تؤثر ميكرونيشات الكائنات الحية الدقيقة داخل الفم على عدم التجانس المكاني والخلوي في السرطان

تؤثر ميكرونيشات الكائنات الحية الدقيقة داخل الفم على عدم التجانس المكاني والخلوي في السرطان

في مقال نشر مؤخرا في طبيعة قام الباحثون برسم خرائط للتفاعلات المكانية والخلوية والجزيئية للبكتيريا المضيفة والورم داخل البيئة الدقيقة للورم (TME). واستخدموا تقنيات التنميط المكاني في الموقع وتسلسل الحمض النووي الريبي أحادي الخلية (scRNA-seq)، مع التركيز على سرطانات الجهاز الهضمي، وخاصة سرطان الخلايا الحرشفية الفموية (OSCC) وسرطان القولون والمستقيم (CRC).

Lernen: Wirkung der intratumoralen Mikrobiota auf die räumliche und zelluläre Heterogenität bei Krebs. Bildquelle: Kristalllicht/Shutterstock

خلفية

قدمت الدراسات المختبرية وما قبل السريرية باستخدام النماذج الحيوانية أدلة جزيئية على دور البكتيريا المرتبطة بالورم في ما لا يقل عن 33 حالة سرطانية ونقائل رئيسية. أظهرت بيانات التصوير توطينًا مشتركًا للعلامات البكتيرية مع أهداف الخلايا الظهارية والمناعية، مما يشير إلى أن الكائنات الحية الدقيقة داخل الفم قد تكون داخل الخلايا.

علاوة على ذلك، تلعب الكائنات الحية الدقيقة المضيفة داخل الفم دورًا في المراقبة المناعية والمقاومة الكيميائية. ومع ذلك، لم تكشف الدراسات عن هوية هذه الكائنات المرتبطة بالخلايا السرطانية داخل TME وأنواع الخلايا المضيفة التي تتفاعل معها في أورام المريض. علاوة على ذلك، ما إذا كان توزيعها المكاني وتفاعلاتها مع المضيف يؤثر على القدرات الوظيفية المختلفة داخل TME.

عن الدراسة

في هذه الدراسة، قام الباحثون أولاً بتقييم تكوين الكائنات الحية الدقيقة داخل الفم على مستوى الشعبة والجنس. بعد ذلك، أكدوا بصريًا التوزيع المكاني غير المتجانس للمجتمعات البكتيرية المحددة، بما في ذلك بكتيريا Fusobacterium nucleatum. وللقيام بذلك، قاموا بإجراء تسلسل جينات الريبوسوم RNA 16S على 44 قطعة من الأنسجة من أورام 11 مريضًا مصابين بـ CRC. بالإضافة إلى ذلك، استهدفوا تصوير مضان RNAscope في التهجين الموضعي (RNAscope-FISH) للمقصورات ذات الكثافة السكانية العالية مع الكتلة الحيوية للخلايا البكتيرية والمناطق السلبية للبكتيريا داخل نفس عينة الورم. بالإضافة إلى ذلك، قاموا بقياس الحمل النسخي لأنسجة كائنات معينة باستخدام مقياس المعرفات الجزيئية الفريدة (UMI).

بالإضافة إلى ذلك، قام الباحثون بقياس ملف تعريف التعبير لـ 77 بروتينًا مرتبطًا بالمناعة المضادة للورم وتطور السرطان باستخدام منصة التنميط المكاني الرقمي (DSP). بعد ذلك، قاموا بتطوير طريقة INVADEseq لدراسة التفاعل بين البكتيريا والخلايا المضيفة داخل TME والتأثيرات على نسخ الخلايا المضيفة. مكنت هذه الطريقة من إنشاء مكتبات الحمض النووي التكميلي (cDNA) التي تحتوي على نسخ بكتيرية من الخلايا البشرية المرتبطة بالبكتيريا. وبعبارة أخرى، فقد ساعد الباحثون على رسم قراءات بكتيرية للخلايا البشرية الفردية.

سمح نهج الاختزال في زراعة النباتات في المختبر للباحثين بتقييم التفاعلات المباشرة للعضو المهيمن في الكائنات الحية الدقيقة داخل الفم مع الخلايا السرطانية المناعية أو الظهارية. قاموا بزراعة الأجسام الشبه الكروية الظهارية CRC مع عزل F. nucleatum CRC، متبوعًا بالتضمين في مصفوفات الكولاجين التي تحتوي على العدلات الموزعة بالتساوي في جميع أنحاء الجل. بعد ذلك، استخدموا الفحص المجهري متحد البؤر للخلية الحية لتصور وتتبع ومقارنة العدلات المدمجة في الأجسام الشبه الكروية المصابة بـ F. nucleatum مع الأجسام الشبه الكروية غير المصابة.

نتائج الدراسة

كتاب علم المناعة الالكتروني

تجميع لأهم المقابلات والمقالات والأخبار من العام الماضي. تنزيل نسخة مجانية

حددت RNAscope-FISH النصوص البكتيرية في 46% و28% من مواقع الالتقاط في أورام CRC وOSCC، على التوالي. تراوحت الأجناس البكتيرية التي تم تحديدها في موقع الالتقاط من واحد إلى 42 ومن واحد إلى 31، بمتوسط ​​ثمانية واثنين لأورام OSCC وCRC، على التوالي. في ورم OSCC، حدد مقياس UMI البارفيموناس والبيبتونيفيلوس والبكتيريا المغزلية باعتبارها الأجناس البكتيرية الأكثر هيمنة. على العكس من ذلك، كانت الأجناس السائدة في عينة CRC هي Fusobacterium وBacteroides. ومن المثير للاهتمام أن الأخير كان له عدد أكبر من القراءات و UMIs مقارنةً بعينة OSCC. إن التوطين المشترك لمجتمعات الأجناس المعزولة والأجناس المختلفة المتعددة داخل مواقع الاصطياد سلط الضوء على مدى تعقيد تفاعلات الكائنات الحية الدقيقة داخل الفم بين هذين النوعين من السرطان.

أظهرت الأنسجة الإيجابية للبكتيريا في الأورام زيادة ملحوظة في خلايا CD11b+ وCD66b+ النخاعي، ولكن كثافة أقل في خلايا CD4+ وCD8+ T. وكانت الحالة مع المناطق المجاورة السلبية للبكتيريا مختلفة؛ يشير هذا إلى أن الكائنات الحية الدقيقة المرتبطة بالورم كان لها تأثير موضعي للغاية. من المحتمل أن البكتيريا الغازية جندت الخلايا النخاعية للحث على الاستجابة الالتهابية من خلال محول إشارة يانوس كيناز (JAK) ومنشط إشارات النسخ (STAT). لقد عزز استبعاد الخلايا التائية ونمو الورم عن طريق إفراز إنترلوكينات معينة وكيموكينات كيميائية في البيئة. ومن اللافت للنظر أن البكتيريا داخل الخلايا ولدت توقيعات جينية تتوافق مع غزو الخلايا الناجم عن السرطان، والورم الخبيث، وإصلاح تلف الحمض النووي، وسكون الخلية عن طريق تنشيط عوامل النسخ من عائلتي Jun وFos.

أظهر رسم خرائط المقاييس البكتيرية من تحليل INVADEseq للخلايا المفردة المشروحة أن البكتيريا المغزلية واللولبية في أورام المرضى هذه كانت مرتبطة في الغالب بالبلاعم الظهارية والمشتقة من الخلايا الوحيدة (مجموعات الخلايا)، مع معدل عدوى بكتيرية إجمالي يبلغ 25% و52% على التوالي.

أكد تحليل إثراء مجموعة الجينات (GSEA) أن الخلايا الموجودة داخل "مجموعة الخلايا الظهارية 3" التي تهيمن عليها البكتيريا كانت خلايا سرطانية، مع تنظيم مسارات الإشارات المشاركة في تطور السرطان (مثل الانتقال الظهاري الوسيط أو مسار EMT). يشير تجنيد العدلات والاحتفاظ بها في الأجسام الشبه الكروية للخلايا السرطانية المصابة بالنواة إلى أن الكائنات الحية الدقيقة داخل الفم لعبت دورًا نشطًا في إثراء العدلات في الميكرونيات المستعمرة بالبكتيريا لأورام المريض.

تم فصل الخلايا الظهارية CRC المصابة بـ F. nucleatum عن الكتلة الكروية وهاجرت كخلايا ظهارية فردية إلى هلام الكولاجين المحيط. في المقابل، تنتشر الخلايا الظهارية السرطانية غير المصابة عبر الجل ككتلة كروية بمتوسط ​​معدل تمدد يبلغ 1.34 × 105 ميكرومتر مكعب في الساعة. عززت البكتيريا الغازية غزو الخلايا السرطانية ولكنها غيرت أيضًا أنماط حركة الخلايا السرطانية المصابة، وبالتالي تعزيز عدم تجانس الخلايا على المستوى الوظيفي.

الاستنتاجات

وجدت الدراسة أن توزيع الكائنات الحية الدقيقة داخل الفم كان غير متجانس في الأورام البشرية. على الرغم من عدم تجانسها، فإن توزيع الكائنات الحية الدقيقة داخل الورم لم يكن عشوائيًا ولكنه منظم للغاية، وكانت الميكرونيات ذات وظائف الخلايا المناعية والظهارية تحفز السرطان بشكل نشط. وبشكل عام، فقد غير بيولوجيا أجزاء خلوية معينة وأثر على المناعة المضادة للورم وهجرة الخلايا الظهارية السرطانية. وفقًا للمؤلفين، يمكن تحليل الكائنات الحية الدقيقة داخل الفم في 33 نوعًا من السرطانات الرئيسية المكتشفة حتى الآن باستخدام نفس الأدوات والتقنيات.

مرجع:

• Galeano Niño, JL, Wu, H., LaCourse, KD et al. (2022). Wirkung der intratumoralen Mikrobiota auf die räumliche und zelluläre Heterogenität bei Krebs. Natur. doi: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05435-0 https://www.nature.com/articles/s41586-022-05435-0

.