健康的結腸是一個非常有效的器官，它從食物中擠出營養和水分，同時排出廢物。但有時，小的異常細胞團會在結腸內壁上生長並變成癌症。結腸癌相對常見，但很難發現；只有透過結腸鏡檢查或手術才能確診。而且，最近年輕人結腸癌發病率出現不明原因的上升，這加劇了人們瞭解該疾病如何發生以及如何預防的緊迫性。
確定結腸癌的遺傳或環境原因是複雜且長期的探索，但《自然》雜誌上的一項新研究指向了一個有希望的線索：一種通常在人口腔中發現的細菌。該研究發現，具核梭桿菌亞種內的一個特定亞型或分支與結腸癌的生長和進展有關。研究作者表示，這些結果可能促成更好的非侵入性結腸癌診斷方法，甚至可能為針對這些細菌以消除腫瘤的新療法提供思路。
與牙菌斑和牙齦炎相關的具核梭桿菌，天然存在於口腔微生物群中。十年前，科學家發現，在結腸癌中也比在正常結腸組織中更常見這種細菌。“這特別有趣，因為這種微生物在非癌症患者中通常不存在於[口腔]以下，”這項新研究的共同資深作者、弗雷德·哈欽森癌症中心的生物學家蘇珊·布林曼說。
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為了進一步探索這種微生物與結腸癌的關係，布林曼和她的同事對結腸癌腫瘤內的具核梭桿菌進行了廣泛的測序，並研究了這種微生物如何影響腸道環境。該團隊首先分析了在結腸腫瘤中發現的具核梭桿菌的基因組，以便將其與在口腔中發現的基因組進行比較。他們從大約100人身上收集了結腸腫瘤，然後將腫瘤分解並放在瓊脂培養皿上，以便讓存在的微生物生長。
在從這些培養物中分離出具核梭桿菌後，科學家們進行了一個稱為長讀長測序的過程，以全面瞭解該細菌的基因組。大多數傳統的測序方法依賴於科學家所說的“短讀長”——這就像“組裝一個拼圖，你無法獲得完整的畫面，”該研究的第一作者瑪莎·澤佩達-里維拉說。“使用長讀長測序，就像用相機拍照一樣，你可以獲得完整的畫面。”
該團隊將來自結腸癌組織的這些序列與來自健康人口腔的具核梭桿菌的序列進行了比較。這揭示了一個亞種（稱為動物型具核梭桿菌）內的兩個主要分支，它們透過DNA鹼基和編碼蛋白質模式的差異來區分。這兩個分支中的細菌在顯微鏡下也具有不同的外觀：第二個分支中的樣本比第一個分支中的樣本更長更細。
來自結腸腫瘤的動物型具核梭桿菌絕大多數屬於第二個分支。這個分支的基因組似乎編碼了有助於細菌在從口腔到腸道的危險旅程中生存下來的特徵——例如在惡劣環境（如發炎的胃腸道）中獲得營養或更好地侵入細胞的能力。這些微生物還具有細菌中發現的“最有效的耐酸系統之一”，這使它們能夠耐受胃的酸性環境，弗雷德·哈欽森癌症中心的遺傳學家、該研究的共同資深作者克里斯托弗·約翰斯頓解釋說。
研究結果表明，第二個分支中的微生物與結腸癌的相關性更強，這促使研究人員進一步探索這些微生物如何在小鼠模型中與腸道相互作用。他們給一組小鼠口服單劑量的來自分支 1 的動物型具核梭桿菌，另一組小鼠口服單劑量的分支 2，然後計算形成的腫瘤數量。與接受分支 1 細菌或非細菌對照的小鼠相比，接受分支 2 組的小鼠形成了明顯更多的結腸腫瘤。
當科學家測量來自分支 2 細菌小鼠腫瘤內部的代謝分子時，他們發現與對照組和分支 1 細菌組的小鼠相比，與氧化應激、癌細胞分裂和炎症引起的細胞損傷相關的分子更多。“這支援了分支 2 細菌正在促成這種促炎、促腫瘤發生的環境的觀點，”澤佩達-里維拉說。
哈佛醫學院病理學家尾形修二（Shuji Ogino）說，鑑定出與結腸癌相關的具核梭桿菌變異體，為深入瞭解其在疾病發展中的作用提供了有益的見解，他沒有參與這項新研究。但他指出，還需要來自更大規模結腸癌患者群體的更多證據，以及更多研究來了解細菌究竟如何促進炎症和癌症進展。
約翰·霍普金斯大學的生物學家辛西婭·西爾斯（Cynthia Sears）說，這項研究的發現也可能有助於尋找一種低成本、非侵入性的策略，以識別結腸癌高風險人群，她對這項研究進行了同行評審。“我們需要一種方法，使我們能夠精準定位高風險人群，”她補充道。西爾斯說，可以開發一種測試，只需透過口腔拭子或糞便樣本來篩查這種細菌的存在；分支 2 細菌也被發現更普遍地存在於結腸癌患者的糞便樣本中。
除了預測癌症進展的診斷工具外，布林曼、約翰斯頓和澤佩達-里維拉還設想開發一種針對分支 2 中的動物型具核梭桿菌的疫苗。這種方法類似於人乳頭瘤病毒疫苗使用的方法，後者針對與疾病最相關的特定病毒亞型。
研究作者表示，新發現是瞭解如何利用這些微生物來應對結腸癌的令人興奮且重要的一步。“由於我們已經確定了腫瘤中的特定分支，這些結果就像一張路線圖，”約翰斯頓說。“現在我們已經概述了可以在未來研究的差異。”