近日，化学生物学研究所唐啸宇课题组与俄亥俄州立大学郑庆飞课题组合作，在美国微生物学会期刊Microbiology Spectrum 上发表题为“Contributions of Human-associated Archaeal Metabolites to Tumor Microenvironment and Carcinogenesis”的文章。文章通过大数据分析，系统展示了古菌与癌症之间的潜在关联，为癌症的预防、诊断和治疗提供全新的思路和策略。
人体微生物组成了一个复杂的多界群落，在多个身体部位与宿主共生互作。宿主-微生物的互作影响了多种生理过程，导致多种多因素疾病。在过去10年，普遍认为微生物群落会影响多种癌症的发生、发展、转移和治疗反应，然而其间的因果证据直至最近才得以揭示。因此，解析微生物（例如：古菌）在人体内的分布规律，探索其代谢产物对癌症的发生、调节和治疗的影响作用，具有重大的科学价值和临床意义。
图1. 由人体古菌组产生的对肿瘤微环境和癌症发生发展具有直接或间接作用的代谢产物
古菌是人体微生物组中的重要组成部分（例如厌氧产甲烷古菌及非产甲烷的噬盐古菌），但其在人类疾病和健康中所扮演的角色却鲜有报道。由于大部分人体古菌的培养在现有实验室条件下极难实现，因此，宏基因组等组学分析成为研究人体古菌的重要手段。通过分析数据库中44000多个长度大于1000bp的重叠序列 （Contig），本文作者发现人体古菌主要集中于肠道和口腔。不同于已报道的大多数人体微生物，人类古菌组的构成在东西方人群中的差异并不显著，这暗示饮食习惯并非影响人体古菌组的重要因素。随后，作者集中分析了这些古菌序列中具有合成代谢产物功能的基因，发现人体古菌能够产生众多对肿瘤细胞具有重要影响的代谢产物，如醛类、硫化氢、短链脂肪酸等（图1）。其中，还伴随一些古菌中独特存在的代谢途径，如三甲胺（TMA）和甲基乙二醛（MGO）等。
通过对比这些古菌代谢相关基因在癌症病人和健康人群中的丰度的差异性，作者发现病人样本中的古菌MGO合成酶（EC 4.2.3.3）、CoA连接酶（EC 6.2.1.1）等基因丰度显著升高，表明这些古菌代谢产物与肿瘤的发生发展存在重要相关性。此外，这些人体古菌代谢产物对于肿瘤具有促进或者抑制作用，说明人体古菌组的存在对癌症的发生和发展具有复杂的“双刃剑”作用。未来，如何通过调节人体微生物组中的古菌组分，从而对肿瘤进行有效的预防、诊断和治疗将是一项意义重大的研究。
该工作的第一完成单位为深圳湾实验室，深圳湾实验室唐啸宇研究员和俄亥俄州立大学郑庆飞教授为本文通讯作者，深圳湾实验室蔡铭伟副研究员为第一作者。该研究得到了深圳湾实验室、俄亥俄州立大学、国家重点研发计划青年项目和广东省区域联合基金-青年基金等项目的基金支持及深圳湾实验室高性能计算与信息平台的设备支持。
唐啸宇研究员课题组自成立以来以深圳湾实验室为通讯单位在National Science Review、The ISME Journal、Microbiology Spectrum、Science of the Total Environment 和Biochemistry 等专业生物和化学期刊发表多篇文章，并在Nature Communications、Analytical chemistry、Journal of Natural Products、Bioorganic Chemistry 等杂志合作发表多篇文章。课题组旨在利用生物学、化学、生物信息学和合成生物学等手段，聚焦微生物天然产物和基于天然产物的药物开发，探索微生物代谢与人体健康和疾病间的关系并揭示其分子机理。
原文信息：
Contributions of Human-Associated Archaeal Metabolites to Tumor Microenvironment and Carcinogenesis
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撰稿 | 蔡铭伟
编辑 | 鲍 啦
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