Cancer Cell | 肿瘤浸润细菌重塑上皮结构并诱导细胞周期静止与化疗耐受

撰文 | 阿童木

过去十 几 年 中 ，肿瘤微环境（tumor microenvironment, TME）研究已从免疫细胞、成纤维细胞和代谢因子扩展到更广阔的生态层面【1】。随着空间转录组和高灵敏度测序技术的发展，人们发现 肿瘤并非无菌环境 。多种人类癌症，尤其是源自黏膜组织的癌症，如结直肠癌、胰腺癌和乳腺癌，都存在活的肿瘤浸润细菌，它们与肿瘤的生长、转移和治疗抵抗密切相关【2】。

其中，结直肠癌（CRC）中 核梭菌属（Fusobacterium spp.） 的富集现象最具代表性。流行病学研究表明， 核梭菌的高丰度与疾病进展、不良预后及化疗耐受显著相关【3】。既往研究多聚焦于细菌入侵宿主细胞后的促炎与促肿瘤机制。核梭菌可通过TLR4–NF-κB、E-钙黏蛋白–β-连环蛋白等通路激活促炎因子IL-8、CXCL1、GM-CSF，从而形成炎症放大环路，促进肿瘤细胞迁移和免疫细胞募集。不同菌株研究还发现，核梭菌可增强癌上皮细胞的免疫通路活性，甚至诱导自噬反应调控定植【4】。这些结果支持一种普遍观点： 肿瘤浸润细菌通过细胞内寄居和促炎信号增强肿瘤活性 。

然而，在真实的肿瘤组织中，细菌的空间分布、定植方式以及它们与癌上皮细胞的直接关系一直缺乏系统性研究。特别是在高负荷条件下，细菌是以细胞内还是细胞外形式存在？它们对上皮细胞结构和功能究竟产生怎样的影响？这些问题 正是 理解“ 感染性肿瘤 微 生态 ”的关键 所在 。

近日，弗雷德·哈钦森癌症中心 Susan Bullman 实验室等在

Cancer Cell

Tumor-infiltrating bacteria

disrupt cancer epithelial cell interactions

and induce cell-cycle arrest

研究首先在结直肠癌（CRC）和口腔鳞癌（OSCC）样本中，通过RNAscope与多重免疫组化结合体视成像，对细菌空间分布进行 了 系统 解析 。结果发现，大部分 肿瘤浸润细菌，尤其是核梭菌，并非存在于细胞内部，而是集中分布在坏死区域周围的细胞外空间 。与这些高细菌负荷区域相对应的癌上皮细胞，排列分散，核间距增大，细胞密度下降，Ki67表达显著减少，提示其增殖能力受到抑制。小鼠移植瘤模型 重现了 这一现象，表明这种 “ 细菌 高负荷– 细胞 低增殖”的空间对应关系 具有普遍性。

作者随后 利用机器学习 方法 分析 了 RNAscope图像，按细菌感染的多重率（MOI）对微环境进行分层。结果显示，宿主细胞中约有6.5%位于高负荷区域，这些区域的细菌几乎全部为细胞外定位。随着MOI升高，癌上皮细胞密度显著降低，分布更为分散，最近邻距离增加。这样的空间关系在直肠原位肿瘤模型中同样 存在： 细菌密集处上皮结构松散，增殖指数下降。

为了进一步验证细菌是否直接破坏上皮细胞接触，作者在体外使用结直肠癌细胞系与患者来源的核梭菌株共培养。活细胞成像显示，对照组细胞能以群体方式扩展并形成致密单层；而感染组细胞脱离、扩展受阻、增殖明显减少。体视成像和Hoechst染色确认，细菌位于细胞间隙，使核间距增加、细胞排列松散。3D球体培养显示相同趋势：未感染细胞形成紧密球体，而核梭菌感染导致结构不规则、细胞外间隙扩大。透射电镜进一步证实， 细菌破坏了上皮紧密连接，阻断细胞间接触 。

接下来， 作者 利用FUCCI系统观察 了 核梭菌对癌细胞增殖状态的影响。高MOI（100）感染条件下，无论在2D还是3D培养， 核梭菌均可诱导细胞停留在G0–G1期，减少G2–M期细胞比例及总细胞数，显示出典型的细胞周期阻滞表型 。值得注意的是，这一效应并非特异于某一菌株，其他核梭菌种及非毒性拟杆菌也表现出相似结果。更重要的是，这种静止状态具有可逆性：去除细菌后，细胞在72小时内重新进入增殖周期，恢复球体结构和肿瘤形成能力。

功能上，核梭菌诱导的G0–G1阻滞使癌细胞对5-氟尿嘧啶（5-FU）显著耐受。经核梭菌预暴露的癌细胞在5-FU处理下存活率更高，撤菌撤药后球体生长恢复更快；体内实验亦显示类似趋势。临床数据进一步印证了这一现象：在独立直肠癌患者队列中，肿瘤组织中核梭菌负荷高的患者，其病理学缓解率显著较低，提示 细菌诱导细胞周期阻滞可降低化疗敏感性并促进癌症复发 。

人为破坏3D 细胞 球中的细胞间连接 ， 无论是胰蛋白酶消化还是DMSO短暂处理，都能在无菌条件下诱导G0–G1期细胞比例上升、总细胞数下降，且去除处理后细胞能重新聚集并恢复增殖。 可见， “ 上皮—上皮接触的破坏”是诱导细胞 周期阻滞 的关键环节。

作者利用转录组测序解析了这一表型的分子基础，发现在3D体系中，核梭菌暴露后癌细胞的转录与翻译相关基因（组蛋白、核糖体、热休克蛋白、翻译起始因子）普遍下调；MAPK、JAK–STAT等信号通路活性减弱，反映出全局转录活性下降与周期停滞。与此同时，与迁移和炎症相关的基因（THBS1、FGF9、CXCL8、IL11等）上调，说明 梭菌通过破坏细胞接触引发炎症，招募髓系细胞，抑制抗肿瘤免疫，促进肿瘤生长， 且在3D环境中效应更强。

进一步的空间单细胞转录组（CosMx-SMI）分析在患者样本中证实了细菌定植微环境的分子特征。作者发现细菌信号最强的微环境显著富集中性粒细胞和巨噬细胞，IL1B与CXCL8高表达；邻近的癌上皮细胞转录本总量降低，核糖体和热休克蛋白表达下调，呈现低转录静止状态。这些细胞同时下调抗原呈递相关分子，提示免疫识别能力下降。部分上皮亚群上调SOX2、SAT1等基因，表现出一定的侵袭特征与炎症适应性。体外共培养实验进一步证明，核梭菌暴露后癌上皮细胞与中性粒细胞共同分泌GM-CSF、CXCL1和CXCL8 ， 形成 “细菌—上皮—髓系细胞”的炎症互作反应 。

综上所述，本研究揭示了 在高负荷、以细胞外为主的肿瘤微生态位中，核梭菌破坏癌上皮间的物理接触，导致组织结构松散、增殖信号下调和G0–G1期静止；这一静止状态可逆，却赋予癌细胞对化疗的暂时耐受。临床上，高核梭菌负荷与较差的病理学缓解相一致，说明细菌占领的微生态位不仅是组织学现象，更可能决定治疗反应与疾病复发风险 。

该研究改变了人们对肿瘤浸润细菌的单一认知： 它们并非始终通过炎症促进肿瘤生长，而是在特定空间环境中按下“静止键”，帮助肿瘤细胞暂避化疗锋芒 。未来，针对这些高负荷细菌微生态位的定向干预，或许能成为改善化疗反应、减少癌症复发的新策略。

https://doi.org/10.1016/j.ccell.2025.09.010

制版人： 十一

参考文献

1. Zepeda-Rivera, M., et al. (2024). A distinct Fusobacterium nucleatum clade dominates the colorectal cancer niche.Nature628, 424–432.

2. Pandey, H., et al. (2023). Gut Microbiota in Colorectal Cancer: Biological Role and Therapeutic Opportunities.Cancers(Basel) 15, 866 .

3. Kostic, A.D., et al. (2012). Genomic analysis identifies association of Fusobacterium with colorectal carcinoma.Genome Res.22, 292–298.

4. Yu, T., et al. (2017). Fusobacterium nucleatum Promote s Chemoresistance to Colorectal Cancer by Modulating Autophagy.Cell170, 548–563.e16.

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