大规模肿瘤真菌组分析揭示念珠菌的潜在作用

撰文｜617

宿主-微生物相互作用对肿瘤的发生发展和患者对治疗的响应有着深刻的影响。比如，幽门螺杆菌与胃癌的发生紧密相关【1】，产毒性大肠杆菌、脆弱拟杆菌、溶食性肠球菌和具核梭杆菌杆菌则被发现与结直肠癌的发病机制相关【2】。最近的研究还表明，血液中的细菌DNA信号可以作为预测癌症的生物标志物【3】。此外，还有许多研究揭示了瘤内细菌的存在【4】。

然而，此前的研究主要聚焦于细菌，关于肿瘤真菌组，我们仍知之甚少。之前已有研究表明TCGA肿瘤样本的测序数据中含有一定比率的微生物序列，可用于表征肿瘤微生物组，然而目前对TCGA肿瘤样本中真菌数据的探究十分匮乏。

2022年9月30日，杜克大学Anders B. Dohlman团队和康奈尔大学Iliyan D. Iliev团队共同在Cell杂志上发表了题为A pan-cancer mycobiome analysis reveals fungal involvement in gastrointestinal and lung tumors的文章。该研究利用来自TCGA数据库671个患者的767个肿瘤样本的883个测序数据分析了多种肿瘤中的真菌组。

首先，作者从TCGA数据库中选择了此前已经被报道过存在真菌组的肿瘤类型：消化道（GI）肿瘤（头颈部、食管、胃部、结肠、直肠）和非GI肿瘤（乳腺、肺、脑）。随后，作者使用PathSeq软件从测序数据中初步鉴定了真菌信号，接着对上述鉴定出的信号进行更为严格的过滤，包括去除与实验有关的污染和由测序或比对造成的假阳信号。经过上述处理，作者分别从胃肠道癌、肺癌和乳腺癌样本中检测到的真菌物种中剔除了97.27%、99.26%、95.53%的物种。基于上述过滤后的数据，作者发现，真菌信号比细菌信号弱，即肿瘤微生物组中以细菌为主。其中，肺部和胃肠道的某些部位（结肠、直肠、胃部和头颈部）具有更高丰度的真菌DNA，而脑部样本则具有较弱的真菌信号。就消化道而言，与细菌的分布模式一致，下消化道比上消化道拥有更多的真菌。

随后，作者在物种水平上分析了不同肿瘤真菌组差异，结果表明，不同肿瘤具有不同的真菌组。头颈癌、直肠癌和结肠癌的真菌组成更接近，胃癌和食管癌的真菌组成更接近，而非胃肠道癌的真菌组成则与胃肠道癌的真菌组成不同。具体地，多种念珠菌和酿酒酵母在胃肠道癌样本中富集，而芽生菌属和马拉色菌属则分别在肺癌和乳腺癌样本中富集。

进一步，作者利用SparCC探究了真菌互作网络。结果显示，胃肠道肿瘤真菌组可以形成两个分别以白色念珠菌和酿酒酵母为中心的簇，且在头颈癌、胃癌和结肠癌中，这两个簇可以预测宿主基因的表达情况。上述结果提示，GI癌症可以分为白色念珠菌相关癌症和酿酒酵母相关癌症。

此外，通过分析来自癌症微生物组图谱（TCMA）的数据，作者还确定了几种念珠菌和酵母菌相关的细菌。比如，在头颈癌和胃癌中，念珠菌与乳酸杆菌属密切相关，而此前有文章报道乳杆菌属与念珠菌之间存在相互作用，并会影响后者的致病性。又如，在胃癌中，酵母菌常常与幽门螺杆菌共存。

为了更好地了解念珠菌和酵母菌丰度对GI肿瘤的影响，作者进一步探究了不同GI肿瘤中念珠菌和酵母菌的比例情况。与之前的分析结果一致，GI肿瘤中的念珠菌和酵母菌的丰度呈现双峰模式。基于这两者的丰度，作者提出，GI肿瘤可分为念珠菌为主的Ca型和以酵母菌为主的Sa型。

利用TCGA的转录组数据，作者分析了Ca型肿瘤和Sa型肿瘤的宿主基因表达差异。结果表明，在头颈癌和结肠癌中，念珠菌的存在与促肿瘤发生和细胞粘附途径相关的基因有关，而在胃癌中则与强烈的免疫反应有关。

接着作者探索了念珠菌/酵母菌（C/S）比例是否可以用于预测癌症结果。结果表明，在早期癌症中C/S值通常较低，而在IV期则显著升高。此外，Ca型肿瘤比Sa型肿瘤更容易发生转移。通过与肿瘤患者的血液样本比较，作者发现，同一患者间的胃肠道肿瘤真菌组成和血液真菌组成更相似，提示胃肠道是真菌DNA进入血液的入口之一。上述数据说明，念珠菌可能与肠道上皮屏障功能的丧失、转移以及真菌成分入血有关。

由于前期的分析表明念珠菌可能与肿瘤发生发展关系密切，因此，作者还进一步确认了下GI癌症组织中是否存在具有活性的念珠菌。通过ITS测序、分离培养、检测RNA等方法证明了GI肿瘤中存在具有活性的念珠菌。然而，并未分离出具有活性的酿酒酵母菌等真菌，提示可能相关肿瘤组织中不存在上述活真菌。

最后，作者探究了念珠菌DNA与预后间的关系。结果显示，与念珠菌阴性的患者相比，肿瘤部位具有较高丰度的念珠菌的消化道肿瘤患者的生存率显著降低，而酵母菌丰度的高低则不影响生存率。此外，机器学习的结果表明，念珠菌或可用于预测预后结局。

综上，该研究利用TCGA数据系统性地探究了消化道等癌症的真菌组，并且揭示了念珠菌在肿瘤发生发展过程中可能发挥的作用。此外该研究还表明肿瘤相关真菌DNA或可作为预后的生物标志物。

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867422011278

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867422011734

制版人：十一

参考文献

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2. Sepich-Poore, G.D., Zitvogel, L., Straussman, R., Hasty, J., Wargo, J.A., and Knight, R. (2021). The microbiome and human cancer.Science371, eabc4552. https://doi.org/10.1126/science.abc4552.

3. Poore, G.D., Kopylova, E., Zhu, Q., Carpenter, C., Fraraccio, S., Wandro, S., Kosciolek, T., Janssen, S., Metcalf, J., Song, S.J., et al. (2020). Microbiome an- alyses of blood and tissues suggest cancer diagnostic approach.Nature579, 567–574. https://doi.org/10.1038/s41586-020-2095-1.

4. Nejman, D., Livyatan, I., Fuks, G., Gavert, N., Zwang, Y., Geller, L.T., Rotter- Maskowitz, A., Weiser, R., Mallel, G., Gigi, E., et al. (2020). The human tumor microbiome is composed of tumor type-specific intracellular bacteria.Science368, 973980. https://doi.org/10.1126/science.aay9189.

5. Narunsky-Haziza L, Sepich-Poore G D, Livyatan I, et al. Pan-cancer analyses reveal cancer-type-specific fungal ecologies and bacteriome interactions[J].Cell, 2022, 185(20): 3789-3806. e17.

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