你在这里

  • 家
  • 存档
  • 71年卷8
  • 间质肿瘤患者和高Fusobacteriales患病率在结直肠癌(CRC)预后差

条文本

菜单条
结肠
原始研究
间质肿瘤患者和高Fusobacteriales患病率在结直肠癌(CRC)预后差
  1. 曼称1,
  2. Nyree克劳福德2,
  3. 凯蒂·斯托特2,
  4. 苏珊Bullman3,
  5. Daniel B称重传感器2,
  6. Jochen H M Prehn1
  1. 1系统中心的医学,生理学和医学物理学,皇家外科医师学院在爱尔兰,都柏林、爱尔兰
  2. 2帕特里克·G约翰斯顿癌症研究中心学校医学、牙科和生物医学科学,贝尔法斯特女王大学,贝尔法斯特、英国
  3. 3人类生物学,弗雷德哈钦森癌症研究中心,西雅图,华盛顿美国
  1. 对应到教授约亨•H M Prehn生理学和医学物理学和医学中心系统,皇家外科学院在爱尔兰,都柏林,爱尔兰;jprehn在{}rcsi.ie

文摘

目标Transcriptomic-based子类型化,共识分子亚型(CMS)和结肠直肠癌内在子类型化(短剑)患者族群认同间充质特征(CMS4 / CRIS-B)和贫穷的结果。在这里,我们调查的患病率的关系梭菌属nucleatum(Fn),FusobacterialesCMS /短剑子类型化、细胞类型组成、免疫浸润和主机结构完善患者分层和识别制药上下文相关的漏洞。

设计我们的细胞培养实验的描述Fn/Fusobacteriales患病率和主机生物学/ microenviroment从两个独立的结直肠癌肿瘤病人军团(分类:n = 140,结肠和直肠癌症基因组图谱的情况下(TCGA-COAD-READ)队列:n = 605)。

结果在体外,Fn感染诱导炎症通过激活B细胞的核转录因子kappa-light-chain-enhancer /肿瘤坏死因子α在HCT116和HT29癌症细胞系。在患者中,高Fn/FusobacterialesCMS1被发现,微卫星不稳定()肿瘤浸润的巨噬细胞M1, M2巨噬细胞减少,高白介素6 (IL) /引发/ IL-1β信号。分类群的分析建议FnCMS4 / CRIS-B患者预后,尽管低吗Fn负载比CMS1病人。TCGA-COAD-READ队列,我们同样发现了一个微分之间的联系Fusobacteriales相对丰度和结果当患者在间充质(CMS4和/或CRIS-B)与non-mesenchymal(无论是CMS4还是CRIS-B)。间质肿瘤患者和高Fusobacteriales大约有两个糟糕的结果的风险更高。这些协会零non-mesenchymal患者。造型三方之间的联系Fusobacteriales流行,分子亚型和主机结构与逻辑模型的交互项解开缆绳宿植病原体信号关系和确定畸变(包括切口,CSF1-3和il - 6 /引发)作为候选目标。

结论本研究确定了CMS4 / CRIS-B患者高Fn/Fusobacteriales高风险族群,患病率可能受益于治疗目标间叶细胞生物学。

  • 结肠直肠癌
  • 肠道微生物
  • 分子机制
  • 生物统计学

数据可用性声明

数据在公共、开放访问存储库。处理和分析代码以及细菌估计相应的临床和分子数据集分类和TCGA-COAD-READ军团包括在这项研究是公开并存档在Zenodo (https://10.5281/zenodo.4019142)。细菌估计包括梭菌属nucleatum(分类群)和负载Fusobacteriales相对丰富,随着高分辨率估计属,家人和物种分类排名,(TCGA-COAD-READ队列)。

http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

这是一个开放的分布式条依照创作共用署名非商业性(4.0 CC通过数控)许可证,允许别人分发,混音,适应,建立这个工作非商业化,和许可他们的衍生产品在不同的协议,提供了最初的工作是正确地引用,给出合适的信用,任何更改表示,非商业使用。看到的:http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/。

http://dx.doi.org/10.1136/gutjnl - 2021 - 325193

来自Altmetric.com的统计

    请求的权限

    如果你想重用任何或所有本文的请使用下面的链接,这将带你到版权税计算中心的RightsLink服务。你将能够获得快速的价格和即时允许重用内容在许多不同的方式。

    本研究的意义

    已知在这个问题上是什么?

    • 梭菌属nucleatum(Fn),一个共生体的革兰氏阴性厌氧菌Fusobacteriales秩序,是一种oncobacterium在结直肠癌(CRC),和因果关系Fn患病率和CRC发病、进展和治疗反应体内。

    • 广谱抗生素已被证明在减少肿瘤增长促进了比较成功Fn在临床前模型。然而,使用抗生素治疗bacterium-positive病例在诊所并不是一个可行的选择,因为它可以进一步改变已经dysbiotic肠道微生物组的CRC患者,可能也有有限的功效Fn穿透,深深嵌入在肿瘤内。

    • 人口高度异构的CRC患者可以分为不同的分子亚型(共识分子亚型(CMS)和结肠直肠癌内在子类型化(短剑))基于基因表达谱反映潜在的转录项目。患者分为CMS4 CRIS-B展览间质表型和差的结果。

    本研究的意义

    有什么新发现吗?

    • Fn/Fusobacteriales患病率与免疫相关的参与(减少抗肿瘤M1 protumour M2增加巨噬细胞和巨噬细胞)和激活特定的信号计划(炎症、DNA损伤、WNT转移,增殖和细胞周期)host-tumours。

    • 普遍的细菌Fusobacteriales秩序,主要受到Fn物种,扮演积极或投机取巧,取决于底层host-tumour生物学和微环境。

    • Fn和其他的物种Fusobacteriales秩序是富含CMS1 (immune-high,微卫星不稳定的肿瘤)患者与CMS2-4病例。

    • Fn/Fusobacteriales患病率与差患者的临床结果mesenchymal-rich CMS4 / CRIS-B肿瘤患者而不是其他分子亚型。

    它会如何影响临床实践在可预见的未来吗?

    • Fn/Fusobacteriales筛查和transcriptomic-based分子亚型患者应考虑确定mesenchymal-rich肿瘤和细菌高流行告知疾病管理。

    • Fn/Fusobacteriales患者的患病率可能只需要解决mesenchymal-rich high-stromal浸润肿瘤而不是全面的方法对待所有pathogen-positive病人。

    • 疾病的临床管理这个族群的高风险患者不利的临床结果可以由管理人员目前在临床试验中获得目标主机的信号通路中的畸变(切口,WNT和epithelial-mesenchymal过渡)和肿瘤microenviroment (inflammasome,激活T细胞,补充系统,巨噬细胞的趋化和激活)。

    介绍

    结直肠癌(CRC)的发病率和死亡率最高的国家之一在固体癌症,和它的发病率正在稳步地上升,占大约10%的全球新诊断癌症病例。1CRC患者类似的宏观临床病理特征表现出高度的异质性在分子水平上,转化为异构和经常对治疗的反应不佳。因此,研究集中在分子亚型策略基于单个或multiomics数据从主机归类病人到子组来帮助风险分层和疾病管理。子类型化策略如分子亚型(CMS的共识2)和结肠直肠癌内在子类型化(短剑3)分类患者分成更小的更均匀信号特性基于关键转录组项目。CMS在四个亚型识别的分类器,CMS4患者高基质渗透调节血管生成和转换增长factor-β(TGF-β)信号和显示贫穷recurrence-free和总生存期。2同样,CRIS-B病人间充质特征也表现出较差的结果与患者分为CRIS-A和CRIS-C-E相比。3

    最近的研究发现了微生物作为一个关键球员在健康和疾病,包括癌症。4几个研究小组,包括我们已经表明Fusobacteriales,主要从梭菌属nucleatum(Fn),更丰富的肿瘤组织与匹配相邻粘膜相比,5建议CRC发展的决定性作用。6更高级的右侧,MSI肿瘤通常富含Fn。7值得注意的是,抗菌素治疗被证明能减少小鼠肿瘤负担异种移植模型,8确凿的之间的关系Fn艾滋病患者和贫穷中观察到的一些研究结果。5然而,的预后价值Fn流行并不是在其他队列研究(综述Gethings-Behncke观察等9)。因此,我们提出的影响Fn/Fusobacteriales根据潜在的肿瘤生物学可能有所不同。

    在这项研究中,我们结合机械在结肠癌细胞体外实验和两个独立的CRC患者人群的深入分析和系统的多使描述的细胞信号和n = 745患者的肿瘤微环境调查引起的失调之间的交互Fusobacteriales患病率(包括Fn)在人类宿主,相反,允许病原体的宿主微环境的特点。在这里,我们提供证据表明的预后价值Fn/Fusobacteriales强烈相关的分子亚型host-tumour和仅限于亚型间叶细胞的参与。

    材料和方法

    详细方法体外实验和病人的研究(设计、军团”)提供描述和分析步骤在线补充材料和方法。

    结果

    Fn感染诱发炎症介导的肿瘤坏死因子α(TNF-α)和NFκB CRC细胞文化

    由于的存在Fn在结肠肿瘤组织,5 8这种细菌的决定性作用加剧tumourigenesis已经提出。结肠细胞的感染Fn曾引起炎症,激活NFκB促炎细胞因子的信号,增加表达TNF-α吗10 11(图1一个)。因此,我们感染HCT116和HT29结肠癌细胞系文化为6小时评估越来越多的上皮细胞的反应Fn(感染复数(MOI) bacteria-to-cancer-cells: 10, 100年和1000年)。我们发现NFκB感染信号被激活Fn在CRC细胞系,就是明证IκBα退化核系数(ακ光多肽基因增强剂b细胞抑制剂)(图1 b),增加NFκB转录活动(图1 c)和显著增加NFκB目标基因的mRNA表达,TNF-α(图1 d)。综上所述,这些研究结果证实Fn与人类结肠癌coculture上皮细胞促进促炎反应。

    Fn infection induces inflammation mediated by TNF-α and NFκB in HCT116 and HT29 CRC cell lines. (A) Schematic representation of the experimental set-up to investigate how Fn may trigger inflammation via TNF-α and NFκB signalling pathways. (B) Western blot analysis of IκBα and β-actin in HT29 and HCT116 cell cultures following infection with Fn (MOI bacteria-to-cancer-cells 10, 100 and 1000). (C) NFκB transcriptional activity assay in HCT116 cells 6 hours following infection with Fn (MOI bacteria-to-cancer-cells 100 and 1000). (D) TNF-α mRNA expression relative to β-tubulin in HT29 cells 6 hours following infection with Fn (MOI bacteria-to-cancer-cells 100 and 1000). (B–D) Representative results from duplicate experiments. Fn, Fusobacterium nucleatum; TNF-α, tumour necrosis factor alpha.
    " data-icon-position="" data-hide-link-title="0">图1
    图1

    Fn感染诱发炎症介导TNF-α和NFκB HCT116 HT29 CRC细胞系。(一)研究试验装置的示意图表示Fn通过TNF-α和NFκB信号通路可能引发炎症。(B)的免疫印迹分析IκBα和β-actin HT29 HCT116感染后细胞培养Fn(MOI bacteria-to-cancer-cells 10, 100年和1000年)。(C) NFκB HCT116细胞转录活性测定感染后6小时Fn(MOI bacteria-to-cancer-cells 100年和1000年)。(D) TNF-αmRNA表达相对于β-tubulin HT29细胞感染后6小时Fn(MOI bacteria-to-cancer-cells 100年和1000年)。(罪犯)代表重复实验的结果。Fn,梭菌属nucleatum;TNF-α,肿瘤坏死因子α。

    普遍存在的Fn/Fusobacteriales在肿瘤切除术

    我们试图调查人类宿主炎症的发生和流行之间的关系Fn和FusobacterialesCRC患者的肿瘤切除术。我们选择一个内部多中心ii iii期组(分类,n = 14012日13)和结肠和直肠癌症基因组图谱(TCGA-COAD-READ队列,n = 605例;图2一个)包含异质性的CRC临床病理的特点在诊所。人口统计学、临床病理特征的分类和TCGA-COAD-READ群组是总结在线补充表1。我们确定Fn负载由一个目标定量实时PCR肿瘤切除术的分类群我们检测到的地方Fn140年n = 101(72%)例患者(图2 b和在线补充表2)。的分布Fn积极性水平(相对于人类的页面表基因)是异类,我们患者归入Fn-或Fn低使用75th百分位为截止(图2 b)。我们估计Fusobacteriales相对丰度(RA) TCGA-COAD-READ队列的RNA序列数据映射人类读取只微生物参考数据库和留住高质量匹配(见材料与方法部分)PathSeq分析14日15(图2一个和在线补充表2)。对于下游分析,我们报道了RA的秩序,家庭,属和物种分类等级,并表示这是总细菌丰度的百分比。我们发现Fusobacteriales(定义为RA在零,在订单级别)605年n = 558(92%)的TCGA-COAD-READ患者(图2 d)。Fn是最丰富的物种和TCGA-COAD-READ中检测出82%的病人(分类群的比例为72%),会计平均大约45%的总吗FusobacterialesRA和占总额的75%以上FusobacterialesRA在16%的情况下(图2 c)。类似于分类群,我们患者归入Fusobacteriales-或Fusobacteriales低使用75th百分位截止。

    Fn/Fusobacteriales prevalence is associated with inflammation and immunosuppression in patients with CRC of the Taxonomy and TCGA-COAD-READ CRC cohorts. (A) Schematic representation of the cohorts included in the study and methods to estimate Fn load and Fusobacteriales (order) RA in the Taxonomy and TCGA-COAD-READ cohorts, respectively. (B–D) Per-patient (waterfall plot, 1, left) and distribution (violin plot with overlaid data-points, 2, right) of bacterium prevalence in tumour resections of the Taxonomy (n=140, B) and TCGA-COAD-READ (n=605, D). In B,D 1, patients are sorted in ascending order of either Fn load (Taxonomy cohort, B) or Fusobacteriales RA at the order taxonomic rank (TCGA-COAD-READ cohort, D). Cut-off of 75th percentile used for patients’ stratification in downstream analysis is also indicated (black dotted line). (C) Corresponding per-patient fraction of Fn species to total Fusobacteriales order RA detected for the TCGA-COAD-READ cohort . (E,F) Violin plots depicting the expression distribution of key genes or signatures involved in inflammation and immunosuppression grouped by patients with low (in green) or high (in orange) either Fn load (Taxonomy cohort, E) or Fusobacteriales RA at the order taxonomic rank (TCGA-COAD-READ cohort, F). Median and lower (25th) and upper (75th) percentiles are indicated by white solid or dashed lines, respectively. Statistical significance was evaluated using Kruskal-Wallis tests and p values are reported. (G,H) Stacked bar plots indicating cell type composition per patient estimated from gene expression by quanTIseq in tumours with low versus high either Fn load (Taxonomy cohort, G) or Fusobacteriales RA at the order taxonomic rank (TCGA-COAD-cohort, H). Cell type composition is shown sorted in ascending order of tumour and stromal content (1 and 3) and aggregated (by mean, 2 across the low and high subgroups). (I,J) Distribution of specific tumour/stroma and immune cell types determined as indicated by either quanTIseq or MCP-counter grouped by either Fn load (Taxonomy cohort, I) or Fusobacteriales RA at the order taxonomic rank (TCGA-COAD-READ cohort, J). Median and lower (25th) and upper (75th) percentiles are indicated by white solid or dashed lines, respectively. Statistical significance was evaluated using Kruskal-Wallis tests and p values are reported. CRC, colorectal cancer; Fn, Fusobacterium nucleatum; NK, natural killer cells; RA, relative abundance; TCGA-COAD-READ, colon and rectal cases of The Cancer Genome Atlas; Treg, regulatory T cell.
    " data-icon-position="" data-hide-link-title="0">图2
    图2

    Fn/Fusobacteriales患病率与炎症和免疫抑制患者的CRC的分类和TCGA-COAD-READ CRC军团。(A)军团的示意图表示包含在研究和估算方法Fn负载和Fusobacteriales(订单)RA分类和TCGA-COAD-READ群体,分别。(罪犯)平均(瀑布图1左)和销售(小提琴与覆盖数据点阴谋,2,右)肿瘤切除术的细菌流行分类法(n = 140, B)和TCGA-COAD-READ (n = 605, D)。在B, D 1,患者按升序排序Fn负载(分类群,B)或FusobacterialesRA在订单分类等级(TCGA-COAD-READ队列,D)。75年截止th百分位用于病人的分层在下游分析也表明(黑色虚线)。(C)相应的平均分数Fn物种的总Fusobacteriales订单RA TCGA-COAD-READ群检测。(E, F)小提琴情节描述关键基因的表达分布或签名参与炎症和免疫抑制患者分组由低(绿色)或高(橙色)Fn负载(分类群,E)或FusobacterialesRA在订单分类等级(TCGA-COAD-READ队列,F),中等和较低的(25th)和上层(75th)百分位数由白色的实线或虚线表示,分别。统计学意义是利用克鲁斯卡尔-沃利斯测试评估报告和p值。(G H)堆叠柱形图显示每个病人细胞类型的作文估计从基因表达在肿瘤quanTIseq低和高Fn(分类群G)或负载FusobacterialesRA的顺序分类等级(TCGA-COAD-cohort H)。细胞类型组成按升序排序显示肿瘤和间质内容(1和3)和聚合(2的意思是,在低和高子组)。(I, J)分配特定的肿瘤/基质和免疫细胞类型决定的quanTIseq或MCP-counter分组通过Fn(分类群,我)或负载FusobacterialesRA在订单分类等级(TCGA-COAD-READ队列,J)。中等和较低的(25th)和上层(75th)百分位数由白色的实线或虚线表示,分别。统计学意义是利用克鲁斯卡尔-沃利斯测试评估报告和p值。CRC,结直肠癌;Fn,梭菌属nucleatum;NK,自然杀伤细胞;RA,相对丰富;TCGA-COAD-READ、结肠和直肠癌症基因组图谱的情况下;Treg,调节性T细胞。

    更高的Fn/Fusobacteriales患病率与炎症和免疫干预

    我们检查了宿主基因表达谱之间的关系的关键炎症标记物和Fn负载或Fusobacteriales分别RA分类和TCGA-COAD-READ军团。与体外实验(图1),我们发现增加NFKB1 TNF-α基因表达和趋势,重现transcriptomic-based签名的整体状态由炎症细胞溶解的和干扰素γ(IFN-γ)通路的分类群(图2 e)。进一步调查关键炎症球员时,我们观察到显著增加促炎的白细胞介素(ILs) (il - 6,引发,il - 10, IL-1β和IL-13),细胞因子/趋化因子(CCL8 CSF1和ICAM1)、金属离子(MMP1、MMP3和MMP9), NOS2, inflammasome复杂(NLRP3)和COX2在下降Fn-与Fn低分类患者(图2 e和在线补充图1)。

    我们试图验证和建立我们的发现的内部分类群通过分析TCGA-COAD-READ队列(图2 f)。在转录水平,我们确认一个加剧炎症状态相比Fusobacteriales-和Fusobacteriales低病人由NFκB-TNF-α轴和IFN-γ溶细胞的参与。Fusobacteriales-病人中促炎ILs (il - 6,引发,il - 10和IL-1β),细胞因子/趋化因子(CCL8和ICAM1)、金属蛋白酶可以和MMP3), NOS2 inflammasome标记(NLRP3) (图2 f)。

    作为炎症免疫细胞迁移和活动密切相关,我们调查是否存在免疫细胞成分和之间的联系Fn(分类)或负载Fusobacteriales类风湿性关节炎(TCGA-COAD-READ)。细胞成分计算deconvoluted与quanTiseq基因表达谱16和微环境细胞群(MCP)计数器17(图2 g, H)。尽管观察高interpatient异质性分类法和TCGA-COAD-READ群组内的细胞成分,我们发现更高的免疫细胞激活和分化时比较患者的高与低Fn(分类)或负载Fusobacteriales类风湿性关节炎(TCGA-COAD-READ)。患者高Fn(分类)或负载Fusobacteriales(TCGA-COAD-READ)显示高预测大量的调节性T细胞加上增加巨噬细胞M1和M2巨噬细胞减少(图2 i, J)。MCP-counter识别强阳性嗜中性粒细胞浸润和之间的联系Fn(分类)或负载Fusobacteriales类风湿性关节炎(TCGA-COAD-READ)。然而,没有区别在预测quanTIseq发现中性粒细胞数量。重要的是,在观察成纤维细胞和内皮细胞没有区别Fn/Fusobacteriales在队列通过方法(图2 i, J)。

    Multiomic描述之间的关系FusobacterialesRA和人类host-tumour TCGA-COAD-READ队列的微环境

    我们利用丰富的分子描述TCGA-COAD-READ队列来执行一个系统的和客观的描述之间的关系FusobacterialesRA和患者临床和分子特征来识别人类宿主的漏洞可能有助于肿瘤的开发(图3)。

    Multiomic characterisation of the association between Fusobacteriales RA and human host–tumour microenvironment in the TCGA-COAD-READ cohort. (A,B). Association between Fusobacteriales at the order taxonomic rank binned into low versus high (cut-off 75th percentile) and clinicopathological (A) and mutational (B) characteristics of the human host. (C,D) Comparison of frequency of occurrence of mutations selected a priori (C) or identified by an unbiased scan (D) in Fusobacteriales-low versus Fusobacteriales-high patients. Colour bar indicates number of detected aberrations among frame shift deletions and insertions, in frame deletions and insertions, missense and nonsense mutations, and splice sites. P values were computed with χ2 independence tests and adjusted for multiple comparisons (Benjamini-Hochberg false discovery rate). (E–G) Heatmap (E) displaying copy number alterations grouped by Fusobacteriales-low (in green) and Fusobacteriales-high (in orange) RA. Waterfall plot (F) displaying differences in recurrent copy number aberrations detected in patients with low Fusobacteriales versus high Fusobacteriales. Top panel (F) reports percentage of patients affected by recurrent copy number aberrations. Distribution of top 3 deletions, the frequency of occurrence of which differs between Fusobacteriales-low and Fusobacteriales-high patients (G). Red and blue shadings indicate amplification and deletions, respectively. (H–J) Heatmap (H) displaying expression of genes differentially expressed when comparing Fusobacteriales-low versus Fusobacteriales-high patients and corresponding pathway enrichment analysis (I). Expression distribution grouped by Fusobacteriales RA (low, in green, vs high, in orange) for selected gene expression signatures (J). (K–M) Heatmap (K) displaying expression of proteins differentially expressed when comparing Fusobacteriales-low versus Fusobacteriales-high patients and corresponding pathway enrichment analysis (L). Expression distribution grouped by Fusobacteriales RA (low, in green, vs high, in orange) for key proteins (M). In violin plots, the median and lower (25th) and upper (75th) percentiles are indicated by white solid or dashed lines, respectively. Green and orange annotation bars denote patients with low versus high Fusobacteriales RA (75th percentile cut-off). (Unadjusted) P values (J,M) were determined by Kruskal-Wallis tests. MSS, patients with microsatellite stable tumours; RA, relative abundance; TCGA-COAD-READ, colon and rectal cases of The Cancer Genome Atlas.
    " data-icon-position="" data-hide-link-title="0">图3
    图3

    Multiomic描述之间的关系FusobacterialesRA和人类host-tumour TCGA-COAD-READ队列的微环境。(A, B)。之间的联系Fusobacteriales在订单分类等级被低与高(截止75年th百分位)和临床病理的(A)和人类宿主的突变(B)特征。(C, D)的比较发生突变的频率选择先验(C)或确定的无偏扫描(D)Fusobacteriales低与Fusobacteriales-病人。彩条显示数量的检测畸变在删除和插入帧转移,在删除和插入帧,错义和无意义突变,接头地点。P与χ值被计算2独立测试和调整的多重比较(Benjamini-Hochberg错误发现率)。(eg)的热图(E)显示分组的拷贝数变化Fusobacteriales低(绿色)和Fusobacteriales- RA(橙色)。瀑布图(F)显示不同的拷贝数畸变检测复发患者的低Fusobacteriales与高Fusobacteriales。上面板(F)报道的患者比例受到反复拷贝数畸变的影响。分布的前3删除,出现的频率不同Fusobacteriales低,Fusobacteriales(G) -病人。红色和蓝色阴影表示放大和删除,分别。(H-J)的热图(H)显示当比较差异表达基因的表达Fusobacteriales低与Fusobacteriales- (I)患者和相应的通路富集分析。表达分布分组FusobacterialesRA (vs高,低,绿色,橙色)为选定的基因表达特征(J)。(km)的热图(K)比较时显示表达的蛋白质差异表达Fusobacteriales低与Fusobacteriales- (L)患者和相应的通路富集分析。表达分布分组FusobacterialesRA (vs高,低,绿色,橙色)的关键蛋白(M)。小提琴情节,中间值和低(25th)和上层(75th)百分位数由白色的实线或虚线表示,分别。绿色和橙色的注释栏表示低和高的患者Fusobacteriales类风湿性关节炎(75th百分位截止)。(未调整)P值(J, M)是由克鲁斯卡尔-沃利斯测试。海量存储系统(MSS)中,微卫星稳定的肿瘤患者;RA,相对丰富;TCGA-COAD-READ、结肠和直肠癌症基因组图谱。

    我们观察到高Fusobacteriales在老年患者,诊断为更高级的阶段,肿瘤位于结肠疾病,尤其是在近端站点(图3一)军团。相比之下,我们发现没有在统计上有显著差异FusobacterialesRA通过性、身体质量指数和lymphovascular或神经周的入侵(在线补充图2)。我们观察到类似的模式和女性患病率略高(分类组,p = 0.049),在评估Fn在TCGA-COAD-READ和分类群(在线补充图3),确凿的先前的研究。18

    病人窝藏更高Fusobacteriales显示基因组intratumour异质性较低,较高的沉默和non-silent突变负担和丰富微卫星不稳定的情况下(图3 b和在线补充图3 b)。Fusobacteriales-患者增加转换,定义为交换two-ring嘌呤(↔G)或纽约市的嘧啶(C↔T),再加上降低颠换,一个替换的嘌呤嘧啶基地(在线补充图4)通过减少转换改变C > G和T > (在线补充图4 b)。我们没有发现差异普遍存在的常见的CRC的突变Fusobacteriales(低与高)除外BRAF(图3 c)。BRAF突变趋势更普遍Fusobacteriales-和Fn-病人,正如前面当评估报告Fn18(图3 c和在线补充图3 b)。全面的屏幕显示,突变细胞周期(ATM),刺猬信号(MEGF8), DNA损伤/修复(TRIP12和PRKDC),有丝分裂纺锤体(该)和迁移/粘附(三、GPR98)更普遍Fusobacteriales-患者(图3 d)(在线补充表3)。

    我们着手调查拷贝数改变(CNAs)和之间的关系Fusobacteriales在TCGA-COAD-READ队列(图3比)。我们确定复发CNA放大和删除整个队列通过应用的基因识别癌症(GISTIC)算法的重要目标19(在线补充图5和图6和在线补充表4)。Fusobacteriales-病例显示染色体基因组的不稳定较低分数低影响区域复发与MSI发生率的增加。我们确定了CNA放大或删除,发生的频率之间的不同Fusobacteriales-与Fusobacteriales较低的患者,因此可能与细菌的存在相关联的具体(图3 f)。必须更频繁(> 15%)中观察到Fusobacteriales-与Fusobacteriales较低的情况下,包括删除8 p23.2(肿瘤抑制CSMD1和LOC100287015), 18 q21.1(由CTIF MIR4743和RNA绑定)和18 q23处,影响il - 6的规定和趋化因子的分泌,病毒转录信息粘附和宿主反应(图3 g)。

    然后,我们集中在转录水平和途径活性浓缩相结合分析签名比较的影响FusobacterialesRA在细胞过程(图3 h-j)。转录概况,包括mTORC1和cMYC信号不同,细胞周期(G2-M检查点),有丝分裂纺锤体,epithelial-to-mesenchymal过渡,TGF-β和il - 1调节细胞外基质,基质改造包括粘着斑、细胞骨架和收缩肌动蛋白丝束,线粒体平移伸长/终止,和蛋白质复杂的装配和基质估计(图3 h,我,在线补充图7和补充表5)。我们证实了这些调查结果通过比较信号通路的激活估计基因设置签名识别在文献(见材料与方法部分)Fusobacteriales低与Fusobacteriales-病人。FusobacterialesRA是它和WNT信号呈反比,积极与扩散有关,转移(图3 j)和DNA损伤。

    我们试图调查结果是否在基因组和转录水平也观察到蛋白质概要文件由反向阶段数组。我们发现FusobacterialesRA与微分表达式相关的蛋白质参与微环境成分(Claudin7),细胞周期(Cyclin1) cMYC,细胞凋亡(裂解Caspase7),扩散(DLV3),河马通路(废话),DNA损伤(Chk1和ATM)、受体和增殖作用(MAP)激酶和PI3K信号(图3为,在线补充图8和补充表6)。

    Fn/Fusobacteriales由transcriptomic-based分子亚型患病率不同

    上述系统屏幕发现主机相关的畸变Fusobacteriales品质由transcriptomics-based分子亚型。因此,我们在CMS的研究分类的病人2和短剑3子类型化。我们观察到高Fn负载(分类,图4一),Fusobacteriales类风湿性关节炎(TCGA-COAD-READ图4 c)immune-high CMS1肿瘤,确凿的病原体患病率和宿主免疫之间的联系。我们观察到高Fn负载在CRIS-B肿瘤(图4 b),FusobacterialesRA在CRIS-A情况下(图4 d分别)的分类和TCGA-COAD-READ军团。在家庭地位,Fusobacteriaceae更丰富的比Leptotrichiaceae,占总量的77%和23%FusobacterialesRA和~ 2% ~ <分别RA细菌总数的1%。符合这些发现在订单层面,我们观察的增加Fn最丰富的梭菌属物种,在CMS1和CRIS-A例(图4 e, F)。符合这些发现在订单层面,我们观察到一个大约三倍增加当比较患者分为CMS1与其余(图4 e)。Fn最丰富的梭菌属物种,在CMS1丰富,CRIS-A例(图4 e, F)。我们检查是否积极联系炎症和免疫参与其中Fn/Fusobacteriales存在可以归因于宿主CMS1环境或是否有额外pathogen-induced组件。当限制CMS1案件的分析,我们观察到更高的炎性标记物的表达Fusobacteriales- TCGA-COAD-READ队列的患者。我们发现没有抗炎的病原体患病率和表达标记之间的联系或炎症签名CRC队列(图4 g, H)。总的来说,这些结果表明,Fn/Fusobacteriales可能发挥积极作用在调节炎症的主机。

    Prevalence of Fn/Fusobacteriales by transcriptomic-based molecular subtypes of the host. (A–D) Boxplot with overlaid dot plots displaying the dependency by CMS (A,C) and CRIS (B,D) molecular subtyping by either Fn load (Taxonomy cohort; A,B) or Fusobacteriales RA at the order taxonomic rank (TCGA-COAD-READ cohort; C,D). (E,F) RA (to total bacterial kingdom) of Fusobacteriales reported at increasing resolution of taxonomic rank (family, genus and species) by CMS (E) and CRIS (F) subtypes (aggregated by mean). Genuses/species with an average RA lower than 0.05 were aggregated as ‘other’. (G,H) Distribution of key (pro-)/(anti-)inflammatory genes in CMS1 patients classified as -low (in green) or -high (in orange) using the 75th percentile as cut-off. Patients’ stratification was based on either Fn load (Taxonomy cohort (G) or Fusobacteriales RA at the order taxonomic rank (TCGA-COAD-READ cohort, H). Median and lower (25th) and upper (75th) percentiles are indicated by white solid or dashed lines, respectively. (Unadjusted) P values were determined by Kruskal-Wallis tests. CMS, consensus molecular subtyping; CRIS, colorectal cancer intrinsic subtyping; Fn, Fusobacterium nucleatum; RA, relative abundance; TCGA-COAD-READ, colon and rectal cases of The Cancer Genome Atlas.
    " data-icon-position="" data-hide-link-title="0">图4
    图4

    普遍存在的Fn/Fusobacterialestranscriptomic-based分子亚型的主机。(模拟)箱线图覆盖点情节显示依赖由CMS (A, C)和短剑(B, D)分子亚型Fn负载(分类群;A、B)或FusobacterialesRA在订单分类等级(TCGA-COAD-READ队列;C, D)。(E, F) RA(总细菌王国)Fusobacteriales报道提高分辨率的分类等级(家庭、属和物种)由CMS (E)和短剑(F)亚型(聚合的意思)。属/种平均RA低于0.05被聚合为“其他”。(G H)分布的关键(pro) /(反)炎性基因CMS1患者分为低(绿色)或-使用75(橙色)th百分位截止。病人的分层是基于Fn(分类队列(G)或负载FusobacterialesRA在订单分类等级(TCGA-COAD-READ队列,H),中等和较低的(25th)和上层(75th)百分位数由白色的实线或虚线表示,分别。(未调整)P值测定克鲁斯卡尔-沃利斯测试。分子亚型的CMS,共识;短剑,结直肠癌内在子类型化;Fn,梭菌属nucleatum;RA,相对丰富;TCGA-COAD-READ、结肠和直肠癌症基因组图谱。

    患者高Fn/Fusobacteriales在CMS4 / CRIS-B有更糟糕的结果吗

    我们试图探讨细菌是否存在与病人临床结果评估总生存期(OS),针对疾病的生存(DSS)和无病生存期(DFS)端点(图5和在线补充图9和图10)。

    High Fn/Fusobacteriales prevalence is associated with negative clinical outcome in patients with mesenchymal-like tumours. (A–L) Kaplan-Meier estimates comparing survival curves in patients of the Taxonomy (OS, A–D) and TCGA-COAD-READ (DSS and DFS cohorts, E–L). Patients across the whole cohort were grouped by bacterium subgroup (low, in green, vs high, in orange; A,E,I) or mesenchymal status (CMS4 and/or CRIS-B, in light blue, vs remaining cases, in dark blue; B,F,J). Patients were grouped by bacterium group and further stratified by mesenchymal status (C,D,G,H,K,L). Patients were binned into a bacterium group (low vs high) using the 75th percentile as cut-off and based on either Fn load (Taxonomy cohort; A,C–D) or Fusobacteriales RA at the order level (TCGA-COAD-READ cohort; E,G–I,K,L). (M) Cox regression models fitted on bacterium RA reported at the order, family, genus and species taxonomic ranks. for each taxonomic rank, patients were classified as low or high subgroup using the corresponding 75th percentile RA abundance as cut-off. Univariate Cox regression models were fitted when evaluating the association between bacterium subgroup (high vs low, reference low) at each taxonomic rank and either DSS or DFS in the whole unselected patient population (left panel). Cox regression models with an interaction term between bacterium subgroup (high vs low; reference low) and mesenchymal status (mesenchymal, ie, either CMS4 and/or CRIS-B, vs non-mesenchymal, ie, neither CMS4 nor CRIS-B) at each taxonomic rank and either DSS or DFS was fitted to evaluate differential impact of bacterium on clinical outcome by tumour biology (right panels). CMS, consensus molecular subtyping; CRIS, colorectal cancer intrinsic subtyping; DFS, disease-free survival; DSS, disease-specific survival; Fn, Fusobacterium nucleatum; OS, overall survival; TCGA-COAD-READ, colon and rectal cases of The Cancer Genome Atlas.
    " data-icon-position="" data-hide-link-title="0">图5
    图5

    高Fn/Fusobacteriales患病率与消极mesenchymal-like肿瘤患者的临床结果。(l) kaplan meier估计比较患者的生存曲线分类(操作系统,模拟)和TCGA-COAD-READ (DSS和DFS军团,E-L)。病人在整个队列被细菌群分组(vs高,低,绿色,橙色;A, E, I)或间充质状态(CMS4和/或CRIS-B,淡蓝色,对剩余的情况下,在深蓝色;B, F, J)。患者分组由细菌群和间叶细胞,进行进一步的分层状况(C、D、G H, K, L)。患者被变成一个细菌群(低与高)使用75th百分位截止和基于Fn负载(分类群;c - d)或FusobacterialesRA在订单级别(TCGA-COAD-READ队列;E、胃肠道、K, L)。(M) Cox回归模型拟合在细菌RA报道秩序、家庭、属和物种分类排名。对于每一个分类等级,患者分为低或高子群使用对应的75th百分位RA丰富截止。单变量Cox回归模型在评估菌群之间的关系(高与低,参考低)在每个分类等级和DSS或DFS在整个未经选择的患者人群(左面板)。Cox回归模型之间的交互项细菌群(高与低;参考低)和间叶细胞状态(间充质,即CMS4和/或CRIS-B vs non-mesenchymal,即无论是CMS4还是CRIS-B)在每个分类等级和DSS或DFS安装微分细菌对临床结果的影响,评价肿瘤生物学(右面板)。分子亚型的CMS,共识;短剑,结直肠癌内在子类型化;DFS,无病生存;DSS,针对疾病的生存;Fn,梭菌属nucleatum;操作系统,整体存活率;TCGA-COAD-READ、结肠和直肠癌症基因组图谱。

    我们没有发现在统计上有显著差异的群体相比通过分组的患者的生存曲线Fn负载或Fusobacteriales类风湿性关节炎(图5 a, E, I和在线补充图9)。我们提出,Fn/Fusobacteriales可能导致贫穷的结果在一个subtype-dependent上下文(即,间充质状态;图5 b, F, J)。事实上,我们发现了一个微分之间的联系FusobacterialesRA和临床结果TCGA-COAD-READ队列的间充质(CMS4和/或CRIS-B)与non-mesenchymal(无论是CMS4还是CRIS-B)肿瘤(图5 g H, K, L和在线补充图10)。Fusobacteriales-间充质患者大约两个的风险更高更糟糕的结果,而这些协会是null non-mesenchymal患者(图5 g H, K, L和在线补充图10)。占键时,重要的是,这些发现适用(调整模型1)和更广泛的(调整模型2)clinical-pathological特征可能代表混杂因素或疾病修饰符(在线补充表7)。我们安装两个额外的Cox回归模型,除了术语之间的交互Fusobacteriales和间叶细胞状态,我们包括协变量调整。在调整模型1中,我们包含了年龄,阶段,肿瘤位置和性为主要临床病理的协变量和人口。在调整后的模型2中,我们扩展调整模型1还包括结肠息肉的历史和历史上的其他恶性肿瘤的并发症。我们发现不利的结果的风险(小时)和统计学意义是最低限度影响占潜在疾病修饰符调整模型1和2,确认我们的研究结果的鲁棒性(在线补充表7)。

    虽然数字分类群更有限,当限制分析CMS4和/或CRIS-B情况下,我们观察到的趋势Fn-患者较短的操作系统比低Fn负载。再次,在生存没有区别Fn负载在non-mesenchymal分类患者(图5 c和在线补充图9)。

    探索性分析研究临床结果之间的关系和病原体流行分类等级的提高分辨率(秩序、家庭,属物种)TCGA-COAD-READ队列的拟合Cox回归模型总体上没有人口和间质与non-mesenchymal设置显示预后的影响主要源于,物种,包括但不限于Fn,从梭菌属属的Fusobacteriaceae家庭(图5米和在线补充图11)。

    假定的机制选择Fusobacteriales毒性在间质肿瘤

    确定了一个病人分组人口有一个不利的临床结果当他们的肿瘤表现出间充质特征和非常积极的Fn/Fusobacteriales,我们推断干预通过清算Fn/Fusobacteriales与广谱抗生素或针对host-tumour生物学这个族群的病人可以改善临床结果。鉴于广谱抗生素可能不代表一个可行的大道在诊所和窄谱抗生素目前并不存在,我们着手确定临床可行的寄主专一性的可以利用的漏洞。我们检查主机信号通路和微环境来确定变化可能由和/或加剧了Fusobacteriales(互动),从而可以促进毒性,最终导致不利的临床结果。解开三方之间的联系FusobacterialesRA,基因/签名和分子亚型,我们安装两个不同的逻辑回归模型为每个特性的兴趣TCGA-COAD-READ队列。的选择功能假说驱动的,包括关键主机信号通路和免疫调制剂(图6)。

    Exploration of mechanism underlying differential impact of Fn/Fusobacteriales in mesenchymal versus non-mesenchymal tumours. (A) Scatterplot depicting p values derived by assessing with logistic regression models the relationship between genes/signatures associated with Fusobacteriales RA in univariate analysis (model 1, x-axis) or the interaction with mesenchymal status (model 2, y-axis). Gene/signature with statistically significant p values from model 2 are highlighted by a grey shaded area. (B) Breakdown of association including direction and effect size, in the unselected patients’ population and within mesenchymal versus non-mesenchymal cases. Only gene/signatures with significant interaction between Fusobacteriales RA and the gene/signature interaction with the molecular subtype (model 2, top quadrant, grey-shaded area) in the TCGA-COAD-READ cohort are included. Associations for both the TCGA-COAD-READ (Fusobacteriales RA) and Taxonomy (Fn load) cohorts are shown. Statistically significant associations are represented with circle markers, whereas non-significant associations are indicated by squared markers. (C) Association between gene/signature identified as candidate targets, A) and clinical outcome in patients of the TCGA-COAD-READ cohort with mesenchymal tumours. HRs and p values are derived from Cox regression models with an interaction term for Fusobacteriales relative abundance (low vs high) and each of the gene/signature (low vs high) being evaluated. CMS, consensus molecular subtyping; CRIS, colorectal cancer intrinsic subtyping; DFS, disease-free survival; DSS, disease-specific survival; Fn, Fusobacterium nucleatum; OS, overall survival; TCGA-COAD-READ, colon and rectal cases of The Cancer Genome Atlas.
    " data-icon-position="" data-hide-link-title="0">图6
    图6

    探索潜在的微分的影响机制Fn/Fusobacteriales间充质与non-mesenchymal肿瘤。(一)散点图描绘p值与逻辑回归模型派生通过评估/签名与基因之间的关系FusobacterialesRA在单变量分析(模型1,x轴)或与间充质交互状态(模型2,y轴)。基因/签名与统计显著性p值模型2突出显示的灰色阴影区域。(B)的协会包括方向和效果,在未经选择的病人的人口和间质和non-mesenchymal病例。只有基因/签名与显著的相互作用FusobacterialesRA和基因/签名与分子亚型(模型2,顶部象限,灰色阴影区域)包括TCGA-COAD-READ队列中。协会为TCGA-COAD-READ (FusobacterialesRA)和分类(Fn负载)军团。统计上显著的关联是用圆表示标记,而非重要协会是由方表示标记。(C)基因之间的联系/签名确认为候选目标,A)和患者的临床结果TCGA-COAD-READ队列与间质肿瘤。小时和p值来源于Cox回归模型交互术语Fusobacteriales相对丰度(低与高)和每个基因/签名(低与高)的评价。分子亚型的CMS,共识;短剑,结直肠癌内在子类型化;DFS,无病生存;DSS,针对疾病的生存;Fn,梭菌属nucleatum;操作系统,整体存活率;TCGA-COAD-READ、结肠和直肠癌症基因组图谱。

    图6报告两个模型p值捕获之间的联系FusobacterialesRA(高、低)和每个基因/签名(模型1:Fusobacteriales ~基因/签名,轴)或每个基因/签名之间的交互与分子亚型(模型2:Fusobacteriales ~基因/签名×分子亚型轴)。上半象限(暗灰色阴影区域)/签名标识一组基因的表达模式不同的分子亚型(p值显著交互模型2),因此可以调节信号的影响Fusobacteriales并优先考虑下游分析(图6 b)。

    我们测试是否基因/签名确认为候选目标确实是与患者的临床结果TCGA-COAD-READ队列间质肿瘤和高Fusobacteriales。我们限制我们的分析间质肿瘤患者,并为每个临床感兴趣的端点,即操作系统、DSS或DFS,我们安装Cox回归模型交互术语FusobacterialesRA(低与高)和每个基因/签名(低与高)所提供的分析确认为显著图6。我们推断基因/签名可以被视为一个候选目标与具体和可翻译为间质肿瘤患者对临床结果的影响如果它与不利的临床结果不同Fusobacteriales。这种分析确定CSF1-3, IL-1βIFN-γ,引发,il - 6, CD163, NOTCH2 ZEB2, TFF2作为潜在的目标间质肿瘤患者和高Fusobacteriales(图6 c和在线补充数据12 - 14)。

    讨论

    Fusobacteriales,主要是Fn,相关5 6 8 11 20-26CRC与发病、进展和治疗反应。我们耦合机械研究与假说驱动的细胞培养和临床相关的和公正的筛查组学丰富的CRC军团检查宿植病原体和pathogen-tumour微环境之间的相互作用。我们将演示之间的关系Fn/Fusobacteriales患病率和宿主免疫力,信号和transcriptomic-based分子亚型。宿主-病原体相互作用可以定义我们的研究表明,在病人的细胞亚群Fn/Fusobacteriales发挥积极或机会主义的作用,取决于底层host-tumour生物学和微环境和识别假定的制药和临床可行的漏洞。

    我们观察到高Fn/Fusobacteriales珀塞尔CMS1患者的患病率,确凿的发现等。27有趣的是,我们发现,总体而言,更高的病原体流行没有贫穷与疾病的结果。相比之下,高Fn/Fusobacteriales水平与预后不良相关CMS4 / CRIS-B病人子集,暗示的存在Fn/Fusobacteriales都有一个特定的临床影响mesenchymal-rich, high-stromal渗透肿瘤;这种反对毛毯的方法治疗的患者Fn/Fusobacteriales-肿瘤。广泛的抗生素治疗减少了增长Fn艾滋病患者体内的肿瘤。8然而,使用抗生素来治疗Fn阳性的CRC肿瘤可能有限Fn穿透深度内肿瘤、免疫和内皮细胞,他们认同与核内体和溶酶体,28适应29日和坚持。8此外,长期使用抗生素会引起肠道失调,这可能影响疾病进展和结果。

    鉴于“探戈需要两个”,即高病原体患病率和有益的主机环境,我们进一步研究了这种相互依存关系来识别制药畸变在宿主信号通路和微环境。我们确定了假定的目标(pro)相关炎症,inflammasome,激活T细胞,补充系统,金属离子和巨噬细胞趋化和激活。Fusobacteriales诱导持续激活NFκB-TNF-α-IL-6状态导致金属蛋白和金属酶的激活炎性细胞因子(CSF1-3)调节巨噬细胞分化、抑制细胞毒性免疫细胞,促进myeloid-derived-suppressor增殖细胞(MDSC)。我们观察到的增加巨噬细胞炎症和M1和M2巨噬细胞减少患者高Fn/Fusobacteriales患病率。我们设想,治疗选项,比如NLRP3 / AIM2 inflammasome抑制,30.IL-1β封锁,31日TNF-α32或抑制il - 6,33已被批准用于治疗慢性炎症和细胞因子风暴综合症在多个癌症、风湿性关节炎和COVID-19可能改善免疫抑制微环境诱导Fn/Fusobacteriales。参与重要的是,这些目标不仅促进免疫抑制微环境通过招募tissue-associated巨噬细胞(tam)和MDSCs,而且在策划侵略,血管生成,epithelial-to-mesenchymal过渡,最终,转移。prometastatic的影响Fn/Fusobacteriales进一步证实了通过在文献中发现连接更高病原体患病率在更高级的阶段,转移在临床标本5在小鼠接种和高转移负担Fn。34

    癌细胞的EMT表型分泌细胞因子il - 10和TGF-β等,可以进一步促进免疫抑制微环境。此外,从基质细胞分泌il - 6和引发可以进一步促进EMT表型,激活主要成纤维细胞(癌症相关的成纤维细胞(保护),反过来,可以促进血管生成和入侵。35综上所述,这些畸变可能导致一个自我强化的机制,赋予了癌细胞迁移的能力,侵入细胞外基质,渗出液和种子转移。当比较转录组的概要文件FusobacterialesRA在TCGA-COAD-READ人群中,我们确定了失调影响细胞架构涉及顶端表面动力学和极光激酶信号,调节cMYC, DNA修复,细胞活性/迁移和诱导通过β-catenin和TGF-βEMT过渡,导致转移和抵抗治疗多种癌症类型。36小分子抑制剂对极光表现出令人鼓舞的结果在CRC的临床前研究和临床试验37和其他癌症。38细胞骨架形状、外肉伪足突起和改变细胞粘附和细胞外基质的结构特征的入侵。EMT关键效应器,蜗牛和ZEB1,改变顶端表面动力学通过抑制脚手架蛋白和基质金属蛋白的诱导表达(MMP3和MMP9),导致放松紧密连接,塑性增加,细胞极性改变,反过来,使细胞入侵。39MMP的表达的失调可能援助癌细胞,达到血液溢出到遥远的组织40通过启动血管内皮细胞通过upregulation VEGF-A41并通过增加渗透率通过COX2 upregulation。42TCGA-COAD-READ队列的分析确定更高的血管内皮生长因子(VEGF)的表达以及更高的患者的血管生成签名Fusobacteriales类风湿性关节炎。事实上,新一代的选择性和高度渗透的MMP抑制剂43是在胃肠道癌症,试用44和梅塔等报道低Fusobacteriales在受试者用阿司匹林治疗RA, COX2抑制剂。45

    绿色等46证明MAPK7是MMP9的主监管机构和促进转移的形成。我们观察到一个失调MAPK信号在蛋白质水平比较Fusobacteriales-与Fusobacteriales低TCGA-COAD-READ队列的患者。MAPK7诱发EMT过渡,细胞迁移和调节TAM分化metalloprotein-dependent的方式,46使其上游有吸引力的治疗目标。il - 6协调MAPK-STAT3信号,进而调节动态之间的过渡两种战乱国家的亚种,EMT-CAFs proliferation-CAFs,47呈现IL-6-TGF-β-EMT-CAFs相声潜在的治疗目标。而直接针对EMT通过切口或在诊所WNT显示有限的成功,48通过抑制CXCL12扭转免疫抑制微环境改造的49或促进t细胞浸润50通过设计溶瘤腺病毒或功能,51展示了有前景的结果在减少转移的形成。52另外,我们观察到引发的基因表达之间的正相关关系,CXCL8 CXCR1 CXCL10和Fn/Fusobacteriales从Casasanta患病率,确凿的发现et al。评估Fn在HCT116 CRC细胞。53

    总之,我们的分析已经确定一个病人亚群,有一个不利的临床结果当他们的肿瘤表现出间充质特征和非常积极的Fn/Fusobacteriales并指出临床可行的寄主专一性的弱点表明新的超越广谱抗生素治疗这些患者。

    数据可用性声明

    数据在公共、开放访问存储库。处理和分析代码以及细菌估计相应的临床和分子数据集分类和TCGA-COAD-READ军团包括在这项研究是公开并存档在Zenodo (https://10.5281/zenodo.4019142)。细菌估计包括梭菌属nucleatum(分类群)和负载Fusobacteriales相对丰富,随着高分辨率估计属,家人和物种分类排名,(TCGA-COAD-READ队列)。

    伦理语句

    病人同意出版

    伦理批准

    批准的分类队列集合医学、牙科学、和生物医学科学学院伦理委员会(ref: 12/12v4),如前所述(艾伦等JCO精密肿瘤学,2018;PMID: 30088816)。批准的患者结肠(COAD)和直肠(读)情况下denotated TCGA-COAD-READ在这个手稿收购的原始调查癌症基因组图谱财团。

    确认

    我们感谢的病人请捐赠他们的样本,使得这一研究成为可能。

    引用

    1. ↵
      2. 布雷F,
      3. FerlayJ,
      4. Soerjomataram我,等
      。2018年全球癌症统计数据:GLOBOCAN估计36癌症的发病率和死亡率全球185个国家。CA癌症中国2018年;68年:394年- - - - - -424年。doi: 10.3322 / caac.21492pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30207593
      OpenUrl CrossRef PubMed
    2. ↵
      2. GuinneyJ,
      3. DienstmannR,
      4. 王X,等
      。结直肠癌的分子亚型的共识。Nat地中海2015年;21:1350年- - - - - -6。doi: 10.1038 / nm.3967pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26457759
      OpenUrl CrossRef PubMed
    3. ↵
      2. IsellaC,
      3. BrunduF,
      4. BellomoSE,等
      。阻止癌细胞的选择性分析内在转录特征定义了小说结肠直肠癌的临床相关的子类型。Nat Commun2017年;8:15107年。doi: 10.1038 / ncomms15107pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28561063
      OpenUrl CrossRef PubMed
    4. ↵
      2. RoutyB,
      3. 葛V,
      4. DaillereR,等
      。肠道微生物群影响抗癌免疫监视和一般健康。Nat牧师肿瘤防治杂志2018年;15:382年- - - - - -96年。doi: 10.1038 / s41571 - 018 - 0006 - 2pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29636538
      OpenUrl CrossRef PubMed
    5. ↵
      2. 弗拉纳根l,
      3. 施密德J,
      4. 艾伯特米,等
      。梭菌属nucleatum同事与结直肠肿瘤的发展阶段、结直肠癌和疾病的结果。中国欧元Microbiol感染说2014年;33:1381年- - - - - -90年。doi: 10.1007 / s10096 - 014 - 2081 - 3pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24599709
      OpenUrl CrossRef PubMed
    6. ↵
      2. 布伦南CA,
      3. 加勒特WS
      。梭菌属nucleatum——共生者,机会主义者和oncobacterium。Nat Microbiol牧师2019年;17:156年- - - - - -66年。doi: 10.1038 / s41579 - 018 - 0129 - 6pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30546113
      OpenUrl PubMed
    7. ↵
      2. 伊藤米,
      3. 菅野年代,
      4. NoshoK,等
      。梭菌属协会nucleatum临床和分子特性在结直肠锯齿状的途径。Int J癌症2015年;137年:1258年- - - - - -68年。doi: 10.1002 / ijc.29488pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25703934
      OpenUrl CrossRef PubMed
    8. ↵
      2. Bullman年代,
      3. PedamalluCS,
      4. SicinskaE,等
      。梭菌属的分析结直肠癌持久性和抗生素的反应。科学2017年;358年:1443年- - - - - -8。doi: 10.1126 / science.aal5240pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29170280
      OpenUrl 文摘/免费的全文
    9. ↵
      2. Gethings-BehnckeC,
      3. 科尔曼HG,
      4. JordaoHWT,等
      。梭菌属的nucleatum Colorectum及其与癌症风险和生存:系统回顾和荟萃分析。癌症增加生物标记:2020年;29日:539年- - - - - -48。doi: 10.1158 / 1055 - 9965. - epi - 18 - 1295pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31915144
      OpenUrl 文摘/免费的全文
    10. ↵
      2. DharmaniP,
      3. 施特劳斯J,
      4. 安布罗斯C,等
      。梭菌属感染nucleatum结肠细胞的刺激MUC2粘蛋白和肿瘤坏死因子α。感染Immun2011年;79年:2597年- - - - - -607年。doi: 10.1128 / IAI.05118-11pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21536792
      OpenUrl 文摘/免费的全文
    11. ↵
      2. Kostic广告,
      3. 春E,
      4. 罗伯逊l,等
      。梭菌属nucleatum强化肠道肿瘤发生和肿瘤免疫微环境调节。细胞宿主细菌2013年;14:207年- - - - - -15。doi: 10.1016 / j.chom.2013.07.007pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23954159
      OpenUrl CrossRef PubMed 网络的科学
    12. ↵
      2. 艾伦王,
      3. 邓恩PD,
      4. 麦克达德年代,等
      。转录子类型化和CD8免疫组织化学识别阶段II和III结直肠癌患者预后不良,从辅助化疗中获益。JCO摘要杂志2018年;21:1- - - - - -15。doi: 10.1200 / PO.17.00241
      OpenUrl
    13. ↵
      2. McCorry我,
      3. LoughreyMB,
      4. 称重传感器DB,等
      。Epithelial-To-Mesenchymal过渡签名在结直肠癌量化评估肿瘤基质的内容而不是真正的转变。中草药2018年;246年:422年- - - - - -6。doi: 10.1002 / path.5155pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30105762
      OpenUrl CrossRef PubMed
    14. ↵
      2. Kostic广告,
      3. Ojesina人工智能,
      4. PedamalluCS,等
      。PathSeq:软件来识别或发现微生物深度测序的人体组织。生物科技Nat》2011年;29日:393年- - - - - -6。doi: 10.1038 / nbt.1868
      OpenUrl CrossRef PubMed 网络的科学
    15. ↵
      2. 沃克马,
      3. PedamalluCS,
      4. Ojesina人工智能,等
      。GATK PathSeq:一个可定制的计算工具的发现和鉴定微生物序列库从真核宿主。生物信息学2018年;215年:4287年- - - - - -9。doi: 10.1093 /生物信息学/ bty501
      OpenUrl
    16. ↵
      2. FinotelloF,
      3. 迈耶C,
      4. 普拉特纳先生C,等
      。肿瘤免疫的分子和药理调节器结构揭示了反褶积RNA-Seq数据。基因组医学2019年;11:34。doi: 10.1186 / s13073 - 019 - 0638 - 6pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31126321
      OpenUrl PubMed
    17. ↵
      2. 白克E,
      3. 吉拉尔多NA,
      4. 拉克鲁瓦l,等
      。估计人口大量tissue-infiltrating免疫和基质细胞的人口使用基因表达。基因组医学杂志2016年;17:218年。doi: 10.1186 / s13059 - 016 - 1070 - 5
    18. ↵
      2. 米玛K,
      3. SukawaY,
      4. NishiharaR,等
      。梭菌属nucleatum在结直肠癌和T细胞。JAMA杂志2015年;1:653年- - - - - -61年。doi: 10.1001 / jamaoncol.2015.1377
      OpenUrl
    19. ↵
      2. MermelCH,
      3. 舒马赫SE,
      4. 山B,等
      。GISTIC2.0促进敏感和自信的本地化的目标焦点体细胞人类基因组改变在人类癌症。基因组医学杂志2011年;12:R41。doi: 10.1186 / gb - 2011 - 12 - 4 - r41pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21527027
      OpenUrl CrossRef PubMed
    20. ↵
      2. Castellarin米,
      3. 沃伦RL,
      4. 弗里曼JD,等
      。梭菌属nucleatum感染是普遍的人类大肠癌癌。基因组Res2012年;22:299年- - - - - -306年。doi: 10.1101 / gr.126516.111pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22009989
      OpenUrl 文摘/免费的全文
    21. ↵
      2. 麦科伊一个,
      3. Araujo-PerezF,
      4. Azcarate-Peril一个,等
      。梭菌属与结直肠腺瘤有关。《公共科学图书馆•综合》2013年;8:e53653。doi: 10.1371 / journal.pone.0053653pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23335968
      OpenUrl CrossRef PubMed
    22. ↵
      2. Kostic广告,
      3. GeversD,
      4. PedamalluCS,等
      。梭菌属的基因组分析确定协会与结直肠癌。基因组Res2012年;22:292年- - - - - -8。doi: 10.1101 / gr.126573.111
      OpenUrl 文摘/免费的全文
    23. ↵
      2. NoshoK,
      3. SukawaY,
      4. 足立Y,等
      。梭菌属协会nucleatum免疫和分子改变结肠直肠癌。世界杂志2016年;22:557年- - - - - -66年。doi: 10.3748 / wjg.v22.i2.557pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26811607
      OpenUrl CrossRef PubMed
    24. ↵
      2. 金罗斯J,
      3. MirnezamiR,
      4. 亚历山大J,等
      。前瞻性分析结直肠癌的粘膜microbiome-metabonome交互使用MAS 1 hnmr和metataxonomic策略相结合。Sci代表2017年;7:8979年。doi: 10.1038 / s41598 - 017 - 08150 - 3
    25. ↵
      2. 李dw,
      3. 汉S-W,
      4. 康j - k,等
      。梭菌属之间的联系nucleatum,路径突变,并在结直肠癌患者的预后。河南安2018年;25:3389年- - - - - -95年。doi: 10.1245 / s10434 - 018 - 6681 - 5pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30062471
      OpenUrl CrossRef PubMed
    26. ↵
      2. Kunzmann在,
      3. Proenca马,
      4. JordaoHW,等
      。梭菌属nucleatum肿瘤DNA水平与结直肠癌患者的生存。中国欧元Microbiol感染说2019年;38:1891年- - - - - -9。doi: 10.1007 / s10096 - 019 - 03649 - 1pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31367996
      OpenUrl CrossRef PubMed
    27. ↵
      2. 珀塞尔房车,
      3. Visnovska米,
      4. 比格斯PJ,等
      。不同的肠道微生物组模式与结直肠癌的分子亚型共识。Sci代表2017年;7:11590年。doi: 10.1038 / s41598 - 017 - 11237 - 6pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28912574
      OpenUrl CrossRef PubMed
    28. ↵
      2. 霁年代,
      3. 胫骨我,
      4. 金YC,等
      。梭菌属的细胞内降解nucleatum人类牙龈上皮细胞。摩尔细胞2010年;30.:519年- - - - - -26。doi: 10.1007 / s10059 - 010 - 0142 - 8
      OpenUrl CrossRef PubMed 网络的科学
    29. ↵
      2. Umana一个,
      3. 桑德斯是,
      4. 柳CC,等
      。利用整个梭菌属基因识别、正确的,并描述潜在毒性蛋白的家庭。J Bacteriol2019年;201年:e00273- - - - - -19。doi: 10.1128 / JB.00273-19pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31501282
      OpenUrl PubMed
    30. ↵
      2. HamarshehShaima萨那,
      3. ZeiserR
      。Nlrp3 inflammasome激活癌症:一把双刃剑。前面Immunol2020年;11。doi: 10.3389 / fimmu.2020.01444
    31. ↵
      2. DinarelloCA,
      3. 西蒙一个,
      4. 范德梅尔先生JWM
      。治疗炎症通过阻断interleukin-1在广泛的疾病。Nat牧师药物越是加大2012年;11:633年- - - - - -52。doi: 10.1038 / nrd3800
      OpenUrl CrossRef PubMed
    32. ↵
      2. 奥尔蒂斯P,
      3. BissadaNF,
      4. Palomol,等
      。牙周治疗的严重程度降低活性类风湿性关节炎患者有或没有肿瘤坏死因子抑制剂。J Periodontol2009年;80年:535年- - - - - -40。doi: 10.1902 / jop.2009.080447pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19335072
      OpenUrl CrossRef PubMed 网络的科学
    33. ↵
      2. 白菜嗯,
      3. 德贝内代蒂F,
      4. 竹内T,等
      。将il - 6生物转化为有效的治疗方法。Nat Rheumatol牧师2020年;16:335年- - - - - -45。doi: 10.1038 / s41584 - 020 - 0419 - zpmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/32327746
      OpenUrl PubMed
    34. ↵
      2. Parhil,
      3. Alon-MaimonT,
      4. 索尔一个,等
      。乳腺癌殖民的梭菌属nucleatum加速肿瘤的生长和转移过程。Nat Commun2020年;11:1- - - - - -12。doi: 10.1038 / s41467 - 020 - 16967 - 2
      OpenUrl CrossRef PubMed
    35. ↵
      2. ErezN,
      3. 特鲁伊特米,
      4. 奥尔森P,等
      。在早期肿瘤癌症相关成纤维细胞被激活来编排肿瘤促进炎症NF-κB-dependent地。癌症细胞2010年;17:135年- - - - - -47。doi: 10.1016 / j.ccr.2009.12.041
      OpenUrl CrossRef PubMed 网络的科学
    36. ↵
      2. 沙阿K,
      3. 艾哈迈德米,
      4. Kazi居
      。极光激酶/β-catenin轴对地塞米松抗白血病。NPJ摘要杂志2021年;5:13。doi: 10.1038 / s41698 - 021 - 00148 - 5pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/33597638
      OpenUrl PubMed
    37. ↵
      2. 皮特TM,
      3. Bradshaw-Pierce埃尔,
      4. BagbySM,等
      。极光选择性抗肿瘤活性激酶抑制剂,alisertib,对结直肠癌的临床前模型。Oncotarget2016年;7:50290年- - - - - -301年。doi: 10.18632 / oncotarget.10366
      OpenUrl CrossRef
    38. ↵
      2. 布罗克米,
      3. 胡桐E,
      4. 浆果T,等
      。小分子抑制剂N-myc Aurora-A诱导蛋白酶体降解的儿童神经母细胞瘤。癌症细胞2013年;24:75年- - - - - -89年。doi: 10.1016 / j.ccr.2013.05.005pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23792191
      OpenUrl CrossRef PubMed 网络的科学
    39. ↵
      2. Stemmler国会议员,
      3. 埃克尔斯RL,
      4. Brabletz年代,等
      。冗余EMT转录因子的函数。Nat细胞生物2019年;21:102年- - - - - -12。doi: 10.1038 / s41556 - 018 - 0196 - ypmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30602760
      OpenUrl CrossRef PubMed
    40. ↵
      2. 考克斯TR
      。矩阵在癌症。Nat牧师癌症2021年;21:217年- - - - - -38。doi: 10.1038 / s41568 - 020 - 00329 - 7pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/33589810
      OpenUrl PubMed
    41. ↵
      2. 盖尔一个,
      3. StrozykEA,
      4. 鲍尔在,等
      。高度侵袭性黑色素瘤细胞激活血管内皮细胞通过一个MMP-2 /整合素αvβ5-induced VEGF-A分泌。是中草药2012年;181年:693年- - - - - -705年。doi: 10.1016 / j.ajpath.2012.04.012pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22659470
      OpenUrl CrossRef PubMed
    42. ↵
      2. 李肯塔基州,
      3. 金Y-J,
      4. 柳H,等
      。人类大脑内皮细胞衍生cox - 2促进乳腺癌细胞的外渗血脑屏障。抗癌物2011年;31日:4307年- - - - - -13。pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22199296
      OpenUrl 文摘/免费的全文
    43. ↵
      2. 维纳一个,
      3. 亚当斯年代,
      4. MignattiP
      。基质金属蛋白酶抑制剂在癌症治疗:把过去的失败变成未来的成功。摩尔癌症其他2018年;17:1147年- - - - - -55。doi: 10.1158 / 1535 - 7163. - mct - 17 - 0646pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/29735645
      OpenUrl 文摘/免费的全文
    44. ↵
      2. BendellJC,
      3. Starodub一个,
      4. 黄X,等
      。3期随机、双盲、安慰剂对照研究评估的有效性和安全性gs - 5745结合mFOLFOX6作为一线治疗晚期胃癌患者或胃食管交界处腺癌。JCO2017年;35:TPS4139。doi: 10.1200 / JCO.2017.35.15_suppl.TPS4139
    45. ↵
      2. 梅塔RS,
      3. NishiharaR,
      4. 曹Y,等
      。协会的饮食模式与结直肠癌风险亚型分类梭菌属nucleatum肿瘤组织。JAMA杂志2017年;3:921年。doi: 10.1001 / jamaoncol.2016.6374pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28125762
      OpenUrl PubMed
    46. ↵
      2. 绿色D,
      3. 艾尔H,
      4. 辛格一个,等
      。针对MAPK7 / MMP9轴主要骨转移的癌症。致癌基因2020年;39:5553年- - - - - -69年。doi: 10.1038 / s41388 - 020 - 1379 - 0pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/32655131
      OpenUrl CrossRef PubMed
    47. ↵
      2. Ligorio米,
      3. 银年代,
      4. Malagon-LopezJ,等
      。基质微环境的形状的瘤内架构胰腺癌。细胞2019年;178年:160年- - - - - -75年。doi: 10.1016 / j.cell.2019.05.012
      OpenUrl CrossRef
    48. ↵
      2. Strosberg小,
      3. YeatmanT,
      4. 韦伯J,等
      。第二阶段研究ro4929097在转移性结直肠癌。欧元J癌症2012年;48:997年- - - - - -1003年。doi: 10.1016 / j.ejca.2012.02.056pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22445247
      OpenUrl CrossRef PubMed 网络的科学
    49. ↵
      2. 朗J,
      3. 赵X,
      4. 气Y,等
      。重塑前列腺肿瘤微环境抑制转移通过癌症相关的纤维母细胞失活与Peptide-Assembly-Based综合。ACS Nano2019年;13:12357年- - - - - -71年。doi: 10.1021 / acsnano.9b04857pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/31545587
      OpenUrl CrossRef PubMed
    50. ↵
      2. TaurielloDVF,
      3. Palomo-Ponce年代,
      4. 鹳D,等
      。Tgfβ导致基因重组免疫逃避结肠癌转移。自然2018年;554年:538年- - - - - -43。doi: 10.1038 / nature25492
      OpenUrl CrossRef PubMed
    51. ↵
      2. 弗里德曼JD,
      3. 达菲先生,
      4. Lei-RossmannJ,等
      。溶瘤细胞的病毒表达t细胞衔接器同时目标癌症和免疫抑制基质细胞。癌症Res2018年;78年:6852年- - - - - -65年。doi: 10.1158 / 0008 - 5472. - 18 - 1750pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30449733
      OpenUrl 文摘/免费的全文
    52. ↵
      2. 平问,
      3. 严R,
      4. 程X,等
      。更正:癌症相关成纤维细胞:概述,进步,挑战,和方向。癌症基因其他2021年。doi:doi: 10.1038 / s41417 - 021 - 00343 - 3。[Epub提前打印:2021年6月28日]。pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/34183778
    53. ↵
      2. Casasanta马,
      3. 柳CC,
      4. UdayasuryanB,等
      。梭菌属nucleatum宿主细胞绑定和入侵诱发引发和处于分泌,促进结直肠癌细胞迁移。Sci的信号2020年;13:eaba9157。doi: 10.1126 / scisignal.aba9157pmid:http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/32694172
      OpenUrl 文摘/免费的全文

    补充材料

    脚注

    • 贡献者女士,DL和JHMP概念化和设计研究。女士,数控,KS,某人,DL和JHMP参与收集、准备、解释、验证和数据的评论。NC和KS的细胞培养实验和量化细菌负荷进行肿瘤病人样本的分类群。女士的表现形式分析包括生物信息学和统计分析。女士创建了手稿的数据和辅助材料。女士和JHMP起草了手稿。所有作者编辑、审查、修订和批准了手稿文本。DL和JHMP获得资助了这项研究。

    • 资金本研究支持的健康研究委员会的资助和爱尔兰科学基金会JHMP(16 /美国/ 3301),一个奖学金KS由北爱尔兰部门经济倪(DfE),资金从倪DfE (SFI-DEL 14/1A / 2582, STL / 5715/15)。结果包括以下部分基于TCGA数据生成的研究网络(https://wwwcancergov/tcga)。我们希望承认皇家外科学院信息技术部门在爱尔兰和爱尔兰高端计算中心(ICHEC)计算设施的提供和支持。

    • 相互竞争的利益没有宣布。

    • 出处和同行评议不是委托;外部同行评议。

    • 补充材料此内容已由作者(年代)。尚未审查由BMJ出版集团有限公司(BMJ)和可能没有被同行评议。任何意见或建议讨论仅代表作者(年代)和不了BMJ的支持。和责任起源于BMJ概不负责任何依赖的内容。内容包括任何翻译材料,BMJ并不保证翻译的准确性和可靠性(包括但不限于当地法规、临床指南,术语,药物名称和药物剂量),和不负责任何错误或遗漏引起的翻译和改编或否则。