PNAS：感染如何致癌

　　

生物通报道  来自麻省理工学院的一项新研究提供了关于炎症进展至癌症过程中发生的化学和遗传改变的综合视图。

肝癌、结肠癌或胃癌最大的风险因子之一就是这些器官的慢性炎症，通常是由于病毒或细菌感染引起。麻省理工学院的一项新研究提供了关于这样的感染如何刺激组织发生癌变的最广泛的认识。相关论文在线发布在6月11日的《美国科学院院刊》（PNAS）杂志上。

在这篇文章中，研究人员在肝螺杆菌(Helicobacter hepaticus )感染的小鼠中追踪了肝脏和结肠的各种遗传和化学改变。肝螺杆菌是与能够引起人类胃溃疡和癌症的幽门螺杆菌（Helicobacter pylori）相似的细菌。

研究结果可能帮助研究人员开发出新的途径预测慢性炎症的健康后果，设计出药物来终止这种炎症。

麻省理工学院生物工程学教授Peter Dedon 说：“如果你了解其机制，那么你就可以设计出干预策略。例如，如果我们开发出途径来阻止或是阻断慢性炎症的毒性作用？”

Dedon是论文的四位资深作者之一，此外还包括生物工程学与化学系教授Steven Tannenbaum；比较医学系主任和生物工程学教授James Fox；生物工程学和化学系教授James Fox。主要作者是麻省理工学院前博士后、现任职德国康斯坦茨大学的Aswin Mangerich。

过犹不及

在过去的30年里，Tannenbaum领导麻省理工学院的研究人员致力于研究慢性炎症与癌症之间的联系。炎症是机体对于任何一种感染或伤害的正常反应，然而当它持续时间太久时，组织就会受到损害。

当人体的免疫系统检测到病原体或细胞损伤时，它会刺激巨噬细胞和中性粒细胞涌入。这些细胞的职责是吞噬细菌、死细胞以及死细胞或受损细胞释放的蛋白质、核苷酸和其他分子等碎片。作为这一进程的一部分，细胞生成了高活性的化学物质帮助降解细菌。

“在这一过程中，细胞吞噬细菌，并将这些活性化合物倾倒给它们，化学物质也由此弥散到组织中，导致问题出现，”Dedon说。

如果长时间持续，炎症会最终导致癌症。近期发布在《柳叶刀》（The Lancet）杂志上的一项研究发现炎症造成了全球大约16%的新癌症病例。

广泛的损害

在麻省理工学院的新研究中，研究人员分析了感染肝螺杆菌的小鼠，肝螺杆菌可引起小鼠形成与人类炎性肠病相似的疾病。在20周里，小鼠形成了肝脏和结肠慢性感染，其中一些小鼠形成了结肠癌。

在整个20周的时期内，研究人员检测了十几种对DNA、RNA和蛋白质的不同类型的损伤。他们还检测了组织损伤，测量了随着感染的进程哪些基因被开启和关闭。其中一个关键的发现是肝脏和结肠对于感染做出了不同的反应。

在结肠中，中性粒细胞分泌了次氯酸（也存在于家用漂白剂中），次氯酸可将氯原子添加到蛋白质、DNA和RNA上对它们造成显著的损害。次氯酸的目的是为了杀死细菌，但它也同时漏到了周围的组织中，损害了结肠上皮细胞。

研究人员发现DNA和RNA中一种氯损害产物氯胞嘧啶（chlorocytosine）与炎症的严重程度相关，这使得他们能够预测具有结肠、肝脏或胃感染的患者慢性炎症的风险。Tannenbaum最近在蛋白质中发现了另一种氯损害产物：与炎症相关的氯酪氨酸（chlorotyrosine)。尽管这些结果表明了中性粒细胞在炎症和癌症中的重要作用，“我们还不知道是否能够根据这些受损分子预测癌症的风险，”Dedon说。

研究人员发现了存在于结肠和肝脏之间的另一个不同之处就是在肝脏中DNA修复系统更活跃，而在结肠中则不太活跃，即便两种组织正遭受相同的DNA损伤。“有可能在我们的结肠存在双重灾祸。在细菌抑制DNA修复的同时，由于对细菌的免疫反应造成了组织中所有这种DNA损伤的发生，”Dedon说。

研究人员还发现了在小鼠和人类中几种从前未知的DNA损伤类型，其中一种涉及DNA组成元件鸟嘌呤的氧化导致了两种新产物spiroiminodihydantoin 和 guanidinohydanotoin。

在未来的研究中，麻省理工学院的研究小组计划更详细地调查癌症的形成机制，包括了解某些细胞中某些类型的DNA损伤会增高，而另一些则不会的原因。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Infection-induced colitis in mice causes dynamic and tissue-specific changes in stress response and DNA damage leading to colon cancer

Helicobacter hepaticus-infected Rag2-/- mice emulate many aspects of human inflammatory bowel disease, including the development of colitis and colon cancer. To elucidate mechanisms of inflammation-induced carcinogenesis, we undertook a comprehensive analysis of histopathology, molecular damage, and gene expression changes during disease progression in these mice. Infected mice developed severe colitis and hepatitis by 10 wk post-infection, progressing into colon carcinoma by 20 wk post-infection, with pronounced pathology in the cecum and proximal colon marked by infiltration of neutrophils and macrophages. Transcriptional profiling revealed decreased expression of DNA repair and oxidative stress response genes in colon, but not in liver. Mass spectrometric analysis revealed higher levels of DNA and RNA damage products in liver compared to colon and infection-induced increases in 5-chlorocytosine in DNA and RNA and hypoxanthine in DNA. Paradoxically, infection was associated with decreased levels of DNA etheno adducts. Levels of nucleic acid damage from the same chemical class were strongly correlated in both liver and colon. The results support a model of inflammation-mediated carcinogenesis involving infiltration of phagocytes and generation of reactive species that cause local molecular damage leading to cell dysfunction, mutation, and cell death. There are strong correlations among histopathology, phagocyte infiltration, and damage chemistry that suggest a major role for neutrophils in inflammation-associated cancer progression. Further, paradoxical changes in nucleic acid damage were observed in tissue- and chemistry-specific patterns. The results also reveal features of cell stress response that point to microbial pathophysiology and mechanisms of cell senescence as important mechanistic links to cancer.