國(guó)內(nèi)兩項(xiàng)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(bào)告
“智識(shí)前沿學(xué)者”、浙江大學(xué)教授王立銘
在暌違了一個(gè)月之后，《生命科學(xué)·巡山報(bào)告》改版后重新與知識(shí)分子的讀者見(jiàn)面。在這一期，“智識(shí)前沿學(xué)者”、浙江大學(xué)教授王立銘補(bǔ)上發(fā)表于4月份的兩項(xiàng)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(xiàng)研究都來(lái)自國(guó)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(shì)，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(xiàng)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(bào)告》又重新和你見(jiàn)面了。
在2022年4月的生命科學(xué)領(lǐng)域，有這么2個(gè)問(wèn)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(xiàng)研究是北京大學(xué)鄧宏魁教授實(shí)驗(yàn)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(shuō)清楚這項(xiàng)技術(shù)的意義，我們得先從什么叫多能干細(xì)胞（pluripotent stem cell）說(shuō)起。多能干細(xì)胞指的是動(dòng)物體內(nèi)一類(lèi)特殊的干細(xì)胞：這種細(xì)胞通過(guò)持續(xù)的分裂和分化，能夠形成完整動(dòng)物體所需的所有類(lèi)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(huì)出現(xiàn)在一個(gè)極其特殊的時(shí)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(gè)時(shí)間窗口里，每個(gè)微小的人類(lèi)胚胎中含有大約幾百個(gè)多能干細(xì)胞，它們將會(huì)在接下來(lái)38周左右的時(shí)間里持續(xù)分裂和分化，形成組成完整人體的超過(guò)200種細(xì)胞類(lèi)型，從皮膚、毛發(fā)、到肌肉、神經(jīng)等。
打個(gè)比方來(lái)說(shuō)，多能干細(xì)胞的分化過(guò)程，有點(diǎn)像一塊巨石從山頂滾落的過(guò)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(huì)逐步收窄，這恰如隨著多能干細(xì)胞的持續(xù)分裂，會(huì)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(lèi)型。
這類(lèi)具備完整分化潛能的干細(xì)胞，承載了人類(lèi)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(shí)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(guò)，如果能夠收集個(gè)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(lèi)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(lèi)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(gè)想法長(zhǎng)久以來(lái)就只能是個(gè)幻想。因?yàn)閷?duì)每個(gè)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(guò)程中廢棄的一部分人類(lèi)胚胎，提取當(dāng)中的多能干細(xì)胞，但這些細(xì)胞的來(lái)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(guó)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(dòng)物身體細(xì)胞的細(xì)胞核吸出來(lái)，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(lái)的 [2]。但顯然，這個(gè)方法也不適合大規(guī)模應(yīng)用，首先人體卵細(xì)胞的來(lái)源和倫理約束就是一個(gè)很大的障礙。
這個(gè)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?jiǎng)潟r(shí)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(gè)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(guò)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(lèi)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(gè)能夠逆轉(zhuǎn)細(xì)胞命運(yùn)的基因也被稱(chēng)為 “山中因子”，分別是Oct4、Sox2、Klf4和c-Myc。到了2007年，中山實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的James Thomson實(shí)驗(yàn)室又分別證明類(lèi)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(shí)驗(yàn)室都在嘗試將這些iPS細(xì)胞定向分化為不同類(lèi)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(lèi)器官等等。
研究者們也開(kāi)始嘗試?yán)眠@些iPS細(xì)胞治療疾病。比如2019年，美國(guó)批準(zhǔn)了一項(xiàng)臨床試驗(yàn)，試圖用這項(xiàng)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(huì)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(guò)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(qiáng)調(diào)一下，截至2022年5月，iPS細(xì)胞還沒(méi)有被正式批準(zhǔn)上市用來(lái)治療任何一種疾病。
請(qǐng)注意，這項(xiàng)技術(shù)從誕生起就一直伴隨這一個(gè)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(duì)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(gè)不同的基因片段引入細(xì)胞內(nèi)并強(qiáng)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(yùn)的效果。這樣一來(lái)，這些經(jīng)過(guò)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(huì)不會(huì)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(gè)基因持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間地活躍，會(huì)不會(huì)讓這些細(xì)胞的分裂繁殖失去控制，甚至有致癌風(fēng)險(xiǎn)？
基于這些問(wèn)題，研究者們?cè)诓粩鄿y(cè)試和驗(yàn)證iPS細(xì)胞的分化潛能和臨床價(jià)值的同時(shí)，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(guò)程，制造iPS細(xì)胞。
早在2008年，哈佛大學(xué) Douglas Melton 實(shí)驗(yàn)室率先證明，如果在用四個(gè) “山中因子” 誘導(dǎo)iPS細(xì)胞的時(shí)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(gè) “山中因子” 中潛在致癌風(fēng)險(xiǎn)最大的那個(gè)因子——c-Myc。
同樣在2008年，美國(guó)Scripps研究所的丁勝實(shí)驗(yàn)室證明，可以用小分子化學(xué)物質(zhì)同時(shí)替代兩個(gè) “山中因子”（Sox2和c-Myc）的作用。2010年，丁勝實(shí)驗(yàn)室和北京大學(xué)鄧宏魁實(shí)驗(yàn)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(gè) “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(shí)驗(yàn)室更是一舉實(shí)現(xiàn)了對(duì)山中因子遺傳操作的完全替代，通過(guò)7個(gè)小分子化學(xué)物質(zhì)的組合（簡(jiǎn)稱(chēng)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(shì)是顯而易見(jiàn)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(guò)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(gè)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(méi)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(méi)有成功。對(duì)此，研究者們一個(gè)普遍的猜測(cè)是，相比小鼠細(xì)胞，人體細(xì)胞的命運(yùn)決定過(guò)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(gè)巨石的比方，對(duì)人體細(xì)胞來(lái)說(shuō)，巨石滾落的路徑更為陡峭、崎嶇和漫長(zhǎng)，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(shí)驗(yàn)室發(fā)表的這項(xiàng)工作，才第一次實(shí)現(xiàn)了將人體細(xì)胞重新誘導(dǎo)成為多能干細(xì)胞的過(guò)程。這是一個(gè)需要二十幾種化學(xué)物質(zhì)組合，耗時(shí)長(zhǎng)達(dá)1個(gè)半月到2個(gè)月的繁瑣過(guò)程。
簡(jiǎn)單總結(jié)來(lái)說(shuō)，2013年之后，鄧宏魁實(shí)驗(yàn)室的研究者們對(duì)小鼠化學(xué)誘導(dǎo)干細(xì)胞的過(guò)程進(jìn)行了更詳細(xì)的分析。他們逐漸意識(shí)到，盡管7個(gè)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(gè)逐漸接近早期胚胎細(xì)胞的中間狀態(tài) [8]?；谶@個(gè)發(fā)現(xiàn)，他們的計(jì)劃是，面對(duì)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(shí)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(gè)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(lèi)似上皮細(xì)胞的狀態(tài)，這個(gè)過(guò)程耗時(shí)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(shuō)這個(gè)階段細(xì)胞失去了特定的類(lèi)型標(biāo)記，處于一種身份未定的中間態(tài)，耗時(shí)16-20天；然后，再經(jīng)過(guò)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(wú)窮分化潛能的人體多能干細(xì)胞。
這就是我們所說(shuō)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(yàn)證hCiPS細(xì)胞確實(shí)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(lèi)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(duì)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(cè)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(guò)程中發(fā)生的變化。
他們認(rèn)為，在整個(gè)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(gè)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(kāi)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?lái)對(duì)人體細(xì)胞來(lái)說(shuō)，已經(jīng)墜地的巨石無(wú)法一鼓作氣的推上山頂，但研究者們找到了半山腰一處開(kāi)闊的平臺(tái)，在這里稍作休息之后再繼續(xù)推動(dòng)，成功率就高多了。
這是一項(xiàng)激動(dòng)人心的成就，北京大學(xué)的研究者們?cè)谑畮啄甑某掷m(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(xiàng)技術(shù)是中國(guó)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)完成的，是中國(guó)科學(xué)界對(duì)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(lái)，這項(xiàng)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(duì)不同細(xì)胞類(lèi)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(gè)熱點(diǎn)，因?yàn)樵谘矍蛑虚_(kāi)展治療相對(duì)比較方便。另一個(gè)目前在業(yè)界非常火熱的方向是人工誘導(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(yàn)也已經(jīng)在進(jìn)行中。化學(xué)誘導(dǎo)的多能干細(xì)胞也已經(jīng)被用于這個(gè)方向 [9]。
未來(lái)，化學(xué)誘導(dǎo)的多能干細(xì)胞（hCiPS細(xì)胞）能否在人體試驗(yàn)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(shì)，能否用于更多人類(lèi)疾病的治療，則是我們非常期待并會(huì)持續(xù)關(guān)注的話題。
2
細(xì)菌促進(jìn)乳腺癌的轉(zhuǎn)移
我要為你介紹的第二項(xiàng)研究，來(lái)自西湖大學(xué)蔡尚研究員團(tuán)隊(duì)，相關(guān)研究發(fā)表在2022年4月14日的《細(xì)胞》雜志 [10]。這項(xiàng)研究試圖說(shuō)明這樣一個(gè)問(wèn)題：細(xì)菌在乳腺癌轉(zhuǎn)移過(guò)程中起到了什么作用？
乳腺癌、細(xì)菌，這兩個(gè)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(jiàn)的癌癥類(lèi)型。近年來(lái)全球每年都有超過(guò)200萬(wàn)人患上乳腺癌，中國(guó)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(wàn)億個(gè)，甚至可能還超過(guò)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(shí)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(duì)人體的健康確實(shí)有不少影響，比如食物的消化吸收、特定營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的合成（如維生素K）、人體免疫機(jī)能，甚至還有大腦發(fā)育和精神疾病方面的影響。也確實(shí)有證據(jù)表明腸道菌群的異常和腸癌的風(fēng)險(xiǎn)和預(yù)后有關(guān) [12]。但要說(shuō)它們和距離甚遠(yuǎn)的乳腺癌有關(guān)，還是太玄乎了一點(diǎn)。
但在2020年前后，幾個(gè)實(shí)驗(yàn)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(guò)于稀少，檢測(cè)難度很大，也一直有人懷疑這些發(fā)現(xiàn)其實(shí)是實(shí)驗(yàn)過(guò)程被污染的結(jié)果。腫瘤組織內(nèi)部為什么會(huì)出現(xiàn)細(xì)菌也更是讓人一頭霧水——一個(gè)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(zhǎng)給了細(xì)菌寄生的機(jī)會(huì)，或者僅僅是巧合而已。
蔡尚實(shí)驗(yàn)室的這項(xiàng)工作就是針對(duì)這一系列問(wèn)題展開(kāi)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(kāi)發(fā)了非常靈敏的檢測(cè)手段，用基因測(cè)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(shí)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(wàn)多個(gè)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(wàn)個(gè)了。加上腫瘤組織里的細(xì)菌本身也都是人體比較常見(jiàn)的細(xì)菌類(lèi)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(zhēng)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(gè)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(guò)來(lái)那些無(wú)法穿透細(xì)胞膜的抗生素就無(wú)能為力了。
腫瘤治療目前最大的難點(diǎn)，其實(shí)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(méi)的轉(zhuǎn)移和擴(kuò)散。后者指的是在原位腫瘤在持續(xù)地生長(zhǎng)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(zhǎng)出來(lái)的腫瘤。
原位腫瘤往往可以通過(guò)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(shí)間、轉(zhuǎn)移部位，往往難以預(yù)測(cè)和控制。
在被研究的這種小鼠模型中，晚期乳腺癌往往會(huì)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(zhǎng)著一些特殊的細(xì)菌，那么研究者們自然就推測(cè)，如果這些乳腺癌細(xì)胞遷移擴(kuò)散了，是不是也會(huì)帶著這些細(xì)菌一并遷移？
答案是確定的。研究者們?cè)谌橄侔┙M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(dòng)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(lái)很自然的問(wèn)題是，這些細(xì)菌的存在到底有什么用？
一個(gè)同樣自然的驗(yàn)證方法是生物學(xué)里常用的 “功能缺失實(shí)驗(yàn)”——看看殺死這些細(xì)菌之后，小鼠的乳腺癌會(huì)不會(huì)有什么不同。但是我們剛剛也提到過(guò)了，動(dòng)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(gè)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(wàn)古霉素、新霉素、亞胺培南/西司他丁、兩性霉素B），會(huì)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(lái)，兩種操作方式還提供了一個(gè)合適的對(duì)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(zhǎng)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(shuō)明這些細(xì)菌確實(shí)促進(jìn)了乳腺癌的轉(zhuǎn)移呢？為了進(jìn)一步驗(yàn)證這個(gè)猜測(cè)，光 “功能缺失實(shí)驗(yàn)” 可能還不夠，還需要所謂的 “功能增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)”——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(xiàng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)也很有意思。他們先提取了一部分腫瘤細(xì)胞在實(shí)驗(yàn)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(jī)會(huì)，而在這些經(jīng)過(guò)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(guò) “功能缺失實(shí)驗(yàn)” 和 “功能增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)” 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(wèn)題是，這個(gè)因果關(guān)系本身又是如何產(chǎn)生呢？也就是說(shuō)，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(zhǎng)能力的呢？
研究者們也沒(méi)有特別明確的頭緒，實(shí)驗(yàn)方法也很簡(jiǎn)單——通過(guò)單細(xì)胞測(cè)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(dòng)發(fā)生了變化？結(jié)果發(fā)現(xiàn)感受機(jī)械壓力的基因活動(dòng)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(gè)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(gè)過(guò)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(yáng)錯(cuò)地模擬了腫瘤遷移的環(huán)境。
在腫瘤擴(kuò)散轉(zhuǎn)移的過(guò)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(duì)它們卻是一個(gè)非常危險(xiǎn)的環(huán)境，除了免疫細(xì)胞的識(shí)別殺傷，血液的壓力本身也會(huì)殺死大部分轉(zhuǎn)移中的腫瘤細(xì)胞。看起來(lái)，細(xì)菌的入侵使得癌細(xì)胞對(duì)血壓做了提前適應(yīng)，這當(dāng)然會(huì)大大提高癌癥擴(kuò)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(yàn)證，看看在小鼠模型中的發(fā)現(xiàn)是否真有臨床價(jià)值，結(jié)果也確實(shí)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(lèi)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(lèi)型也很相近，等等。
當(dāng)然，可以想象，想要在人類(lèi)患者中完成全部的數(shù)據(jù)驗(yàn)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(duì)比至少提示我們，在人類(lèi)乳腺癌的轉(zhuǎn)移過(guò)程中，細(xì)菌入侵也許也起到了推波助瀾的作用。
如何評(píng)價(jià)這項(xiàng)研究的意義呢？我覺(jué)得至少有這么幾個(gè)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(zhǎng)，但增加了腫瘤的轉(zhuǎn)移能力。這個(gè)發(fā)現(xiàn)是否能夠推廣到更多的腫瘤類(lèi)型中，推廣到人類(lèi)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(diǎn)。說(shuō)的更廣泛一點(diǎn)，正常人體細(xì)胞內(nèi)部看起來(lái)也同樣有含量及其稀少的細(xì)菌，這些細(xì)菌有沒(méi)有什么功能和影響，是否涉及到其他類(lèi)型的人類(lèi)疾病，可能都是值得關(guān)注的科學(xué)問(wèn)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(gè)思路是否可以用來(lái)開(kāi)發(fā)預(yù)防腫瘤轉(zhuǎn)移的藥物和療法，是否對(duì)包括乳腺癌在內(nèi)的多種癌癥有價(jià)值，也肯定會(huì)是值得追蹤的醫(yī)學(xué)探索方向。
最后還有一點(diǎn)特別值得討論一下：
從邏輯上說(shuō)，對(duì)癌細(xì)胞來(lái)說(shuō)，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(huì)搶奪有限的資源，可能還會(huì)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(guò)程，幫助這些腫瘤細(xì)胞提前準(zhǔn)備好了應(yīng)對(duì)血液壓力的挑戰(zhàn)。這個(gè)過(guò)程本身就可以看成是生物進(jìn)化過(guò)程的絕妙證明。細(xì)菌和癌細(xì)胞實(shí)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(gè)邏輯推演出一系列問(wèn)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(huì)主動(dòng)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(huì)利用腫瘤細(xì)胞的什么特性在細(xì)胞之間擴(kuò)散？
這些問(wèn)題可能都值得我們思考和研究。這些問(wèn)題也在提醒我們，在億萬(wàn)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?jī)?nèi)容，下個(gè)月6號(hào)，我們不見(jiàn)不散。
制版編輯 | 姜絲鴨
