医微客 - 微生物组与前列腺癌

微生物组与前列腺癌

临床研究

2022-09-01

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The microbiome and prostate cancer

avier-DesLoges J, McKay RR, Swafford AD, Sepich-Poore GD, Knight R, Parsons JK. The microbiome and prostate cancer. Prostate Cancer Prostatic Dis. 2022 Feb;25(2):159-164. doi: 10.1038/s41391-021-00413-5. Epub 2021 Jul 15. PMID: 34267333; PMCID: PMC8767983.

微生物组与前列腺癌

越来越多的证据表明，微生物组参与了许多人类疾病的发展和治疗，包括前列腺癌。基于微生物组的前列腺癌发展机制有几种潜在途径：微生物或微生物产物在前列腺或尿液中的直接影响，以及微生物或微生物产物在胃肠道中的间接影响。已经在前列腺癌患者的粪便、口腔、组织、尿液和血液中发现了独特的微生物特征，但研究结果各不相同。最近的研究描述了微生物组的潜在诊断和治疗应用，但需要进一步的临床研究。在这篇综述中，我们探讨了关于人类微生物组发现及其与前列腺癌关系的现有文献。

在人体中，超过 38 万亿微生物共存，主要在呼吸消化道中，在其他身体部位的数量较少 [1] 2 。这些微生物，包括细菌、病毒、古细菌、原生生物和真菌 3 是微生物群 4 ，而微生物组描述了这些生物体和遗传信息的总和。可以说，多个人类微生物组填补了复杂的、器官特异性的环境生态位，并成为内源性微生物与人体之间相互作用的基础，通常通过免疫系统 5 以及介导与病原体的相互作用

尽管作为微生物生态学领域延伸的人类微生物组研究已经存在了几十年，但直到最近，对微生物组的影响及其与人类疾病的潜在关联的认识才成为医学的前沿 7 。已经出现了以微生物组为中心的疾病模型来描述肥胖、炎症性肠病、牛皮癣、反流性食管炎和结直肠癌等 4 。类似的数据正在出现将微生物组与前列腺癌的诊断及其治疗联系起来 7 。各种微生物组与前列腺的相互作用（可能与前列腺癌有关）可以大致用两个不同的类别来表征：直接和间接 3 . 直接途径涉及前列腺组织和泌尿微生物组；间接途径涉及胃肠道，包括口腔和粪便微生物群 8 ，尽管血液中与前列腺癌相关的微生物特征的证据可能会在未来将间接影响与其他部位联系起来 3 。

在这篇综述中，我们总结了有关前列腺癌发病机制、诊断和治疗靶向影响的潜在直接和间接微生物组机制的已发表数据。这项关于微生物组和前列腺癌的早期工作的绝大部分都集中在调查泌尿生殖道内的细菌和病毒种类，目的是识别自然和患病的微生物组。最近的技术进步使组织生物样本和血液的测序和数据分析成为可能。从理论上讲，天然微生物组的改变可能导致前列腺癌的发展。慢性感染、病毒基因掺入和微生物代谢物可能会影响前列腺癌发生9 ，相关微生物基因或代谢特征的鉴定可能会提高诊断能力并进一步影响治疗模式。虽然大部分数据尚未成熟，但本综述将重点关注该领域迄今为止的文献。

方法

文献检索

目前的文献综述旨在检查有关微生物组和前列腺癌主题的原始研究和综述。我们对 PubMed 进行了系统搜索。搜索仅包括 1998 年 1 月 1 日至 2020 年 10 月 1 日发表的英文文章。我们搜索了以下关键词：（前列腺或前列腺癌或前列腺肿瘤或前列腺肿瘤或前列腺癌）和（微生物组或微生物群）。然后，我们对检索到的研究的标题和摘要进行了审查，并进一步评估了符合我们研究选择标准的研究全文。

研究选择标准

如果文章符合以下所有纳入标准，则认为这些文章符合条件：研究人群包括疑似前列腺癌、诊断为前列腺癌和/或诊断为良性前列腺增生且具有可用微生物组数据的患者。看图1 有关纳入和排除的研究数量的更多详细信息。

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图1：

文章选择流程图

前列腺和泌尿微生物组（直接）

前列腺癌仍然是男性最常见的疾病之一，有多种治疗策略和不明原因 10 11 。在过去的二十年里，一些研究试图阐明前列腺的微生物组及其在前列腺癌发展中的作用。分析和污染控制技术的进步已经确定了潜在的天然组织微生物组，其生态失调可能表明前列腺癌的原因。虽然仍有很多不清楚的地方，但以下研究说明了试图定义构成患有或未患有前列腺癌的患者微生物组的物种的尝试。

细菌

在 2000 年 12 的一项早期前列腺微生物组研究中，收集了 27 名患者的前列腺组织，包括：其他健康男性的器官捐赠者（n = 18 名患者）、在前列腺癌背景下采集的根治性前列腺切除术标本（n = 7 名患者）和良性前列腺增生情况下的简单前列腺切除术标本（n = 2 名患者）。作者对所有样本进行了 16S rRNA 基因 PCR，以确定是否存在细菌，并且在器官供体对照中没有发现细菌 DNA，这进一步揭示了 PCR 检测灵敏度低至每 25 毫克前列腺组织中的 6 个细菌。相比之下，根治性和简单的前列腺切除术标本中存在细菌，但该研究没有进行测序以鉴定物种 12 . 虽然这项研究有其局限性，但这是对前列腺病理学环境中潜在前列腺微生物组的早期鉴定。此后，其他几项研究评估了前列腺微生物组的存在，并强调前列腺不是无菌器官。一项研究评估了 16 名因前列腺癌接受根治性前列腺切除术的患者的肿瘤组织、肿瘤周围组织和非肿瘤组织中的细菌 DNA 13 。总体而言，作者指出，痤疮丙酸杆菌，现在被归类为痤疮皮肤杆菌，是所有组织中均等存在的最具代表性的细菌种类。在小鼠模型中，痤疮丙酸杆菌在前列腺组织内的促炎通路中具有已知作用14 ，一些作者认为这可能与前列腺癌的发展有关15 . 然而，该分析的主要限制之一是使用福尔马林固定石蜡包埋 (FFPE) 介质，该介质具有被其他细菌污染的高风险，而痤疮丙酸杆菌是一种众所周知的污染物7、16 . 在分析的根治性前列腺切除术标本中，作者确实注意到了差异，即与肿瘤周围组织相比，非肿瘤组织中链球菌科的比例更高（p<0.05）。他们还发现，与正常组织相比，肿瘤周围或肿瘤组织中葡萄球菌科的比例更高（p<0.05）。据推测，链球菌的唯一存在在非肿瘤组织中可能表明健康前列腺组织的正常微生物组13 。进一步推测，细菌如链球菌是乳酸杆菌目的成员，可能有助于维持对宿主环境有益的生态系统。然而，链球菌和葡萄球菌属。也是人体皮肤上最常见的细菌之一，并且是常见的实验室污染物17 。

在对接受根治性前列腺切除术的 65 名患者进行的另一项研究中，作者确定假单胞菌属、大肠杆菌属、不动杆菌属和角质杆菌属是最丰富的细菌属，但与邻近的良性组织没有区别 18 ，并且如前所述，这些微生物都是常见的实验室污染物 17 ．斯法诺斯等人。评估了根治性前列腺切除术标本并在前列腺组织中发现了细菌 DNA，但当与核心样本进行比较时，活检结果为阴性。作者假设这种差异可能归因于在淀粉状体中存在局灶性微生物群或已“化石化”的残留细菌 DNA 19 . 尽管他们引用他们的发现作为可能不存在真正的前列腺微生物组的证据，但其他报告为它的存在提供了更有说服力的证据。

最近的研究不是从天然菌群的角度，而是作为传染性病原体，检查了细菌在前列腺癌中的作用。例如，沙眼衣原体等细菌的性传播感染已被分析为前列腺癌的潜在原因 20 。前列腺癌、肺癌、结直肠癌和卵巢癌 (PLCO) 癌症筛查试验发现，如果男性患有七种性传播感染中的任何一种 [衣原体、人乳头瘤病毒 (HPV)-16、HPV-18 、单纯疱疹病毒 2、巨细胞病毒、人类疱疹病毒 8、梅毒或淋病] 与无感染相比（OR 1.3；95% CI，1.0–1.6，p=0.05） 21 。

在另一项研究中，作者使用泛病原体微阵列 (PathoChip) 评估病原体的存在，该芯片是根据 NCBI GenBank 序列设计的，而不是依赖于从 DNA 或 RNA 测序方法中分配推定分类标签的先前研究 22 ]。在他们对 50 名根治性前列腺切除术患者和 15 名接受经尿道前列腺切除术的 BPH 患者进行的研究中 22 ，作者发现与正常组织相比，前列腺癌患者中存在明显的致病微生物组。作者在这项研究中的主要发现之一是在超过 90% 的前列腺癌标本中检测到幽门螺杆菌。具体来说，他们发现了幽门螺杆菌的整合细胞毒素相关基因A（CagA）基因进入前列腺肿瘤DNA。先前的研究表明，幽门螺杆菌可以将自身整合到人类体细胞染色体中，这可能导致基因表达的失调 23 。CagA 基因是幽门螺杆菌 24 的毒力因子，已知其通过原癌基因的激活和肿瘤抑制基因的失活 25 与胃癌的发展 21 相关。因此，作者得出结论，整合H. pylori DNA 可能在前列腺癌发展中发挥作用。与本研究相反，第二项研究在 BPH 标本中发现了幽门螺杆菌 26 . 在第三项研究中，在 BPH 和前列腺癌标本中都发现了幽门螺杆菌 27 。这些研究表明，关于幽门螺杆菌和其他病原菌在前列腺癌发展中的作用仍存在重大争议，但也突出了用于确定细菌存在/不存在、丰度和特异性的方法缺乏标准化。需要进一步研究标准化方法，以确定它们在癌组织中的作用是致病性、巧合性还是污染 28 。

正在积极探索前列腺癌背景下的泌尿微生物组，但数据仍然有限。历史上的教导是尿液是无菌的，但一些研究表明，由于标准培养方法的限制，真正的尿液微生物组的代表性不足 29 30 。尿中微生物群的起源仍然难以捉摸，以及它们是否起源于泌尿道，例如肾脏、膀胱或前列腺，或其他地方 31 。在最近一项评估前列腺活检前男性尿液的研究中，作者使用 16S rRNA 基因扩增子测序鉴定了不同的细菌群，但良性和癌性样本之间没有差异 32 . 然而，作者发现一部分前列腺癌患者中存在促炎细菌 32 ，这支持了一种新的假设，即促炎细菌可能影响炎症、尿液反流和前列腺癌 33 。与前列腺组织检查的情况一样，需要进一步的研究来阐明泌尿微生物组与前列腺癌的关系。

病毒

病毒可能是前列腺微生物组的一个组成部分，尽管由于强调 16S rRNA 基因扩增子测序以及在存在大量人类 DNA 的情况下鸟枪法宏基因组学的高成本，它们仍然是微生物组的一个未被充分研究的组成部分。然而，已经检查了特定的病毒关联。关于这一主题的原始研究之一在前列腺上皮内瘤变34 患者中发现了巨细胞病毒。随后的几项研究已确定 BK 病毒、多瘤病毒（JC 病毒）、HPV 和 Epstein Barr 病毒与前列腺肿瘤相关 34 – 38 这些发现在随后使用 PathoChip 的研究中得到了复制，如上所述 22 . 本研究的作者在前列腺肿瘤中检测到 HPV-18、巨细胞病毒、卡波西肉瘤相关疱疹病毒 (KSH)、Epstein Barr 病毒、BK 病毒和 JC 病毒 22 。在本研究的 BPH 标本中也发现了 HPV-18 和 KSH 病毒。值得注意的是，HPV-18 和 KSH 病毒被确定为整合到宿主染色体中最多的病毒 22 。HPV-18 在宫颈鳞状细胞癌和腺癌的发展中也具有已知作用，这使得它与前列腺癌的关系变得有趣 39 . 然而，这些病毒是否与前列腺癌的关系仍然不确定，因为这些病毒也在 BPH 标本中发现，并且它们的组织获取时间过程尚不清楚。

前列腺癌的综合微生物特征

在最近的另一篇出版物中，作者评估了癌症基因组图谱 (TCGA) 中 33 种癌症类型的初治全基因组和全转录组样本，其中包括 830 个前列腺腺癌样本。作者在大多数癌症类型中的组织和血液样本中发现了独特的微生物成分，即使经过严格的统计去污处理，丢弃了超过 90% 的已识别微生物读数和分类信息。然后，作者通过验证仅使用血浆衍生的无细胞微生物核酸强烈区分非癌症、HIV 阴性对照受试者 (n=69) 和前列腺癌患者 (n=59) 的能力来验证这些计算结果(ROC曲线下面积94.8%)。值得注意的是，作者纳入了 50 多个实验性污染对照，阳性、在他们的验证研究中加标对照和阴性空白对照，以确保血浆中的发现不受污染驱动。这些发现表明使用前列腺癌患者的微生物组的潜在诊断机会 . 如上所述，标本类型、标本采集技术和分析方法通常因研究而异，但Poore等人的方法。标准化和比较研究和站点之间的数据显示了重新检查多个微生物组在前列腺癌检测和发展中的作用的希望。正在进行的其他调查将继续提供机会，将这些历史数据与通过污染控制收集的新数据集和以微生物鉴定为重点的标准化样品处理方法进行比较。

胃肠道微生物组（间接）

胃肠道微生物组对前列腺癌发展的影响也未被充分探索。在评估粪便微生物组时，最近的一项研究评估了 64 名前列腺癌患者和 41 名非前列腺癌患者在经直肠活检前的直肠拭子。作者发现这两个队列之间的细菌大多重叠，但前列腺癌患者中拟杆菌和链球菌的比例更大 41 。这些发现得到了另一项研究的支持，该研究评估了 12 名前列腺癌患者和 8 名 BPH 患者的粪便，发现前列腺癌患者中拟杆菌的比例较高 42 . 第一项研究的研究人员还注意到碳水化合物代谢途径与天然 B 族维生素产生之间的关联，特别是与非癌症患者相比，前列腺癌患者缺乏精氨酸和叶酸的产生，尽管其重要性仍不清楚。相比之下，在另一项研究中，研究人员在进行活检和抗生素治疗之前比较了直肠拭子的 16S rRNA 基因扩增子测序，发现没有将癌症与 BPH 患者分离43 。然而，这项研究发现，配对尿液样本的微生物组确实可以区分前列腺癌患者和 BPH 患者。在最近的另一项研究中，作者评估了鼠前列腺癌模型，重点是阐明脂多糖 (LPS) 的作用。LPS 是革兰氏阴性菌44 45 外膜的主要成分，已在许多人类疾病中进行了研究，因为它通过结合 toll 样受体 4 (TLR4) 促进非特异性促炎状态，这会导致NF-κB 的上调和炎性细胞因子的释放45 。在前列腺癌中也观察到了增加的 NF-κB 信号传导46 ，并且该研究发现 LPS 和/或 LPS 诱导的炎症可能导致前列腺癌转移的增加。最后，一项研究确定了并发前列腺和牙周8 患者的口腔微生物群和前列腺液之间的潜在联系。具体而言，24 名患有慢性前列腺炎或 BPH 的患者接受了彻底的牙周检查，并使用 RT-PCR分析了牙龈下菌斑和前列腺液样本中普氏菌、牙龈卟啉单胞菌、齿状螺旋体和大肠杆菌的细菌 DNA。在发现所有患者至少患有轻度慢性牙周炎后，作者发现 24 名患者中有 17 名 (70.8%) 的前列腺液中含有一种或多种口腔细菌，其中有齿状螺旋体在近一半的龈下和前列腺分泌物样本中发现。鉴于其样本量小且缺乏健康对照，该研究存在局限性，但它表明在牙周病理学环境中细菌可能从口腔移动到前列腺。此外，目前尚不清楚慢性前列腺炎和前列腺癌之间是否存在联系。没有对这些组织进行组织学研究，也没有分析前列腺分泌物在前列腺癌发展中的作用。总的来说，这些研究的相互矛盾的结论及其有限的样本量使得确定胃肠道微生物组在前列腺癌发生及其时间进程中的具体作用具有挑战性。

开发治疗应用

胃肠道微生物群对药物的代谢和药代动力学具有众所周知的影响 47 48 ，但胃肠道微生物群与前列腺癌治疗之间的联系尚未得到彻底探索。最初的研究集中在阐明雄激素剥夺疗法 (ADT) 在小鼠模型中对塑造肠道微生物群组成的影响 49 。最近，一项研究评估了 30 名 BPH 或前列腺癌患者（接受 ADT 治疗）的直肠拭子，发现 BPH 对照组的多样性明显高于接受 ADT 治疗的前列腺癌患者 29 。更具体地说，作者发现A. muciniphila和Ruminococcaceae的相对丰度增加在服用口服雄激素靶向治疗（醋酸阿比特龙或恩杂鲁胺）的男性中，与服用促性腺激素释放激素 (GNRH) 激动剂/拮抗剂但不同时服用阿比特龙或恩杂鲁胺的男性相比。作者还发现，存在的细菌种类能够进行类固醇/激素的生物合成，并可能影响治疗反应。然而，该研究并未将治疗类型与患者的临床结果相关联，其研究结果的治疗意义仍不确定 29 。尽管作者注意到肠道中的A. muciniphila与抗 PD-1 免疫治疗反应之间存在关联 50 ，但免疫治疗目前尚未获准用于治疗前列腺癌。在后来的研究中进一步探讨了A. muciniphila的意义。作者对从单独接受全身性 ADT、全身性 ADT 和口服醋酸阿比特龙 (AA) 或不接受治疗的 68 名前列腺癌患者的粪便样本进行了 16S rRNA 扩增子测序51 。作者发现，单独使用 ADT 或 ADT+AA 会耗尽依赖雄激素生长的棒状杆菌物种，而 ADT+AA 将粪便微生物群转移到更高的A. muciniphila 种群。进一步的实验表明，单独的 AA 可以促进A. muciniphila在纯培养中生长，但单独的 AA 不足以作为碳源。总的来说，这些结果表明口服 AA 为肠道栖息的A. muciniphila提供了有用的燃料，选择性地刺激其在前列腺癌患者中的生长。此外，作者确定维生素 K2 生物合成相关途径在 AA 暴露的胃肠道样本中持续增加51 。维生素 K2 是一种有前景的抗癌剂，已被证明可抑制小鼠模型中雄激素依赖性和非依赖性肿瘤的生长52 。这些发现表明，AA 在去势抵抗性前列腺癌中的部分功效可能来自通过与A. muciniphila 的共生关系增加的维生素 K2 合成，尽管一项介入试验临床试验显示A. muciniphila给药可增强 AA 仍有待证实。尽管如此，这项研究引起了人们对进一步研究去势抵抗性前列腺癌患者的微生物组以及菌株特异性益生菌在这些患者中的潜在作用的兴趣。最后，最近一项评估 ADT 和低碳水化合物饮食患者血清的研究发现，ADT 的使用与 3-甲酰基吲哚的减少有关，3-甲酰基吲哚是一种来自色氨酸的微生物群衍生代谢物，可减少类固醇合成53 。已知这种代谢物可调节黏膜反应性和炎症54 。因此，通过限制生酮饮食下调 3-甲酰基吲哚可能会提高 ADT 的治疗效果。需要进一步研究来检查微生物群及其代谢物对治疗效果的作用。

结论

微生物组与前列腺癌的关系仍在不断涌现，这里介绍的研究经常提供相互矛盾的信息，强调需要使用标准化方法和适当的污染控制进行额外工作 17 。尽管如此，最近的工作表明约 1.5% 的测序读数来自 TCGA 的正常和癌性前列腺组织中的微生物来源，以及在校正技术变量和去污后使用这些读数区分健康和肿瘤组织的能力，强烈表明存在前列腺癌微生物组 40 . 仍然需要进行额外的工作来检查这些微生物的因果影响（如果有的话）以及它们在致癌和治疗中的潜在作用。由于采样偏差的复杂性以及确定哪些生物与前列腺相互作用，尿微生物组与前列腺之间的相互作用更具挑战性，但具有更好采样程序的新研究可能能够解决这些问题。同样，需要频繁进行污染控制的标准化采样和多种微生物组（组织、尿液、血液、粪便）的评估，以得出强有力的结论并解决相互矛盾的发现。通过将微生物组数据与患者结果相关联，将加强未来的研究。如果微生物组确实在前列腺癌的发展中发挥作用，那么通过饮食改变微生物组可能为帮助预防和治疗前列腺癌提供强有力的方法。将研究范围扩大到微生物代谢物也可能被证明是成功的，最近的一份报告证明了单一微生物代谢物如何改变常见 TP53 突变的表型9 。此外，可能需要一种系统方法来确定微生物组对前列腺癌的影响，因为更简单的方法（如科赫假设）可能无法确定因果关系，总之，微生物组可能在前列腺癌的诊断、发展和治疗中发挥重要作用，需要进一步的研究来阐明这些过程。

关键点：