Noi perspective asupra modului în care bacteriile pot determina rezistența la tratament în cancerul oral și colorectal

Un studiu publicat recent în revista Cancer Cell dezvăluie un mecanism fundamental prin care bacteriile infiltrate în tumori, în special Fusobacterium nucleatum, remodelează microambientul tumoral și influențează comportamentul celulelor canceroase. Cercetătorii au descoperit că aceste bacterii nu se limitează la o localizare intracelulară, așa cum se presupunea anterior, ci formează micronișe extracelulare în interiorul tumorilor, unde induc o stare de repaus (suspendare celulară în faza G0-G1), reducând proliferarea, crescând rezistența la chimioterapie și facilitând evaziunea imună.
Bacteriile infiltrate tumoral au fost identificate în numeroase tipuri de cancer, în special în cele ale mucoaselor, cum ar fi cancerul colorectal și cel oral. Studii epidemiologice de amploare au arătat că prezența crescută a bacteriei Fusobacterium nucleatum în țesuturile neoplazice este asociată cu progresia bolii și rezistența la terapie. Până de curând, se credea că aceste microorganisme acționează în principal prin invadarea celulelor tumorale și activarea de căi proinflamatorii (precum IL-8, CXCL1 sau GM-CSF). Noul studiu redefinește această paradigmă, arătând că bacteriile extracelulare pot remodela arhitectura epitelială tumorală fără a invada celulele.

Despre studiu

Cercetătorii de la Centrul de Cancer MD Anderson al Universității din Texas au combinat imagistica spațială de înaltă rezoluție, co-culturi tridimensionale și analize transcriptomice la nivel unicelular pentru a caracteriza distribuția și efectele bacteriilor intratumorale. Au fost analizate mostre umane de cancer colorectal și cancer oral, precum și modele murine infectate experimental cu Fusobacterium nucleatum subsp. animalis.

• În tumorile umane, peste 50% dintre cazuri au prezentat micronișe bacteriene identificate prin sonde RNAscope pentru 16S și 23S rRNA.
• Aceste micronișe erau caracterizate prin densitate celulară redusă, scăderea expresiei markerului proliferativ Ki67 și o distribuție dispersată a nucleilor celulari.
• Analizele pe modele murine au confirmat că aceste regiuni bacteriene corespund zonelor necrotice și hipocelulare, reproducând tiparul observat la pacienți.

Prin utilizarea analizei de vecinătate nucleară, cercetătorii au demonstrat că zonele cu încărcătură bacteriană mare (peste 100 de bacterii per celulă gazdă) prezintă distanțe intercelulare crescute și scăderea coeziunii epiteliale. În aceste regiuni, bacteriile se localizează predominant în spațiul extracelular, nu în interiorul celulelor, iar proporția acestora crește proporțional cu multiplicarea infecției (MOI).

Rezultate

Perturbarea contactelor intercelulare și scăderea proliferării

În co-culturi de celule epiteliale HCT-116 marcate cu GFP, Fusobacterium nucleatum a perturbat legăturile celulă-celulă, determinând pierdere de aderență și încetinirea proliferării. Celulele infectate au format structuri dispersate în locul sferoidelor compacte observate în controale. Microscopul electronic a confirmat deschiderea joncțiunilor strânse și localizarea bacteriilor între celulele epiteliale.

Suspendarea ciclului celular în faza G0-G1

Monitorizarea dinamicii ciclului celular cu sistemul FUCCI a evidențiat o creștere semnificativă a proporției de celule în faza G0-G1 la expunerea la Fusobacterium la un MOI de 100. Această stare de repaus a fost reversibilă: după îndepărtarea bacteriilor, celulele și-au reluat proliferarea și au format sferoizi mari. În 3D, efectul a fost mai pronunțat decât în culturi 2D, confirmând rolul disrupției intercelulare în inducerea quiescenței.

Același efect de suspendare în G0-G1 a fost observat și pentru alte specii din genul Fusobacterium, inclusiv F. necrophorum, predominant extracelular, demonstrând că nu este necesară invazia intracelulară pentru a modula ciclul celular.

Legătura cu rezistența la chimioterapie

Expunerea celulelor canceroase la Fusobacterium a conferit rezistență la 5-fluorouracil (5-FU), un agent care acționează asupra celulelor aflate în diviziune. Celulele infectate au supraviețuit mai bine tratamentului și au format tumori mai rapid după inoculare la șoareci. Analiza genomică a pacienților cu cancer rectal a arătat că încărcătura bacteriană crescută (în special Fusobacterium) este asociată cu răspuns patologic slab la terapia neoadjuvantă.

Modificări moleculare și transcriptomice

Analizele transcriptomice (nCounter și CosMx-SMI) au arătat o reducere globală a expresiei genelor implicate în transcripție, traducere și sinteza proteinelor la celulele din micronișele colonizate bacterian. Au fost inhibate căi semnalizatorii esențiale – MAPK, JAK-STAT și NF-κB – concomitent cu scăderea expresiei histonelor și ribozomilor. În același timp, au fost activate gene asociate metastazelor și inflamației (inclusiv THBS1, MMP7, IL8 și TNFAIP3), sugerând o tranziție spre un fenotip mai invaziv.

În tumorile pacienților, celulele epiteliale din nișele bacteriene au prezentat scăderea expresiei moleculelor HLA și a țintelor CAR-T (EPCAM, EPHB2, EPHA2), indicând o capacitate redusă de a fi recunoscute de sistemul imun. Acest lucru poate contribui la evaziunea imună observată în cancerele cu încărcătură bacteriană ridicată.

Interpretare și implicații

Prin combinarea observațiilor din mostre umane, modele murine și sisteme celulare 3D, studiul demonstrează că bacteriile extracelulare intratumorale acționează ca entități fizice în microambientul tumoral, perturbând arhitectura epitelială și inducând o stare de repaus reversibilă. Această adaptare oferă celulelor canceroase avantaje selective: supraviețuire în condiții nefavorabile, rezistență la chimioterapie și reducerea vizibilității imunologice.

Autorii subliniază că îndepărtarea bacteriilor sau restabilirea contactelor intercelulare reactivează ciclul celular, sugerând potențiale ținte terapeutice pentru re-sensibilizarea tumorilor la tratamente. Identificarea acestor micronișe bacteriene extracelulare ar putea deveni un marker de prognostic în cancerul colorectal și ar deschide noi direcții pentru terapii antimicrobiene adjuvante.

Limitări și perspective viitoare

• Asocierea dintre Fusobacterium și arhitectura tumorală este de natură correlative, necesitând studii longitudinale pentru a demonstra cauzalitatea.
• Efectele cele mai pronunțate au fost observate la încărcături bacteriene mari (MOI = 100), iar prevalența acestor niveluri în tumori umane rămâne de determinat.
• Experimentele in vitro au fost realizate în condiții aerobe, ceea ce limitează modelarea completă a interacțiunilor bacterie–celulă din microambientul tumoral hipoxic.
• Modelele animale au implicat inoculare intravenoasă, care nu reproduce fidel colonizarea gastrointestinală naturală.

Cu toate acestea, rezultatele oferă dovezi convingătoare că Fusobacterium are un rol activ în remodelarea microambientului tumoral și că bacteriile extracelulare pot influența dinamica tumorală prin mecanisme distincte de cele cunoscute anterior. În viitor, abordările care vizează microbiomul tumoral ar putea completa terapiile oncologice, reducând riscul de recurență și îmbunătățind răspunsul la tratamente.