资料来源：斯克里普斯研究所
摘要：一组科学家已经发现了一个关于细菌如何促成某些结肠癌的重大线索。该研究使用了新的代谢技术揭示了分子证据，该分子证据表明结肠细胞癌变的恶性循环促进了称为生物膜的细菌团块的生长，而生物膜又反过来促进了癌症的发展。
一个由斯克里普斯研究所（TSRI）和约翰霍普金斯大学医学院的科学家们领导的小组已经发现了一个关于细菌如何促成某些结肠癌的重大线索。
这项于2015年5月7日发表于《细胞新陈代谢》杂志的研究使用了新的代谢技术揭示了分子证据，该分子证据表明结肠细胞癌变的恶性循环促进了称为生物膜的细菌团块的生长，而生物膜又反过来促进了癌症的发展。
总体而言，调查结果显示，消除细胞生物膜可能对于预防和治疗结肠癌是一个关键策略，目前每年有50000美国人死于结肠癌。该研究还揭示了与生物膜相关的结肠癌的表观代谢标记。
一张大网
这项运用先进的“代谢组学”技术的研究是斯克里普斯研究所代谢组学中心的高级主管兼化学、分子和计算生物学的教授加里·舒斯塔克、约翰斯霍普金斯大学医学院和公共卫生学院的医学、肿瘤学、分子微生物学和免疫学的教授辛西娅L·西尔斯以及卡罗林斯卡研究所的副教授大卫·埃德勒领导的小组之间的合作。
之前由西尔斯及其同事领导的研究所提供的证据表明，位于腹部右侧的升结肠的癌症组织中及周围的组织中几乎总是具有称为生物膜的细菌团块。
“在目前的研究中，我们想对于发生的事情具有更多的了解，”斯克里普斯代谢学中心的成员并且与约翰霍普金斯大学的克里斯汀M·迪杰身为这英新报告的共同第一作者的卡罗琳H·约翰逊表示。“特别是，我们希望确定，在生物膜与结肠癌之间是否存在代谢关联。”
代谢物是血液中的小分子和组织，是细胞中无数代谢过程的产物。人体中通常会出现超过10000种不同的代谢产物。
该研究小组通过一个宽网技术“无偏见的筛查”来开启这项研究——使用先进的液相色谱法和质谱法以及它们的XCMS代谢云基平台——其记录了来自瑞典卡罗琳学院及约翰霍普金斯大学的患者身上所提取的一组结肠组织中成千上万个代谢物的水平。
该数据表明，一般很重要的聚胺和一种代谢物——N1,N12-二乙酰精胺——表现得尤为突出，在癌性组织中的含量平均是相邻非癌性组织中的含量的九倍。
一个恶性循环
在进一步的实验中，研究小组发现，即使是在癌症样本中，在生物膜存在的情况下，同样的代谢物在含量上也会增长四倍。换言之，癌细胞和生物膜两者似乎都会导致代谢物的生产过剩。
通过一种名为“纳米结构成像质谱法”（NIMS）的尖端技术，该小组能够映射N1,N12二乙酰精胺在组织样本中的精确位置，确认了其在肿瘤及生物膜中的较高水平。
研究人员还实施了一种被称为“全球同位素代谢组学”的技术，以一种不带偏见的方式用N1,N12二乙酰精胺的同位素来追踪细胞内部代谢物的命运，并且发现它似乎是一个代谢的最终产物。
那么会产生异常高量的N1,N12二乙酰精胺的结肠肿瘤也不例外。该分子属于一外称为多胺的代谢物族，众所周知，多胺在促进细胞生长方面具有一定的作用，并且其通常会在癌症中以及健康的快速生长的组织中有所上调。N1,N12二乙酰精胺本身已经在结肠癌观察到了较高的水平，并且被认为是早期癌症诊断的一个潜在的生物标志物。
但是，为什么细菌生物膜也与较高水平的N1,N12二乙酰精胺有关联？事实证明，细菌也会用多胺来推动它们自身的细胞增殖以及建立生物膜。多胺是这样古老并且无处不在的分子，细胞显然可以使用那些由它们的动物宿主所产生的多胺。
因此，生物膜可以通过诱导慢性炎症和相关的细胞增殖来促进结肠中的癌细胞的增长。该细胞增殖的增加将伴随着多胺产量的上升。常住菌，反过来，可以使用这些丰富的多胺来生成更多的生物膜——完成恶性循环。顺着这种方式，副产品N1,N12二乙酰精胺的水平将被推动得越来越高。
前进的道路
研究人员目前想对多胺促进肿瘤生长及生物膜结构建设的分子途径具有更多的了解。他们也想知道，为什么通常会发现细菌生物膜与升结肠的肿瘤有关，但是进一步沿着结肠的肿瘤中较不常见。
“我们也想要研究一下来自具有较低水平的结肠癌以及具有不同的传统饮食习惯的人群中获得的样本，因为我们知道，饮食能够影响多胺水平，”约翰逊表示。
与此同时，抗生素治疗方法可能是去除结肠生物膜及减少它们所带来的癌症风险的一种方式。科学家们发现，来自在手术实施24小时以前服用了口服抗生素的患者的结肠癌样本并没有生物膜，也没有培养细菌，并且显著显示出比没有服用抗生素的患者样本中所携带的N1,N12二乙酰精胺少非常多的N1,N12二乙酰精胺。
资料来源：
上述材料主要根据斯克里普斯研究所提供的材料进行编写。注：材料的内容及长度可能得到了再次编辑。
参考资料：
Gary Siuzdak et al. Metabolism Links Bacterial Biofilms and Colon Carcinogenesis. Cell Metabolism, May 2015 DOI: 10.1016/j.cmet.2015.04.011 show
