基因毒性PKS物质与大肠杆菌的结合，与囊性纤维化成年患者的回结肠肿瘤发生有密切关联

《Journal of Cystic Fibrosis》：Genotoxic pks + E. coli is strongly associated with ileocolonic neoplasia in adults with Cystic Fibrosis

　　

Josie van Dorst | Nicole Taylor | B.L.D. Uthpala Pushpakumara | Zi Ting Tan | Daniel D Buchanan | Paul S. Haber | Emily Nash | Simone Visser | Anastasia Volovets | Sheila Sivam | Chee Y. Ooi

新南威尔士大学医学与健康学院临床医学院儿科与儿童健康系，Randwick临床校区，悉尼，澳大利亚

摘要

背景

携带聚酮合酶岛（pks+）的大肠杆菌是一种具有基因毒性的肠道细菌，通过基因毒素colibactin与结直肠癌（CRC）的肿瘤发生有关。在患有囊性纤维化（CF）的成人中，CRC的发病率更高且发病时间更早，但其背后的生物学机制尚未完全明了。本研究旨在确定CF成人中pks+ E. coli的流行情况。

方法

从SCREENCF研究队列中收集了粪便样本和DNA。使用Illumina协议在NovaSeq X Plus平台上对宏基因组文库进行测序。通过针对clbB基因的聚合酶链反应（PCR）来检测pks岛的存在。

结果

在49名CF参与者中：无病理（NORMAL）组中有1/35（3%）检测到pks+ E. coli，腺瘤性息肉（AP）组中有5/12（42%），回结肠癌（ICC）组中有2/2（100%）。患有任何回结肠肿瘤的个体携带pks+ E. coli的可能性是正常结肠镜检查结果个体的34倍（OR = 34.0，95% CI 5.00–691，p = 0.002）。pks+ E. coli的存在与较高的E. coli负担相关（p = 0.0009），但与粪便炎症、其他基因毒性细菌种类或整体细菌组成无关。

结论

在CF成人中pks+ E. coli的检出率较低，但其存在与回结肠肿瘤相关，表明其在病理发生中可能起作用。如果在更大规模的队列中得到验证，pks+ E. coli可以作为早期检测、风险分层和精准干预的临床有意义的生物标志物。

引言

由于治疗的进步和多学科护理，囊性纤维化（CF）患者的预期寿命显著延长，随着高效囊性纤维化跨膜传导调节因子（CFTR）调节剂疗法的广泛使用，预期寿命将进一步增加。不幸的是，这些生存率的提高伴随着与年龄相关的并发症（包括胃肠道（GI）癌症）负担的增加。CF患者的结直肠癌（CRC）发病率估计是一般人群的十倍，与遗传性癌症综合征中的发病率相当。CF患者的CRC诊断年龄也明显更早，平均年龄约为40岁，比一般人群早20-30年[[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8]]。此外，腺瘤性息肉的进展也加速了[[9,10]]。

CF患者CRC风险增加的生物学机制尚未完全明了。来自小鼠和人类肠道癌症研究的证据表明CFTR具有肿瘤抑制作用，CFTR表达的丧失与肿瘤发展增加和无病生存期缩短相关[[11,12]]。CF胃肠道微环境的早期改变导致慢性胃肠道炎症和免疫功能失调[[13], [14], [15], [16], [17], [18], [19]]，可能进一步促进有利于CRC发展的条件。慢性肠道炎症是CRC的已知风险因素，参与了癌症发生的所有阶段，包括启动、促进和进展[[20]]。

肠道微生物群失调和特定基因毒性细菌的富集也与CRC肿瘤发生有关[[21]]。这些细菌包括携带聚酮合酶岛（pks+）的E. coli、产肠毒素的Bacteroides fragilis（ETBF）和Fusobacterium nucleatum。pks+ E. coli通过产生基因毒素colibactin与CRC有关。Colibactin通过pks岛合成，导致DNA损伤和细胞周期停滞[[22,23]]。在大约5-12%的CRC病例中观察到了与pks+ E. coli相关的colibactin突变特征，但最近的证据表明，早期CRC（EOCRC）病例中colibactin诱导的突变特征比例高于晚期CRC病例[[21,24]]。

CF相关菌群失调的一个特征是E. coli的优先扩增，同时与具有抗炎、稳态和抗肿瘤功能的微生物种类减少[[14,17,[25], [26], [27]]。尽管如此，菌群失调和基因毒性细菌对CF中腺瘤形成和CRC的贡献尚未得到研究。我们假设GI炎症、微生物群失调和pks+ E. coli基因毒性细菌之间的相互作用可能促进CF中的早期肿瘤发展和加速进展。因此，本研究旨在确定发展为腺瘤和CRC的CF患者中pks+ E. coli的流行情况，并描述促进肿瘤发生的CF肠道微生物生态特征。

章节片段

研究设计

本研究是“Stool and symptom testing and ColoREctal Evaluation for Neoplasia in Cystic Fibrosis (SCREENCF)”研究的一部分。SCREENCF研究的伦理批准已获得悉尼当地卫生区人类研究伦理委员会（X18–0379 & HREC/18/RPAH/536）的批准[[28]]。邀请了皇家阿尔弗雷德王子医院囊性纤维化诊所的成人患者（约250名，悉尼，澳大利亚）参加研究，这些患者符合CF基金会推荐的CRC筛查标准

人口统计学

SCREENCF研究涉及49名CF成人，其中26名为女性，23名为男性，中位（四分位数范围（IQR）年龄为48.0（41.0 – 53.3）岁。在49名参与者中，13名（26.5%）曾接受过肺移植，32名（65.3%）有胰腺外分泌不足。根据结肠镜检查结果，参与者被分为三组：35名（71.4%）无病理（NORMAL），12名（24.5%）有一个或多个腺瘤性息肉（AP），2名（4.1%）有恶性肿瘤，其中包括1例癌症

讨论

本研究首次提供了CF患者中pks? E. coli与回结肠肿瘤之间关联的证据。总体而言，8%的参与者检测到pks? E. coli，其流行率从无病理参与者的3%逐步增加到腺瘤性息肉参与者的42%，再到癌症亚组（n = 2）的100%。患有回结肠肿瘤的CF成人（n = 14）携带pks? E. coli的可能性是正常结肠镜检查结果个体的34倍

结论

pks+ E. coli在CF成人中并不普遍存在，但当存在时，它与回结肠肿瘤相关。CF患者一生都面临基因组、医源性和环境压力，这些因素塑造了他们的GI微环境。我们认为这些选择压力驱动了现有E. coli的扩增和代谢适应，从而富集了pks+菌株，增加了基因毒性效应的可能性。本研究的结果仍然

资金

本研究离不开澳大利亚囊性纤维化研究信托基金（ACFRT Innovation Grant）和囊性纤维化基金会（美国；OI21A0-I）的资助。CY Ooi由国家健康与医学研究委员会（NHMRC）研究员资助（澳大利亚；2020/GNT1194358）。

机构审查委员会声明

本研究是“Stool and symptom testing and ColoREctal Evaluation for Neoplasia in Cystic Fibrosis (SCREENCF）研究的一部分。SCREENCF研究的伦理批准已获得悉尼当地卫生区人类研究伦理委员会（X18–0379 & HREC/18/RPAH/536）的批准

知情同意声明

所有参与研究的受试者均获得了知情同意。

利益冲突声明

CYO作为顾问和咨询委员会成员从Vertex Pharmaceuticals获得了酬金（与本研究无关）。Nicole Taylor也从Vertex Pharmaceuticals获得了演讲酬金（与本研究无关）。作者声明与本工作无关的任何利益冲突。