近日，來自約翰霍普金斯大學(xué)的Fangyi Wan教授及其團隊，在著名期刊Cancer Discovery上發(fā)表了一項重要研究成果。

他們發(fā)現(xiàn)腸道中的黏附型致病菌可以通過其3型分泌系統(tǒng)（T3SS）與腸上皮細胞連接，并注入基因毒素（genotoxin）UshA破壞宿主腸上皮細胞中的DNA，導(dǎo)致細胞癌變以及腸癌的發(fā)生。

每個人的腸道里免不了會有一些致病菌在伺機而動搞破壞。服用抗生素、吃了奇怪的食物或者旅行過程中我們?nèi)菀壮霈F(xiàn)腹瀉的現(xiàn)象，就是由于腸道菌群平衡被打亂，致病菌借機大量復(fù)制，擾亂了腸上皮細胞的緊密連接和代謝活動。

更值得注意的是，在全球每年新發(fā)結(jié)直腸癌患者中，有200萬人曾有過輕度到中度的腹瀉、嘔吐等食物中毒癥狀。這些患者的食物中毒癥狀是由哪些致病菌引起的？食物中毒和腸癌的發(fā)生有沒有直接關(guān)聯(lián)？搞清楚這些問題可能會對癌癥的早期診斷起到重要作用。

實際上，已經(jīng)有一些腸道菌上了科學(xué)家們的“致癌”黑名單。有研究表明，脆弱擬桿菌、具核梭桿菌以及大腸桿菌能夠表達聚酮化合物合酶，干擾細胞周期，誘發(fā)癌癥或者加速腸癌的惡化[2]。

尤其是腸致病性大腸桿菌（EPEC）和腸出血性大腸桿菌（EHEC）這兩種大腸桿菌，是造成腹瀉、出血的兩大元兇，也具備潛在的致癌能力。它們可以穿過凝膠樣的黏液層，黏附甚至侵入腸上皮細胞，直接靶向攻擊宿主細胞，造成腸道損傷。然而關(guān)于這兩類大腸桿菌致癌的具體分子機制我們還知之甚少。

為了解決這一難題，Wan教授及其團隊利用檸檬酸桿菌（Citrobacter rodentium，CR）小鼠感染模型模擬人體EPEC、EHEC感染，來評估黏附型致病菌誘導(dǎo)腸癌的能力。

科學(xué)家已經(jīng)知道，CR、EHEC和EPEC都是通過3型分泌系統(tǒng)（T3SS）這個蛋白復(fù)合物和腸道上皮細胞連接的[3]。Wan教授團隊在動物實驗中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)缺失了這一分泌系統(tǒng)后，CR突變株仍能在無菌小鼠的腸道中正常增殖，但是大部分無法錨定在腸道上皮細胞上，而且這一突變株感染的小鼠腸上皮細胞DNA結(jié)構(gòu)未檢測到損傷。

由這一實驗結(jié)果研究人員們想到，CR可能是借助T3SS這一金字塔型的通道結(jié)構(gòu)，向上皮細胞里分泌了某些破壞DNA的毒力蛋白。借助氨基酸同位素標記和質(zhì)譜檢測的方法，科研人員們獲得了T3SS所分泌的蛋白庫，并分析了每種蛋白的分泌量、潛在功能，發(fā)現(xiàn)其中具備消化或破壞DNA結(jié)構(gòu)的能力的蛋白多達11種。

科研人員們進一步合成了這些蛋白，分別將每種蛋白與Lambda DNA在體外共孵育，以驗證它們對DNA的破壞能力。其中UshA這一蛋白憑一己之力就導(dǎo)致超過50%的DNA損傷（以脫氧核糖核酸酶Dnase I消化的DNA為100%）。

而且UshA這一蛋白在表達T3SS的黏附型致病菌相當(dāng)保守，CR、EHEC、EPEC這三種致病菌都表達高度同源的UshA?？蒲腥藛T對這些菌株的UshA基因分別進行了敲除和回補，并用野生菌株、UshA缺陷菌株和回補UshA后的菌株感染同一細胞系SW480，發(fā)現(xiàn)只有表達UshA的菌株才能破壞細胞系的DNA。

接下來的一步，就是驗證CR在小鼠體內(nèi)是否仍然依靠UshA破壞宿主細胞DNA。與UshA突變株相比，CR野生型或攜帶UshA回補基因的CR菌株，對小鼠腸上皮細胞造成了更為顯著的基因毒性損傷，這說明UshA在小鼠體內(nèi)同樣是破壞腸上皮細胞DNA的元兇。

眾所周知，腸上皮細胞的DNA損傷積累到一定程度會引起腫瘤的生發(fā)。

Wan教授團隊選擇使用ApcMinΔ716/+這一小鼠模型（一種對環(huán)境變化誘發(fā)的癌癥更為敏感的基因突變小鼠），檢驗UshA在腸上皮細胞中引發(fā)的DNA損傷，經(jīng)過長期積累會不會誘發(fā)腫瘤的出現(xiàn)。

CR野生型、UshA突變株以及回補UshA后的CR菌株感染ApcMinΔ716/+小鼠后，腸道中的CR細菌載量在第４天達到最高峰，在感染35天后已被完全清除。

然而當(dāng)Wan教授團隊對比感染后3個月的腸道結(jié)構(gòu)時發(fā)現(xiàn)，CR野生株感染過的ApcMinΔ716/+小鼠體內(nèi)出現(xiàn)了大量腫瘤，腸道炎癥和結(jié)構(gòu)損傷嚴重。而感染UshA突變株的小鼠腸道內(nèi)腫瘤的大小雖然與感染野生型CR的小鼠差別不大，但腫瘤數(shù)量卻遠遠低于后者。而回補UshA的CR菌株感染后誘發(fā)的腫瘤數(shù)量和CR野生型感染組的腫瘤數(shù)量類似。（生物谷Bioon.com）