Бактериальные биомаркеры, способные идентифицировать рецидив или метастазы, несут информацию о тяжести заболевания при раке легких (аннотация)Бактериальные биомаркеры, способные идентифицировать рецидив или метастазы, несут информацию о тяжести заболевания при раке легких
Рак легких по-прежнему является основной причиной смертности от рака во всем мире.
Местные рецидивы и удаленные метастазы являются основными причинами заболеваемости и смертности, и на них приходится до 95% смертей, связанных с раком. Несмотря на достижения в области терапевтических стратегий, особенно таргетной терапии и иммунотерапии, прогноз остается плохим, поскольку у большинства пациентов при постановке диагноза имеются обширные метастазы. Клинически большое количество пациентов с ранней стадией рака легкого рецидивируют после операции из-за запущенного отдаленного метастазирования. Таким образом, улавливание сигнала о метастазировании у пациентов с ранней стадией рака легкого и постоянный мониторинг прогрессирования рака после операции имеет большое значение для снижения смертности пациентов.
Все больше исследований показывают, что микробные сообщества влияют на возникновение, прогрессирование, метастазирование и ответ на терапию различных видов рака. Например, исследования показали, что Fusobacterium nucleatum может провоцировать развитие рака различными путями и связан с инвазией и метастазированием раковых клеток (Bullman et al., 2017).
Недавно Bertocchi et al. обнаружили, что внутриопухолевые Escherichia coli, ассоциированные с колоректальным раком, могут мигрировать в печень после нарушения сосудистого барьера кишечника и затем подпитывать микросреду печени для непосредственного содействия метастазированию (Bertocchi et al., 2021). Кроме того, многочисленные исследования показали, что энтеротоксигенные Bacteroides fragilis могут кодировать токсин, который в конечном итоге вызывает хроническое воспаление кишечника и повреждение тканей при колоректальном раке, поражая клетки кишечника (Boleij et al., 2015; Cheng et al., 2020). Однако потенциальная связь между микробными сообществами раковой ткани и метастазированием рака легких остается пробелом в знаниях.
Одна из основных причин высокой смертности от рака легких заключается в том, что он изначально протекает бессимптомно и обычно обнаруживается на поздних стадиях. Поэтому необходимо точно определить биомаркеры на каждой стадии рака легкого и скорректировать терапевтические меры для разных стадий. Zheng et al. определили 13 микроорганизмов кишечника как биомаркеры с высокой точностью в прогнозировании ранней стадии рака легких с помощью анализа секвенирования 16 s рРНК (Zheng et al., 2020).
Исследование микробиоты кишечника и мокроты больных раком легкого на разных стадиях, проведенное Lu et al., показало, что эти два микробиома связаны с отдаленным метастазированием и что микробные биомаркеры на разных стадиях заболевания были в основном общими (Lu H. et al., 2021). Однако, хотя потенциальная связь между кишечными микроорганизмами и раком, не связанным с кишечником, в основном не раскрыта, микроорганизмы в первоначальном месте развития рака, раковой ткани, заслуживают дальнейшего изучения. Непонятный механизм тканевого микробиома в отдаленном метастазировании и стадии рака легкого настоятельно требует изучения.
В данном исследовании были собраны 174 образца пациентов с рецидивом или метастазами (РМ) и 134 образца пациентов без рецидива или метастазов (не-РМ), и охарактеризован микробиом тканей всех пациентов с раком легкого. Основными целями данного исследования были:
(1) выявление бактериальных биомаркеров, способных различать РМ и не-РМ,
(2) изучение влияния курения на дифференциальные бактерии РМ и не-РМ и
(3) корреляция бактериальных биомаркеров с выживаемостью и стадией заболевания у больных раком легких.
Наше исследование проливает свет на способность тканевых микробных маркеров рака легкого предсказывать рецидив или метастазирование, а также на то, что эти биомаркеры тесно связаны с выживаемостью и стадией заболевания у пациентов с раком легких.
Результаты:
Мы показали, что рецидив или метастазирование у больных раком легких связаны с определенными бактериями и что курение значительно влияет на относительную численность этих бактерий. Углубленно, с помощью классификаторов машинного обучения, мы обнаружили, что шесть бактериальных биомаркеров, дифференцирующих рецидивы или метастазы (Acidovorax, Clostridioides, Succinimonas, Shewanella, Leuconostoc и Dickeya), ассоциируются с выживаемостью у больных раком легкого.
Кроме того, мы убедились, что бактерии, способные различать рецидивы или метастазы, также несут информацию о стадии опухоли при раке легкого, а три рода, Dickeya, Lactococcus и Pseudogulbenkiania, могут точно предсказать T-стадию опухоли. В совокупности наши результаты подтверждают предположение о том, что курение может привести к изменению бактериального сообщества в ткани рака легких, что, в свою очередь, влияет на метастазирование опухоли у пациентов, а бактерии, тесно связанные с рецидивом или метастазированием, неотделимы от прогноза пациента и стадии опухоли.
Фактором риска развития рака легких номер один является воздействие табака, которое перевешивает все остальные факторы, приводящие к раку легких. Табачный дым содержит множество потенциальных канцерогенов и бактериальных продуктов, которые могут побуждать эпителиальные клетки выделять воспалительные цитокины, вызывать нарушение барьерной функции и даже изменять микробиом, влияя на канцерогенез легких.
Мы наблюдали значительно более низкое относительное содержание некоторых бактерий, таких как Acidovorax, у пациентов со стажем курения более 15 лет по сравнению с пациентами со стажем курения менее 15 лет. Аналогичным образом, в исследовании опухолевых (n = 143) и неопухолевых прилегающих тканей (n = 144) наблюдалась значительная разница в относительной численности Acidovorax у курильщиков по сравнению с некурящими. Кроме того, исследование незлокачественной ткани легких показало, что большее количество Acidovorax было обнаружено именно во внеклеточных везикулах курильщиков (Kim et al., 2017).
Новаторство нашего исследования заключается в том, что мы впервые предположили, что относительное количество Acidovorax снижается у пациентов с рецидивами или метастазами по сравнению с пациентами без рецидивов или метастазов, что повторяет снижение относительного количества Acidovorax у пациентов с более длительным стажем курения. Тем не менее, будущие исследования должны прояснить роль Acidovorax в связи с воздействием табака и метастазированием рака легких.
Больные раком легких сталкиваются с высокой смертностью даже при обнаружении рака на ранних стадиях. В отличие от других видов рака, которые выявляются на ранней стадии и имеют очевидные преимущества в выживании, около 35-45% пациентов с раком легких I стадии умирают из-за рецидива в течение 5 лет даже в случае успешной операции. Мы убедились, что пациенты с раком легких с рецидивами или метастазами ассоциируются с более низкой выживаемостью. Наш классификатор машинного обучения с признаками Acidovorax, Clostridioides, Succinimonas, Shewanella, Leuconostoc и Dickeya предсказывал информацию о рецидивах или метастазах у пациентов с раком легких, а пациенты с предсказанными рецидивами или метастазами имели более низкие показатели выживаемости. Хотя механизм еще предстоит выяснить с помощью дополнительных данных, текущие результаты, несомненно, служат руководством для клиницистов, позволяющим предварительно судить о выживаемости пациентов.
Наше исследование показало, что бактерии, способные дифференцировать признаки рецидива или метастазирования, могут предсказывать стадию опухоли у пациентов. В исследовании 156 случаев рака легких и 156 индивидуально подобранных контролей было обнаружено, что вид Lactococcus lactis ассоциируется со снижением риска развития рака легких. Мы также обнаружили снижение относительной численности Lactococcus на стадиях T1-T4. Dickeya, Lactococcus и Pseudogulbenkiania показали хорошие результаты в прогнозировании стадий T4 и T1 у пациентов с раком легких.
Сильные стороны наших результатов включают две достоверно разделенные когорты больных раком легкого с рецидивами или метастазами в течение 3 лет и без них, микробиом в месте первичного развития рака, а также подробную информацию о последующем наблюдении почти за всеми пациентами. Однако наше исследование все еще имеет некоторые ограничения. Распределение образцов на разных стадиях было неравномерно; например, количество образцов на стадии T4 намного меньше, чем на стадии T2, мы допускаем, что это может исказить результаты. Хотя мы всесторонне сравнили микробиом тканей пациентов без рецидива и с рецидивом или метастазами, отсутствие здоровых контролей вызывает сожаление. В будущем необходимо провести функциональные эксперименты, чтобы определить, влияют ли бактерии на прогрессирование рака легких и каким образом. Такие эксперименты раскроют потенциал бактерий как биомаркеров рецидива или метастазирования рака легких и могут предоставить пациентам варианты лечения. Функциональные эксперименты для дальнейшего оказания помощи в лечении пациентов с раком легких являются основной целью нашей будущей работы.
Выводы:
Путем всестороннего сравнения тканевых бактерий у больных раком легких с рецидивом или метастазами и без рецидива или метастазов мы выявили 15 бактериальных биомаркеров, различающих рак легких с РМ и не-РМ, причем относительная численность большинства бактерий снижается у больных с рецидивом или метастазами. Кроме того, шесть бактериальных биомаркеров, отличающих рецидив или метастазирование (Acidovorax, Clostridioides, Succinimonas, Shewanella, Leuconostoc и Dickeya), были ассоциированы с выживаемостью пациентов с раком легкого.
Кроме того, мы обнаружили, что пациенты с более длительным стажем курения были связаны с более низким содержанием этих биомаркеров, таких как род Acidovorax. Наконец, эти бактериальные биомаркеры (Dickeya, Lactococcus и Pseudogulbenkiania) точно предсказывали стадию T опухоли у больных раком легкого. Мы предполагаем, что курение вызывает тканевые микробные изменения у больных раком легких, что, в свою очередь, способствует рецидиву или метастазированию у больных раком легких, а изменения бактерий связаны с прогнозом пациента и прогрессированием опухоли.
Благодаря этим результатам мы предвидим новый путь для исследований, направленных на изучение роли микробов в рецидиве или метастазировании у больных раком легких, прогноза пациентов и мониторинга прогрессирования опухоли в тканях.
