國內(nèi)兩項重要進(jìn)展：全新的干細(xì)胞技術(shù)、細(xì)菌促進(jìn)乳腺癌轉(zhuǎn)移 | 巡山報告
“智識前沿學(xué)者”、浙江大學(xué)教授王立銘
在暌違了一個月之后，《生命科學(xué)·巡山報告》改版后重新與知識分子的讀者見面。在這一期，“智識前沿學(xué)者”、浙江大學(xué)教授王立銘補上發(fā)表于4月份的兩項值得介紹的科研新進(jìn)展——新一代人體多能干細(xì)胞制備技術(shù)和細(xì)菌促進(jìn)乳腺癌轉(zhuǎn)移的發(fā)現(xiàn)。
兩項研究都來自國內(nèi)學(xué)者，其中人體化學(xué)誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（human chemical-induced pluripotent stem cells，hCiPS細(xì)胞）相比細(xì)胞遺傳改造具有明顯的優(yōu)勢，目前眼球病變、糖尿病治療領(lǐng)域擁有應(yīng)用前景；細(xì)菌促進(jìn)乳腺癌轉(zhuǎn)移的發(fā)現(xiàn)則是在腸道菌群大熱背景下的一項意外發(fā)現(xiàn)，展現(xiàn)了生物體內(nèi)部復(fù)雜和精巧的生存技能。
撰文 | 王立銘
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你好，我是王立銘。2022年6月6日，第39期《巡山報告》又重新和你見面了。
在2022年4月的生命科學(xué)領(lǐng)域，有這么2個問題，我認(rèn)為你值得關(guān)注。
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新一代人體多能干細(xì)胞制備技術(shù)
首先要為你介紹的是一種全新的制備人體多能干細(xì)胞的技術(shù)，它可能代表著干細(xì)胞和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域一次革命性的進(jìn)展。這項研究是北京大學(xué)鄧宏魁教授實驗室完成的，相關(guān)的研究發(fā)表在2022年4月13日《自然》雜志 [1]。
想要說清楚這項技術(shù)的意義，我們得先從什么叫多能干細(xì)胞（pluripotent stem cell）說起。多能干細(xì)胞指的是動物體內(nèi)一類特殊的干細(xì)胞：這種細(xì)胞通過持續(xù)的分裂和分化，能夠形成完整動物體所需的所有類型的身體細(xì)胞。以人體為例，在自然條件下，這種細(xì)胞只會出現(xiàn)在一個極其特殊的時間段，就是從精子卵子結(jié)合形成受精卵后幾天到十幾天當(dāng)中，在這個時間窗口里，每個微小的人類胚胎中含有大約幾百個多能干細(xì)胞，它們將會在接下來38周左右的時間里持續(xù)分裂和分化，形成組成完整人體的超過200種細(xì)胞類型，從皮膚、毛發(fā)、到肌肉、神經(jīng)等。
打個比方來說，多能干細(xì)胞的分化過程，有點像一塊巨石從山頂滾落的過程。位于山頂?shù)木奘瘬碛泻芏鄺l潛在的下滑路徑，恰如多能干細(xì)胞具備大量的分化潛能。隨著巨石的滾落，路徑選擇會逐步收窄，這恰如隨著多能干細(xì)胞的持續(xù)分裂，會誕生不再有分化潛能、卻擁有確定生物學(xué)功能的不同細(xì)胞類型。
這類具備完整分化潛能的干細(xì)胞，承載了人類再生醫(yī)學(xué)的全部理想。人體的衰老和各種疾病的發(fā)生，其實都可以看成是某些身體細(xì)胞失去活力、喪失正常功能，卻又得不到替換的結(jié)果。
人們很早就暢想過，如果能夠收集個體自身的多能干細(xì)胞，再把它們定向分化成為不同的細(xì)胞、組織和器官，人類就可以隨心所欲地替換身體中出現(xiàn)衰老和病變的部位，人類戰(zhàn)勝疾病、衰老甚至是死亡似乎就不再是純粹的想象了。
當(dāng)然，這個想法長久以來就只能是個幻想。因為對每個具體的人而言，多能干細(xì)胞早就在胚胎發(fā)育的極早期消失了。有科學(xué)家嘗試采集試管嬰兒過程中廢棄的一部分人類胚胎，提取當(dāng)中的多能干細(xì)胞，但這些細(xì)胞的來源顯然不穩(wěn)定，細(xì)胞數(shù)量也很少，做做研究固然可以，想要用于支撐再生醫(yī)學(xué)的應(yīng)用那就差得太多了。
除此之外，唯一被證明可行的方案是1960年代英國科學(xué)家 John Gurdon 發(fā)明的細(xì)胞核移植技術(shù)。John Gurdon 用很細(xì)的針管把動物身體細(xì)胞的細(xì)胞核吸出來，注射到已經(jīng)去除了細(xì)胞核的卵細(xì)胞當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)卵細(xì)胞提供的化學(xué)環(huán)境可以恢復(fù)身體細(xì)胞核的分化潛能。著名的克隆羊“多利”就是如此制造出來的 [2]。但顯然，這個方法也不適合大規(guī)模應(yīng)用，首先人體卵細(xì)胞的來源和倫理約束就是一個很大的障礙。
這個局面一直到2006-2007年才發(fā)生了革命性的改變。2006年，日本科學(xué)家山中伸彌和他的博士后高橋和利合作發(fā)表了一篇劃時代的論文，證明在成年小鼠的身體細(xì)胞（成纖維細(xì)胞）中引入四個轉(zhuǎn)錄因子基因的表達(dá)，就足以逆轉(zhuǎn)這些身體細(xì)胞的分化過程，把它們重新變回多能干細(xì)胞狀態(tài)，具備重新分化成不同類型身體細(xì)胞的能力，恰如將已經(jīng)墜落至地面的巨石重新推上山頂。這就是著名的所謂人工誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（induced pluripotent stem cells，iPS細(xì)胞）的概念 [3]。
這四個能夠逆轉(zhuǎn)細(xì)胞命運的基因也被稱為 “山中因子”，分別是Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc。到了2007年，中山實驗室和美國威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的James Thomson實驗室又分別證明類似技術(shù)也可以將人體細(xì)胞重新誘導(dǎo)為iPS細(xì)胞狀態(tài) [4-5]。
在那之后，全世界不少實驗室都在嘗試將這些iPS細(xì)胞定向分化為不同類型的細(xì)胞，比如皮膚細(xì)胞、肌肉細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞等；甚至是不同的器官和組織，比如分泌胰島素的胰島、能夠規(guī)律收縮的心肌、肝臟類器官等等。
研究者們也開始嘗試?yán)眠@些iPS細(xì)胞治療疾病。比如2019年，美國批準(zhǔn)了一項臨床試驗，試圖用這項技術(shù)治療老年黃斑變性（AMD, age-related macular degeneration）。具體而言，研究者們會從患者體內(nèi)抽取血液細(xì)胞，將它們改造誘導(dǎo)成多能干細(xì)胞，定向分化成為視網(wǎng)膜色素細(xì)胞，再通過手術(shù)植入到患者的眼球中，以保護(hù)患者脆弱的視網(wǎng)膜感光細(xì)胞，挽救他們的視力 [6]。當(dāng)然，需要強調(diào)一下，截至2022年5月，iPS細(xì)胞還沒有被正式批準(zhǔn)上市用來治療任何一種疾病。
請注意，這項技術(shù)從誕生起就一直伴隨這一個巨大的隱患：如何保證iPS細(xì)胞的安全性和可控性？為了人工誘導(dǎo)出多能干細(xì)胞狀態(tài)，人們需要對細(xì)胞進(jìn)行遺傳改造。比如上文提到的 “山中因子”，就需要用病毒作為載體，把四個不同的基因片段引入細(xì)胞內(nèi)并強制其持續(xù)活躍和生產(chǎn)蛋白質(zhì)，從而起到逆轉(zhuǎn)細(xì)胞命運的效果。這樣一來，這些經(jīng)過遺傳改造的細(xì)胞就天然帶有一些安全隱患。比如，這些基因片段如果插入人體基因組DNA序列當(dāng)中，會不會破壞正常的人體基因，讓細(xì)胞出現(xiàn)意想不到的異常？再比如，如果這幾個基因持續(xù)長時間地活躍，會不會讓這些細(xì)胞的分裂繁殖失去控制，甚至有致癌風(fēng)險？
基于這些問題，研究者們在不斷測試和驗證iPS細(xì)胞的分化潛能和臨床價值的同時，也在不斷地改進(jìn)誘導(dǎo)技術(shù)，試圖找到更安全、更可控的iPS細(xì)胞生產(chǎn)技術(shù)路線。
在這些方法里，最值得一提的，也是今天我們要介紹的方法，是用小分子化學(xué)物質(zhì)替代遺傳改造，直接逆轉(zhuǎn)細(xì)胞的分化過程，制造iPS細(xì)胞。
早在2008年，哈佛大學(xué) Douglas Melton 實驗室率先證明，如果在用四個 “山中因子” 誘導(dǎo)iPS細(xì)胞的時候加入丙戊酸（valproic acid, VPA），能夠?qū)⒄T導(dǎo)效率提高100倍，甚至可以完全替代四個 “山中因子” 中潛在致癌風(fēng)險最大的那個因子——c-Myc。
同樣在2008年，美國Scripps研究所的丁勝實驗室證明，可以用小分子化學(xué)物質(zhì)同時替代兩個 “山中因子”（Sox2和c-Myc）的作用。2010年，丁勝實驗室和北京大學(xué)鄧宏魁實驗室進(jìn)一步縮小了遺傳改造的力度，他們證明只需要引入一個 “山中因子” ——Oct4，結(jié)合小分子化學(xué)物質(zhì)的刺激，就可以誘導(dǎo)產(chǎn)生iPS細(xì)胞。到了2013年，鄧宏魁實驗室更是一舉實現(xiàn)了對山中因子遺傳操作的完全替代，通過7個小分子化學(xué)物質(zhì)的組合（簡稱VC6TFZN），直接將小鼠成纖維細(xì)胞誘導(dǎo)進(jìn)入iPS狀態(tài)，而且效率可以和山中四因子的遺傳操作相當(dāng) [7]。
用小分子化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)iPS細(xì)胞的優(yōu)勢是顯而易見的。化學(xué)分子進(jìn)入細(xì)胞后，能夠結(jié)合和干擾某些特定蛋白質(zhì)分子的功能，起到模擬遺傳操作的作用。但化學(xué)分子的濃度可以人工精細(xì)調(diào)節(jié)，誘導(dǎo)完成后還可以通過更換培養(yǎng)液的方式快速清除，顯然比直接往細(xì)胞里轉(zhuǎn)幾個基因的操作要更安全和可控，而且更容易進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的大量生產(chǎn)。
但從2013年至今，人們一直沒有攻克最后的難題：用化學(xué)物質(zhì)可以誘導(dǎo)產(chǎn)生小鼠iPS細(xì)胞，但用化學(xué)物質(zhì)誘導(dǎo)人體iPS細(xì)胞卻始終沒有成功。對此，研究者們一個普遍的猜測是，相比小鼠細(xì)胞，人體細(xì)胞的命運決定過程更加 “穩(wěn)定” 和 “頑固”，很難被化學(xué)物質(zhì)輕易地改變。繼續(xù)沿用那個巨石的比方，對人體細(xì)胞來說，巨石滾落的路徑更為陡峭、崎嶇和漫長，因此一旦下墜之后想要重新推上山頂就非常困難了。
直到2022年4月13日，鄧宏魁實驗室發(fā)表的這項工作，才第一次實現(xiàn)了將人體細(xì)胞重新誘導(dǎo)成為多能干細(xì)胞的過程。這是一個需要二十幾種化學(xué)物質(zhì)組合，耗時長達(dá)1個半月到2個月的繁瑣過程。
簡單總結(jié)來說，2013年之后，鄧宏魁實驗室的研究者們對小鼠化學(xué)誘導(dǎo)干細(xì)胞的過程進(jìn)行了更詳細(xì)的分析。他們逐漸意識到，盡管7個化學(xué)物質(zhì)是一次性添加的，但細(xì)胞的狀態(tài)卻并非直接一步從身體細(xì)胞變成多能干細(xì)胞，而是經(jīng)歷了幾個逐漸接近早期胚胎細(xì)胞的中間狀態(tài) [8]。基于這個發(fā)現(xiàn)，他們的計劃是，面對狀態(tài)更頑固、更難以被轉(zhuǎn)化的人體細(xì)胞，需要更精細(xì)的分階段逐步提高這些細(xì)胞的分化潛能，最終實現(xiàn)把巨石推回山頂?shù)哪繕?biāo)。
最終，他們找到了這樣一套方案：首先用6個化學(xué)物質(zhì)的組合將人體成纖維細(xì)胞誘導(dǎo)進(jìn)入一種類似上皮細(xì)胞的狀態(tài)，這個過程耗時8-10天；然后再添加3種化學(xué)物質(zhì)，將細(xì)胞誘導(dǎo)進(jìn)入一種去分化狀態(tài)——也就是說這個階段細(xì)胞失去了特定的類型標(biāo)記，處于一種身份未定的中間態(tài)，耗時16-20天；然后，再經(jīng)過9種化學(xué)物質(zhì)和5種化學(xué)物質(zhì)的兩步處理，將這種去分化狀態(tài)的細(xì)胞真正改造成為具備無窮分化潛能的人體多能干細(xì)胞。
這就是我們所說難題中的hCiPS細(xì)胞：人體化學(xué)誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（human chemical-induced pluripotent stem cells）。
研究者們隨后用了一系列方法驗證hCiPS細(xì)胞確實是人們期待已久的人體多能干細(xì)胞。他們證明了這些細(xì)胞的形態(tài)、基因表達(dá)特征、染色體結(jié)構(gòu)特征都符合人體胚胎中的多能干細(xì)胞。而且這些細(xì)胞也能夠被誘導(dǎo)成為各種細(xì)胞類型，如血液細(xì)胞、肝臟細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞等。
同樣很有啟發(fā)的是，研究者們還對整條誘導(dǎo)路徑上不同狀態(tài)的細(xì)胞做了詳細(xì)的分析。他們利用單細(xì)胞測序技術(shù)分析了不同誘導(dǎo)階段下細(xì)胞基因表達(dá)的差異，完整再現(xiàn)了人體細(xì)胞被誘導(dǎo)到多能干細(xì)胞狀態(tài)過程中發(fā)生的變化。
他們認(rèn)為，在整個路徑上最關(guān)鍵的步驟是剛提到的第二步——將細(xì)胞誘導(dǎo)進(jìn)入一種身份未定的中間狀態(tài)。在這個階段，細(xì)胞還不具備分化潛能，但許多和早期胚胎發(fā)育相關(guān)的基因被開啟，DNA整體的甲基化修飾水平降低，染色體也整體處于更加松散的狀態(tài)，這都接近了早期胚胎干細(xì)胞、而不是高度分化的身體細(xì)胞特征?？雌饋韺θ梭w細(xì)胞來說，已經(jīng)墜地的巨石無法一鼓作氣的推上山頂，但研究者們找到了半山腰一處開闊的平臺，在這里稍作休息之后再繼續(xù)推動，成功率就高多了。
這是一項激動人心的成就，北京大學(xué)的研究者們在十幾年的持續(xù)努力和改進(jìn)之后，終于找到了一條完全不依賴細(xì)胞核移植，也不需要遺傳操作，純粹使用小分子化學(xué)物質(zhì)制造人體多能干細(xì)胞的技術(shù)。更讓人高興的是，這項技術(shù)是中國科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)完成的，是中國科學(xué)界對全球干細(xì)胞研究領(lǐng)域和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重要貢獻(xiàn)。
展望未來，這項技術(shù)的應(yīng)用前景自然是非常廣闊的。既然我們能用小分子化學(xué)物質(zhì)安全和高效地將人體細(xì)胞重新誘導(dǎo)進(jìn)入干細(xì)胞狀態(tài)，那么我們就可以針對不同細(xì)胞類型、不同疾病領(lǐng)域，探索如何使用這些干細(xì)胞進(jìn)行組織和器官的再生和替代。
我們剛剛提到的眼球病變是一個熱點，因為在眼球中開展治療相對比較方便。另一個目前在業(yè)界非?；馃岬姆较蚴侨斯ふT導(dǎo)胰島細(xì)胞，移植之后治療糖尿病。此前人們已經(jīng)在嘗試使用胚胎干細(xì)胞或者遺傳操作產(chǎn)生的iPS細(xì)胞去生成胰島，相關(guān)的人體臨床試驗也已經(jīng)在進(jìn)行中?；瘜W(xué)誘導(dǎo)的多能干細(xì)胞也已經(jīng)被用于這個方向 [9]。
未來，化學(xué)誘導(dǎo)的多能干細(xì)胞（hCiPS細(xì)胞）能否在人體試驗中進(jìn)一步明確其更優(yōu)秀的安全性和生產(chǎn)方面的優(yōu)勢，能否用于更多人類疾病的治療，則是我們非常期待并會持續(xù)關(guān)注的話題。
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細(xì)菌促進(jìn)乳腺癌的轉(zhuǎn)移
我要為你介紹的第二項研究，來自西湖大學(xué)蔡尚研究員團(tuán)隊，相關(guān)研究發(fā)表在2022年4月14日的《細(xì)胞》雜志 [10]。這項研究試圖說明這樣一個問題：細(xì)菌在乳腺癌轉(zhuǎn)移過程中起到了什么作用？
乳腺癌、細(xì)菌，這兩個概念似乎從根子上就聯(lián)系不到一起去。我們知道乳腺癌是全球女性最常見的癌癥類型。近年來全球每年都有超過200萬人患上乳腺癌，中國的患病人數(shù)占比約1/5 [11]。這種疾病主要是由女性乳房中的乳腺導(dǎo)管細(xì)胞或者小葉細(xì)胞發(fā)生基因變異、細(xì)胞不受控制的大量繁殖所引起的。而人體中當(dāng)然也有大量的細(xì)菌，據(jù)估算總數(shù)量有幾十萬億個，甚至可能還超過了人體細(xì)胞的總數(shù)量。但絕大多數(shù)細(xì)菌都寄生在皮膚、口腔、腸道當(dāng)中——所以有時候人們甚至?xí)讶梭w的寄生細(xì)菌直接叫做 “腸道菌群”。這些腸道細(xì)菌對人體的健康確實有不少影響，比如食物的消化吸收、特定營養(yǎng)物質(zhì)的合成（如維生素K）、人體免疫機能，甚至還有大腦發(fā)育和精神疾病方面的影響。也確實有證據(jù)表明腸道菌群的異常和腸癌的風(fēng)險和預(yù)后有關(guān) [12]。但要說它們和距離甚遠(yuǎn)的乳腺癌有關(guān)，還是太玄乎了一點。
但在2020年前后，幾個實驗室先后發(fā)現(xiàn)在腸道之外，比如肺癌、乳腺癌等等，腫瘤組織內(nèi)部也能找到某些細(xì)菌的存在 [13-14]。但在這些組織內(nèi)部，細(xì)菌的數(shù)量過于稀少，檢測難度很大，也一直有人懷疑這些發(fā)現(xiàn)其實是實驗過程被污染的結(jié)果。腫瘤組織內(nèi)部為什么會出現(xiàn)細(xì)菌也更是讓人一頭霧水——一個自然的猜想是腫瘤的發(fā)生就是這些細(xì)菌的入侵引起的，但也完全有可能是腫瘤組織的異常生長給了細(xì)菌寄生的機會，或者僅僅是巧合而已。
蔡尚實驗室的這項工作就是針對這一系列問題展開的。他們使用了一種能夠自發(fā)出現(xiàn)乳腺癌的轉(zhuǎn)基因小鼠（MMTV-PyMT模型），然后開發(fā)了非常靈敏的檢測手段，用基因測序和細(xì)菌培養(yǎng)的方法證明，這些小鼠乳腺腫瘤組織里的細(xì)菌含量確實比正常乳腺組織提升了接近10倍。當(dāng)然即便如此，細(xì)菌的含量——大約1克腫瘤組織有一萬多個細(xì)菌——還是非常低的，要知道1克腫瘤組織里人體細(xì)胞的數(shù)量都有上百萬個了。加上腫瘤組織里的細(xì)菌本身也都是人體比較常見的細(xì)菌類別，比如腸球菌、葡萄球菌、乳桿菌、鏈球菌等。也因此之前存在不少模糊和爭議地帶。
更進(jìn)一步的，研究者們還用靈敏的光學(xué)成像技術(shù)直接看到了乳腺癌組織里稀疏分布的細(xì)菌。一個驚人的發(fā)現(xiàn)是：絕大多數(shù)（97.25%）腫瘤組織里的細(xì)菌都位于腫瘤細(xì)胞內(nèi)部——用能夠穿透細(xì)胞膜的抗生素（比如多西環(huán)素），能夠有效地殺死這些細(xì)菌；反過來那些無法穿透細(xì)胞膜的抗生素就無能為力了。
腫瘤治療目前最大的難點，其實并不是器官病變后第一次出現(xiàn)的腫瘤（所謂原位腫瘤），而是腫瘤神出鬼沒的轉(zhuǎn)移和擴散。后者指的是在原位腫瘤在持續(xù)地生長和變異之后，部分腫瘤細(xì)胞脫離原位腫瘤，順著人體循環(huán)系統(tǒng)遷移到身體其他部位，在那里重新落地生根長出來的腫瘤。
原位腫瘤往往可以通過手術(shù)、放療、化療等手段有效地移除；而一旦轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移時間、轉(zhuǎn)移部位，往往難以預(yù)測和控制。
在被研究的這種小鼠模型中，晚期乳腺癌往往會引起肺部的轉(zhuǎn)移——這也是晚期乳腺癌患者最容易出現(xiàn)的轉(zhuǎn)移部位。既然乳腺癌細(xì)胞內(nèi)部生長著一些特殊的細(xì)菌，那么研究者們自然就推測，如果這些乳腺癌細(xì)胞遷移擴散了，是不是也會帶著這些細(xì)菌一并遷移？
答案是確定的。研究者們在乳腺癌組織里注射帶有熒光標(biāo)記的細(xì)菌，在肺部轉(zhuǎn)移的腫瘤中發(fā)現(xiàn)了這些細(xì)菌，甚至還在血液里流動的腫瘤碎片里也找到了細(xì)菌的存在。
原位的乳腺癌細(xì)胞里、血液里的腫瘤碎片里、轉(zhuǎn)移到肺部的腫瘤細(xì)胞里，都找到了細(xì)菌。那接下來很自然的問題是，這些細(xì)菌的存在到底有什么用？
一個同樣自然的驗證方法是生物學(xué)里常用的 “功能缺失實驗”——看看殺死這些細(xì)菌之后，小鼠的乳腺癌會不會有什么不同。但是我們剛剛也提到過了，動物體內(nèi)絕大多數(shù)的細(xì)菌都寄生在腸道當(dāng)中，如果用抗生素?zé)o差別的殺死細(xì)菌，可能首先破壞的是腸道菌群的正常功能。
最后研究者們找到了一個更精準(zhǔn)的方法：他們發(fā)現(xiàn)如果口服多種抗生素的混合（萬古霉素、新霉素、亞胺培南/西司他丁、兩性霉素B），會殺死腸道菌群但不影響腫瘤細(xì)菌；如果靜脈注射則作用相反，只殺死腫瘤細(xì)菌但不影響腸道菌群。這樣一來，兩種操作方式還提供了一個合適的對比。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：混合抗生素殺死腫瘤組織內(nèi)部的細(xì)菌之后，乳腺腫瘤的出現(xiàn)和生長并未受到影響，但乳腺腫瘤的轉(zhuǎn)移卻被大大抑制了！
那是不是說明這些細(xì)菌確實促進(jìn)了乳腺癌的轉(zhuǎn)移呢？為了進(jìn)一步驗證這個猜測，光 “功能缺失實驗” 可能還不夠，還需要所謂的 “功能增強實驗”——如果腫瘤細(xì)胞被人為感染了細(xì)菌，是不是就更容易轉(zhuǎn)移了。
研究者們的這項實驗設(shè)計也很有意思。他們先提取了一部分腫瘤細(xì)胞在實驗室里培養(yǎng)，然后人為感染了上面講到的細(xì)菌，再把這些腫瘤重新注射到小鼠乳腺里，發(fā)現(xiàn)果然大大提高了肺部轉(zhuǎn)移的概率。剛剛講到，靜脈注射抗生素能夠有效地殺死乳腺癌里的細(xì)菌，降低腫瘤轉(zhuǎn)移的機會，而在這些經(jīng)過殺菌的小鼠身體里，如果重新再注射一些細(xì)菌，那么腫瘤轉(zhuǎn)移的能力又重新被喚醒了。
通過 “功能缺失實驗” 和 “功能增強實驗” 的可逆結(jié)果，細(xì)菌和腫瘤轉(zhuǎn)移的因果關(guān)系才算是得到了嚴(yán)格的證明。
證明之后的新問題是，這個因果關(guān)系本身又是如何產(chǎn)生呢？也就是說，為啥被細(xì)菌寄生了，腫瘤細(xì)胞就更容易轉(zhuǎn)移了？細(xì)菌又是如何賦予腫瘤細(xì)胞這種超長能力的呢？
研究者們也沒有特別明確的頭緒，實驗方法也很簡單——通過單細(xì)胞測序的方法，看了看這些被細(xì)菌入侵的腫瘤細(xì)胞里哪些基因的活動發(fā)生了變化？結(jié)果發(fā)現(xiàn)感受機械壓力的基因活動被大大提高了，支撐細(xì)胞結(jié)構(gòu)的所謂 “細(xì)胞骨架” 也發(fā)生了顯著變化。
這是一個很有啟發(fā)性的發(fā)現(xiàn)。細(xì)菌入侵需要穿透細(xì)胞膜，這個過程影響細(xì)胞的原有結(jié)構(gòu)、刺激到細(xì)胞的壓力感受器本身并不奇怪，但這件事卻陰差陽錯地模擬了腫瘤遷移的環(huán)境。
在腫瘤擴散轉(zhuǎn)移的過程中，從原位腫瘤脫落的腫瘤細(xì)胞或者腫瘤碎片需要進(jìn)入血液循環(huán)，直至找到新的棲息地。但血液對它們卻是一個非常危險的環(huán)境，除了免疫細(xì)胞的識別殺傷，血液的壓力本身也會殺死大部分轉(zhuǎn)移中的腫瘤細(xì)胞?？雌饋?，細(xì)菌的入侵使得癌細(xì)胞對血壓做了提前適應(yīng)，這當(dāng)然會大大提高癌癥擴散轉(zhuǎn)移的成功率。
在研究的最后，研究者們又在人體腫瘤樣本中做了驗證，看看在小鼠模型中的發(fā)現(xiàn)是否真有臨床價值，結(jié)果也確實發(fā)現(xiàn)了兩者之間的高度相似性。
比如，人體乳腺癌組織里的細(xì)菌含量也顯著高于正常組織，其中主要的細(xì)菌類型也包括腸球菌和鏈球菌，轉(zhuǎn)移部位的癌組織和原發(fā)乳腺癌組織中的細(xì)菌類型也很相近，等等。
當(dāng)然，可以想象，想要在人類患者中完成全部的數(shù)據(jù)驗證是很困難的，也有醫(yī)學(xué)倫理的挑戰(zhàn)。但研究者們的這些對比至少提示我們，在人類乳腺癌的轉(zhuǎn)移過程中，細(xì)菌入侵也許也起到了推波助瀾的作用。
如何評價這項研究的意義呢？我覺得至少有這么幾個維度。
首先，從基礎(chǔ)研究的角度看，這是科研人員首次證明了腫瘤細(xì)胞內(nèi)部的細(xì)菌和癌癥發(fā)病之間的因果關(guān)系：細(xì)菌入侵不影響腫瘤的生長，但增加了腫瘤的轉(zhuǎn)移能力。這個發(fā)現(xiàn)是否能夠推廣到更多的腫瘤類型中，推廣到人類患者當(dāng)中，肯定已經(jīng)是不少癌癥研究同行的共同關(guān)注點。說的更廣泛一點，正常人體細(xì)胞內(nèi)部看起來也同樣有含量及其稀少的細(xì)菌，這些細(xì)菌有沒有什么功能和影響，是否涉及到其他類型的人類疾病，可能都是值得關(guān)注的科學(xué)問題。
其次，從臨床應(yīng)用的角度看，研究者們也證明了注射特定抗生素能夠有效地殺死腫瘤細(xì)胞內(nèi)細(xì)菌，并且顯著抑制腫瘤的轉(zhuǎn)移。這個思路是否可以用來開發(fā)預(yù)防腫瘤轉(zhuǎn)移的藥物和療法，是否對包括乳腺癌在內(nèi)的多種癌癥有價值，也肯定會是值得追蹤的醫(yī)學(xué)探索方向。
最后還有一點特別值得討論一下：
從邏輯上說，對癌細(xì)胞來說，被細(xì)菌入侵和定居大概不是什么好事，畢竟這些寄生者會搶奪有限的資源，可能還會損害癌細(xì)胞的“健康”和生存。但恰恰也是這些寄生者的存在，在一定程度上模擬了腫瘤細(xì)胞遷移的過程，幫助這些腫瘤細(xì)胞提前準(zhǔn)備好了應(yīng)對血液壓力的挑戰(zhàn)。這個過程本身就可以看成是生物進(jìn)化過程的絕妙證明。細(xì)菌和癌細(xì)胞實現(xiàn)了某種程度的互惠互利，幫助了彼此的生存 [15]。
順著這個邏輯推演出一系列問題：是不是一些腫瘤細(xì)胞更容易吸引細(xì)菌入侵？被細(xì)菌入侵的細(xì)胞是否更容易從原位腫瘤上脫落、更容易在新的轉(zhuǎn)移部位存活？腫瘤細(xì)胞是否會主動幫助細(xì)菌在自己內(nèi)部的寄生和繁殖？這些細(xì)菌是否會利用腫瘤細(xì)胞的什么特性在細(xì)胞之間擴散？
這些問題可能都值得我們思考和研究。這些問題也在提醒我們，在億萬年進(jìn)化之后，生物體內(nèi)部發(fā)展出了多么復(fù)雜和精巧的生存技能！
這就是本期巡山的全部內(nèi)容，下個月6號，我們不見不散。
制版編輯 | 姜絲鴨
