癌癥的病因多種多樣，比如抽進(jìn)去的煙、喝下去的酒、曬的太陽，都會(huì)悄悄在細(xì)胞的DNA上動(dòng)點(diǎn)手腳，造成基因突變，一不小心就突變成癌細(xì)胞了。

但要是一個(gè)癌癥患者既抽煙又喝酒，生活方式還不健康，這些因素對他患癌都有多少責(zé)任?怎么才能找到讓他患癌的真兇?這就要看腫瘤中的突變模式了。不管是煙、酒、紫外線，還是含馬兜鈴酸等有致癌風(fēng)險(xiǎn)的藥物，都有著自己特定的突變模式，在腫瘤的基因組中留下“指紋”。

近日，荷蘭皇家藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院的Cayetano Pleguezuelos-Manzano和Hans Clevers等使用類器官繪制了基因毒性大腸桿菌導(dǎo)致癌癥的兩種基因突變特征。在結(jié)腸癌的驅(qū)動(dòng)突變中，大約有2.4%符合這兩種特征。這一研究發(fā)表在Nature上[1]。

癌癥的眾多致病因素里，微生物是十分重要的一類。不久前就有研究指出，全球癌癥中，有13%來自各種傳染性的致病微生物。而其中一些致癌的微生物，比如幽門螺桿菌，在人群中的分布還十分廣泛。

不過這些微生物的致癌性，大多只有一些相關(guān)性的證據(jù)，要給他們定罪還是差了點(diǎn)。這次，研究人員破解了一種跟結(jié)腸癌密切相關(guān)的微生物——基因毒性大腸桿菌——在細(xì)胞DNA中留下的“指紋”，找到了它們導(dǎo)致癌癥的切實(shí)證據(jù)。

基因毒性大腸桿菌的存在十分廣泛。據(jù)統(tǒng)計(jì)，20%的健康人都攜帶有基因毒性大腸桿菌，而在炎癥性腸病和結(jié)腸癌患者中，這一比例就更高了，分布達(dá)到了40%和60%[2-4]。

colibactin加合到DNA上(來自參考文獻(xiàn)9)

這種大腸桿菌，基因組里含有clb基因簇(也叫pks基因簇)，可以合成基因毒性物質(zhì)colibactin。研究顯示，colibactin可以在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中形成colibactin-腺嘌呤加合物[5]，引起鏈間交聯(lián)(ICL)和雙鏈斷裂(DSB)[6]。

研究人員把基因毒性大腸桿菌與人類腸道類器官放在一起，進(jìn)行了聯(lián)合培養(yǎng)，同時(shí)使用敲除了clb基因簇，不能產(chǎn)生colibactin的大腸桿菌作為對照。研究所用的類器官，最初都來自同一個(gè)細(xì)胞，保證了基因的同源性。

在共培養(yǎng)三天后，兩個(gè)類器官看上去都生長良好，差異不大。不過與基因毒性大腸桿菌共培養(yǎng)的類器官里，已經(jīng)可以發(fā)現(xiàn)雙鏈斷裂和鏈間交聯(lián)等DNA損傷了。共培養(yǎng)5個(gè)月后，研究人員從最初的兩個(gè)類器官上提取細(xì)胞，建立亞克隆類器官，并進(jìn)行了全基因組測序。

pks陽性的基因毒性大腸桿菌造成明顯的DNA損傷(紅色)

通過對比兩組培養(yǎng)物的測序結(jié)果，研究人員發(fā)現(xiàn)，基因毒性的大腸桿菌顯著增加了單堿基替換突變，而且主要發(fā)生T→N的替換，被替換的T大多是ATA、ATT或TTT序列里中間的那個(gè)T。這一基因突變特征被研究人員稱為pks特異性的單堿基替換特征(SBS-pks)。

此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)了一種pks特異性的插入缺失特征(ID-pks)——連續(xù)的T堿基中丟失一個(gè)T。

對突變位點(diǎn)附近更大范圍的分析發(fā)現(xiàn)，SBS-pks突變位點(diǎn)上游3bp處經(jīng)常是A，而ID-pks上游也存在A堿基的富集。

SBS-pks和ID-pks

接下來，研究人員在荷蘭3668例實(shí)體瘤患者的腫瘤全基因組數(shù)據(jù)中，檢測了SBS-pks和ID-pks的存在。相比于其它腫瘤，結(jié)腸癌中的SBS-pks和ID-pks明顯更多，而且SBS-pks和ID-pks的存在明顯正相關(guān)。

而在十萬人基因組計(jì)劃中的2208名結(jié)腸癌患者中，研究人員發(fā)現(xiàn)，5.0%的患者腫瘤中富含SBS-pks，4.4%的患者腫瘤富含ID-pks，2.0%的患者富含SBS-pks和ID-pks。

研究人員還在匯集了7個(gè)結(jié)腸癌隊(duì)列的IntOGen數(shù)據(jù)集[7]里分析了腫瘤驅(qū)動(dòng)突變中的colibactin引起的突變。在總共4712個(gè)癌癥驅(qū)動(dòng)突變中，2.4%與colibactin引起的突變特征相吻合。而結(jié)腸癌里最常突變的APC基因里，更是有5.3%的突變與colibactin引起的突變相吻合。

IntOGen數(shù)據(jù)集中，APC基因上符合SBS-pks和ID-pks的突變

這下，可算是找到基因毒性大腸桿菌導(dǎo)致癌癥的切實(shí)證據(jù)了。

在此前一項(xiàng)研究中[8]，有人曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)，一種可以改善腸道慢性炎癥的益生大腸桿菌Nissle 1917，它的益生菌活性同樣依賴于clb這個(gè)會(huì)產(chǎn)生基因毒性的基因簇。研究人員計(jì)劃下一步在使用這種益生菌的人群中，檢測SBS-pks和ID-pks，進(jìn)一步證明基因毒性的大腸桿菌會(huì)產(chǎn)生具有這些特征的基因突變。