试验（NCT02843425）是一项由MD安德森癌症中心开展的临床研究，旨在探索食用 canned navy beans对肠道微生物组的影响，以及这种饮食干预是否能减轻肥胖对结直肠癌风险的负面影响。
传统益生菌
益生菌的应用也备受关注。一些传统益生菌（如某些乳杆菌和双歧杆菌）被发现能通过产生特定的代谢物（如I3A、吲哚-3-羧酸）或直接作用来增强抗肿瘤免疫。
下一代益生菌 和 工程菌
例如，A. muciniphila被多项研究证实与ICI的良好反应相关，其巴氏杀菌形式（一种后生元）或其膜蛋白Amuc_1100在临床前模型中显示出抗肿瘤效果。
工程化的大肠杆菌Nissle 1917菌株被改造用于在肿瘤局部递送免疫刺激分子（如将氨转化为L-精氨酸）或免疫检查点抑制剂纳米抗体，从而在不产生全身毒性的情况下增强抗肿瘤免疫。
微生物组干预策略面临的挑战
– 机制不确定性
许多干预措施（如高纤维饮食、传统益生菌）缺乏对特定菌种或功能如何调节疗效的深入机制理解，导致策略普适化，而非个体化。
– 情境依赖性和个体差异
微生物组的效果受宿主遗传、肿瘤类型、治疗方案和生活方式等多种因素影响，使得干预效果难以一概而论。
– 缺乏个体化生物标志物
目前缺少可靠的生物标志物来指导患者分层，或确定应靶向微生物的哪个方面（如药物代谢、屏障功能或免疫调节）。
– 临床试验设计的局限性
癌症患者常伴有免疫抑制、恶病质或胃肠道毒性，难以依从严格的饮食方案或口服疗法。此外，抗生素的普遍使用也干扰了微生物组的评估和干预。
除了作为治疗靶点，微生物组在癌症的早期检测和风险分层方面也展现出巨大潜力。
早期检测与风险分层
肠道微生物组已被探索作为早期癌症检测的工具，尤其是在结直肠癌领域。多项研究通过比较癌症患者与健康对照的微生物组谱，试图识别可用于诊断的微生物标志物。
谷禾健康通过上万例的结直肠癌和结直肠息肉患者及健康对照构建的肠癌识别模型，在样本量、病例类型覆盖与真实世界差异性方面显著优于多数以“数十到数百例”为主的研究型队列。更大的队列意味着模型能够学习到更稳定、可重复的微生物特征组合，降低因地域、饮食、年龄结构、用药史等因素带来的偶然偏差，从而在实际应用中具备更强的泛化能力与可识别性。
同时，许多研究仅做“癌症 vs 健康”的二分类；谷禾模型纳入“结直肠息肉”等癌前人群，更贴合早筛需求，能在症状出现前识别风险，并捕捉从健康到息肉/腺瘤再到癌变的连续变化信号，从而支持早期风险分层与更有针对性的随访与干预。
谷禾结直肠癌模型示意图
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<来源：谷禾肠道菌群检测数据库>
但是不管是谷禾的模型还是科学研究的结果直接引用于临床诊断还需要有一段路走。
首先，横断面研究难以区分因果关系和相关性，且易受混杂因素（如并存病、用药）的干扰。
其次，与现有筛查手段（如 FIT/粪便免疫化学、结肠镜、影像与血液指标）进行对照评估，确定其增益价值与适用场景；并建立标准化的采样、测序/检测、质控与解读体系，控制抗生素、饮食、肠道准备等混杂因素影响。
伴 随 诊 断
微生物组作为伴随诊断工具的前景可能更为广阔，可用于指导治疗决策、预测疗效或毒性风险。例如，通过检测治疗前的肠道或肿瘤微生物组，可以识别出对特定疗法（如ICI）反应可能性较高的患者，或发生irAEs风险较高的患者。
基于对瘤胃球菌（Ruminococcus）等丰度的检测，可以对接受ICI治疗的患者进行分层。理想的伴随诊断应植根于机制理解，而不仅仅是关联数据，从而指导个性化干预，例如决定是否需要将FMT作为一线辅助治疗，或是否需要先通过菌群移植恢复患者对膳食纤维的降解能力再进行饮食干预，而不是盲目的粪菌移植。
人工智能（AI）有望通过实现高级数据整合、模式识别和预测建模，彻底改变微生物组研究。
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图源：doi.org/10.1038/s41579-025-01268-6
面对微生物组多组学数据维度灾难（即特征数量远超样本数量）的挑战，AI提供了解决方案。例如，通过降维、合成数据增强或迁移学习等策略，可以提高模型的稳定性和泛化能力。
新兴的AI方法，如变分贝叶斯神经网络和卷积神经网络，能够整合配对的微生物组和代谢组数据，或将多组学数据转换为图像格式进行分析，从而发掘深层生物学关联。
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数字孪生是另一个令人兴奋的方向。这是一个动态的、虚拟的患者复制品，整合了静态数据（如基因信息）和实时数据（如临床记录、组学数据），以模拟、监测和预测健康结果。将微生物组数据纳入数字孪生模型，可以模拟其与宿主和治疗的复杂相互作用，支持假设驱动的干预措施和个性化治疗调整。
为不同生命阶段（如婴儿期和成年期）开发量身定制的数字孪生模型，将为整个生命周期的微生物组靶向干预提供宝贵的指导。
当前临床试验概览
近年来，旨在利用微生物组改善癌症治疗的临床试验数量激增。
FMT试验主要集中于免疫治疗效果良好的癌种（如黑色素瘤、RCC、NSCLC），旨在逆转或改善对ICIs的耐药性（如NCT05286294, NCT04988841）。其他试验则探索FMT在肝癌（NCT05690048）、胰腺癌（NCT06393400）等其他癌种中的应用，或用于减轻治疗相关的毒副反应，如免疫相关性结肠炎（NCT04038619）。
关于益生元、益生菌和后生元的临床试验同样蓬勃发展，多数旨在增强抗癌免疫治疗的效果（如NCT05303493, NCT06250335）。
A.muciniphila(NCT05865730)和C.butyricum等下一代益生菌的专项试验正在进行中。
这些研究不仅关注疗效，也探索其在围手术期管理、预防癌前病变复发以及减轻治疗副作用方面的潜力。
越来越多的证据表明，肠道微生物组是癌症治疗结果的关键调节器，其通过免疫调节、药物代谢和维持上皮屏障完整性等多种机制发挥作用。这一认知推动了新型诊断和治疗策略的开发，但临床转化仍受制于机制不确定性、缺乏个性化生物标志物以及在癌症人群中实施的挑战。
微生物组研究揭示，宿主与微生物群作为一个整合系统运作，治疗结果源于宿主-微生物-药物三者间的动态相互作用。
功能冗余、微生物可塑性和强烈的情境依赖性使得因果推断变得困难，也可能解释了为何微生物标志物在不同研究中难以重复。当前的许多干预措施基于普适性策略而非深刻的机制理解，而个体差异进一步加大了个性化治疗的复杂性。
为了推动该领域的发展，未来的研究必须转向由AI赋能、以机制为导向的精准干预，这需要以可靠的伴随生物标志物为支撑，并通过大规模、纵向的实用性临床试验证实。至关重要的是，临床试验必须考虑癌症患者的特殊限制，并在真实世界环境中关注有临床意义的功能性终点。随着微生物组科学日益融入肿瘤学，它有望通过将机制精度与临床相关性相结合，重新定义癌症治疗，实现更有效、更耐受的疗法。
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谷禾健康
通常认为人类体内微生物群存在于与外部环境接触的体腔和器官中，例如胃肠道、皮肤、口腔、上呼吸道(尤其是鼻咽)和泌尿生殖道。然而在过去十年中，越来越多的研究确定了肿瘤内存在着低生物量而独特的微生物群落(瘤内微生物群)。
在肿瘤内，细菌、真菌、病毒和古菌等微生物形成了肿瘤微生物群，主要存在于肿瘤细胞、免疫细胞和细胞间基质中。这些微生物群落构成了肿瘤微环境(TME)的一部分，影响免疫调节、炎症和代谢控制等过程，这些过程与肿瘤的发生和进展密切相关。迄今为止报道的证据表明，肿瘤微生物组存在于33种主要癌症类型中。
大量证据表明，多达20%的癌症与微生物感染有着错综复杂的联系。最初在伯基特淋巴瘤中发现了EB 病毒(EBV)。从那时起，病毒感染就被认为是导致人类癌症的重要因素，包括确定人乳头瘤病毒(HPV)是导致宫颈癌的原因，乙型肝炎病毒(HBV)是导致肝癌的原因，以及人T细胞嗜淋巴细胞病毒是导致白血病和淋巴瘤的主要原因。
伯基特淋巴瘤(Burkitt淋巴瘤)是儿童恶性淋巴瘤中最常见的类型，起病急，进展快，侵袭强和恶性度高。1964年首先从非洲儿童Burkitt淋巴组织中分离出EB病毒。
1982年，就在胃中发现幽门螺杆菌(Helicobacter pylori)证实了其作为消化性溃疡和胃癌病原体的作用。2020年，对来自七种常见实体瘤(包括乳腺癌、肺癌、卵巢癌、胰腺癌、黑色素瘤、骨癌和脑肿瘤)的超过1526个样本进行了分析，发现大多数实体瘤含有细菌，其中许多是存活在癌细胞内的细胞内细菌。随后，在各种人类癌症标本中也发现了真菌，包括胰腺癌、肺腺癌和结直肠癌。
本文介绍了肿瘤微生物组的相关概念、来源和特征及检测方法。然后，我们描述了常见肿瘤中肿瘤微生物组的组成及其在塑造肿瘤微环境中的作用。肿瘤微生物组和免疫系统之间的相互作用可以调节宿主的抗肿瘤免疫，影响肿瘤治疗的疗效。理解肿瘤微生物组与肿瘤之间的相互关系，有助于为肿瘤的早期诊断和治疗带来新的突破。
▸ 肿瘤微生物的定义
“肿瘤微生物”，其定义为在肿瘤组织中发现的可影响癌症易感性和治疗反应的微生物。国际癌症登记协会(IARC)将11种微生物归类为人类致癌物。
其中包括7种病毒，即乙型肝炎病毒(HBV)、丙型肝炎病毒、人类嗜T细胞病毒、人乳头瘤病毒(HPV)、EB病毒、卡波西肉瘤相关疱疹病毒(KSHV)和默克尔细胞多瘤病毒(MCV)；三种寄生虫，即华支睾吸虫、埃及血吸虫和Clonorchis mukusicus；和一种细菌，幽门螺杆菌(Helicobacter pylori)。
术语“瘤内微生物群 ”和 “瘤内微生物组 ”经常被人们混用。在本文中，我们将前者定义为肿瘤组织内所有微生物(包括细菌、病毒、真菌、原生动物和古细菌)的集合，而后者包括肿瘤组织内所有微生物的基因组和产物，包括所有分泌毒素(如来自脆弱拟杆菌和具核梭杆菌的毒素)、代谢物(如短链脂肪酸)和氧化还原活性小分子(活性氧、活性氮)。
并且在本文的术语中，“肿瘤”主要是指癌症(恶性肿瘤)。尽管良性肿瘤(如子宫肌瘤)也含有微生物群，但关于良性肿瘤的微生物群和微生物组的研究较少。此外，良性肿瘤不具有转移特性，限制了对微生物组在转移中作用的探索。
▸ 肿瘤微生物的来源
肿瘤微生物群的来源可分为两类。第一类是“常驻”生物，它们栖息在人类生态位中，在正常情况下通常不会引起疾病。然而，在微生物组的整体扰动导致生态失衡(生态失调)之后，共生微生物群的比例被破坏，导致共生微生物易位，从而诱导肿瘤形成。
第二类由“外来入侵者”组成，例如致癌微生物和其他病原微生物。入侵的肿瘤微生物群可以根据入侵途径进一步分为三种类型。
（一）微生物通过粘膜屏障侵入
微生物群落栖息在人体的各种粘膜表面，形成不同的微生物组生态位。在健康状态下，微生物群保持动态平衡，调节免疫系统以抵抗外部病原体的定植，并抑制内源性微生物的致病潜力。
然而，微生物组成的破坏或这些群落的位移会导致生态位间微生物串扰，从而可能影响癌症进展。在肿瘤发生过程中，粘膜屏障的损伤(无论是由细菌还是其他因素引起)可能使粘膜微生物有机会侵入肿瘤组织，从而导致结直肠癌、胰腺癌、肺癌和宫颈癌等癌症的发展。
（二）源自邻近健康组织的微生物
一些研究发现，肿瘤组织的微生物群组成与邻近正常组织的组成非常相似。胰腺癌患者肿瘤组织和十二指肠组织之间的细菌DNA谱相似性表明胰腺组织中的细菌可能起源于十二指肠。
起源于口腔的具核梭杆菌(Fusobacterium nucleatum)可进入肠道并在结直肠癌内增殖，从而在肿瘤微环境(TME)内诱导免疫细胞激活。小鼠模型显示，具核梭杆菌通过将其粘附素Fap2与结直肠癌细胞上表达的糖分子Gal-GalNAc结合来定植结直肠癌组织，而Fap2缺陷细菌在这些小鼠中的定植受损。
同样，发现口服荧光标记的粪肠球菌(Enterococcus faecalis)从肠道转移到肿瘤外围，改变了肿瘤微生物组的基因组特征并调节免疫功能。
此外，与正常组织相比，肿瘤微环境(TME)的特点是免疫抑制和缺氧，这些条件更有利于微生物定植，因此假设肿瘤微生物群可能起源于正常组织。
（三）微生物通过血液迁移到肿瘤
血液是肿瘤微生物组的另一个潜在来源。由于肿瘤组织的丰富血管化，它们为微生物的生存和传播提供了合适的环境。红细胞在细菌易位中起着至关重要的作用，有助于免疫逃避。使用 16S rDNA 定量聚合酶链反应测定和 MiSeq 测序(16S 靶向宏基因组测序)证实了健康人血液中存在细菌，并且在红细胞中检测到的细菌 DNA 浓度高于血浆。
活细菌，如肺炎链球菌和金黄色葡萄球菌，已被证明存在于红细胞中。
源自口腔、肠道、呼吸道和其他区域的微生物可以通过血流运输到肿瘤部位，通过受损的血管浸润肿瘤。坏死肿瘤细胞碎片的趋化梯度可能引导从身体不同部位进入血液的微生物迁移到肿瘤。
例如，金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus) 的肺部感染已被证明会影响乳腺癌转移。结肠中的大肠杆菌(Escherichia coli)在结直肠癌期间破坏肠道血管屏障，进入血液，随后定植于肝脏，诱导转移前生态位的形成并促进肝转移。
★ 不同类型的癌症微生物群组成不同
许多研究已经确定了肿瘤组织内微生物组的存在，并强调了癌症微生物群的异质性。癌症微生物群是多种多样的，癌症微生物群的组成在不同类型的癌症之间，甚至在同一癌症的不同病理亚型之间也不同。
例如厚壁菌门(Firmicutes)和拟杆菌门(Bacteroidetes)是结直肠癌中最丰富的物种，而变形菌门(Proteobacteria)在胰腺癌的微生物群中占主导地位。肝细胞癌富含变形菌门、拟杆菌门和Patescibacteria。
不同的癌症类型承载着不同的微环境，具有不同的氧分压、血管生成能力和周围组织的微生物群，这会影响肿瘤微生物群的组成并产生肿瘤类型的异质性。
不同肿瘤类型中微生物群的组成
Ma Y,et al.Microb Pathog.2024
★ 癌症不同阶段的微生物群也存在变化
除了类型异质性外，癌症微生物群还表现出位点异质性和分期异质性。前者是指肿瘤组织和非肿瘤组织之间微生物群组成的差异，主要包括特定个体微生物的存在或生态失调。肿瘤组织中的微生物群多样性通常低于非肿瘤组织，这可能与肿瘤微环境中特定微生物的选择性扩增有关。
后者是指癌症发展不同阶段肿瘤微生物群的变化。在口腔鳞状细胞癌的进化过程中，癌前阶段(癌前病变)显示链球菌(Streptococcus)和罗氏菌(Rothia)的高富集。而在晚期癌症中，Capnocytophaga在肿瘤组织中富集。
★ 癌症微生物组与宿主之间存在双向作用
肿瘤微生物组和宿主之间的相互作用是双向的。
这种影响主要体现在两个方面：
首先，细胞内和细胞外肿瘤环境之间的生化和生物差异与细胞内和细胞外肿瘤微生物组之间的功能变化有关。例如，某些细菌可以在癌细胞侵袭过程中调节RhoA-GTP酶-Rock-肌动蛋白细胞骨架重塑途径，从而促进携带细菌的癌细胞远处转移——这是细胞内肿瘤微生物组特有的作用。
其次，肿瘤微环境对肿瘤微生物组产生选择性影响。不同微环境中血管生成、氧水平、微生物来源、内吞作用和胞饮作用活性的变化导致肿瘤内的微生物组成不同。
让我们一起来看下不同癌症中的肿瘤微生物组与宿主之间可能存在的相互作用。
结直肠癌(CRC)是全球最常见的肿瘤之一，也是与肿瘤微生物组密切相关的肿瘤之一。
菌群失调可能是结直肠癌的诱因之一
动态平衡的微生物群对人类健康有益，但菌群失调可能导致结直肠炎症、炎症性肠病，甚至结直肠癌。
一项对423名I-IV期结直肠癌患者的肿瘤组织和正常粘膜进行 16S rRNA 测序的研究发现，与正常肠粘膜相比，结直肠癌组织的α多样性降低，β多样性增加。
变形菌门、梭菌门、弯曲杆菌门在肿瘤组织中的含量增加，而拟杆菌门、厚壁菌门、疣微菌门、放线菌门和古细菌减少。
有益菌和有害菌在结直肠癌环境中的作用
Torres-Maravilla,et al.Microorganisms.2021
产生毒素的特定细菌诱导肿瘤的进展
结直肠癌患者富含特定菌群，包括产生肠毒素的脆弱拟杆菌(B.fragilis)、肝螺杆菌(Helicobacter hepaticus)、败血梭菌(Clostridium septicum)、粪肠球菌(Enterococcus faecalis)、具核梭杆菌(F.nucleatum)、大肠杆菌、无乳链球菌和幽门螺杆菌。
这些细菌可通过释放破坏宿主细胞基因组的毒素，激活STAT3、NF-κB、Wnt和SREBP-2途径、诱导COX-2表达、与TRL2和TRL4相互作用、刺激促炎细胞因子(IL-1β、IL-6、IL-8、IL-17、TNF-α和IFN-γ)产生、调节NLRP3炎症体活性，通过氧化应激活性氧(ROS)和活性氮(RNS)DNA损伤来促进肿瘤中炎性微环境的形成并导致免疫逃逸来影响肿瘤的发展。
由于肿瘤粘膜微生态中的病原体网络与肿瘤突变和代谢特征相关，我们预计肿瘤微生物群组成的分析可以预测接受切除的结直肠癌患者的预后。
肺癌是常见的恶性肿瘤之一，肺癌的发生与下呼吸道以及口腔、鼻腔、胃肠道的微生物群密切相关。
肺癌患者中Gemmiger、Blautia等菌增加
普雷沃氏菌属(Prevotella)、链球菌属(Streptococcus)和韦荣氏球菌属(Veillonella)常见于口腔中，在肺癌中的含量增加。
并且与良性肺病患者相比，肺癌患者发现的菌群之间存在高度差异，Capnocytophaga、Sediminibacterium、吉米菌(Gemmiger)、Blautia和颤螺菌属(Oscillospira)这几个细菌相对丰富。
与肺癌可能相关的微生物
从全球角度来看，假单胞菌、链球菌、葡萄球菌、韦荣球菌属和莫拉克斯氏菌属经常被报道为与肺癌最相关的微生物群。
Liu NN,et al.NPJ Precis Oncol.2020
通过qPCR确定，二氧化碳嗜纤维菌(capnocytophaga)和韦荣氏球菌在肺癌患者的唾液样本中含量更高，而奈瑟菌属的丰度相对较低，它们有可能用作肺癌早期检测的生物标志物和微生物组治疗的靶标。
对30项相关研究的荟萃分析发现，肺部感染结核分枝杆菌、非结核分枝杆菌和其他病原体会增加患肺癌的风险。
胰腺癌是一种主要起源于胰腺导管上皮及腺泡细胞的恶性肿瘤，起病隐匿，早期诊断困难，进展迅速，生存时间短，是预后最差的恶性肿瘤之一，被称为“癌中之王”。
胰腺中存在细菌，胰腺癌患者细菌更多
胰腺以前被认为是一个完全无菌的器官。然而，在2017年，在人胰腺癌组织中发现了γ-变形杆菌。随后，其他研究通过 16S rRNA 测序、NGS 和免疫荧光鉴定了胰腺癌中的肠杆菌科、假单胞菌属和变形杆菌科等细菌。
用16S rRNA基因特异性PCR对胰腺囊肿标本进行分析，发现优势菌：氨基酸球菌属(Acidaminococcus)，埃希氏菌属(Escherichia)，拟杆菌属(Bacteroides)，志贺氏菌(Shigella)。
最近，对胰腺癌样本进行的16S rRNA荧光探针和qPCR实验都证实，与正常人相比，胰腺癌患者中存在的细菌约为正常人的1000倍。
肿瘤微生物可引发炎症，促进胰腺癌变
此外，胰腺组织中的真菌组相比正常组织富集度增加了3000倍，主要成分为马拉色菌(Malassezia)。研究表明，马拉色菌属激活并结合甘露糖结合凝集素(MBL)蛋白，触发诱导胰腺癌的补体级联反应。
此外，肿瘤微生物组中的代谢物可以引发炎症和免疫抑制反应，并产生有利于肿瘤进展的免疫抑制微环境，促进胰腺癌变。
微生物组与胰腺癌发生的关系
Thomas R M, et al.Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology.2019
乳腺癌是常见的癌症之一，也是全球女性癌症相关死亡的主要原因。
乳腺癌组织中的微生物稳态受到破坏
与正常乳腺组织相比，乳腺癌组织中的细菌 DNA 总水平较低，并且这些水平随着癌症的进展而持续下降，这表明癌症可能会破坏微生物组稳态。此外，已经确定肠道微生物群中预先存在的干扰增加了乳腺癌细胞转移，但还需要更多的研究来确定这些发现在临床环境中的相关性。
进一步表征乳腺组织中的正常微生物群和乳腺癌组织中的群落结构变化，可能会确定乳腺癌预防和诊断的新靶点。
阴道微生物组影响卵巢癌、子宫内膜癌和宫颈癌的发生和进展。研究表明，阴道细菌多样性的增加和乳杆菌丰度的降低可能导致持续的HPV感染。
阴道微生物组与HPV感染、宫颈上皮内瘤变相关
评估了250名女性的阴道菌群，证明了阴道微生物组、HPV感染与宫颈上皮内瘤变之间存在联系。阴道微生物群以阴道加德纳菌为主，其次是 Lactobacillus iners、Lactobacillus crispatus、Lactobacillus taiwanensis。
与健康女性相比，子宫肌瘤(UF)患者的宫颈和阴道微生物群相互作用和相对微生物丰度发生了改变。Erysipelatoclostridium、Mucispirillum、Finegoldia相对丰富，而Finegoldia的丰度降低，这表明子宫肌瘤患者可能存在宫颈和阴道微生物群的生态失调。
促炎微生物群与前列腺癌有关
前列腺癌是男性人群中常见的癌症，前列腺癌和非前列腺癌患者的尿液测序显示，促炎微生物群与泌尿生殖系统感染和前列腺癌有关。
研究报告了前列腺癌中促炎拟杆菌和链球菌丰度的显著差异，叶酸和精氨酸途径显著改变。对前列腺肿瘤微环境的分析显示，与非肿瘤组织相比，肿瘤/肿瘤周围组织中的葡萄球菌(Staphylococcus)明显更多，而丙酸菌属(Propionibacterium)在所有测试的肿瘤/肿瘤周围和非肿瘤组织中最为丰富。
病例对照研究还发现，良性对照受试者和前列腺癌男性的肠道微生物组的组成有很大不同，这可能适应前列腺癌的发病机制和对其危险因素的进一步研究。特别是，与对照组相比，前列腺癌病例中Bacteroides massiliensis的相对丰度较高，而对照组中普氏栖粪杆菌(Faecalibacterium prausnitzii)和直肠真杆菌(Eubacterium rectalie)的相对丰度较高。
超过700种不同的微生物定植于人类口腔，健康人的口腔微生物群保持相对稳定。而口腔癌患者的口腔微生物群发生了变化。
口腔癌患者丰度和多样性比正常人群更高
对121例患者的分析显示，与健康个体相比，口腔癌患者的戴阿利斯特杆菌属(Dialister)含量显著增加，放线菌属、乳酸菌属和链球菌属丰度显著降低。牙龈卟啉单胞菌和核镰刀菌等主要牙周病原菌的慢性感染可增强IL-6-STAT3 轴信号传导并诱导口腔鳞状细胞癌。
使用16S rDNA测序来表征口腔鳞状细胞癌(OSCC)组织的微生物群，肿瘤部位细菌的丰度和多样性显著高于来自同一患者的正常组织样本。在OSCC样本中检测到梭杆菌属、卟啉单胞菌属、消化链球菌科、Flavobacteriaceae、Prevotellaceae和Campylobacteraceae，可能是诊断标志物和治疗靶点。
肿瘤微生物组与肿瘤发生、发展和转移密切相关，研究人员认为可以将多态性微生物组列为肿瘤的标志。接下来，我们将讲述肿瘤微生物组与肿瘤之间关系的代表性机制。
肿瘤微生物组与肿瘤密切相关
Ma Y,et al.Microb Pathog.2024
▸ 与肿瘤发生之间的关系
已被证明有助于肿瘤发生的肿瘤微生物组成分包括毒素、代谢物、酶和触发氧化应激的反应性小分子。这些物质可通过诱导基因组不稳定、表观遗传修饰和刺激宿主细胞的持续增殖而导致癌症。
细菌产生的毒素破坏基因稳定性并导致氧化应激
例如，由聚酮合酶阳性(pks+)大肠杆菌产生的大肠杆菌素和空肠弯曲菌分泌的细胞致死性膨胀毒素(Cdt)具有DNA酶活性，可以直接降解双链DNA，也可以导致DNA烷基化，从而在表观遗传水平上破坏基因组的稳定。
毒素介导的对DNA结构的间接损伤也可能是由反应性小分子的失衡引起的，例如脆弱拟杆菌毒素(BFT)，它通过增加活性氧(ROS)的水平来诱导宿主细胞中的氧化应激。
此外，许多研究证实了肿瘤发生与癌微生物群产生的代谢物之间的联系。黄曲霉毒素B1(AFB1)是黄曲霉的代谢产物，可与DNA中的鸟嘌呤残基形成DNA加合物并诱导DNA损伤，最终致癌。在肝脏中，细胞色素P450酶参与AFB的代谢，它经历环氧化并转化为具有遗传毒性的8,9-环氧化物。8,9-环氧化物随后形成DNA加合物并促进突变，导致肝细胞癌的发展。
丁酸表达异常可能导致上皮细胞过度增殖
丁酸盐是一种短链脂肪酸，由结肠中的细菌发酵可溶性纤维衍生而来，是首选的宿主能量底物，可抑制结肠癌的发展。
丁酸抑制组蛋白脱乙酰酶(HDACs)和 DNA 修复蛋白的表达，在表观遗传水平上调节细胞增殖和凋亡，并减轻淋巴瘤。然而，在错配修复缺陷(dMMR)小鼠模型中，丁酸与结肠上皮细胞的过度增殖有关。
除了遗传起源外，表观遗传，包括由DNA甲基化、组蛋白甲基化和组蛋白乙酰化驱动的表观遗传，可以驱动宿主细胞恶性转化为癌细胞。
致癌微生物会驱动肿瘤的发生
EB病毒(EBV)，也称为人类疱疹病毒4型(HHV-4)，是一种致癌病毒，可诱导表观遗传变化以驱动肿瘤发生。溶原性EBV可诱导基因组不稳定并改变免疫逃逸，而潜伏的EBV有助于肿瘤细胞获得干性。
注：肿瘤干性被认为是肿瘤发展的关键组成部分
具核梭杆菌(F.nucleatum)通过钙黏附蛋白(E-cadherin)和粘附A蛋白(FadA)与癌细胞或免疫细胞结合，并激活β-catenin和Wnt信号通路以促进癌细胞增殖。
微生物组产生的炎症反应会增加对肿瘤的易感性
肿瘤微生物组产生炎症反应，以增加宿主对肿瘤的易感性。肿瘤微生物群的抗原表位被肿瘤微环境(TME)中的模式识别受体(如Toll样受体)识别，并导致活性氧、细胞因子和趋化因子等炎症介质的诱导，触发促进血管生成、癌细胞增殖以及肿瘤生长和进展的信号级联反应。
口腔牙龈卟啉单胞菌在癌症和胰腺导管腺癌中定植，促进CXCR2介导的中性粒细胞浸润，增强中性粒细胞弹性蛋白酶分泌，重塑肿瘤的炎症微环境，从而导致癌症进展。结直肠癌中，牙龈卟啉单胞菌激活造血NLRP3炎症小体，招募髓细胞，创造促炎微环境，与结直肠癌的发展和不良预后相关。
Ma Y,et al.Microb Pathog.2024
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代谢物可能促癌也可能抑制癌症
重要的是要注意，代谢物的活性取决于肿瘤类型。色氨酸是变形杆菌和放线菌的能量来源，其代谢衍生物吲哚-3-醛激活肿瘤相关巨噬细胞中的芳烃受体(AHR)，改变炎症基因的表达，随后可能诱发结直肠癌。
相反，在黑色素瘤中，罗伊氏乳杆菌代谢产生的吲哚-3-醛通过IFN-γ激活CD8+T 细胞中的AHR并增强免疫检查点抑制剂的疗效，从而促进肿瘤治疗。
▸ 与肿瘤发展之间的关系
肿瘤微生物群及其结构成分调节宿主代谢和免疫力，从而影响肿瘤的发展。
抑制自然杀伤细胞并促进肿瘤发展
除了激活长链非编码RNA ENO1-IT1的转录并影响组蛋白修饰外，具核梭杆菌(F.nucleatum)还调节结直肠癌细胞中的糖酵解途径，抑制自然杀伤细胞的活性并促进肿瘤发展。
肿瘤微生物的作用在不同肿瘤中可能有所不同，而不同生物体也可能在肿瘤中产生相同的生理效应。
例如，食管癌中的具核梭杆菌(F.nucleatum)以趋化因子(CCL20)依赖性方式促进Treg淋巴细胞浸润到肿瘤中，从而增强了肿瘤的侵袭性。在结直肠癌中，具核梭杆菌通过CCL20诱导巨噬细胞M2型极化参与肿瘤转移。
口腔鳞状细胞癌(OSCC)是一种起源于口腔粘膜复杂鳞状上皮的恶性肿瘤。具核梭杆菌激活自噬途径可促进体内癌细胞的迁移和侵袭。
同样，产气荚膜梭菌肠毒素诱导紧密连接蛋白Claudin 4(CLDN4)的核转位，增强OSCC细胞的增殖、迁移和侵袭，抑制YAP1磷酸化，促进YAP1表达以驱动肿瘤进展。
▸ 与肿瘤转移之间的关系
癌症转移是指肿瘤从原发部位迁移到远端器官的复杂过程，形成继发性肿瘤，是恶性肿瘤的一个重要标志。在发现癌微生物组作为肿瘤成分后，多项研究表征了癌微生物组在肿瘤转移中的作用。
调节上皮-间充质转化的激活
上皮-间充质转化(EMT)是将上皮细胞转化为间充质细胞的过程，其特征是细胞间极性和粘附丧失，运动和迁移增加。EMT的激活是肿瘤适应恶劣环境以促进侵袭和转移的关键策略，也可以由肿瘤微生物组调节。
在口腔癌小鼠模型中，具核梭杆菌(F.nucleatum)分泌的外膜囊泡调节EMT相关蛋白的表达，上调波形蛋白和神经钙网蛋白(N-cadherin)的表达，下调E-钙网蛋白(E-cadherin)的表达，从而促进口腔癌转移。
白色念珠菌是口腔癌菌群的主要组成部分，分泌蛋白酶诱导上皮细胞整合素的变化，增加E-钙粘蛋白表达，增强口腔癌的EMT表型，并促进侵袭和转移。
定植于乳腺导管腺癌的产肠毒素脆弱拟杆菌(ETBF)分泌的毒素可影响 Slug 和 Twist(EMT 标志物)的表达，并激活 β-catenin 和 Notch1 信号通路，促进肿瘤转移。
驱动细胞因子产生刺激癌细胞增殖和迁移
在胰腺癌中，具核梭杆菌(F.nucleatum)通过Fap-2依赖性途径靶向胰腺癌细胞紧密连接。这种相互作用驱动细胞因子的产生，这些细胞因子刺激癌细胞增殖并促进通过自分泌和旁分泌途径的迁移，最终驱动恶性肿瘤进展。
此外，紧密连接的破坏会激活YAP信号转导，从而抑制FOXD3的表达，从而降低m6A甲基转移酶甲基转移酶样3(METTL3)的表达。这随后降低了m6A甲基化，并促进了靶驱动蛋白家族成员26B的表达，从而驱动结直肠癌转移。
分泌细胞外囊泡，促进胰腺癌转移
最后，胰腺肿瘤微生物群可以分泌小的细胞外囊泡(sEVs)，这些囊泡重塑细胞外基质，促进血管生成，并形成转移前生态位，促进胰腺癌转移。
与转移相关的肿瘤微生物群的研究
doi.org/10.1016/j.tcb.2022.11.007
对肿瘤微生物组及其异质性的研究发现了其在肿瘤诊断、预防和治疗方面的重要作用。
★ 有助于作为早期癌症的诊断标志物
迄今为止的研究表明，肿瘤微生物组可用作早期癌症诊断的标志物。幽门螺杆菌、梭杆菌、肠球菌属、沙门氏菌属、假单胞菌属和双歧杆菌属在特定的肿瘤部位富集，它们的检出可能用于诊断。
例如在原发性人类结肠癌和远处转移中检测到梭杆菌门(Fusobacteria)，而使用甲硝唑抗生素治疗可以消除梭杆菌，并减缓肿瘤生长速度。
肝脏中Stenotrophomonas maltophilia丰度的增加诱导了肝星状细胞的细胞衰老相关的分泌表型(SASP)，从而促进了肝癌发生。
微生物组对肿瘤细胞和免疫细胞的特异性机制
Ma Y,et al.Microb Pathog.2024
测序技术的广泛使用大大提高了我们研究肿瘤微生物组的能力。这些测序技术包括16S rRNA测序、DNA测序、下一代测序技术(NGS)、表观遗传学测序(例如染色质免疫沉淀测序和DNA/RNA甲基化测序)和三维(3D)基因组技术。
肿瘤内微生物的生物量相对较低，这导致了多路复用16S rRNA 测序方案的开发，以最大限度地减少污染并准确表征癌微生物组。
例如，利用qPCR和16S测序技术从肿瘤组织获取测序数据，并构建了一个表征肿瘤微生物组的数据库，实现了检测灵敏度103-104每克组织对应的细菌数。
宏基因组是一种针对样本中所有DNA的非靶向测序方法，包括微生物群落的全基因组序列，广泛应用于复杂微生物组的分析。宏基因组的分辨率更高，可以达到物种甚至菌株水平。此外，宏基因组学可以提供功能信息。最近的研究表明，宏基因组数据涵盖了更多类型的癌症，这可能促进肿瘤内微生物群领域的新进展。
代谢组学，特别是质谱法，可以检测和表征人类微生物群产生的小分子，并了解这些微生物代谢物的功能作用。这提高了我们研究肿瘤微生物群的能力，并可能开发出非侵入性的诊断性肿瘤生物标志物。
微生物产生的多种细胞毒性代谢物在肿瘤发生和发展中起着至关重要的作用。单一的实验技术可能不足以完全解释肿瘤和微生物之间的复杂相互作用，需要基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学的组合来了解各种代谢物在调节肿瘤发生和发展中的作用。
肿瘤微生物组检测技术
Ma Y,et al.Microb Pathog.2024
▸ 微生物组在癌症治疗中的作用
现有的癌症疗法很多，化疗、放疗等方式虽然有效，但副作用较多；免疫疗法有其局限性，有效率低且针对癌症类型有限。
靶向肿瘤微生物组的治疗方法可能通过增强宿主抗肿瘤免疫、诱导肿瘤细胞焦亡、促进CD8+ T 细胞活性以及避免干扰健康组织及其相关微生物群来改善肿瘤的治疗。
肿瘤微生物组在肿瘤治疗中的应用
Ma Y,et al.Microb Pathog.2024
例如：(A)将基因工程减毒细菌菌株VNP20009直接递送到肿瘤发生部位，以及caspase-3凋亡酶活性的增加和促凋亡蛋白 Bax 的表达，显著诱导小鼠胰腺肿瘤细胞坏死，可作为杀死胰腺肿瘤的有效药物。
(B)甲硝唑-氟尿嘧啶利用增强的渗透性和保留作用，靶向肿瘤中的微生物群和肿瘤细胞，可以有效地从结直肠癌癌症组织中去除具核梭杆菌(F.nucleatum)，具有低毒性和副作用。
(C)ONCOTECH(溶瘤病毒T细胞嵌合体)递送技术不仅增强了溶酶体病毒的靶向递送，而且改善了肿瘤微环境，能够在肿瘤中诱导长期免疫记忆。
(D)M13噬菌体特异性结合具核梭杆菌，在其表面外壳蛋白上静电组装银纳米粒子(AgNP)(M13@Ag)，从肿瘤中去除具核梭杆菌，导致肿瘤部位髓系衍生抑制细胞(MDSC)减少。
除此之外，许多研究和谷禾的检测数据发现肠道微生物群可以调节癌症治疗，针对性地提高治疗效果并预防不良反应。
减轻化疗副作用，提高治疗效果
一些证据清楚地表明，调节肠道菌群可以减轻化疗药物的副作用，提高治疗效果。
减轻放疗毒性
在进行异基因造血干细胞移植预处理过程中，观察到患有白血病的患者的粪便样本中存在着毛螺菌科(Lachnospiraceae)和肠球菌科(Enterococcaceae)。这些患者在接受全身放疗治疗时出现的肠道毒性较轻。
几项研究表明，产生短链脂肪酸的益生菌，如乳酸杆菌和双歧杆菌，可以预防全身放疗治疗毒性。可能对癌症免疫和治疗毒性产生复杂影响，包括粘膜保护作用，部分由ANGPTL4、IL-18和IL-22的诱导介导，以及通过Treg细胞诱导和抑制树突状细胞功能介导的对立的免疫调节效应。
影响免疫疗法的效果
当前的癌症免疫疗法集中于利用特异性抗体来自我调节癌症免疫周期，这确保了应答的传播而没有生物中断。
微生态的改变会中断和削弱化学信号，导致致病状态，包括与炎症相关的疾病和癌症。
肠道微生物群对抗癌免疫反应的调节活性也与通过微生物群影响PD-L1和CTLA-4抑制剂的疗效有关。当与双歧杆菌的口服给药相结合时，PD-L1特异性抗体疗法的给药可以显著调节肿瘤的发展，在小鼠模型中肿瘤的生长几乎被消除。
我们预计肿瘤微生物组的研究将继续引起关注。然而，肿瘤微生物组在肿瘤预防和诊断中的应用，还存在着一些挑战。包括以下几点：
（一）人类微生物组在健康人群中的差异
同一个体在不同年龄的微生物组组成是可变的，更不用说不同个体中的微生物组成差异。部分原因是微生物组受饮食习惯、生活环境、药物暴露、生活方式和其他因素的影响。
因此，一个重大的挑战是根据微生物组的变化来确定个体的健康状况和癌症风险。未来，研究应探索肿瘤微生物组与环境、饮食和个人因素之间的相互作用。
（二）肿瘤微生物组的内容非常多样化
迄今为止已发表的大多数研究主要集中在细菌组上，而分析真菌组或病毒组的研究较少。此外，缺乏关于微生物组在非粘膜器官来源的肿瘤发展中的作用的数据。对肿瘤微生物组中微生物之间的关系也了解有限。例如，目前尚不清楚肿瘤微生物组中不同种类的细菌和真菌以及不同的病毒家族是相互独立的、协同的还是拮抗的。
（三）缺乏微生物代谢物等机制细节
尽管一些研究已经阐明了微生物改变肿瘤发生和发展的机制，但大多数仅具有相关性，缺乏与肿瘤发生因果关系的直接证据。特别是，其中许多研究无法确定微生物在肿瘤中定植的时间点。并且缺乏机制细节，主要集中在微生物种类的检测上，而忽略了分泌的毒素、代谢物和其他产物的功能。
未来的临床进展需要更精确地鉴定细菌分类单元对癌症早期诊断和治疗的因果关系，并了解其作用机制，因此需要进行更广泛的试验。改进的细菌可能作为抗癌药物，甚至可被改造成“微型机器人”用于药物传递。
总体而言，这一领域的发展为癌症患者提供了新的治疗选择和希望，但也需谨慎评估和监测以确保安全性和有效性。
微生物群在开发癌症诊断和抗癌策略中的重要性和潜力值得强调，将微生物调节疗法纳入癌症管理的整体方法很有必要。未来，我们有望实现更精准和个性化的菌群调节策略，为癌症治疗带来更大突破。
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谷禾健康
癌症是一种复杂的疾病，归因于多因素变化，导致治疗策略困难。
90%的癌症患者死于复发或转移。癌症转移是恶性肿瘤进展的关键步骤，由癌细胞内在特性和外在环境因素决定。
一些微生物组通过诱导癌性上皮细胞和慢性炎症促进癌发生、癌症进展和调节癌症治疗。
关于微生物群在肿瘤发生和临床效率中的作用的大部分认知都与肠道微生物群有关。
然而，研究也证实了肿瘤内微生物群在癌症中的作用。近年来，肿瘤内微生物群已被确定为肿瘤的一个组成部分，并可能在功能上调节转移的各个方面。
肿瘤内微生物群与区分正常组织与癌组织、药物反应者与无反应者癌症、良好与不良预后、转移性与非转移性癌症有关。
肿瘤内微生物群的调节可以减少癌症转移，阻止癌症进展，并重新编程免疫反应。
本文主要集中于肿瘤内微生物群的发现和表征及其在肿瘤转移过程中的独特功能，并讨论了癌症治疗的挑战和意义。
癌症转移通常被定义为：
肿瘤从原始肿瘤部位转移到远端器官的多步骤过程。
这一过程涉及几个步骤，包括入侵、传播、血管内、外渗、定植。
转移的一个关键特征是其极低效率，这是由于癌细胞在成功到达并定居目的地之前，需要应对许多物理、化学和生物挑战。
转移级联期间的应激源包括：
• 细胞外基质(ECM)僵硬
注：肿瘤细胞外基质的硬度约为周围正常组织的1.5倍
• 失巢凋亡
注：失巢凋亡是由于细胞与细胞外基质和其他细胞失去接触而诱导的一种特殊的程序化细胞死亡形式，在机体发育、组织自身平衡、疾病发生和肿瘤转移等方面起重要作用。
• 流体剪切应力
注：压缩、拉伸、剪切力导致的组织变形导致组织液在细胞周围运动。
• 化疗
注：使用化学治疗药物杀灭癌细胞达到治疗目的。
• 免疫监视
注：免疫系统具有识别、杀伤并及时清除体内突变细胞,防止肿瘤发生的功能,称为免疫监视。
确定转移效率的关键是：
了解早期转移细胞如何能够抵抗这些挑战并增强其对不同环境的适应性，以及每种类型的压力对最终转移效率的影响程度。
转移是一个低效的多步骤易位过程
doi.org/10.1016/j.tcb.2022.11.007
新的研究扩大了我们对转移的认知。例如，研究表明转移开始发生在肿瘤进展的非常早期。
集体侵入相邻组织
在这些转移细胞到达远端器官之前，癌细胞甚至可以通过分泌成分远程准备转移前生态位（PMN）。当转移细胞开始迁移时，它们通常会集体侵入相邻组织，并作为寡克隆细胞簇在血流中传播，以增强其定植新生态位的能力。
doi.org/10.1016/j.canlet.2021.09.009
改变代谢程序，逃避免疫监视
这些先驱转移起始细胞改变它们的代谢程序以增强它们的转移潜能，并且可以逃避免疫监视并长时间保持休眠状态，直到开始分裂。
转移能力高度依赖于癌细胞内部细胞特性
这些研究使我们对转移细胞生存策略的理解更进一步，并证实了癌细胞转移能力高度依赖于癌细胞内部细胞特性的观点，例如 EMT 状态、干细胞可塑性、遗传学、表观遗传学、染色体不稳定性和代谢适应，以及环境因素，如机械压力、免疫反应、ECM、PMN 和肠道微生物组。
那么，癌细胞获得这些转移性状的驱动力是什么？
在实验上，肿瘤内微生物群已被确定为组织的一个组成部分。这些肿瘤内细菌是癌症进展不同阶段的新参与者，可以从外部相互作用和细胞内部影响癌细胞。
下面一个章节，我们来看肿瘤内微生物群是什么，有什么作用？
我们知道，已经有越来越多的文章阐述肠道微生物组在癌症进展中的作用，这方面我们的理解在迅速增长，然而我们对肿瘤内微生物群的理解仍处于初级阶段。
近期与转移相关的肿瘤内微生物群的研究
doi.org/10.1016/j.tcb.2022.11.007
人类组织，包括癌组织，通常被认为是无菌的，除了结肠、皮肤和口腔。
▸ 肿瘤内微生物群
癌症生物学的最新概念进展是，鉴定出癌症组织中存在微生物群。这些肿瘤组织驻留细菌被归类为“肿瘤内微生物群”。
我们知道，肠道微生物群可以通过代谢产物或通过与免疫细胞的相互作用，远距离影响肿瘤组织。
而肿瘤内微生物群与癌细胞密切接触，因此可能与肠道微生物群有不同的功能模式。
我们其他文章有对肠道微生物组在癌症诊断、预后和治疗反应中的作用进行详细介绍：
肠道微生物群与五种癌症的相互作用：致癌 -> 治疗 -> 预后
因此，本文主要集中于肿瘤内微生物群的发现和表征及其在肿瘤转移过程中的独特功能。
▸ 肿瘤内微生物群发现的证据：
-早前提出假设
一百多年前，威廉·科利发明了科利毒素（化脓性链球菌和粘质沙雷菌的混合物）来治疗一位癌症患者，并观察到肿瘤消退。
他假设“每一种恶性肿瘤都可能有外源性或微生物来源”。然而，在这个假设之后的几十年里，没有直接证据表明肿瘤内细菌的存在。
瘤内微生物群研究的重大突破包括发现、机制等成果
doi.org/10.1002/advs.202200470
-攻克瘤内微生物的检测技术挑战
到现在，下一代测序技术 (NGS) 能够使用 16S rDNA 测序将细菌 DNA 与肿瘤组织区分开来，然而，由于瘤内细菌丰度低和宿主基因组污染严重，从组织处理或试剂中引入的环境噪声信号使数据收集变得复杂，因为它们会掩盖组织的真实微生物概况并削弱结论的稳健性。
这些技术挑战在过去几年已被攻克，多个研究小组报告了大量数据，进一步支持瘤内微生物群的存在。此外，生物信息学微生物特征能够区分健康个体和癌症患者。
doi.org/10.1016/j.canlet.2021.09.009
识别肿瘤微生物组为癌症研究领域开辟了新的机遇。更好地表征肿瘤内微生物组可能会导致开发新的治疗方法，从而克服传统的癌症治疗方法。下一代测序方法，包括 16S 扩增子测序，可以在组织提取和石蜡固定后，将肿瘤内细菌精确地聚集在确定的细菌亚群中。
此外，宏基因组学对于肿瘤内微生物的鉴定也很重要。
宏基因组
宏基因组是一种针对样本中所有 DNA 的非靶向测序方法，包括微生物群落的全基因组序列，广泛应用于复杂微生物组的分析。宏基因组的分辨率更高，可以达到物种甚至菌株水平。此外，宏基因组学可以提供功能信息。
此外，宏基因组学可以与转录组分析结合使用，以消除死亡微生物和细胞外DNA造成的干扰。
最近的研究表明，最新的宏基因组数据涵盖了更多类型的癌症，这可能促进肿瘤内微生物群领域的新进展。
在瘤内微生物研究中，宿主DNA和环境微生物DNA的污染是最大的障碍。因此，需要开发从 TCGA 中丢弃不可信数据的方法。
在一项分析多种癌症的研究中，研究人员删除了总序列数据的 92.3%，以确保分析中数据的可靠性。2021 年，Dohlman 等人开发了一种去污染算法，可以去除 TCGA 数据中的污染。
随着这些方法的发展，宏基因组学可以为肿瘤内微生物群的研究提供更有力的支持。
▸ 细菌是各种癌症类型中肿瘤组织不可或缺的组成部分和活的居民
各种癌症类型有不同的微生物群。
肿瘤内微生物群的组成与许多类型的癌症有关。器官和组织包括食道、肺、乳腺、前列腺、膀胱、胃、肾、肝、胰腺等，以前被认为是无菌的。下一代测序显示这些器官含有低生物量微生物群。瘤内微生物组是肿瘤微环境的主要组成部分，影响肿瘤发生、疾病进展、耐药性和预后。
不同癌症类型的肿瘤内微生物群生态位
Liu J, et al., Biomark Res. 2022
在暴露于环境的组织（如肺癌和黑色素瘤）中并未发现微生物群丰度最高，而是在乳腺癌，骨癌，胰腺癌中。这表明肿瘤内微生物群的丰度是肿瘤特异性的。
作为癌症生态系统不可或缺的组成部分的肿瘤内微生物群
doi.org/10.1016/j.tcb.2022.11.007
如果肿瘤内微生物群存在于广泛的癌症类型中，那么它们来自哪里？
很少有研究专门去调查其原始来源。然而，对来自肿瘤组织的分离细菌菌株的分析提供了一些见解。
在小鼠乳腺肿瘤中，在正常组织对应物中检测到肿瘤内细菌菌株，这表明肿瘤组织从周围组织获得某些细菌。这些细菌菌株在体内的主要栖息地是多种多样的，有皮肤上的葡萄球菌、口腔中的链球菌和肠道中的肠球菌。
鉴于细菌具有在组织之间传播的能力，肿瘤内微生物群可能有多个起源。对鼻咽癌的分析表明，瘤内细菌主要来自鼻咽部，一小部分来自口腔和肠道。
* 也需要通过宏基因组比较和基因追踪分析来进一步加强。
肿瘤内微生物群的来源
doi.org/10.1002/advs.202200470
A) 通过粘膜屏障从粘膜部位产生的肿瘤内微生物
B) 从正常邻近组织产生的肿瘤内微生物
C) 肿瘤内微生物是血行传播的结果
瘤内细菌的共同特征
1- 丰度低
它们在癌组织中的丰度远低于肠道中的丰度，根据 qPCR 定量和成像定量，0.1-10% 的癌细胞携带细菌，不同的量化方法和/或细菌 DNA 的提取效率引入了差异。
2- 多样性低
癌组织中微生物群落的多样性通常低于正常组织，这表明肿瘤可能形成一个独特的环境，选择性地扩展某些细菌种类。
3- 活的
这些细菌是活的。主要是主要存在于细胞内空间的共生生物。癌组织中不同的细菌栖息地可能与其在与癌细胞相互作用时的多效性作用模式有关。
细胞内外微生物群功能不一
鉴于细胞内和细胞外空间之间存在巨大的分子、生物化学和生物物理学差异，在肿瘤起始、肿瘤进展过程中，与细胞外肿瘤驻留微生物群 (ExTM) 相比，细胞内肿瘤驻留微生物群 (InTM) 可能具有完全不同的功能和免疫相互作用。
长期以来，细胞内细菌一直被研究为参与病原体-宿主相互作用的致病菌菌株。致病菌通过“触发”或“拉链”模式侵入宿主细胞，并能够迅速破开核内体膜进入细胞质。
肿瘤内共生细菌是遵循相同的原则还是使用不同的机制来侵入癌细胞？这方面仍知之甚少。在特定的癌症类型中，如乳腺癌，肿瘤内微生物群落主要以革兰氏阳性和兼性厌氧细菌为主，这表明肿瘤微环境具有选择效应。
不同的肿瘤类型具有不同的血管生成和氧水平、内吞作用和微胞作用以及周围组织中的微生物来源。这些因素共同决定肿瘤内微生物群的组成，并形成肿瘤类型特异性特征。
肠道菌群刺激特定代谢物的产生，调节免疫系统，并重建远端器官的微环境。相比之下，专门研究肿瘤内微生物群在癌症转移中的作用的研究有限。
这个领域的研究还比较浅，缺乏合适的实验工具来准确和特异性地调节肿瘤内的微生物群，同时又不扰乱身体其他部位的共生细菌。这个问题可以通过使用各种抗生素给药方案、使用无菌小鼠和原位细菌再给药来部分解决。
越来越多的证据证实，瘤内细菌可以调节癌细胞的内在特性及其外部环境，从而增强癌细胞的能力并为癌症转移铺平道路。
为了克服转移过程中的物理、化学和生物学挑战，癌细胞通常会改变其内在程序以应对不利的环境。这些包括干细胞程序/可塑性（用于新位点的肿瘤起始）、EMT 程序（用于癌症侵袭和传播）、粘附程序（防止失巢凋亡诱导的细胞死亡）和机械应激反应程序（抵抗机械力诱导的损伤） 。
研究表明，这些程序也可以通过肿瘤内微生物群进行调节。
肿瘤内微生物群改变癌细胞的内在特性并重塑转移中的肿瘤微环境
doi.org/10.1016/j.tcb.2022.11.007
我们先来看看，EMT程序是什么？
EMT程序赋予癌细胞迁移性间充质特征，具有松散的细胞间粘附特性，可动员癌细胞进行侵袭和扩散。这是由 TGFβ 信号通路的激活和与 Zeb、Twist 和 Snail 相关的协调转录程序驱动的。
微生物群和EMT程序之间有关联吗？
答案是肯定的。多项研究表明微生物群与 EMT 之间存在相关性。
在人类乳腺癌细胞系中，肿瘤驻留脆弱拟杆菌分泌的毒素诱导迁移和侵袭表型，EMT 相关的 Slug 和 Twist 的表达升高。在位于乳腺导管的肿瘤细胞中，脆弱拟杆菌的定植刺激了远端器官转移的增强。
这种功能调节是否仅限于细胞外肿瘤驻留微生物群，还是也适用于细胞内肿瘤驻留微生物群，以及不同的肿瘤驻留细菌对 EMT 的影响有多普遍，仍然是一个悬而未决的问题。
然而，有证据表明，脂多糖能够在依赖于 TLR-NFκB 通路的正常人肝内胆管上皮细胞中诱导 EMT.
在 EMT 驱动的小鼠结肠癌模型中，微生物群的存在对于肿瘤的发展至关重要。
这些研究支持组织驻留微生物群与 EMT 计划之间存在联系。
癌细胞的可塑性和干性是转移启动的另一个重要因素。
研究发现，脆弱拟杆菌毒素可以裂解 E-cadherin，触发下游 β-catenin 核定位，伴随 Notch 效应子 NICD 在乳腺癌中的核聚集。
在小鼠移植肿瘤模型中，Wnt 和 Notch 信号通路的后续激活，导致干性和肿瘤生长以及转移进展。
在自发性 MMTV-PyMT 乳腺肿瘤模型 [具有多瘤病毒中间 T 抗原 (PyMT) 的小鼠乳腺肿瘤模型在小鼠乳腺肿瘤病毒 (MMTV) 长末端重复序列下表达]，各种肿瘤驻留细菌物种侵入 PyMT 癌症细胞触发了乳腺干细胞程序的富集。 由于与细菌侵入的癌细胞的体内分离相关的挑战，尚不清楚干细胞程序是否可以在生理细胞环境中被肿瘤内细菌激活。
癌细胞渗入血流引发细胞死亡程序
癌细胞渗入血流伴随着粘附丧失，这通常引发失巢凋亡，或其他形式的细胞凋亡的细胞死亡程序。癌细胞表面粘附分子的表达增强了它们的存活，并防止了转移失败。
在人类结直肠癌细胞系中，结直肠癌中常见的具核梭杆菌通过上调粘附分子 ICAM1 显着增强癌细胞对内皮细胞的粘附。这种增强的粘附力使癌细胞能够在尾静脉注射测定中外渗并引发新的转移灶。ICAM1 的上调部分是通过细菌依赖性激活 Alpk1-NFκB 通路实现的。
循环癌细胞受机械应力的影响导致细胞损伤
除了失巢凋亡依赖性细胞死亡外，循环癌细胞还会受到血液中各种机械应力的影响，从而导致细胞损伤，例如流体剪切应力，并在远端器官中，导致结构限制。
这些应激源部分被粘附分子（如整合素）感知，由 RhoGTPase 信号级联传递，并由 Yap/Taz 转录因子协调。
小鼠肿瘤模型的新发现表明，InTM 在侵入宿主癌细胞时会触发流体剪切应力反应，并且这种反应与细菌物种促进转移的能力相关。
被细菌侵入的癌细胞可以携带细菌，游走至远端器官，促进癌细胞的存活。这种表型是 InTM 特有的，因为通过调节 RhoAGTPase-Rock-actin 细胞骨架重组途径，癌细胞变得更能抵抗机械应力。引发这种反应的细菌机制仍不清楚。
然而，从肉毒梭状芽胞杆菌中分离出来并被多种细菌共享的 ADP-核糖基转移酶 C3 胞外酶是一个潜在的候选者，因为 C3 对细胞是不可渗透的，并且与膜穿透肽融合的 C3 经常被细胞生物学家用来解离肌动蛋白应力纤维并增强细胞扩散。
除了直接调节癌细胞外，瘤内细菌是重要的炎症介质，可以在癌细胞周围形成特定的微环境，从而间接促进癌症转移。
调节 PMN 的关键因素之一是细菌本身
结直肠癌研究表明，肿瘤驻留细菌能够通过毒力因子 VirF 调节肠道血管屏障。PV-1 表达升高的血管屏障受损，促进了细菌从原发性结直肠肿瘤传播到肝脏，并在癌细胞到达之前建立了 PMN.
注：PMN-迁移前生态位
患者体内较高的 PV-1 水平与较高的细菌负荷和较远的转移有关。这种依赖于细菌的 PMN 远程控制是一个新概念，可能对癌症以外的疾病有影响。
肿瘤外泌体可以调节 PMN 并决定转移器官的趋向性
肿瘤外泌体含有多种功能性脂类、蛋白质、RNA和DNA，释放到细胞外环境中调节靶细胞，重塑微环境。
源自具核梭杆菌侵入的人结直肠癌细胞，分离出含有 miR-1246/92b-3p/27a-3p 和 Cxcl16 的外泌体。这些外泌体在调节结直肠癌细胞迁移方面发挥作用，并通过靶向 GSK3β 激活 Wnt-β-catenin 信号通路显著增加肺转移。
这意味着邻近的癌细胞不一定需要被细菌侵入才能转移；相反，它们也可以通过旁分泌外泌体信号来动员以启动转移。
瘤内细菌最显着的特征之一是它们可以被免疫系统识别，从而触发特定的免疫反应
有许多关于肠道菌群失调与异常免疫反应之间关联的报道，但肿瘤内微生物群在调节免疫系统中的作用仍不清楚。
一方面，抗生素治疗和细菌再给药试验显示肿瘤内细菌抑制免疫反应的证据
在乳腺癌中，瘤内具核梭菌以免疫介导的方式加速肿瘤进展和肺转移，瘤内给药具核梭菌减少浸润的 CD4+ 和 CD8+ T 细胞。
在小鼠黑色素瘤癌症模型中，肺组织的抗生素治疗降低了细菌负荷，显示出调节性 T 细胞减少，T 细胞和自然杀伤 (NK) 细胞活化增强，同时肺转移显着减少。
在转基因小鼠肺癌模型中，肺部共生细菌激活了 γδT 细胞，这是一种 T 细胞亚群，通过刺激骨髓来源的 IL1β 和 IL23 并引发肿瘤炎症来促进淋巴和骨髓谱系的炎症反应。
另一方面，肿瘤内细菌可以触发抗肿瘤免疫。
例如，益生菌（鼠李糖乳杆菌）的施用强烈促进了针对小鼠黑色素瘤肺转移的肿瘤免疫。
此外，瘤内注射双歧杆菌可刺激 STING 通路，增加树突状细胞数量，并促进基于抗 Cd47 的免疫治疗。
因此，肿瘤内细菌的免疫调节作用是复杂的，并且依赖于环境，并且可能是细菌物种特异性的和/或受其细胞内/细胞外居住状态的高度影响。
传统癌症疗法的限制
迄今为止，主要的癌症疗法基于手术、放疗和化疗。尽管对大多数确定的肿瘤有效，但它们都有缺点，依赖于冗长、乏味的程序，非特异性地对抗肿瘤，通常无法区分恶性组织和健康组织。
由于缺乏对肿瘤样区域的特异性，某些癌细胞得以存活并定植在附近的组织中，从而导致潜在的癌症复发。靶向健康组织可能会产生意想不到的副作用，从而导致严重的致癌 DNA 损伤。
所有这些缺点，加上对治疗产生耐药性的持续风险，与癌症死亡率和发病率的增加有关。
90%的癌症患者死于复发或转移。
肿瘤内微生物群的作用可以通过具有肿瘤内微生物群信息的癌症患者的生存数据来评估。
在胰腺癌患者中，与短期幸存者相比，长期幸存者往往具有更高的微生物群落多样性。
此外，肿瘤内微生物群特征（假黄单胞菌Pseudoxanthomonas–链霉菌Streptomyces–糖多孢菌Saccharopolyspora –克劳氏芽孢杆菌Bacillus clausii）被确定与生存相关。
在其他癌症类型中，尽管样本量有限，但据报道特定的肿瘤内微生物组特征也与转移有关。
在对 800 多个患者样本进行分析的鼻咽癌临床研究中，肿瘤内细菌载量被确定为一种强有力的预后工具，可以区分恶性进展的风险。这些研究证实了肿瘤内微生物群的预后价值，并支持其在临床肿瘤进展中的作用。
然而，在临床上特异性调节肿瘤内微生物群具有挑战性。
有几项关于抗生素治疗和癌症风险、癌症反应和生存的回顾性研究，但它们很少专门设计用于剖析肿瘤内微生物群的消除和患者预后。
这些广泛的抗生素治疗数据分析报告了癌症发病率的增加和对免疫疗法的一般反应受损。鉴于已经确定肠道微生物组与免疫检查点抑制剂治疗密切相关，目前尚不清楚肠道肿瘤微生物组在调节癌症进展方面是否具有相似或不同的作用。
相比之下，一项胰腺腺瘤研究表明，抗生素治疗与晚期转移性胰腺导管腺癌的更好预后相关。
鉴于抗生素在效力、吸收效率、细胞渗透性以及给药途径和时间窗的可变性方面存在巨大差异，所有这些变量都可能导致肠道微生物组和细胞内/细胞外肿瘤微生物组概况的根本差异。因此，迫切需要精心定义的肿瘤内微生物群调节临床研究集。
肿瘤内微生物群数据在癌症筛查和治疗中的应用
Liu J, et al., Biomark Res. 2022
A) 来自临床样本的数据可能有助于开发新的癌症筛查和预后，包括来自肿瘤部位和易于获取的样本的微生物群模式。
B) 肿瘤内微生物群可用于癌症治疗，包括工程菌、饮食调节、粪便微生物组移植、抗生素和肿瘤内微生物组注射等。
新兴研究揭示了肿瘤内微生物群在癌症转移的各个步骤中的生物学功能。这些肿瘤内微生物群不仅是肿瘤环境的传感器、肿瘤病理类型、药物反应和预后的指标，而且在功能上也参与肿瘤进展。
肠道细菌的宿主内进化会导致共生菌株变成致病。因此，需要进一步的研究来测试肿瘤内细菌促进癌症转移的能力是否源于细菌进化。这或许可以解释不同的细菌种群及其在正常组织和癌组织中的各种功能，以及为什么某些肿瘤类型比其他肿瘤发展得更快。
未来，肿瘤内微生物领域将受到更多关注，该领域有四个方面可能成为未来研究的重点：
肿瘤内微生物群可以作为癌症筛查的生物标志物。
包括肿瘤内微生物组衍生的个性化数据，这些数据可以将食管癌、胰腺癌、肺癌和口腔癌患者与健康人区分开来。分析肿瘤内微生物群特征，可能为患者的预后提供潜在的生物标志物。
此外，肿瘤内微生物群为癌症治疗带来新的机遇。
考虑到肿瘤内微生物群的异质性，个性化治疗策略因其高效和靶向作用而具有吸引力。
肿瘤内细菌的细胞外和细胞内定位使它们成为药物载体的完美候选者，可以在肿瘤细胞内外递送，以倒带细胞间和细胞内信号网络。
与其他抗肿瘤疗法一样，细菌疗法和抗生素也可以与其他疗法结合使用，例如免疫疗法和化学疗法。
使肿瘤内微生物群正常化和移植某些微生物也是提高抗肿瘤治疗效率的潜在策略。
癌症疗法正面临着巨大的转变：传统疗法正逐渐被更精确和复杂的疗法所取代。了解肿瘤内微生物群对癌症发生和发展的不同贡献，将有助于制定癌症预防和治疗策略。
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