微生物被广泛应用于(顶刊为何如此青睐微生物？)

Posted 2023-05-26

篇首语：如果学习只在于模仿，那么我们就不会有科学，也不会有技术。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了微生物被广泛应用于(顶刊为何如此青睐微生物？)相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

微生物被广泛应用于(顶刊为何如此青睐微生物？)

金鱼

小编随意调研了CNS三大顶级期刊的近期文章，却发现宝藏，老生常谈的微生物与肿瘤竟成为了掌中宝！可见有关微生物与人类健康间的研究势不可挡啊！以关键词“(microbiome) AND (cancer)”在Pubmed中搜索仅2022年就有3千多篇发表的文章，话不多说跟着小编一起来感受下微生物的魅力吧！

PART01肿瘤微生物研究现状

早期：微生物对癌症影响的临床研究开始于1868年，William Busch报道了化脓性链球菌（Streptococcus pyogenes）感染患者的自发肿瘤消退。1911年发现劳斯肉瘤病毒(RSV)将家禽的良性组织转化为恶性肿瘤。接下来的几十年里，人们一直在寻找每一种癌症背后的病毒，但最终以失败告终。

现代：目前，该领域主张微生物（包括细菌和真菌）在癌症和癌症治疗中的重要性。很少有微生物直接导致癌症，但许多微生物似乎是癌症生长的同谋，通常通过宿主的免疫系统起作用。肠道微生物-免疫系统相互作用的机制分析表明，通过调节原发性和继发性淋巴组织活性对抗癌症和肿瘤免疫监视，对先天性免疫和适应性免疫具有强大的影响。在临床前模型中，微生物代谢物可调节肿瘤体细胞突变的表型和免疫检查点抑制剂的疗效。尽管有大量的临床前证据，但将微生物群调节方法转化为人体的方法尚未广泛实现商业化治疗。然而，工程细菌癌症疗法在临床前和临床试验被应用。

PART02微生物对TME的影响

肠道菌群对TME的影响

肠道生态系统可以通过影响近端和远处肿瘤的免疫环境、髓系和淋巴细胞的涌入以及炎症和代谢模式来影响肿瘤的发生。肠道菌群的分泌成分同样重要，例如外膜囊泡（OMVs）可以重新将肿瘤微环境（TME）重新编程为pto-TH1模式（CXCL10, IFNγ），包括丁酸和烟酸在内的代谢物介导结肠上皮中Gpr109a依赖性的IL-18诱导，抑制结肠炎和结肠癌。

肿瘤内菌群对TME的影响

对不同肿瘤类型内活菌群的机制研究一直很有限，特别是在呼吸消化道外，但它们对TME的影响似乎抑制了局部抗肿瘤免疫。此外，据报道肿瘤内微生物对肿瘤有特异性作用。免疫学上，肿瘤内微生物通常通过PRR连接低比例的TILs产生耐药编程，包括CD8+T细胞，CD4+ CD25+ FoxP3+Tregs，该现象在结直肠癌、胰腺癌、乳腺癌和肺癌中观察得到。

图1 ：微生物与TME

PART03微生物组的应用

微生物组数据的诊断用途

由于宿主组织和微生物群都受致癌作用的影响，微生物的遗传异质性可能为诊断和定位疾病提供机会。例如，血液来源的TP53基因突变可以表明宿主的癌症状态，超过25种癌型会有上述改变。基于微生物的诊断存在许多挑战，包括相对于宿主的低生物量和试剂或环境污染物的混杂。

几乎所有基于微生物的癌症诊断都是基于测序的，并集中于消化道内的肿瘤，如结直肠、胰腺、肺癌。直到最近才有人提出，气道以外的癌症类型，如乳腺癌或脑癌，可能也含有独特组成的微生物群。不过，与癌细胞相比，肿瘤内微生物细胞的丰度较低，对其功能和潜能的了解仍然有限。在不同的队列和治疗背景下，还需要进一步验证其普遍性和影响。

微生物组数据的预后用途

几个世纪以来，微生物在癌症形成、诊断、预后和治疗中的作用一直存在争议。在某些癌症中，肿瘤基因表达可以预测患者的预后。研究表明肿瘤微生物丰度，单独或结合肿瘤基因表达，可以在一定程度上预测癌症预后和药物反应。

微生物组与癌症治疗

目前微生物治疗癌症的方法多种多样，有化学疗法、放射疗法、微生物移植、益生菌疗法、微生物靶向肿瘤、后生物疗法、抗生素疗法、噬菌体疗法等，其中常见的是化学疗法，比较有特点的是噬菌体疗法。

工程外源性细菌和病毒制剂用于癌症治疗方面取得了重大进展。目前美国FDA已批准两种类似药物：用T-VEC治疗晚期黑色素瘤的溶瘤病毒疗法，用减毒疫苗牛结核分枝杆菌（BCG 疫苗）治疗高风险、非肌肉浸润性膀胱癌的细菌性癌症疗法（bacterial cancer therapies, BCT）。

尽管细菌癌症疗法在历史上存在争议，但BCT正通过合成生物学技术重新获得关注，该技术可以程序化地限制BCT的全身毒性，同时增强区域抗肿瘤免疫。BCT药物的监管挑战相当大，尽管正在进行临床试验，但尚未在商业上有所突破。

图2 ：微生物与癌症

PART04微生物与非肿瘤疾病

人类90%以上的疾病与微生物相关，上述主要介绍了肿瘤与微生物的关系，那么哪些非肿瘤疾病与人体微生物相关呢？下面给大家介绍几种病因复杂且与微生物关联程度高的疾病：

①　类风湿性关节炎（Rheumatoid arthritis, RA）

类风湿性关节炎是一个主要影响关节的长期持续性疾病。其成因不明，但和基因与环境因素有关。人体微生物可能与宿主基因和环境因子相互作用，增加RA患病风险。宏基因组关联分析（Metagenome-Wide Association Study，MWAS）发现，人体口腔菌群和肠道菌群具有相关性。RA患者口腔和肠道菌群中一些共有的微生物物种会同时增加，如 Lactobacillus salivarius 。

②　二型糖尿病（Type 2 diabetes, T2D）

二型糖尿病是一种由遗传和环境因素共同引起的复杂内分泌疾病。其病因和发病机制较复杂，目前认为属于多基因、多因素的异质性疾病。二型糖尿病宏基因组关联分析是世界范围内第一个对肠道微生物进行宏基因组关联分析的成功典范。MWAS研究发现，健康人群和T2D患者在肠道菌群结构和功能上有较大的差异。

③　动脉粥样硬化（atherosclerosis，AS）

感染与心血管疾病和动脉粥样硬化的发展有关。过去十年的研究发现，人体不同部位的微生物生态系统会导致代谢和心血管相关疾病。局部或远处感染可能导致有害的炎症反应，从而加剧斑块的形成或引发斑块破裂。肠道微生物群对胆固醇和脂类的代谢会影响动脉粥样硬化斑块的形成。饮食和肠道微生物代谢的特定成分，对动脉粥样硬化有不同的影响。如，膳食纤维是有益的，而细菌代谢物 trimethylamine-N-oxide被认为是有害的。

④　肝病

肝脏是与肠道接触最密切的器官，且暴露于大量的细菌成分和代谢物。各种肝脏疾病，如酒精性肝病、非酒精性肝病和原发性硬化性胆管炎，都与微生物群的改变有关。菌群失调可能通过与宿主免疫系统和其他细胞类型的多重相互作用下，影响肝脏脂肪变性、炎症和纤维化的程度。

图3：微生物与非肿瘤疾病

PART05小结

小编对微生物的唠叨到这就先告一段落了，既然它最近这么热，与之相关的疾病又多，所以生信人也为大家准备了微生物热点相关的个性化课题设计，大家能关注到，最近生信热点是越来越少了，做一个少一个。