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胃癌与病菌
胃癌的预防和治疗是全球健康科学领域的关键挑战之一。幽门螺旋杆菌（H. pylori）是公认的胃炎和胃癌的主要病原体，但只有少数感染者最终会发展成胃癌，这表明还存在其他促癌因素。那究竟有哪些促癌因素呢？
这项由香港中文大学于君及沈祖尧（Joseph Jao-Yiu SUNG）共同通讯在Cell在线发表题为“ Streptococcus anginosus promotes gastric inflammation, atrophy, and tumorigenesis in mice ”的研究论文，该研究发现咽峡炎链球菌在小鼠胃中定植并诱导急性胃炎，为我们理解胃癌发生机制提供了新的见解。研究显示，咽峡炎链球菌（S. anginosus）不仅在胃黏膜中定植，还能促进胃部炎症、萎缩及肿瘤生成，从而在胃癌的发展过程中起到了重要作用。
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研究背景
胃癌是全球第五大常见癌症种类，也是致死率极高的癌症。虽然幽门螺杆菌（H. pylori）是胃癌的主要风险因素，仅1%-3%的感染者最终发展为胃癌，这暗示了除H. pylori外，其他因素在胃癌发展中也可能扮演重要角色。现有证据表明，胃黏膜的非H. pylori微生物群失调可能在胃癌的形成中参与作用。然而，与胃癌关联的非H. pylori驱动细菌的识别和表征仍然未被充分探索。
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研究发现
Streptococcus anginosus（S. anginosus）在胃癌患者胃粘膜中富集。S. anginosus在小鼠胃中定植可引起急性胃炎。进一步的S. anginosus感染可自发诱导慢性胃炎、壁细胞萎缩、粘液样化生和异形性病变。本研究在常规小鼠和无菌小鼠中证实了这些发现。S. anginosus通过破坏胃屏障功能、促进细胞增殖和抑制凋亡，加速致癌物诱导的胃肿瘤发生和YTN16胃癌细胞的异位移植。机制上，研究人员鉴定出S. anginosus表面蛋白TMPC通过与胃上皮细胞上的Annexin A2（ANXA2）受体相互作用，介导细菌的附着和定植，并诱导丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）的激活。
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临床意义
这项研究的发现表明，S. anginosus可能作为一个新的病原体通过与胃上皮细胞直接相互作用，并激活TMPC-ANXA2-MAPK轴，从而促进胃肿瘤的发展。这揭示了一个可能与胃肿瘤发生相关的微生物治疗靶标，为开发新的防治策略提供了可能性。
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实验策略
  • 多阶段小鼠胃部定殖和炎症模型：短期（2周）和长期（3-12个月）给药，评估急性和慢性胃炎的发展。
  • 病理评分系统：细胞病理学检查用于定量评估炎症和病变严重性。
  • 生物标记物分析：应用Alcian蓝染色和生物标记物，如GSII和Ki-67，来评估粘液性化生和细胞增殖。
  • 功能破坏试验：借助无菌鼠实验来观察单一菌种的致病能力。
  • 体内肿瘤模型：通过皮下移植和正位移植肿瘤细胞来评估S. anginosus 对肿瘤生长的影响。
  • 表面蛋白鉴定与绑定验证：使用生物素拉链实验和生化实验来探索细菌与宿主的相互作用及后续信号通路的激活。
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数据解读
图 1：Streptococcus anginosus在胃粘膜中定植并促进急性炎症
(A) 分析了在胃浅层炎症(SG)、萎缩性炎症(AG)、肠上皮化生成(IM)和胃癌(GC)患者的胃活检中Streptococcus anginosus（S. anginosus）的丰度。

(B) 雄性C57BL/6小鼠被口服灌胃Streptococcus anginosus（S. anginosus, n = 23），Helicobacter pylori SS1 (H. pylori, n = 18)，或大脑心脏灌注液(BHI, n = 13)共2周。

(C) 使用荧光原位杂交技术(FISH)呈现了2周后灌胃S. anginosus或BHI的小鼠胃组织切片的代表性图像；标尺为20微米。

(D) 2周后S. anginosus、H. pylori SS1或BHI肉汤感染的小鼠胃的代表性苏木精-伊红染色图像；标尺为100微米。

(E) 不同组胃炎评分的对比。评分0，无炎症；评分1，轻度；评分2，中度；评分3，重度；评分4，严重。

(F) 使用小鼠炎症反应及自身免疫PCR芯片显示，在S. anginosus感染2周后小鼠中有14个促炎基因上调。

(G) S. anginosus感染2周后小鼠的胃Ccl8和Ccl20 mRNA水平上调。数据表示为平均值 ± 标准误。每个点代表一个受试者。Wilcoxon秩和检验（A），Kruskal-Wallis检验（E）或学生t检验（G）用于评估组间的统计显著性。
图像 S1：Streptococcus anginosus在小鼠胃粘膜中的定植情况
(A) 胃浅层炎症(SG)和肠上皮化生成(IM)患者胃活检中S. anginosus的相对丰度。

(B) 经过H. pylori根除治疗后，患者胃粘膜中S. anginosus的相对丰度变化以及S. anginosus阳性（N=59）和阴性（N=34）患者的炎症评分。

(C) 在葡萄牙队列中（左图），浅层炎症（N=79）和GC（N=53）患者中S. anginosus的相对丰度。在墨西哥/中国队列中（右图），与GC邻近正常组织相比，GC肿瘤中S. anginosus的丰度更高（N=128）。

(D) 一次性口服灌胃S. anginosus（2 × 10^9 CFU）后，从小鼠胃部检测S. anginosus DNA的PCR结果，于1（左侧DNA凝胶）、3和7天（右侧DNA凝胶）各时间点进行；n = 3。

(E) 在2周后S. anginosus处理的小鼠胃中检测S. anginosus DNA的PCR结果（每3天灌胃一次，共5次）；n = 8。+ve, 阳性对照；-ve, 阴性对照。

(F) 在感染2周后从S. anginosusb感染小鼠胃部培养的细菌。使用菌落PCR来验证MALDI-TOF MS结果（表S3）。ANCOM-BC2 (A)，Mann-Whitney U检验（B和C/左图），和Wilcoxon配对标志秩检验（C/右图）被用于评估组间的统计显著性。
图像 2：Streptococcus anginosus在小鼠中促进慢性胃炎
(A) 雄性C57BL/6小鼠被口服灌胃S. anginosus（3个月n=5，6个月n=7，9个月n=5，12个月n=17），H. pylori SS1（3个月n=10，6个月n=8，9个月n=8，12个月n=8）或BHI液体（3个月n=4，6个月n=6，9个月n=7，12个月n=17），感染持续3、6、9和12个月。

(B) 代表性的FISH图像显示了3、6、9和12个月后S. anginosus感染小鼠的胃组织切片；标尺为20微米。

(C) 3、6、9和12个月后灌胃BHI，H. pylori SS1和S. anginosus的小鼠胃的代表性H&E染色图像；标尺为100微米。

(D) 根据炎症和壁细胞萎缩显示相应的组织学评分图。数据表示为平均值 ± 标准误。每个点代表一个受试者。Kruskal-Wallis测试（D）用于确定组间的统计显著性。
图像 S2：长期感染Streptococcus anginosus对小鼠无副作用
(A-C) S. anginosus和H. pylori SS1感染小鼠及BHI对照组的(A)体重，(B)日常食量，(C) 肝脏和体重比。

(D) S. anginosus感染小鼠及BHI对照组小鼠的血清ALT和AST水平。

(E和F) (E) BHI对照组小鼠及S. anginosus和H. pylori SS1感染小鼠结肠的代表性图像，(F) 结肠长度。

(G) BHI对照组小鼠及S. anginosus和H. pylori SS1感染小鼠结肠H&E染色的代表性图像；标尺为50微米。

(H) FISH图像显示了BHI对照组小鼠的胃组织切片（3、6、9和12个月后感染）；标尺为50微米。

(I) FISH图像显示了S. anginosus感染小鼠12个月后胃部幽门和胃体区域的组织切片；标尺为50微米。

(J) 从感染3、6、9和12个月后的S. anginosus感染小鼠胃中培养的细菌。使用菌落PCR来验证MALDI-TOF MS的结果（表S3）。

(K) 使用ClustalW多重比对显示了菌落PCR产物的组装桑格序列与S. anginosus ATCC 33397基因组参考PCR测序的比对示例。
图像 S3：Streptococcus anginosus调节小鼠胃微生物组成
(A) 雄性C57BL/6小鼠被灌胃S. anginosus（n=10），H. pylori SS1（n=9）或H. pylori加S. anginosus的组合（n=10）。

(B) 胃部的组织学评分。

(C) S. anginosus或H. pylori SS1单独感染小鼠或共感染小鼠胃的代表性H&E染色图像；标尺为100微米。

(D) S. anginosus感染小鼠12个月后正常相邻组织、化生成和异形性区域的代表性FISH图像；标尺为50微米。

(E) 雄性C57BL/6小鼠被灌胃S. anginosus（2周n=10，3个月n=15，9个月n=8，12个月n=15）或BHI液体（2周n=10，3个月n=11，9个月n=8，12个月n=15）持续2周，3、9和12个月。

(F) 小鼠对比BHI对照组在感染S. anginosus后的胃pH变化。基线：8周大的C57BL/6小鼠。

(G) 雄性C57BL/6小鼠被灌胃Parvimonas micra（P. micra）（3个月n=10，6个月n=9，9个月n=10，12个月n=20）持续3、6、9和12个月。相应的BHI对照组见图2A。

(H) P. micra感染小鼠胃部的组织学评分。未发现萎缩、粘液样化生或异形性病变。

(I) 代表性的H&E染色图像显示了P. micra感染小鼠的胃（3、6、9和12个月后感染）；标尺为100微米。

(J) S. anginosus（MOI=50）感染在MKN28或NCI-N87单层细胞中显著增加了细胞透过性，由FITC-dextran（4kDa）渗透性测定。

(K) S. anginosus感染急性炎症、慢性炎症和癌前状态阶段的反差显著的细菌差异热图。急性炎症：感染后2周，慢性炎症：感染后3和6个月，癌前状态：感染后9和12个月。

(L) 生态网络揭示了S. anginosus感染小鼠中差异细菌之间的相关性。相关关系通过SparCC方法评估。线宽：相关强度（红线：正相关，假发现率[FDR] < 0.05；蓝线：负相关，FDR < 0.05）；节点大小：细菌丰度。

(M) H. pylori感染小鼠在急性炎症、慢性炎症和癌前状态阶段的反差显著的细菌差异热图。

(N) 生态网络揭示了H. pylori感染小鼠中差异细菌的相关性。数据表示为平均值 ± 标准误。每个点代表一个受试者。单向方差分析（B），成对双尾t检验（D），MannWhitneyU检验（F）和学生t检验（J）用于检验组间的统计显著性。
图像 3：Streptococcus anginosus在小鼠中诱发胃萎缩，化生和异形性，以及损害胃屏障功能
(A和B) 组织学分析显示了3、6、9和12个月后灌胃BHI，H. pylori SS1和S. anginosus的小鼠胃中出现壁细胞萎缩和粘液样化生。

(C) 在S. anginosus感染小鼠的胃上12个月后原位成像及相应的H&E染色图像显示了低度异形性；标尺为100微米。

(D) 在S. anginosus感染小鼠中，12个月后检测到的低度异形性病变的发生率。

(E) 使用Alcian blue染色（是粘液样化生的标记物），在12个月后S. anginosus和H. pylori感染小鼠的胃体中揭示了含酸性粘液的腺体；标尺为100微米。

(F) 在S. anginosus感染小鼠中，12个月后观察到异常的主细胞标记物（胃内因子[GIF]）和提高的粘液颈细胞标记物（GSII）的表达；标尺为50微米。

(G和H) S. anginosus感染小鼠在胃中显示出细胞增殖标记物Ki-67（G）和增殖细胞核抗原（PCNA）（H）的表达水平较高；6个月和12个月后感染；标尺为100微米。

(I) 胃紧密连接标记物Claudin18 (CLDN18)，Occludin (OCLN)和Zonula occludens (ZO-1)在S. anginosus感染小鼠中与BHI对照组相比呈下调状态。

(J) 胃粘膜中CLDN18染色的代表性免疫荧光图像；标尺为50微米。数据表示为平均值 ± 标准误。每个点代表一个受试者。Kruskal-Wallis检验（A和B）或学生t检验（G–I）用于检验组间的统计显著性。

图4：Streptococcus anginosus在无菌小鼠中促进黏液性化生

A：无菌BALB/c小鼠经9个月每周一次的S. anginosus灌胃（n=8），或者BHI肉汤（对照组，n=10）。
B-E：通过FISH（B图），PCR（C图），细菌培养（D图）以及qPCR（E图），证实在无菌小鼠胃粘膜中成功定植了S. anginosus。
F：来自无菌小鼠胃粘膜的H&E染色代表性图像表明S. anginosus造成组织学变化。
G：黏液性化生评分表明S. anginosus诱导了黏液性化生。
H-I：细胞增殖标记Ki-67在S. anginosus感染的无菌小鼠中上调。
J：紧密连接标记物CLDN18和OCLN在S. anginosus感染的无菌小鼠胃中表达下调。

图5 ：Streptococcus anginosus加速小鼠胃癌发展

A：C57BL/6小鼠在YTN16异种移植胃癌模型中接受S. anginosus（10^5 CFU，n=10）或PBS（对照组，n=10）每5天一次的肿瘤内注射。
B-D：肿瘤生长曲线（B图），肿瘤图片（C图）以及肿瘤重量（D图）表明S. anginosus显著促进了肿瘤生长。
E：Ki-67染色显示，与PBS对照组相比，S. anginosus注射小鼠的肿瘤细胞增殖速率增加。
F：TUNEL染色揭示了S. anginosus感染小鼠肿瘤中减少的凋亡细胞。
G-I：C57BL/6小鼠在YTN16同源异位胃癌模型中接受S. anginosus（2 * 10^9 CFU，n=21）或BHI（对照组，n=19）每3天一次的口服灌胃。
J：MNU诱导的胃癌模型。C57BL/6小鼠接受交替周的MNU（240 ppm）5个周期治疗，随后每3天灌胃S. anginosus（n=11），H. pylori SS1（每2周内共5剂量，n=18），或BHI肉汤（n=13）直到第36周。
K：来自BHI和S. anginosus感染小鼠的胃代表性图像显示异位生长的腺瘤。
L：S. anginosus感染小鼠较之BHI对照组显示更多的肿瘤数量和更大的肿瘤尺寸。
M-N：H&E染色和Ki-67染色显示，和BHI对照组比较，S. anginosus单独感染MNU小鼠显示更高比例的高级别上皮内瘤变以及增加的增殖率。
图S4：与图5相关，表明S. anginosus重塑了小鼠胃肿瘤微环境，通过单细胞RNA测序分析从正位YTN16肿瘤模型中的肿瘤细胞。
图6：S. anginosus通过TMPC-ANXA2轴与胃上皮细胞互动，揭示了S. anginosus如何通过其表面蛋白TMPC与胃上皮细胞之间的关键相互作用来附着和侵袭。
图S5：与图6相关，进一步揭示了S. anginosus通过TMPC-ANXA2轴与胃上皮细胞的相互作用。
图7：S. anginosus通过TMPC-ANXA2轴激活MAPK信号传导，阐明了S. anginosus如何通过与胃细胞表面的ANXA2相互作用而激活下游的MAPK信号通路。
图S6：与图7相关，更多关于MAPK信号通路的激活信息，链接了S. anginosus感染和胃上皮细胞内部的分子事件。
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主要结论
S. anginosus 能够在小鼠胃部引起胃炎症、萎缩、粘液性化生和病变，这些变化是胃癌形成的先兆。S. anginosus 加速其宿主细胞肿瘤生长并破坏胃屏障功能，打破胃微生物群的稳定性。细菌表面蛋白TMPC与胃上皮细胞的ANXA2受体相互作用，触发MAPK信号的活化，促进细胞增殖和抑制細胞凋亡，进一步导致瘤变。
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讨论总结
虽然H. pylori一直被认为是胃肿瘤形成的致病菌，但其在胃黏膜中的优势随着疾病进展会减少。本研究旨在探索胃癌中的非H. pylori微生物的角色。通过胃黏膜样本的宏基因组分析，发现S. anginosus在胃癌中的富集可能与致病相关。该研究揭示了S. anginosus在胃肿瘤形成过程中的因果作用，并建立了该致病菌与胃上皮细胞通信的机制。然而，该研究未深入探讨S. anginosus与胃肿瘤微环境中的其他细胞的相互作用，也未评估其与其他胃癌富集菌或益生菌的协同或拮抗作用，这将是未来研究的方向。尽管存在局限，该研究为非H. pylori菌对胃癌发展可能的贡献提供了证据。
注：本文仅针对学术文献进行解读，无任何指导及建议
—END—
撰文丨解螺旋
排版丨吱吱、豨莶
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