Cell丨腫瘤內微生物研究再次大打折扣——腫瘤微生物組的真實分布與多界生命景觀

撰文丨易

長期以來，微生物被認為是腫瘤微環境的重要組成部分，但關于其在各種癌癥類型中普遍存在的程度，研究結論相互矛盾（）。此前利用大規模腫瘤測序數據集（如TCGA、UK 100kGP）進行的泛癌調查，因存在序列錯誤分類、樣本污染、批次效應和缺乏陰性對照等問題，導致對腫瘤內真實微生物群落的存在、分布和特異性產生了顯著不確定性（）。雖然已有明確證據表明某些微生物（如HPV、EBV、幽門螺桿菌、具核梭桿菌）與特定部位的癌癥（如頭頸部癌、胃癌、結直腸癌）密切相關，但關于非屏障組織部位（如腦、乳腺等）癌癥是否存在微生物定植，學界仍無定論。因此，迫切需要一種更嚴謹、強大的方法來區分真正的腫瘤相關微生物信號與假陽性結果，從而為癌癥微生物組提供一個高分辨率、可靠的圖譜。

近日，美國丹娜—法伯癌癥研究所Matthew Meyerson和Anders B. Dohlman在Cell期刊上發表題為Biodiversity and biogeography of the multi-kingdom cancer microbiome的研究論文，通過開發高精度的宿主序列扣除與去污染分析流程，對大規模腫瘤基因組數據進行分析，發現在嚴格去污染后，大多數癌癥類型缺乏可檢測的特異性微生物組，但口腔消化道腫瘤中存在復雜多樣的多界微生物群落，并且其定植水平與腫瘤突變負荷顯著正相關。

研究團隊首先構建并嚴格驗證了一個名為PathSeq-T2T的創新性生物信息學流程，其核心是利用完整的端粒到端粒人類參考基因組（T2T-CHM13）對腫瘤全基因組測序數據進行精細化宿主序列扣除。這一步驟至關重要，因為早期研究的爭議很大程度上源于未能有效區分人類序列與低生物量樣本中微弱的微生物信號。為了驗證其效能，研究團隊先進行了計算機模擬混合實驗，將已知微生物與人類序列按梯度稀釋混合，結果證明PathSeq-T2T在極端稀釋條件下（微生物與宿主比例低至1:10）仍能近乎完全去除宿主序列，并準確識別單個微生物讀長，其性能顯著優于僅使用標準人類基因組參考的既往方法。隨后，為了模擬現實實驗中的復雜性，研究團隊進行了體外混合實驗，將提取的微生物與人類DNA按相同梯度物理混合并測序。這一關鍵步驟揭示出，盡管PathSeq-T2T能有效分離目標微生物，但所有樣本，包括陰性對照，都普遍存在源于實驗室試劑、環境或樣本處理的背景污染微生物（如痤瘡皮膚桿菌）。此發現不僅確認了背景污染的普遍性，還能夠量化污染水平，從而為后續的真實腫瘤數據分析設定了嚴格的去污染閾值（0.1 RPM）。

在完成方法學驗證后，研究團隊將此優化流程應用于來自英國10萬人基因組計劃的16,369個高深度腫瘤全基因組及其匹配的胚系樣本，以繪制泛癌微生物圖譜。為了從海量數據中區分真正的腫瘤定植菌與普遍存在的污染物，團隊創新性地提出了“泛癌等流行評分”（PCE），用于量化每個微生物物種在不同癌癥類型中分布的均勻度。應用此去污策略后，一個清晰的模式得以浮現：絕大多數癌癥類型（如腦瘤、肉瘤）在經過嚴格去污后，其微生物信號降至背景水平以下，表明這些腫瘤中缺乏可檢測的、特異性的微生物群落。然而，一個顯著的例外是口腔消化道癌癥（包括結直腸、口咽、食管和胃癌），結果顯示這些腫瘤內部存在豐富、復雜且多樣化的多界微生物生態系統，不僅包含已知的細菌，還首次在部分口咽癌和結直腸癌中系統地檢測到了真菌、古菌、病毒以及原生動物寄生蟲毛滴蟲的DNA序列，描繪了一幅前所未有的、多界生命共存的腫瘤微環境圖景。進一步分析其生物地理學特征，發現這些微生物群落的組成具有強烈的解剖部位特異性，例如口腔癌以普雷沃菌、鏈球菌為主，而結直腸癌則以擬桿菌、梭桿菌為特征，完美復現了健康消化道的微生物梯度分布。

在成功刻畫微生物組的分布與構成后，研究團隊深入探究了其與宿主腫瘤生物學特性的關聯。通過對結直腸癌的深入剖析，首先發現，具有高突變負荷的基因亞型，即微衛星不穩定型（MSI）和DNA聚合酶ε/δ突變型（POLE/POLD1），其腫瘤內的微生物載量（尤其是細菌）顯著高于微衛星穩定型（MSS）腫瘤。隨后，為了厘清這種關聯的本質，利用腫瘤突變負荷（TMB）這一連續變量進行相關性分析，結果得到了一個更普適的規律：無論是在MSI還是MSS亞型內部，TMB與微生物載量均呈現顯著的正相關。這一發現促使研究團隊提出假設：微生物的富集可能直接與高突變負荷的基因組狀態相關，而非特定DNA修復缺陷通路所獨有。為了驗證這一點，研究團隊構建了多元統計模型，結果表明，在將TMB作為協變量納入模型后，MSI或聚合酶突變亞型本身對微生物載量的獨立預測作用消失了，而TMB和腫瘤解剖部位則成為最強的預測因子。這意味著，腫瘤基因組的不穩定性本身創造了一個更利于微生物定植或生存的微環境。這一關聯在另一獨立隊列（TCGA）的結直腸癌和胃癌數據中得到了驗證，進一步證實了其穩健性。最后，對具體微生物物種的分析顯示，某些與高TMB相關的物種（如具核梭桿菌、脆弱擬桿菌）本身具有促炎或基因毒性潛能，而一些具有抗炎作用的共生菌（如普通擬桿菌、普拉梭菌）則在低TMB腫瘤中更豐富，暗示了微生物功能與腫瘤基因組背景之間可能存在的功能性互作。

綜上所述，本研究通過層層遞進的方法，從建立高置信度的檢測工具開始，到繪制去污染的微生物分布圖譜，最終將腫瘤微生物組的定植模式與一個根本性的腫瘤特征——體細胞突變負荷聯系起來，為理解腫瘤微環境中宿主與微生物的相互作用提供了全新的、機制性的重要見解。

https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.04.015

制版人： 十一

學術合作組織

（*排名不分先后）

戰略合作伙伴

（*排名不分先后）

轉載須知

【原創文章】BioArt原創文章，歡迎個人轉發分享，未經允許禁止轉載，所刊登的所有作品的著作權均為BioArt所擁有。BioArt保留所有法定權利，違者必究。

BioArt

Med

Plants

人才招聘

點擊主頁推薦活動

關注更多最新活動！