18分钟讲透大肠癌和细菌的5大知识!
于君 2018-03-29
时长:18:31
香港中文大学内科及药物治疗学系消化疾病研究国家重点实验室
于君
香港中文大学讲座教授
教育部长江学者讲座教授
香港中文大学医学院消化道肿瘤实验中心主任
香港中文大学消化疾病研究国家重点实验室副主任
美国消化学会肿瘤常务理事
美国消化学会微生态常务理事
香港科学工作者协会副主席
于君教授长期致力于消化系统肿瘤机制和防治研究,包括肠道微生态和肿瘤的研究10多年,获奖三十余项。发表SCI论文350多篇,影响因子10以上76篇;20以上14篇,包括: Nature、Nature Biotechnology, Cancer cell、Cell Metablism、J Clin Oncol、Sci Transl Med, JCI、Mol Cell、Gastroenterology、Hepatology、Gut、Nat Commun 等。
了解更多
由G30资助
本演讲由G30企业提供资助,并受到民福社会福利基金会的大力支持和协助。
了解更多
图文实录

ia_100000723.jpg

各位专家、学生、老师、同道、临床的医生,大家好。

今天非常感谢蓝老师给我这个机会来分享肠道菌群和大肠癌。

ia_100000725.jpg

我们一讲到菌群,大家都知道它是目前研究最火最热的一个热门话题,也是《Science》、《Nature》、《Cell》文章发表最多的一类文章。肠道菌群里涉及到菌群与肠道系统疾病关系最为密切的,就应该是大肠癌。

从这个图大家可以看到,以前大肠癌的发病在中国是比较少见的,现在呢,大肠癌的发病趋势是突飞猛进,在香港,大肠癌从2012年开始已经超过了肺癌成为第一大肿瘤并一直延续到现在。目前,它的发病率已经是十万分之七十二,这个数字还是很高的。

ia_100000727.jpg

对于大肠癌的研究、早期阻断或者治疗,已经是迫在眉睫。

大肠癌的发病因素,从宿主方面要探讨它的基因组的多阶段的致癌过程。

从环境因素来讲就是肠道微生态,肠道微生态在大肠癌多阶段的发生、发展过程中,到底是起着推波助澜的作用还是从属的作用?这个之前不是很清楚,因为以前的菌群的研究主要靠培养。

随着二代、三代测序技术的问世,可以把菌群研究得比较透彻,给菌群跟疾病的关系研究也提供了一个契机。

基于此,研究菌群和大肠癌的关系要从几个方面来剖析,在剖析之前,要提出一系列的问题,那问题在哪里呢?

ia_100000729.jpg

第一,菌群跟大肠癌有没有关系?

第二,这种关系是原因还是结果?是细菌的改变在前,还是先出现了肿瘤然后出现了菌群的改变?

第三,大肠癌的病人,如果出现了菌群的改变,他们的粪便能不能促进大肠癌?

第四,菌群的改变中各菌群的作用是均一的,还是参差不齐的,是否有一些驱动菌存在?

第五,这种细菌的改变,它的临床应用价值是什么?有没有诊断的价值,有没有治疗的价值?

所以说,这些基础问题和临床问题等一系列问题被提出来,供我们一步一步去剖析、去解决,去找到它的答案。

ia_100000731.jpg

首先解决第一个问题,大肠癌有没有菌群的改变,它跟健康正常人比较,是一样的,还是不同的?

为了回答这个问题,我们对中国74例大肠癌患者的粪便和54例健康人群的粪便,进行了宏基因组测序。就是把细菌的基因全部给它检测,然后进行比对,看它们的菌株菌群有没有差异。

中国人群是发现人群,根据在中国人群中发现的异常的改变,用丹麦的人群,即小的人群进行了验证。

那这个研究的结果是什么呢?

ia_100000733.jpg

这个红颜色是大肠癌,绿颜色是健康对照,就是肠癌患者粪便的细菌的多样性开始减少了,它的多样性是缩窄了,健康人群细菌的多样性呢,要比肠癌患者要宽。

不仅多样性缩窄,同时,有21个细菌的菌株在肠癌患者里面,跟健康人群的相应菌株对照比较,它的丰度是显著升高的。

ia_100000735.jpg

这种显著升高的与肠癌相关的细菌,它们之间又有一个协同作用,这个多颜色的图表现的是它们之间的相互协同作用。

之前,对这种肠癌粪便里丰度升高的细菌,我们对它的功能的研究不是很深入。比对这个细菌,根据以前文献的发表,它的功能和意义在哪里?

发现了多数肠道丰度升高的细菌是口腔致病菌,所以说它们一起导致大肠癌有着一个团结协作,一起促大肠癌的作用。

 ia_100000738.jpg

另外一个方面,我们除了研究中国的人群,又分析了五个国家和地区,包括中国、丹麦、美国、德国和法国这五个不同的地区的大肠癌和健康人群,还是宏基因组的比对和分析。

比对和分析的结果,虽然在不同国家的健康人群和大肠癌人群中它的菌群的分布是不一样的,但如果把无论是哪个国家的健康人群和大肠癌的人群都给它归类以后,右边这个图可以看到,它可以把大肠癌跟健康对照区分开。

经过比对分析发现,有些好的细菌,图中比较开心的这种细菌,它们在大肠癌患者身体中是逐渐地下降,甚至是消失的,而有些细菌是升高的。

所以说,根据国内人群的研究,以及国际上人群的比对的研究,可以得出回答第一个问题的结论:在大肠癌的患者中,菌群的确发生了改变。

那这种改变是原因还是结果呢?那就需要回答第二个问题了。

ia_100000736.jpg

ia_100000740.jpg

在回答第二个问题之前,我们的结论是有害菌是升高的,益生菌是减少的,这种菌群失调的因果关系是什么,是鸡和蛋哪个先出现?哪个是后续的反应?

要回答这个问题,光是搜集健康人群和大肠癌的比对是不够的。

ia_100000742.jpg

第二项研究我们就取活检的组织的标本,一组是健康对照,中间这一组是腺瘤或者叫息肉,最右边的这个是大肠癌。

我们进行了16S 的测序分析,来挖掘组织黏附菌在从正常、癌前病变到癌变过程中,起着什么样的变化,是相同的还是不一样的,是不是早期就出现改变,如果早期出现改变的话,有可能是一个始动因素。

ia_100000743.jpg

那这个图,又可以反映出来正常、腺瘤和大肠癌。可以看到这个曲线图中绿颜色的是协同的菌,红颜色的是排斥的菌,红颜色的细菌是逐渐递增的,这个趋势你可以看到的。

我们落实到菌株,有什么差异,有什么改变呢?

 ia_100000745.jpg

有些细菌是递增性的改变。至少这五个细菌,从正常、腺瘤旁、腺瘤、癌旁到癌,它是递增的过程,有些细菌是下降甚至是消失的。

这个结果可以告诉我们,在大肠癌的发生发展过程中,细菌的改变起到一个驱动作用,或者是始动作用。

肠道菌群与大肠癌-于君(修改版)-Re3 - 副本_15_ys.png

那现在回答第三个问题,这种菌群的改变,它能促癌吗?粪便中细菌的改变,它在大肠癌的发生发展过程中,起着什么样的作用呢?

为了回答这个问题,我们把五个大肠癌病人的粪便混合在一起,五个健康人的粪便也混合在一起,喂给了无菌鼠。

另外我们做两组小鼠模型,是多种抗生素制造成了一个模型,是低菌鼠,那这两个小鼠实验的结果是一致的,就是喂食了大肠癌患者的粪便,可以促进小鼠的大肠癌的发生发展。

它的机制我们进行了挖掘和探讨,结论就是大肠癌粪便的粪菌,移植之后可以激活肠黏膜的免疫,诱发炎症反应,促进上皮细胞增殖,从而起着促癌的作用。

肠道菌群与大肠癌-于君(修改版)-Re3 - 副本_17_ys.png

第四个问题就是细菌的功能。因为是整体的粪便移植给了小鼠,那其中细菌的作用是一致的吗?有没有牵头的细菌或者是主打的细菌,或者是起着驱动力比较强的细菌在里边?

那为了回答这个问题呢,我们就把大肠癌患者的肠黏膜还有粪便里显著升高的细菌,跟健康人群进行对照比较。

 肠道菌群与大肠癌-于君(修改版)-Re3 - 副本_18_ys.png

有三株菌,一个是具核梭杆菌,还有口炎消化链球菌,还有微单孢菌,这三个细菌它的丰度是在大肠癌里边非常高。

具核梭杆菌,可能大家已经知道,也已经报道过了。

口炎消化链球菌没有人做过,是我们自己发现的新的一株在大肠癌里面丰度比较高,尤其在组织黏膜里边定殖很高的菌,它的最重要的一点是在腺瘤的时候已经出现了显著的升高。所以说,这有可能是一个始动的驱动菌。

如果只是在大肠癌时候高,它有可能是个结果,它不是一个原因,因为它在早期是升高的,那有可能是原因。

那对这个细菌,我们进行了文献的搜索,发现它是一个革兰氏阳性的厌氧菌,可以引起肠炎,也可以引起口腔的感染、口腔的炎症。那我们就把这细菌分离出来,进行功能的检测和功能的研究。

 ia_100000755.jpg

中间这个图呢,就是细菌跟肠癌的细胞株共培养。

你可以看到,这个细菌可以贴附到肠细胞细胞株的表面,然后内吞到了上皮细胞内。

另外我们在小鼠的模型里和人的标本里,做细菌的检测,发现了它可以侵入到上皮细胞,我们把阳性的上皮细胞分离出来和阴性的上皮细胞进行比对,发现了它一系列的致癌的机制。

那在老鼠模型上,就发现这个细菌的确可以促进上皮细胞增生,促进肿瘤的数量,那就发现了至少一个新的,跟大肠癌相关的促癌的细菌。

肠道菌群与大肠癌-于君(修改版)-Re3 - 副本_20.png

根据粪便的研究、组织粘膜的研究、粪菌移植的研究、单菌实验的研究,我们可以得出一个结论:菌群失调在大肠癌的发生发展过程中起着非常重要的作用,它们是相辅相成的,互相推动、互相推波助澜,一起来促进大肠癌的发生和发展。

那最后一个问题,我们研究这个菌群是为临床服务的,那探讨这些菌群的结果呢?临床的意义在哪里?有没有肠癌诊断中的意义?

ia_100000760.jpg

我们找到了20个基因标记物。通过宏基因组测序,这20个基因标记物细菌标记物就可以有效地区分大肠癌和健康人群,只是检测粪便的细菌就可以把它们分离出来。

我们本着简单、有效、单菌这样一个策略,如果它一个细菌,能够达到这么好的检测的目标,那说明那作为一个标记物来讲,它的应用起来就比较简便,比较可行。

ia_100000764.jpg

其中的一个细菌就是具核梭杆菌,我们比较了四种丰度高的细菌,那表现最好的就是具核梭杆菌。在一期、二期、三期的时候,单一的具核梭杆菌检测的敏感性和特异性都比大便潜血试验要好,到四期的时候差异不明显。

但是,如果这个单菌的检测,结合了大便潜血试验,它的敏感性和特异性,检测大肠癌是超过90%。

这也是2017年我们两篇文章对这个研究的结果的一个报道。

肠道菌群与大肠癌-于君(修改版)-Re3 - 副本_23.png

第二个方面,我们进行菌群的研究,是为了早期的防控、早期的治疗大肠癌。

那对于防控大肠癌的意义和价值在哪里呢?

因为找到这些坏的细菌,我们可以想出一种策略和方式对抗坏菌,减低坏菌的含量。因为它们的丰度是高的,我把它压下来,让它跟正常人的丰度是一致的,这样的话,就形成一个正常的肠道的微环境。

那针对坏的细菌,有几个方面,一个就是特异性的噬菌体。当然我们也有报道就是发现了具核梭杆菌的噬菌体,我们自己也分离出来一个噬菌体,可以跟具核梭杆菌有关系,当然还要需要进一步地验证。

第二个方面就是粪菌移植,就是替换掉有害的细菌,使细菌达到一个平衡,和整体的好菌的一种补充。

第三个方面改善饮食和环境。当然,特异性的抗生素如果有可能有特异性的靶向治疗,也可能成为将来有可能去探讨的一个方向。

另外,就是通过生物学的工程,移除坏菌的有毒成分,这样的基因修饰工程如果能够作用到对抗有害的大肠癌驱动菌方面的工作,可能也是将来的一个发展或研究的趋势。

肠道菌群与大肠癌-于君(修改版)-Re3 - 副本_24.png

另外的治疗,就是把消失的好的细菌给它补充上,可以经过粪菌移植,或者补充益生菌、益生元或者合生元来补充好的细菌。

根据总体的五个地区和国家的研究中的在人体消失的菌,我们对其每一个细菌都进行了细胞株的研究和分析,发现有一种有潜在性的预防或者治疗大肠癌的作用。

但是目前只基于不同的细胞株的动物实验现在正在进行中,这个结果可能不久的将来会有一个答案。动物的实验是非常重要的,至少是一个研究的方向,通过调高益生菌的研究或者治疗方向,可以控制或者抑制坏菌,尤其是对腺瘤的病人有用。

那腺瘤的病人现在非常多,内镜下切除之后或者是内镜下摘除之后,三五年它会复发。如果可以调高某种益生菌的话,可以在早期的时候给他增加益生菌,是不是可以阻断或者预防这种腺瘤的复发,进而阻断大肠癌形成的机会?这些都是将来研究和治疗的方向。

对于健康人群在正常的状态下,通过调整肠道菌群,怎么样来预防大肠癌?

ia_100000767.jpg

当然不外乎可以多进食一些多纤维化的食物,还有低脂的饮食,另外增强锻炼、戒烟酒,这些是和预防大肠癌密切相关的。

大肠癌发生率突飞猛进,就是跟营养状况比较好,高脂饮食是有密切关系的。

肠道菌群与大肠癌-于君(修改版)-Re3 - 副本_26.png

另外一方面,因为在座的有很多的研究生,很多年轻的临床医生,可能是在做一些迫不得已的一些科研,所以说我一点点启示,一点点体会,就是一定要从临床里边发现问题,静下来去思考,然后去搜索文献,看这个问题有没有答案。

如果别人已经有了明确的答案,建议你找到别人没有答案的地方,去探索它的答案,靠你的辛苦和努力去找到它的答案、探索它的结果。

然后在这种不停地探索的过程,你会找到一个解决你的疑问的答案,你会在科研的过程中,找到你自己的乐趣,然后再反馈到临床,所以它是个良性的循环。

从临床发现问题到基础解决问题,再到临床去验证问题,再不停地培养自己对科研的兴趣。

从一个临床医生,然后附带地做一些科研的兴趣,这样的话,你可能就是种享受的过程,是一个愉悦的过程,不是充满压力,完成功课、任务的这样一个过程,这是我的一点点体会。

ia_100000769.jpg

这个照片你也可以看到,以前我也是一个消化科的医生。因为从本科、硕士还有博士,都是在国内读的,以前也是北医大人民医院的临床消化科医生。后来去了德国、香港中文大学、澳大利亚悉尼大学,现在2005年又回到了香港,在香港已经前前后后有17年。

当时我做博士的时候,我的志向就是博士以后拿到了毕业证书,这一辈子再也不摸试管。但是没想到从去了德国开始,这种科研的兴趣就一点一点培养起来了,所以我觉得,是一个比较喜欢、比较享受、比较开心的过程。

当然中间有酸、甜、苦、辣,有很多的挫折,很多的失败,很多的痛苦。但是,当你渡过了这个难关之后呢,你会享受到其中的乐趣,那对于大肠癌的研究,或者是菌群的研究我们也拿到一些奖项。

这是一些代表性的奖项,跟大家分享一下,包括一些2016年的国家的自然科学奖,有美国的奖、香港的奖,这样一系列的奖项是一个鞭策、一个鼓励、一个压力。

ia_100000776.jpg

当然也是感谢这个团队的努力,也是团队的荣誉。

ia_100000773.jpg

最后也非常感谢大家的聆听。

另外,也是感谢我的科研的团队,还有感谢我的合作伙伴,有无菌鼠的魏泓教授,魏老师无菌鼠的基地给我们提供了无菌小鼠模型很重要的帮助和

我们在做标本验证的过程中,也得到了房静远教授还有盛剑秋教授以及丹麦的 Kristiansen 教授的支持,香港标本的发现,是用他们的标本进行的验证。

再次感谢大家!

(全文结束)


往期视频
评论