细菌促进乳腺癌的转移

我要为你介绍的第二项研究，来自西湖大学蔡尚研究员团队，相关研究发表在2022年4月14日的《细胞》杂志 [10]。这项研究试图说明这样一个问题：细菌在乳腺癌转移过程中起到了什么作用？

乳腺癌、细菌，这两个概念似乎从根子上就联系不到一起去。我们知道乳腺癌是全球女性最常见的癌症类型。近年来全球每年都有超过200万人患上乳腺癌，中国的患病人数占比约1/5 [11]。这种疾病主要是由女性乳房中的乳腺导管细胞或者小叶细胞发生基因变异、细胞不受控制的大量繁殖所引起的。而人体中当然也有大量的细菌，据估算总数量有几十万亿个，甚至可能还超过了人体细胞的总数量。但绝大多数细菌都寄生在皮肤、口腔、肠道当中——所以有时候人们甚至会把人体的寄生细菌直接叫做 “肠道菌群”。这些肠道细菌对人体的健康确实有不少影响，比如食物的消化吸收、特定营养物质的合成（如维生素K）、人体免疫机能，甚至还有大脑发育和精神疾病方面的影响。也确实有证据表明肠道菌群的异常和肠癌的风险和预后有关 [12]。但要说它们和距离甚远的乳腺癌有关，还是太玄乎了一点。

但在2020年前后，几个实验室先后发现在肠道之外，比如肺癌、乳腺癌等等，肿瘤组织内部也能找到某些细菌的存在 [13-14]。但在这些组织内部，细菌的数量过于稀少，检测难度很大，也一直有人怀疑这些发现其实是实验过程被污染的结果。肿瘤组织内部为什么会出现细菌也更是让人一头雾水——一个自然的猜想是肿瘤的发生就是这些细菌的入侵引起的，但也完全有可能是肿瘤组织的异常生长给了细菌寄生的机会，或者仅仅是巧合而已。

蔡尚实验室的这项工作就是针对这一系列问题展开的。他们使用了一种能够自发出现乳腺癌的转基因小鼠（MMTV-PyMT模型），然后开发了非常灵敏的检测手段，用基因测序和细菌培养的方法证明，这些小鼠乳腺肿瘤组织里的细菌含量确实比正常乳腺组织提升了接近10倍。当然即便如此，细菌的含量——大约1克肿瘤组织有一万多个细菌——还是非常低的，要知道1克肿瘤组织里人体细胞的数量都有上百万个了。加上肿瘤组织里的细菌本身也都是人体比较常见的细菌类别，比如肠球菌、葡萄球菌、乳杆菌、链球菌等。也因此之前存在不少模糊和争议地带。

更进一步的，研究者们还用灵敏的光学成像技术直接看到了乳腺癌组织里稀疏分布的细菌。一个惊人的发现是：绝大多数（97.25%）肿瘤组织里的细菌都位于肿瘤细胞内部——用能够穿透细胞膜的抗生素（比如多西环素），能够有效地杀死这些细菌；反过来那些无法穿透细胞膜的抗生素就无能为力了。

肿瘤治疗目前最大的难点，其实并不是器官病变后第一次出现的肿瘤（所谓原位肿瘤），而是肿瘤神出鬼没的转移和扩散。后者指的是在原位肿瘤在持续地生长和变异之后，部分肿瘤细胞脱离原位肿瘤，顺着人体循环系统迁移到身体其他部位，在那里重新落地生根长出来的肿瘤。

原位肿瘤往往可以通过手术、放疗、化疗等手段有效地移除；而一旦转移，转移时间、转移部位，往往难以预测和控制。

在被研究的这种小鼠模型中，晚期乳腺癌往往会引起肺部的转移——这也是晚期乳腺癌患者最容易出现的转移部位。既然乳腺癌细胞内部生长着一些特殊的细菌，那么研究者们自然就推测，如果这些乳腺癌细胞迁移扩散了，是不是也会带着这些细菌一并迁移？

答案是确定的。研究者们在乳腺癌组织里注射带有荧光标记的细菌，在肺部转移的肿瘤中发现了这些细菌，甚至还在血液里流动的肿瘤碎片里也找到了细菌的存在。

原位的乳腺癌细胞里、血液里的肿瘤碎片里、转移到肺部的肿瘤细胞里，都找到了细菌。那接下来很自然的问题是，这些细菌的存在到底有什么用？

一个同样自然的验证方法是生物学里常用的 “功能缺失实验”——看看杀死这些细菌之后，小鼠的乳腺癌会不会有什么不同。但是我们刚刚也提到过了，动物体内绝大多数的细菌都寄生在肠道当中，如果用抗生素无差别的杀死细菌，可能首先破坏的是肠道菌群的正常功能。

最后研究者们找到了一个更精准的方法：他们发现如果口服多种抗生素的混合（万古霉素、新霉素、亚胺培南/西司他丁、两性霉素B），会杀死肠道菌群但不影响肿瘤细菌；如果静脉注射则作用相反，只杀死肿瘤细菌但不影响肠道菌群。这样一来，两种操作方式还提供了一个合适的对比。结果发现：混合抗生素杀死肿瘤组织内部的细菌之后，乳腺肿瘤的出现和生长并未受到影响，但乳腺肿瘤的转移却被大大抑制了！

那是不是说明这些细菌确实促进了乳腺癌的转移呢？为了进一步验证这个猜测，光 “功能缺失实验” 可能还不够，还需要所谓的 “功能增强实验”——如果肿瘤细胞被人为感染了细菌，是不是就更容易转移了。

研究者们的这项实验设计也很有意思。他们先提取了一部分肿瘤细胞在实验室里培养，然后人为感染了上面讲到的细菌，再把这些肿瘤重新注射到小鼠乳腺里，发现果然大大提高了肺部转移的概率。刚刚讲到，静脉注射抗生素能够有效地杀死乳腺癌里的细菌，降低肿瘤转移的机会，而在这些经过杀菌的小鼠身体里，如果重新再注射一些细菌，那么肿瘤转移的能力又重新被唤醒了。

通过 “功能缺失实验” 和 “功能增强实验” 的可逆结果，细菌和肿瘤转移的因果关系才算是得到了严格的证明。

证明之后的新问题是，这个因果关系本身又是如何产生呢？也就是说，为啥被细菌寄生了，肿瘤细胞就更容易转移了？细菌又是如何赋予肿瘤细胞这种超长能力的呢？

研究者们也没有特别明确的头绪，实验方法也很简单——通过单细胞测序的方法，看了看这些被细菌入侵的肿瘤细胞里哪些基因的活动发生了变化？结果发现感受机械压力的基因活动被大大提高了，支撑细胞结构的所谓 “细胞骨架” 也发生了显著变化。

这是一个很有启发性的发现。细菌入侵需要穿透细胞膜，这个过程影响细胞的原有结构、刺激到细胞的压力感受器本身并不奇怪，但这件事却阴差阳错地模拟了肿瘤迁移的环境。

在肿瘤扩散转移的过程中，从原位肿瘤脱落的肿瘤细胞或者肿瘤碎片需要进入血液循环，直至找到新的栖息地。但血液对它们却是一个非常危险的环境，除了免疫细胞的识别杀伤，血液的压力本身也会杀死大部分转移中的肿瘤细胞。看起来，细菌的入侵使得癌细胞对血压做了提前适应，这当然会大大提高癌症扩散转移的成功率。

在研究的最后，研究者们又在人体肿瘤样本中做了验证，看看在小鼠模型中的发现是否真有临床价值，结果也确实发现了两者之间的高度相似性。

比如，人体乳腺癌组织里的细菌含量也显著高于正常组织，其中主要的细菌类型也包括肠球菌和链球菌，转移部位的癌组织和原发乳腺癌组织中的细菌类型也很相近，等等。

当然，可以想象，想要在人类患者中完成全部的数据验证是很困难的，也有医学伦理的挑战。但研究者们的这些对比至少提示我们，在人类乳腺癌的转移过程中，细菌入侵也许也起到了推波助澜的作用。

如何评价这项研究的意义呢？我觉得至少有这么几个维度。

首先，从基础研究的角度看，这是科研人员首次证明了肿瘤细胞内部的细菌和癌症发病之间的因果关系：细菌入侵不影响肿瘤的生长，但增加了肿瘤的转移能力。这个发现是否能够推广到更多的肿瘤类型中，推广到人类患者当中，肯定已经是不少癌症研究同行的共同关注点。说的更广泛一点，正常人体细胞内部看起来也同样有含量及其稀少的细菌，这些细菌有没有什么功能和影响，是否涉及到其他类型的人类疾病，可能都是值得关注的科学问题。

其次，从临床应用的角度看，研究者们也证明了注射特定抗生素能够有效地杀死肿瘤细胞内细菌，并且显著抑制肿瘤的转移。这个思路是否可以用来开发预防肿瘤转移的药物和疗法，是否对包括乳腺癌在内的多种癌症有价值，也肯定会是值得追踪的医学探索方向。

最后还有一点特别值得讨论一下：

从逻辑上说，对癌细胞来说，被细菌入侵和定居大概不是什么好事，毕竟这些寄生者会抢夺有限的资源，可能还会损害癌细胞的“健康”和生存。但恰恰也是这些寄生者的存在，在一定程度上模拟了肿瘤细胞迁移的过程，帮助这些肿瘤细胞提前准备好了应对血液压力的挑战。这个过程本身就可以看成是生物进化过程的绝妙证明。细菌和癌细胞实现了某种程度的互惠互利，帮助了彼此的生存 [15]。

顺着这个逻辑推演出一系列问题：是不是一些肿瘤细胞更容易吸引细菌入侵？被细菌入侵的细胞是否更容易从原位肿瘤上脱落、更容易在新的转移部位存活？肿瘤细胞是否会主动帮助细菌在自己内部的寄生和繁殖？这些细菌是否会利用肿瘤细胞的什么特性在细胞之间扩散？

这些问题可能都值得我们思考和研究。这些问题也在提醒我们，在亿万年进化之后，生物体内部发展出了多么复杂和精巧的生存技能！