胶质瘤中微生物菌群分类及其免疫关联性
发布时间：2021-01-10 04:23
胶质瘤是最常见的原发性恶性脑瘤,患者预后很差.胶质瘤一般都会复发,并且经常对放疗和化疗产生抗性.微生物群体可通过调节中枢神经系统的炎症反应影响治疗抗性,但其分子机制和具体过程未知.为研究这个问题,本团队对2个胶质瘤患者的多区域肿瘤组织和癌旁组织样本进行了转录组和宏基因组测序.结果在胶质瘤中鉴定到若干微生物群体,这些微生物各自偏好肿瘤微环境中不同类型的免疫细胞,并可能与胶质瘤的发生发展相关.据悉,这是首次在颅内肿瘤内详细定义微生物种群,并揭示细菌群体在肿瘤和邻近癌旁组织中具有不同的丰度分布.本团队的发现有助于人们更好地理解微生物群体如何与胶质瘤微环境互动并促进化疗抵抗.期待将来可以开发出新型细菌疗法（单独应用或与免疫治疗联合应用）,用于改善肿瘤患者的预后.
【文章来源】：中国科学:生命科学. 2020,50(10)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
RNA测序各样本丰度FPKM值.G09为WHOⅠ级的毛细胞型星形细胞瘤样本,G22为WHOⅣ级的胶质母细胞瘤样本.G0904RNA样本FPKM值明显低于其他样本,因此后续免疫分析中去除此样本
肿瘤相关巨噬细胞在肿瘤发生发展中扮演着重要角色,尤其在中枢神经系统肿瘤中是最主要的肿瘤相关非癌细胞[25].大脑的巨噬细胞可以分为三类:小胶质细胞、中枢神经系统常驻巨噬细胞和循环来源的单核细胞.通过比较小胶质细胞的marker,例如ITGAM,AIF1等基因在胶质瘤G09和G22的所有亚样本的转录水平发现,这些基因相比癌旁组织都有显著的高表达,说明在这两个肿瘤组织中小胶质细胞是免疫响应的主要活性细胞成分.EPIC工具可基于基因表达对胶质瘤免疫微环境进行预测,并定量分析肿瘤相关的成纤维细胞和免疫细胞组分(图3).可以发现,无论是PA型的G09,还是GBM型的G22的癌旁组织(G09APRNA和G22APR-NA),其激活的巨噬细胞成分均明显低于各个肿瘤亚样本,这与之前的报道相符[26～28].同时,B细胞和在其他类型实体瘤中发挥主要免疫功能的T细胞(包括CD4和CD8)未明显激活,其活性细胞组分跟癌旁组织相比无明显差异.G09和G22肿瘤亚样本中的CD4+T细胞都比巨噬细胞多,但是因为在癌和癌旁中没有差异,因此本团队推论胶质瘤中发挥主要免疫功能的仍然是巨噬细胞.同时本团队注意到,G09不同亚样本的各种免疫组分类似,说明该样本免疫微环境异质性相对较低,而G22亚样本的免疫组分含量相差较大,说明该样本免疫微环境异质性相对较高.这可能与GBM基因组的异质性高于PA有关.
本团队通过对20个样本的主坐标分析发现,主导分布模式的可能是组织类别,其次能区分样本的可能是肿瘤和癌旁中丰度差异较大的细菌(图4).本研究采用两种不同的过滤标准筛选这些微生物,其中较严格的为Filter-1标准:肿瘤、癌旁、血浆三种组织的平均相对丰度≥阴性对照,且肿瘤组织平均相对丰度>癌旁组织.通过Filter-1标准筛选得到7种微生物(表1),相对丰度以及在每个样本中的分布见网络版附表3.其中,Propionibacterium phage Stormborn是一种双链DNA噬菌体,丰度在肿瘤和癌旁中差异最大,但是在癌旁和阴性对照中是一样的水平,Staphylococcus hyicus的丰度也是类似情况.两种微生物可能只是样本处理或测序过程中产生的污染信号,对胶质瘤不存在偏好,跟胶质瘤的免疫微环境之间也无关联.经过BLAST验证,Pseudomonas alcaligenes部分序列更接近其他的细菌,Pseudomonas syringae的序列被分配到其他物种,因此这两种细菌的分型结果可信度不高.Acinetobacter baumannii在肿瘤与癌旁组织中的丰度比值为1.52,Rhodococcus sp.PBTS2的比值为1.32,Marmoricola scoriae(序列相似性85%左右)的比值为2.22,这三种细菌的序列都得到了BLAST验证,可能是主导分布模式的主要微生物物种.之后,采用较宽松的Filter-2标准(肿瘤组织平均相对丰度≥阴性对照,且肿瘤组织平均相对丰度>癌旁组织)分析,得到159种细菌(网络版附表4).进一步用随机森林分析Filter-2微生物的贡献度,根据分类贡献度(importance)鉴定与胶质瘤相关的微生物(图5,详细结果见网络版附表5):Acinetobacter junii,Acinetobacter baumannii,Pseudomonas aeruginosa和Brevundimonas diminuta.其中,Acinetobacter baumannii与Filter-1结果重合,该菌也是存在于最多样本中的细菌(网络版附表2).文献报道Acinetobacter baumannii是一种好氧革兰氏阴性不动杆菌,与胶质母细胞瘤内发生的脓肿有关[29],不动杆菌包含几种多重耐药菌,普遍被认为是非致病的,Acinetobacter baumannii是最常见的一种,生存于各种物体表面,如皮肤和食物;医院感染的菌群中也发现过Acinetobacter baumannii,它能感染免疫力低下的脑瘤患者[30].
【参考文献】：
期刊论文
[1]P4HA1调控EMT影响脑胶质瘤侵袭性研究[J]. 方胜,张俊文,董程远,田毅夫,王启俨,刘福生,金贵善. 中国科学:生命科学. 2020(04)
[2]shRNA干扰eIF4A1基因对胶质瘤细胞体内外生物学特征的影响[J]. 张俊文,范文华,方胜,陈虹,黄秉仁,刘福生. 中国科学:生命科学. 2019(08)
[3]基于多组学水平的动物分子趋同演化研究新进展[J]. 程绍臣,王晓萍,于黎. 中国科学:生命科学. 2019(07)
[4]肠道菌群微生态与结直肠癌的研究进展[J]. 杨柳,梁新军. 中国肿瘤临床. 2018(24)
[5]白介素-22与具核梭杆菌在结直肠癌发生发展中的协同作用[J]. 陆诗媛,严婷婷,郭方方,陈萦晅,洪洁,房静远. 中国科学:生命科学. 2018(06)
[6]上消化道癌及其癌前病变微生物菌群研究进展[J]. 邵丹彤,魏文强. 中华流行病学杂志. 2018 (03)
[7]血液系统恶性疾病中巨噬细胞的研究进展[J]. 王丽娜,郑国光. 中国科学:生命科学. 2017(12)
本文编号：2968053
【文章来源】：中国科学:生命科学. 2020,50(10)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
RNA测序各样本丰度FPKM值.G09为WHOⅠ级的毛细胞型星形细胞瘤样本,G22为WHOⅣ级的胶质母细胞瘤样本.G0904RNA样本FPKM值明显低于其他样本,因此后续免疫分析中去除此样本
肿瘤相关巨噬细胞在肿瘤发生发展中扮演着重要角色,尤其在中枢神经系统肿瘤中是最主要的肿瘤相关非癌细胞[25].大脑的巨噬细胞可以分为三类:小胶质细胞、中枢神经系统常驻巨噬细胞和循环来源的单核细胞.通过比较小胶质细胞的marker,例如ITGAM,AIF1等基因在胶质瘤G09和G22的所有亚样本的转录水平发现,这些基因相比癌旁组织都有显著的高表达,说明在这两个肿瘤组织中小胶质细胞是免疫响应的主要活性细胞成分.EPIC工具可基于基因表达对胶质瘤免疫微环境进行预测,并定量分析肿瘤相关的成纤维细胞和免疫细胞组分(图3).可以发现,无论是PA型的G09,还是GBM型的G22的癌旁组织(G09APRNA和G22APR-NA),其激活的巨噬细胞成分均明显低于各个肿瘤亚样本,这与之前的报道相符[26～28].同时,B细胞和在其他类型实体瘤中发挥主要免疫功能的T细胞(包括CD4和CD8)未明显激活,其活性细胞组分跟癌旁组织相比无明显差异.G09和G22肿瘤亚样本中的CD4+T细胞都比巨噬细胞多,但是因为在癌和癌旁中没有差异,因此本团队推论胶质瘤中发挥主要免疫功能的仍然是巨噬细胞.同时本团队注意到,G09不同亚样本的各种免疫组分类似,说明该样本免疫微环境异质性相对较低,而G22亚样本的免疫组分含量相差较大,说明该样本免疫微环境异质性相对较高.这可能与GBM基因组的异质性高于PA有关.
本团队通过对20个样本的主坐标分析发现,主导分布模式的可能是组织类别,其次能区分样本的可能是肿瘤和癌旁中丰度差异较大的细菌(图4).本研究采用两种不同的过滤标准筛选这些微生物,其中较严格的为Filter-1标准:肿瘤、癌旁、血浆三种组织的平均相对丰度≥阴性对照,且肿瘤组织平均相对丰度>癌旁组织.通过Filter-1标准筛选得到7种微生物(表1),相对丰度以及在每个样本中的分布见网络版附表3.其中,Propionibacterium phage Stormborn是一种双链DNA噬菌体,丰度在肿瘤和癌旁中差异最大,但是在癌旁和阴性对照中是一样的水平,Staphylococcus hyicus的丰度也是类似情况.两种微生物可能只是样本处理或测序过程中产生的污染信号,对胶质瘤不存在偏好,跟胶质瘤的免疫微环境之间也无关联.经过BLAST验证,Pseudomonas alcaligenes部分序列更接近其他的细菌,Pseudomonas syringae的序列被分配到其他物种,因此这两种细菌的分型结果可信度不高.Acinetobacter baumannii在肿瘤与癌旁组织中的丰度比值为1.52,Rhodococcus sp.PBTS2的比值为1.32,Marmoricola scoriae(序列相似性85%左右)的比值为2.22,这三种细菌的序列都得到了BLAST验证,可能是主导分布模式的主要微生物物种.之后,采用较宽松的Filter-2标准(肿瘤组织平均相对丰度≥阴性对照,且肿瘤组织平均相对丰度>癌旁组织)分析,得到159种细菌(网络版附表4).进一步用随机森林分析Filter-2微生物的贡献度,根据分类贡献度(importance)鉴定与胶质瘤相关的微生物(图5,详细结果见网络版附表5):Acinetobacter junii,Acinetobacter baumannii,Pseudomonas aeruginosa和Brevundimonas diminuta.其中,Acinetobacter baumannii与Filter-1结果重合,该菌也是存在于最多样本中的细菌(网络版附表2).文献报道Acinetobacter baumannii是一种好氧革兰氏阴性不动杆菌,与胶质母细胞瘤内发生的脓肿有关[29],不动杆菌包含几种多重耐药菌,普遍被认为是非致病的,Acinetobacter baumannii是最常见的一种,生存于各种物体表面,如皮肤和食物;医院感染的菌群中也发现过Acinetobacter baumannii,它能感染免疫力低下的脑瘤患者[30].
【参考文献】：
期刊论文
[1]P4HA1调控EMT影响脑胶质瘤侵袭性研究[J]. 方胜,张俊文,董程远,田毅夫,王启俨,刘福生,金贵善. 中国科学:生命科学. 2020(04)
[2]shRNA干扰eIF4A1基因对胶质瘤细胞体内外生物学特征的影响[J]. 张俊文,范文华,方胜,陈虹,黄秉仁,刘福生. 中国科学:生命科学. 2019(08)
[3]基于多组学水平的动物分子趋同演化研究新进展[J]. 程绍臣,王晓萍,于黎. 中国科学:生命科学. 2019(07)
[4]肠道菌群微生态与结直肠癌的研究进展[J]. 杨柳,梁新军. 中国肿瘤临床. 2018(24)
[5]白介素-22与具核梭杆菌在结直肠癌发生发展中的协同作用[J]. 陆诗媛,严婷婷,郭方方,陈萦晅,洪洁,房静远. 中国科学:生命科学. 2018(06)
[6]上消化道癌及其癌前病变微生物菌群研究进展[J]. 邵丹彤,魏文强. 中华流行病学杂志. 2018 (03)
[7]血液系统恶性疾病中巨噬细胞的研究进展[J]. 王丽娜,郑国光. 中国科学:生命科学. 2017(12)
本文编号：2968053
本文链接：https://www.wllwen.com/yixuelunwen/shenjingyixue/2968053.html
最近更新
教材专著
