健康的结肠是一个非常有效的器官，它从食物中挤出营养和水分，同时排出废物。但有时，小的异常细胞团会在结肠内壁上生长并变成癌症。结肠癌相对常见，但很难发现；只有通过结肠镜检查或手术才能确诊。而且，最近年轻人结肠癌发病率出现不明原因的上升，这加剧了人们了解该疾病如何发生以及如何预防的紧迫性。
确定结肠癌的遗传或环境原因是复杂且长期的探索，但《自然》杂志上的一项新研究指向了一个有希望的线索：一种通常在人口腔中发现的细菌。该研究发现，具核梭杆菌亚种内的一个特定亚型或分支与结肠癌的生长和进展有关。研究作者表示，这些结果可能促成更好的非侵入性结肠癌诊断方法，甚至可能为针对这些细菌以消除肿瘤的新疗法提供思路。
与牙菌斑和牙龈炎相关的具核梭杆菌，天然存在于口腔微生物群中。十年前，科学家发现，在结肠癌中也比在正常结肠组织中更常见这种细菌。“这特别有趣，因为这种微生物在非癌症患者中通常不存在于[口腔]以下，”这项新研究的共同资深作者、弗雷德·哈钦森癌症中心的生物学家苏珊·布尔曼说。
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为了进一步探索这种微生物与结肠癌的关系，布尔曼和她的同事对结肠癌肿瘤内的具核梭杆菌进行了广泛的测序，并研究了这种微生物如何影响肠道环境。该团队首先分析了在结肠肿瘤中发现的具核梭杆菌的基因组，以便将其与在口腔中发现的基因组进行比较。他们从大约100人身上收集了结肠肿瘤，然后将肿瘤分解并放在琼脂培养皿上，以便让存在的微生物生长。
在从这些培养物中分离出具核梭杆菌后，科学家们进行了一个称为长读长测序的过程，以全面了解该细菌的基因组。大多数传统的测序方法依赖于科学家所说的“短读长”——这就像“组装一个拼图，你无法获得完整的画面，”该研究的第一作者玛莎·泽佩达-里维拉说。“使用长读长测序，就像用相机拍照一样，你可以获得完整的画面。”
该团队将来自结肠癌组织的这些序列与来自健康人口腔的具核梭杆菌的序列进行了比较。这揭示了一个亚种（称为动物型具核梭杆菌）内的两个主要分支，它们通过DNA碱基和编码蛋白质模式的差异来区分。这两个分支中的细菌在显微镜下也具有不同的外观：第二个分支中的样本比第一个分支中的样本更长更细。
来自结肠肿瘤的动物型具核梭杆菌绝大多数属于第二个分支。这个分支的基因组似乎编码了有助于细菌在从口腔到肠道的危险旅程中生存下来的特征——例如在恶劣环境（如发炎的胃肠道）中获得营养或更好地侵入细胞的能力。这些微生物还具有细菌中发现的“最有效的耐酸系统之一”，这使它们能够耐受胃的酸性环境，弗雷德·哈钦森癌症中心的遗传学家、该研究的共同资深作者克里斯托弗·约翰斯顿解释说。
研究结果表明，第二个分支中的微生物与结肠癌的相关性更强，这促使研究人员进一步探索这些微生物如何在小鼠模型中与肠道相互作用。他们给一组小鼠口服单剂量的来自分支 1 的动物型具核梭杆菌，另一组小鼠口服单剂量的分支 2，然后计算形成的肿瘤数量。与接受分支 1 细菌或非细菌对照的小鼠相比，接受分支 2 组的小鼠形成了明显更多的结肠肿瘤。
当科学家测量来自分支 2 细菌小鼠肿瘤内部的代谢分子时，他们发现与对照组和分支 1 细菌组的小鼠相比，与氧化应激、癌细胞分裂和炎症引起的细胞损伤相关的分子更多。“这支持了分支 2 细菌正在促成这种促炎、促肿瘤发生的环境的观点，”泽佩达-里维拉说。
哈佛医学院病理学家尾形修二（Shuji Ogino）说，鉴定出与结肠癌相关的具核梭杆菌变异体，为深入了解其在疾病发展中的作用提供了有益的见解，他没有参与这项新研究。但他指出，还需要来自更大规模结肠癌患者群体的更多证据，以及更多研究来了解细菌究竟如何促进炎症和癌症进展。
约翰·霍普金斯大学的生物学家辛西娅·西尔斯（Cynthia Sears）说，这项研究的发现也可能有助于寻找一种低成本、非侵入性的策略，以识别结肠癌高风险人群，她对这项研究进行了同行评审。“我们需要一种方法，使我们能够精准定位高风险人群，”她补充道。西尔斯说，可以开发一种测试，只需通过口腔拭子或粪便样本来筛查这种细菌的存在；分支 2 细菌也被发现更普遍地存在于结肠癌患者的粪便样本中。
除了预测癌症进展的诊断工具外，布尔曼、约翰斯顿和泽佩达-里维拉还设想开发一种针对分支 2 中的动物型具核梭杆菌的疫苗。这种方法类似于人乳头瘤病毒疫苗使用的方法，后者针对与疾病最相关的特定病毒亚型。
研究作者表示，新发现是了解如何利用这些微生物来应对结肠癌的令人兴奋且重要的一步。“由于我们已经确定了肿瘤中的特定分支，这些结果就像一张路线图，”约翰斯顿说。“现在我们已经概述了可以在未来研究的差异。”