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肠道促癌菌Gemella morbillorum通过LPBDCP-TMEM140入侵激活Ras信号与p53去稳促结肠癌发生机制研究人体肠道内栖息着数以万亿计的微生物，它们与宿主细胞共同构成一个复杂的生态系统，维持着肠道的健康与稳定。然而，当这个微生态平衡被打破——即出现肠道菌群失调时，就可能引发一系列胃肠道疾病，其中就包括全球死亡率排名第四的结直肠癌。尽管已知如具核梭杆菌等少数细菌与结直肠癌相关，但仍有大量潜在的“促癌菌”及其精确的作恶机制如同暗箱，等待被揭开。这些未知的驱动者是如何突破肠道屏障，又如何“策反”正常细胞走向癌变的？理解这些问题是实现精准预防和治疗结直肠癌的关键。为此，一项发表于《Advanced Science》的研究展开深入探索，旨在从复杂的肠道菌群中揪出新的“元凶”，并绘制其详细的“犯罪路线图”。 为了揭示其中的奥秘，研究人员综合运用了多项关键技术。他们首先对来自13个队列（包括2个内部队列和11个公共队列）的1729份粪便样本进行了宏基因组学分析，以鉴定在结直肠癌患者中富集的微生物。在动物层面，他们构建了氧化偶氮甲烷诱导的小鼠结直肠癌模型，并通过抗生素清除结合特定菌株灌胃的方式，在体验证目标菌的促癌功能。在细胞和分子机制层面，研究采用了包括细胞共培养、RNA测序、免疫共沉淀、质谱分析、表面等离子共振、分子对接、蛋白质印迹、流式细胞术、共聚焦显微镜和透射电镜在内的多种技术，系统地解析了细菌与宿主细胞相互作用的动态过程、关键蛋白互作以及下游信号通路的改变。 研究结果 2.1 Gemella morbillorum在CRC患者粪便和组织中富集 通过对多队列粪便宏基因组数据的整合分析，研究发现与健康对照和结直肠腺瘤患者相比，一种名为Gemella morbillorum的细菌在结直肠癌患者粪便中显著富集。构建的微生物诊断模型中，G. morbillorum贡献度最高。进一步的荧光原位杂交分析证实，G. morbillorum在结直肠癌肿瘤组织中的丰度也显著高于癌旁正常组织，TCGA（癌症基因组图谱）数据也支持了这一发现。这些结果确立了G. morbillorum与结直肠癌的密切关联。 2.2 Gemella morbillorum促进小鼠结直肠肿瘤发生 在利用氧化偶氮甲烷诱导的小鼠结直肠癌模型中，定期灌胃G. morbillorum的小鼠，其肠道肿瘤负荷（包括肿瘤数量和大小）显著高于对照组或灌胃非致病性大肠杆菌MG1655的小鼠。组织病理学分析也显示，G. morbillorum处理组小鼠的结直肠组织呈现更显著的高级别不典型增生。这直接证明了G. morbillorum具有促进结直肠肿瘤发生的能力。 2.3 Gemella morbillorum促进细胞增殖、抑制凋亡并加速细胞周期 体外细胞实验表明，与G. morbillorum共培养能够以浓度依赖性的方式增强结直肠癌细胞和正常肠上皮细胞的活力、克隆形成能力以及增殖标志物Ki-67和PCNA的表达。同时，G. morbillorum处理可降低细胞凋亡率，并增加处于S期（DNA合成期）的细胞比例，表明其能促进细胞周期G1/S期转换，加速细胞增殖。 2.4 Gemella morbillorum的促瘤效应由细菌直接接触介导，而非分泌因子 将G. morbillorum的活菌与其条件培养基分离后发现，只有活菌能够显著促进细胞增殖、抑制凋亡并改变细胞周期，而过滤除菌的条件培养基则无此效应。这明确了G. morbillorum的致癌作用依赖于细菌与宿主细胞的直接物理接触。 2.5 Gemella morbillorum与宿主的相互作用是一个粘附与内化的过程 共聚焦显微镜和透射电镜观察显示，G. morbillorum能够在短时间内粘附并内化进入宿主细胞内部，而非致病性大肠杆菌MG1655则不具备此能力。电镜图像进一步揭示了细菌内化时伴随宿主细胞膜内陷和伪足样结构形成的动态过程。 2.6 Gemella morbillorum的内化是一个主动入侵过程 研究发现，G. morbillorum内化后，细胞内的线粒体活性氧水平未升高，而总细胞活性氧水平反而下降，且细菌能在细胞内长期存活。这些特征表明G. morbillorum的内化并非简单的被动吞噬，而是一种能逃避宿主清除机制的主动入侵行为。 2.7 Gemella morbillorum入侵细胞依赖于细胞膜蛋白TMEM140 通过对G. morbillorum处理的细胞进行RNA测序，研究者发现跨膜蛋白TMEM140的表达被一致上调。机制研究表明，G. morbillorum处理能上调细胞膜上的TMEM140蛋白水平。TMEM140的过表达可增强G. morbillorum入侵引起的细胞内钙离子（Ca2+）内流和GTP-Rac1（激活的Rac1）水平，并促进细菌入侵；而敲低TMEM140则产生相反效果，证明TMEM140是介导G. morbillorum入侵的关键宿主受体。 2.8 Gemella morbillorum入侵宿主细胞由细菌蛋白LPBDCP介导 通过免疫共沉淀和质谱分析，研究者鉴定出G. morbillorum表面一种含有LysM肽聚糖结合结构域的蛋白（LPBDCP）能与宿主TMEM140直接结合。表面等离子共振和分子对接证实了二者间的高亲和力相互作用。功能实验显示，敲除G. morbillorum的LPBDCP会削弱其诱导钙内流、激活Rac1及入侵细胞的能力；反之，在非致病性大肠杆菌中过表达LPBDCP则能赋予其类似的入侵能力。这揭示了LPBDCP是G. morbillorum实现入侵的“关键武器”。 2.9 Gemella morbillorum细胞入侵降低RASA4水平并激活Ras-RAF-MEK-ERK和Ras-PI3K-AKT-NF-κB通路 研究发现，G. morbillorum入侵引发的Ca2+内流会导致RAS p21蛋白激活因子4（RASA4，一种Ras GTP酶激活蛋白）水平下降。RASA4的下调使得活性形式的Ras（GTP-Ras）积累，进而持续激活其下游的两条经典促生存和增殖通路：RAF-MEK-ERK通路和PI3K-AKT-NF-κB通路。TMEM140或LPBDCP的敲低可阻断这一系列激活事件。 2.10 Gemella morbillorum通过分泌NDPD调节p53去乙酰化影响其稳定性 除了激活促癌信号，G. morbillorum还能分泌一种NAD依赖的蛋白去乙酰化酶（NDPD）。NDPD能与细胞内的肿瘤抑制蛋白p53结合，并特异性催化其Lys382和Lys373位点的去乙酰化。p53的去乙酰化会促进其通过泛素-蛋白酶体途径降解，导致细胞内p53蛋白水平下降。p53的失活进而导致其下游的细胞周期抑制蛋白p21表达减少，促凋亡蛋白（如BAX、Caspase-3）水平降低，以及铁死亡相关蛋白SAT1下调，最终共同营造了利于细胞存活和增殖的微环境。 2.11 MC38模型中的促瘤效应及机制验证 在MC38细胞皮下移植瘤小鼠模型中，瘤内注射G. morbillorum能促进肿瘤生长，增加增殖标志物PCNA表达，并降低凋亡标志物Caspase-3。而敲除G. morbillorum的LPBDCP或NDPD，或敲低宿主细胞TMEM140，均能有效阻断G. morbillorum的促瘤作用，在体内验证了上述关键分子在致癌机制中的核心地位。 研究结论与讨论 本研究系统性地证实了口腔-肠道共生菌Gemella morbillorum是结直肠癌的新型致病菌。其采用了一种多步骤的致癌策略：首先，细菌利用其表面蛋白LPBDCP作为“钩子”，精准“钩住”宿主肠上皮细胞膜上的受体TMEM140。这种特异性结合启动了细菌的主动入侵程序。入侵过程伴随Ca2+内流，后者导致Ras信号通路的“刹车”蛋白RASA4减少，从而持续激活促癌的Ras-RAF-MEK-ERK和PI3K-AKT-NF-κB信号轴。与此同时，成功入侵的细菌还会分泌“瓦解剂”NDPD，对细胞内的“基因组守护者”p53进行去乙酰化修饰，促使p53被降解，解除其对细胞周期和凋亡的管控。这两条通路（Ras信号激活与p53失活）并非独立运作，而是存在协同效应，共同强力驱动细胞异常增殖、抵抗凋亡、加速细胞周期，最终促成结直肠癌的发生发展。 这项研究的发现具有多重重要意义。首先，它首次完整揭示了G. morbillorum在结直肠癌中的关键作用和精细的分子机制，将一种原本与感染性心内膜炎相关的口腔细菌明确为重要的肠道促癌因子。其次，研究鉴定出了LPBDCP-TMEM140这一全新的细菌-宿主互作界面，以及NDPD这一细菌来源的p53调控因子，为开发针对性的抗菌疗法、阻断性抗体或小分子抑制剂提供了潜在的精准靶点。例如，靶向LPBDCP-TMEM140结合或抑制NDPD酶活性，有望成为预防或治疗G. morbillorum相关结直肠癌的新策略。最后，该研究加深了对“菌群-癌症”互作复杂性的理解，提示在结直肠癌的防治中，除了关注宿主基因突变，针对特定致癌菌群的干预可能成为一条新的途径。未来，基于该机制的诊断工具开发、在无菌动物模型中的验证、以及针对关键靶点的药物转化研究，将有望推动相关成果走向临床，造福患者。 |
