摘要：微生物群包括与宿主密切接触的微生物，双方互惠互利。肠道微生物群对去势抵抗性前列腺癌(CRPC)出现的贡献尚未得到解决。我们发现小鼠和人类的雄激素剥夺促进了确定的共生微生物群的扩张，这有助于小鼠出现去势抵抗。具体而言，小鼠和CRPC 患者的肠道微生物群落富含能够将雄激素前体转化为活性雄激素的物种。即使在免疫缺陷小鼠中，通过抗生素治疗消除肠道微生物群也延迟了去势抵抗的出现。来自CRPC 小鼠和患者的粪菌移植(FMT) 使携带前列腺癌的小鼠对阉割产生抵抗力。相比之下，来自激素敏感性前列腺癌患者的 FMT和普氏杆菌给药控制了肿瘤生长。这些结果表明，共生肠道微生物群通过提供雄激素的替代来源来促进 CRPC的内分泌抵抗。
雄激素剥夺疗法 (ADT) 仍然是晚期前列腺癌患者的主要治疗方法。然而，在最初的良好反应后，患者通常会对 ADT 产生耐药性，从而导致肿瘤进展。去势抵抗性前列腺癌 (CRPC) 通常预后不良，需要新的治疗策略 (1)。尽管迫切需要对 CRPC 患者进行有效治疗，但在激素敏感患者中延迟 CRPC 发作的疗法对于接受ADT治疗的激素敏感性前列腺癌 (HSPC) 患者也可能提供另一种治疗策略。微生物群包括与宿主密切接触的微生物，通常彼此互惠 (2)。这种关系被描述为共生，是宿主健康的基础 (2)。这种平衡的扰动可能发生在病理条件下，包括癌症 (3)。微生物群可以通过释放毒素直接影响肿瘤的发生 (4-6) 或可以通过细菌代谢物影响肿瘤细胞 (7)。除此之外，微生物群还可以通过促进炎症 (8) 和塑造肿瘤免疫反应 (9, 10) 来促进肿瘤的发展。越来越多的证据表明，微生物群对化疗 (11, 12) 和免疫检查点抑制剂 (13-16) 的抗肿瘤活性都很重要，并且微生物群的调节可能会增强癌症患者的良好治疗反应。
先前在小鼠模型和人类前列腺肿瘤样本中的发现报告了前列腺微生物组的存在，该微生物组可以通过促进慢性炎症来支持前列腺肿瘤的生长 (17, 18)。相比之下，只有有限数量的相关研究调查了肠道微生物群在前列腺癌发生和进展中的作用 (19-21)。鉴于肠道微生物群在癌症中的作用，一个有趣的假设是肠道前列腺患者的微生物群癌症也可能参与宿主的激素代谢 (22)，从而影响前列腺癌症生长。为了解决肠道微生物群对 CRPC 进展的影响，我们使用了两种小鼠模型：TRAMP-C1 同种异体移植物和 Ptenpc–/– 前列腺条件敲除小鼠模型。在这两种模型中，手术去势 (CTX) 之后是去势敏感期 [CS; 在 Ptenpc–/–小鼠中 CTX 后 4 周（即 12 周年龄）; 在 CTX 后 6 天的 TRAMP-C1 同种异体移植小鼠中]，其中肿瘤大小缩小是雄激素消融的原因，随后抗阉割期[CR; 在 CTX 后 12 周（即≥20 周龄）的 Ptenpc–/–小鼠中；在 CTX 后≥10 天的 TRAMP-C1 同种异体移植小鼠中]，其中肿瘤对雄激素消融产生抗性并再次开始生长 (23)。
为了消耗肠道微生物群，我们用广谱抗生素混合物 (24)(ABX) 治疗这些荷瘤小鼠，将粪便 CFU 计数减少了约 10 个数量级（图 S1、A 和 B）。在 TRAMP-C1CTX 环境中，微生物群消融导致肿瘤生长延迟和存活率提高，但在假手术动物中则不然（图 1，A 和 B），对动物体重没有影响（图 S1C）。微生物群消融显著减少了去势抵抗小鼠肿瘤中的 Ki67 阳性前列腺癌细胞，而不会改变裂解半胱天冬酶 3 (cC3) 阳性检测到的凋亡细胞百分比（图 1C 和图 S1、D 和 E）。同样在 Ptenpc–/– CTX 模型中，微生物群消融导致前列腺肿瘤体积减少，如在一段时间内通过对肿瘤体积的磁共振成像 (MRI) 测量检测到的，对假手术动物没有影响（图1、D 和E)。前列腺 (AP) 叶的组织病理学评估显示，在用 ABX 治疗的小鼠中，肿瘤侵袭性（具有侵袭区域的腺体的百分比）明显降低（图 S1、F 和 G）。肠道微生物群的丧失导致去势抵抗小鼠的 Ki67 阳性细胞减少，但不影响假手术动物的细胞增殖（图 S1H）。值得注意的是，ABX 处理二维培养的前列腺上皮肿瘤细胞不会损害肿瘤细胞的生长（图 S1I）。这些数据在另外两个人类 CS 小鼠模型中得到了体内验证。
图 1 阉割而非假手术小鼠肠道微生物群的消耗影响 CRPC 生长
C57BL6/N 小鼠用 2.5 × 106 TRAMP-C1 细胞皮下攻击。 当肿瘤变得可触及时，小鼠要么阉割 (CTX) 或假手术 (sham)。 手术后，小鼠被给予正常饮用水或抗生素混合物（ABX：新霉素 1 g/L，氨苄青霉素1 克/升、万古霉素 0.5 克/升和甲硝唑 2 毫克/每只小鼠每隔一天）。
(A) 肿瘤体积 (sham, n =14; sham ABX, n = 4; CTX, n = 20; CTX ABX, n =10)
(C) Ki67 阳性细胞的百分比 (sham, n = 4;sham ABX, n = 3; CTX, n = 4; CTX ABX, n = 5). Ptenpc–/–小鼠在9周龄时进行了假手术或阉割，并且要么不治疗，要么用 ABX 治疗；通过连续磁共振成像 (MRI) 在一段时间内监测前列腺肿瘤体积
(D) 实验计划和代表性 MRIs （ sham, shamABX, CTX, orCTX ABX mouse at 13 and 20 weeks of age）
(E) 代表肿瘤大小成比例变化的瀑布图，sham (n = 3), sham ABX (n = 3), CTX (n = 5), and CTXABX(n = 3) Ptenpc–/– mice。NRG 小鼠 [非肥胖糖尿病 (NOD)–Rag1(null)–g链（null）小鼠] 用 LNCaP 或 LuCaP35 攻击，当肿瘤可触及时进行阉割或假手术，并且要么不治疗，要么用ABX
(F - H) LNCaP 同种异体移植物肿瘤体积和存活曲线（假手术，n = 4; 假ABX，n = 3；CTX，n = 5；CTX ABX，n = 7）
(G 和 I) 肿瘤体积 (G) 和LuCaP35 同种异体移植物的存活曲线 (I)（假手术，n = 5；CTX，n = 6；CTX ABX，n = 6）。通过 16SrDNA 分析 CS 和 CR 微生物群的组成对假 (n = 6) 和 CR (n = 5)Ptenpc–/–小鼠的粪便进行测序
(J)瀑布图代表在物种水平鉴定的显著不同的 OTU 的丰度作为比率 CR/CS
(K) 相对于 R.gnavus 和 B. acidifaciens 的标准化 OTU 计数（假，n = 6；CR，n = 5）。 *P < 0.05,**P <0.01, ***P < 0.001, ****P < 0.0001 [双向方差分析 (ANOVA) 和 (A),(F) 中的 Sidak 多重比较检验，和 (G)； (B)、(H) 和 (I) 中的 Mantel-Cox 测试； (C) 中未配对的两侧学生 t 检验，(E) 和 (K)]；NS，无统计学意义。 (A)、(C)、(E)、(F)、(G) 和 (K) 中的数据是平均值± SEM
前列腺癌：LNCaP 异种移植模型和 LuCaP35 患者来源的异种移植 (PDX) 模型。在这两种情况下，ABX 导致CRPC 延迟发作，提高了生存率（图 1，F 至 I）。在用恩杂鲁胺治疗的 CTX 小鼠中获得了类似的结果，一种第二代雄激素受体 (AR) 拮抗剂 (25)（图 S2，A 和 B）。总的来说，这些数据表明消除肠道微生物群影响不同小鼠模型的前列腺肿瘤发生，选择性地影响阉割小鼠。
我们接下来假设 CTX 改变了小鼠肠道微生物群。为了解决这个问题，我们对假手术和去势 Ptenpc–/– 小鼠的粪便 DNA 进行了 16S 核糖体 DNA(rDNA) 测序。 我们确定了两个队列的组成差异（图 S3A），CR 和 CS 小鼠中特定微生物群的富集（图 1J 和图 S3B）。具体来说，Ruminococcusgnavus 和 Bacteroides acidifaciens 这两个物种在 CR Ptenpc–/– 小鼠的粪便微生物群中特别丰富（图 1K）。还发现 R. gnavus 在阉割的 LNCaP 小鼠的粪便样本中富集，包括那些用恩杂鲁胺治疗的小鼠（图 S3，C 到 E）。有趣的是，TRAMP-C1 小鼠模型中的双极雄激素治疗促进了肿瘤抑制并降低了瘤胃球菌科的丰度； 这表明循环宿主雄激素的变化会影响肠道微生物群的组成（图 S3，F 到 H）。
鉴于据报道免疫反应依赖于肠道微生物群的组成 (9-11,15)，我们分析了去势小鼠的全身性和肿瘤浸润性免疫细胞群，但发现 ABX 治疗仅诱导循环细胞因子水平（图 S4A）、肿瘤浸润性免疫亚群百分比（图 S4B）的变化很小，以及其他器官中免疫细胞亚组的百分比（图S4，C 到 G）。证实，ABX 治疗对用抗 Ly6G 消耗抗体治疗的 TRAMP-C1 同种异体移植小鼠也有效，该抗体靶向肿瘤浸润性骨髓细胞（图 S5A）和缺乏 T、B 和 NK 细胞的 NODSCID 小鼠（图 S5B）。总体而言，这些数据表明肠道微生物群在 CRPC 中发生了改变，并在不调节全身和局部免疫反应的情况下维持肿瘤生长。
为了更好地剖析肠道微生物群在维持 CRPC 生长中的功能作用，我们在 TRAMP-C1 同种异体移植受者中进行了粪便微生物群移植 (FMT) 实验，该实验使用来自先前治疗 (CR FMT) 或野生型小鼠 (HDFMT) 的小鼠粪便，并观察去势后肿瘤体积的演变。为了避免与内源性微生物群竞争，我们在 CTX 和 FMT 之前用 ABX 预处理受体小鼠 7 天（24）（图 S6A）。FMT 成功移植到宿主中（图 S6、B 和 C）。而 CR FMT 导致了 CRPC 的迅速出现，HD FMT 将肿瘤生长控制到与 ABX 治疗相当的水平（图 2A）。 显然地，CR FMT 对生存也有显著的影响（图 2B）。 通过 Ki67 染色测量，CR FMT 诱导肿瘤细胞增殖增加，而HD FMT 与 Ki67 染色降低相关（图 2C 和图S6D）。两种治疗都没有改变凋亡（cC3 阳性）肿瘤的细胞百分比（图S6E）。这些数据也在用 CR 或 HD FMT 治疗的 CTX Ptenpc–/– 小鼠中得到验证（图 2，D 到 G 和图 S6F）。他对 AP 叶的病理学评估显示，与接受 CR FMT 的小鼠相比，接受 HD FMT 治疗的 CTX Ptenpc–/– 小鼠中腺癌和浸润性癌的发生率显着降低（图 2H）。
在 FMT 设置中，我们也没有发现肿瘤浸润免疫细胞群相对丰度的主要差异（图 S6，G 到 J）。由于CR 微生物群的宏基因组分析揭示了 R. gnavus 和 B.acidifaciens 中的特定富集，我们通过进行定植实验测试了这两种物种在促进 CRPC 生长方面的功能影响。在 CTX 之前，用 ABX 处理 TRAMP-C1 同种异体移植小鼠 7 天以消除竞争性内源微生物群。CTX 后，小鼠要么未经治疗，要么给予 R. gnavus或 B.acidifaciens 每隔一天口服一次。相对于未治疗的动物，给予 R.gnavus 增加了肿瘤生长（图 2I）。
总体而言，这些数据表明鼠 CR 微生物群和 R. gnavus 能够维持肿瘤生长，而 HD FMT 延迟了CRPC 的发作。
图2 来自 CRPC 小鼠的粪便微生物群移植支持去势受体小鼠的肿瘤生长
TRAMP-C1 同种异体移植小鼠在 CTX 前用 ABX 治疗 7 天，然后不治疗（n = 9），用 ABX 治疗（n = 9），或接受来自 HD（n = 8）或 CR（n = 9）的小鼠供体的FMT。
(A-C) 肿瘤体积 (A), 存活曲线 (B),Ki67 染色的免疫组化定量(C) (CTX, n = 4; CTX ABX, n= 6; CTX FMTCR, n = 4; CTX FMT HD, n = 4). Ptenpc–/–小鼠在 CTX 之前用 ABX 治疗 7 天，然后不治疗，用 ABX 治疗，或接受来自 CR 或 HD 供体的 FMT
(D) 20 周龄 AP 肿瘤体积 (CTX, n = 24;CTX ABX, n = 19; CTXFMT CR, n = 11; CTX FMT HD, n = 10)
(E)代表性苏木精伊红 (H&E),20 周龄 Ptenpc–/–小鼠 AP 叶中的 Ki67 和 cC3 免疫组织化学染色。比例尺，45 毫米
(F 和 G) Ki67 阳性细胞的定量 (CTX, n = 11;CTX ABX, n = 9; CTX FMT CR, n = 7; CTX FMT HD,n = 6) (F) and cC3阳性细胞 (CTX, n = 12;CTX ABX, n =9; CTX FMT CR, n = 5; CTX FMT HD, n = 6) (G)
(H)前后叶组织病理学评分，CTX (n = 6), CTX ABX (n = 5), CTX FMT CR (n = 5), and CTXFMTHD (n = 5) ，20 周龄的 Ptenpc–/–小鼠。PIN，前列腺上皮内瘤变
(I)在CTX 前用ABX 处理7 天的TRAMP-C1 同种异体移植小鼠的肿瘤体积，然后未经处理(n = 8) 或通过口服管饲用R. gnavus (n =5) 处理。CTX FMT HD 用作内部对照.*P< 0.05,**P< 0.01, ***P< 0.001, ****P < 0.0001[(A)双向ANOVA 和Sidak 的多重比较检验；(B)Mantel-Cox 测试；(C)、(H)和(I) 未配对的双侧学生t 检验；(D)Mann-Whitney 检验；(F) 和(G)单向方差分析和Tukey 的多重比较检验]。(A)、(C)、(D)、(F)、(G)、(H)和(I) 中的数据是平均值±SEM
我们接下来评估了在 CR 小鼠肠道中发现的细菌是否能够合成雄激素类固醇。从人类微生物群中分离出的细菌菌株，Clostridium scindens 可以将糖皮质激素转化为雄激素 (27, 28)。因此，我们假设 R.gnavus 和 B. acidifaciens可能具有类似的代谢能力。为了进一步探索这一点，我们在一组代谢物存在的情况下培养了这两种菌株雄激素生物合成途径的主要成分：胆甾醇（雄激素合成途径的祖代代谢产物）、孕烯醇酮、羟孕烯醇酮、皮质醇和醛固酮（图 S7D）。我们通过使用液相色谱串联质谱 (LC-MS/MS)（图 S7E）分析了细菌物种在体外将这些化合物转化为该途径的其他中间体的能力。
有趣的是，我们发现只有 R. gnavus 和 B.acidifaciens 将孕烯醇酮和羟基孕烯诺酮而非其他代谢物转化为该途径的下游代谢物，包括DHEA 和睾酮（图 3，E 和 F，以及图 S7F）。作为阴性对照，我们测试了肠道微生物群中的七种细菌菌株（粪肠球菌、阴沟肠杆菌、肺炎克雷伯菌 27、奇异变形杆菌、粘质沙雷氏菌、溶血葡萄球菌、大肠杆菌)。然后我们测试了 R.gnavus 培养的条件培养基 (CM) 的能力，用孕烯醇酮激活在完全雄激素剥夺 (FAD) 条件下培养的 TRAMP-C1 细胞上的 AR 信号（图 3G）。
用单独的培养液培养的 R. gnavus 的 CM 用作对照。AR 靶基因的表达突出了在孕烯醇酮存在下培养的 R. gnavus CM 相对于对照 CM 刺激 AR 靶基因转录的能力（图 3H）。我们接下来假设在 CTX 小鼠中，循环的孕烯醇酮可以通过肠肝循环到达肠道，在那里它被肠道微生物群代谢为 DHEA 和睾酮（图 3I）。在 CTX 小鼠和 CTX 患者中，胆固醇可以通过肾上腺代谢为孕烯醇酮 (29)。因此，我们通过将氘代 (D) 孕烯醇酮静脉内 (i.v.) 注射到用 ABX 处理或未处理的 CTX Ptenpc–/– 小鼠体内来测试这一假设，以消耗肠道微生物群（图 S8A）。到达肠道的 Dpregnenolone 的丰度注射后（以及微生物群）在两组中具有可比性（图 S8B）。该底物转化为在一个时间过程实验中监测血液中的下游氘代代谢物，并用 LC-MS/MS 检测。我们观察到，在 CTX 小鼠中，微生物群的消融导致循环 DDHEA 和 D睾酮显着减少，特别是在注射后2 和 6 小时，相对于 CR 中的对照小鼠（图 3，J 和 K ) 和 CS 阶段（图 S8、C 和 D）。
图3 富含CRPC 微生物群产生雄激素并影响肿瘤细胞生长的细菌种类
(A 和 B)在 13 周龄Ptenpc–/–小鼠 CTX、CTX ABX、CTX FMT CR 和 CTX FMT HD的血清中进行靶向代谢组学分析. DHEA (A) 和睾酮 (B) 的水平 (sham, n = 3;sham ABX, n= 3; CTX, n = 11; CTX ABX, n = 12; CTX FMT CR, n = 6; CTX FMT HD, n= 10)
(C 和D) 在去势后 18 天对 TRAMP-C1 小鼠 CTX、CTX ABX、CTX FMT CR 和 CTX FMTHD 的血清进行靶向代谢组学分析. DHEA (C) 和睾酮 (D) 的水平(CTX, n = 5; CTXABX, n =5; CTX FMT CR, n = 4; CTX FMT HD, n = 5; CTX + R. gnavus, n = 5)
(E和F) B. acidifaciens, R.gnavus,C. scindens, E. faecalis, E. cloacae, K.pneumoniae, P. mirabilis,S.marcescens, S. haemoliticus, 和 E. coli 在在厌氧条件下指示雄激素前体，并通过 LC-MS/MS 分析雄激素或雄激素前体的产生。在用孕烯醇酮 (E) 和羟基孕烯醇酮 (F) 处理后，对细菌条件培养基 (CM) 中的雄激素途径中间体进行定量；对照组，没有细菌
(G) 实验方案。完全雄激素剥夺 (FAD) 的 TRAMP-C1 细胞用 R. gnavusCM 处理，与孕烯醇酮或 TSB 预孵育 48 小时，并用定量逆转录聚合酶链反应 (qRT-PCR) 进行分析。CS-FBS，木炭剥离的 FBS；Enza, 恩杂鲁胺
(H) 指定基因的 qRT-PCR 分析。用或未用 ABX 治疗的 Ptenpc–/–小鼠静脉注射。与 75 ng D 孕烯醇酮。在注射后 2、6、12 和 24 小时采集血清样本并分析氘代雄激素分子的存在
(I)实验方案：静脉注射氘代孕烯醇酮。并通过 LC-MS/MS 监测其在下游代谢物中的转化
(J 和 K) DDHEA 的时间进程量化和曲线下面积 (AUC) (CTX, n = 5; CTXABX, n = 3) (J) and Dtestosterone(CTX, n = 5; CTX ABX, n = 3) (K).*P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001,****P < 0.0001[(A) 到 (D)单向方差分析和未配对的两侧学生 t 检验； (H)、(J) 和 (K) 中未配对的双侧学生 t 检验]。 (A)、(B)、(C)、(D)、(E)、(F)、(H)、(J)和(K)中的数据是平均值±SEM
为了证实这些数据，我们评估了 ABX 消除微生物群在缺乏 AR 的前列腺肿瘤模型中是否仍然有效(PC3) 和对阉割不敏感的模型 (LUCaP145.2) 并发现在这些情况下，ABX 治疗无效（图 S9，A 到 D)。这些数据在阉割并用恩杂鲁胺治疗的 LUCaP145.2 小鼠中得到了进一步验证。在这些小鼠中，雄激素去除诱导了粪便中 R.gnavus 和 B.acidifaciens 显著扩增（图 S9、E 和 F）。然而，这些细菌的增殖对这些雄激素不敏感肿瘤的生长没有影响。总之，这些数据表明，富含小鼠 CR 微生物群的物种可以参与体外和体内的雄激素代谢，并且这种代谢活动维持了雄激素依赖性前列腺肿瘤的生长。为了验证我们发现的转化潜力，我们分析了两个患有 HSPC（n = 19）和转移性 CRPC（n = 55）的患者队列的肠道微生物群（表 1，图 S10，A 和 B，以及表 S1）。
我们对直肠拭子进行了鸟枪法全基因组宏基因组 (WGM) 测序，导致每个样本的短 DNA 序列读数超过 1600 万。这些分析突出了特定的微生物特征在 CRPC 患者中，有 33 个物种特别富含于CRPC，10 个物种富含于 HSPC 微生物群（图 4A）。我们没有观察两个队列的多样性指数的总体差异（图 S10C）。有趣的是，在 CRPC 队列中，与 HSPC 患者相比，我们观察到瘤胃球菌属和拟杆菌属成员的富集，反映了在鼠模型中进行的分析（图 S10、D 和 E）。在富含 hCRPC 微生物群的物种中，我们发现了五个属于拟杆菌属的物种和两个属于瘤胃球菌属的物种，而在 hHSPC 微生物群中，我们发现了四个属于普雷沃氏菌属的共生物种（图 4，A和 B)。与不良临床结果最显着相关的共生细菌是瘤胃球菌属。DSM_100440，瘤胃球菌属。OM05_10BH、前庭链球菌和梭菌属细菌 VE202_14（统称为 RRSC）（图 S11，A 到 D），而更有利的临床结果与普雷沃氏菌相关。BCRC_81118,Marseille_P4119 和 885（统称为 PPP）（图 S11，E 到 G）。此外，与四种物种不同时存在的患者相比，同时存在 RRSC 物种（称为“不利”指纹）的患者存活率较低（图 S11H）。
相比之下，同时存在 PPP 物种（称为“有利”指纹）的患者与生存率提高有关（图 S11I）。随访时只有少数存活患者（HSPC 9.21% 和 CRPC 存活 24.32%）具有这种不利的指纹，在 14 个月的随访后，有利的微生物群指纹与更多的存活患者相关（图 4C 和图 S11J）。在 CRPC 患者队列中，瘤胃球菌属 sp.DSM_100440 和 C. 细菌 VE202_14 与较差的临床结果相关(P < 0.01)，而普氏菌属.885 与良好的预后有关（P < 0.1）。接下来，我们根据以下因素对 mCRPC 患者进行分层不同的 ADT 方案（阿比特龙与恩杂鲁胺），我们发现接受恩杂鲁胺治疗的患者而不是阿比特龙展示了 Ruminococ caceae 家族的扩展（图 S12，A 和 B）。对肠道微生物群进行的 KEGG 通路分析HSPC 和 CRPC 患者的研究表明，类固醇激素生物合成途径在CRPC患者中富集（图4D）。
为了评估富含CRPC 患者肠道微生物群的物种是否能够合成雄激素，我们对富含CRPC 微生物群的 9 种细菌进行了体外分析（Dysgonomonas mossii、Ruminococcussp.DSM_100440、S.vestibularis 、Drancourtellamassiliensis、Parasutterella excrementihominis、Sellimonasquietis、Lactobacillus paracasei、Campylobacterhominis、Asaccharobacter celatus）和两种富含 HSPC 微生物群的物种（Prevotella stercorea、Actinomyces ihuae）。
这些细菌与一组雄激素生物合成途径的代谢物一起温育，并按照用于小鼠物种的相同实验方案监测向下游代谢物的转化（图 S7E）。只有瘤胃球菌属.DSM_100440，在CRPC 微生物群中富集，有能力将孕烯醇酮和羟基孕烯醇酮转化为下游雄激素类固醇，包括 DHEA 和睾酮（图4，E 和 F）。瘤胃球菌属 DSM_100440 和/或 OM05_10BH 在血清睾酮水平较高的患者的粪便样本中含量更高(>10 ng/dl, 3/4, 75%) [x2 (1, n = 15)= 2.7841, P= 0.095205] (图 S12C)。
我们接下来使用与孕烯醇酮一起孵育的瘤胃球菌属 sp.DSM_100440 的 CM 来治疗两种患者来源的类器官(PDO)，CP50 和 CP50C，分别对雄激素剥夺敏感和不敏感（由于 ARsv 的存在）（30）（图 S13A）。瘤胃球菌属DSM_100440 CM 在 CP50 中刺激 AR 靶基因的转录，但在 CP50C 中没有这样做（图 S13、B 和 C）。有趣的是，阿比特龙，一种选择性抑制剂CYP17A1，抑制 DHEA 和睾酮中孕烯醇酮的细菌转化（图 S13，D 到 F）。用孕烯醇酮处理的 R. gnavus 的 RNA 测序显示出 22 个基因的上调 [log(FC) >3.5，其中 FC 是相对于载体的倍数变化]，其中一些基因与人类 CYP17 具有高序列同源性（图 S13，G 到 I）。这些数据支持合成雄激素类固醇的细菌酶的存在；然而，需要进一步研究以确定负责类固醇生物合成的细菌酶。
为了检查人类 CRPC 微生物群是否可以促进体内肿瘤生长，我们通过对 hHSPC 或 hCRPC 患者的粪便进行 FMT 实验，生成了一个小鼠模型，其中荷瘤小鼠的肠道微生物群被人类定植。用 ABX 预处理的 TRAMP-C1 小鼠接受或不接受 CTX 并接受 FMT，然后监测肿瘤生长（图 4G 和图 S14A）。与用鼠 FMT 获得的结果一致，与 CTX 中的 hCRPCFMT 相比，hHSPC FMT 限制了肿瘤生长，但在假手术小鼠中则不然（图 4G）。事实上，hHSPC FMT 降低了 AR 靶基因 Fkbp5 的肿瘤内表达（图 S14B）。值得注意的是，与 P. stercorea（富含 HSPC）相比，瘤胃球菌属 sp.DSM_100440 还可以逆转 ABX 在阉割的 TRAMP-C1 同种异体移植小鼠中的功效（图 4H）。正如在其他研究的小鼠模型中所观察到的，瘤胃球菌属的给药。DSM_100440 增加了受体小鼠中 DHEA 和睾酮的循环水平（图 S14、C 和 D）。总的来说，这些数据提供 hCRPC 微生物群的微生物蓝图，并确定单独或组合影响前列腺癌结果的微生物种类。
图4 人类 CRPC 粪便样本的宏基因组分析确定了在肠道人源化小鼠中产生雄激素并促进去势抵抗的细菌种类。从 HSPC (n = 19) 和 CRPC 患者 (n =55) 收集直肠拭子，并进行鸟枪法全基因组宏基因组 (WGM) 测序
(A) 表征 HSPC 和 CRPC 之间差异丰富的细菌种类（错误发现率 < 0.01）的热图
(B) 瀑布图显示细菌物种在两个队列中显著富集 [log(FC) > 4 的物种]
(C) 可检测到不利物种（RRSC；瘤胃球菌属物种 DSM_100440、瘤胃球菌属物种 OM05_10BH、前庭链球菌、梭状芽孢杆菌 VE202_14）或有利物种（PPP；普雷沃菌属物种 BCRC_81118、普雷沃氏菌属物种。马赛）的频率。根据临床状态（HSPC、CRPC 存活或 CRPC 死亡患者）
(D) CH 队列中富含 HSCP 和 CRPC 的顶级 KEGG 通路的线性判别分析 (LDA) 分数。D.mossii，瘤胃球菌属DSM_100440，前庭链球菌，D.massiliensis、P.excrementihominis、S.Intentis、L.paracasei、C.hominis、在厌氧条件下，在存在多种雄激素前体的情况下培养 A.celatus、P.stercorea 和 A.ihuae48 小时，并通过 LC-MS/MS 分析雄激素或雄激素前体的产生
(E 和 F) 孕烯醇酮 (E) 和羟基孕烯醇酮 (F) 孵育后细菌条件培养基中雄激素途径中间体的定量
(G) 在 CTX 或假手术前用 ABX 治疗 7 天，然后用来自 hHSPC 或 hCRPC 供体的 FMT（假手术 hHSPC，n = 4；假手术 hCRPC，n = 4；CTX hCRPC）的 TRAMP-C1 小鼠的肿瘤体积，n = 5；CTX hCRPC，n = 5）
(H) 在 CTX 前用 ABX 处理 7 天的 TRAMP-C1 小鼠的肿瘤体积，然后通过灌胃用瘤胃球菌属 sp.DSM_100440（n = 6）、P. stercorea（n = 5）或 ABX（n = 9）处理）。 **P <0.01, ****P <0.0001 [(G) 和 (H) 中的双向方差分析和 Sidak 的多重比较检验]。 (E)、(F)、(G) 和 (H) 中的数据是平均值± SEM
肠道微生物群是宿主健康的公认参与者 (2)，调节肠道、血液和各种肠外器官，并可能通过不同的机制影响许多癌症类型 (3, 8,11-15)。然而，其在前列腺癌中的作用仍未得到充分探索。一些研究报告了前列腺癌患者粪便微生物群的改变，但尚未直接解决微生物群影响肿瘤生长的机制（19-21）。通过使用包括 PDX 在内的不同的前列腺癌小鼠模型，我们表明雄激素剥夺（CTX、CTX+Enza）驱动了特殊肠道微生物群的扩张，并且肠道微生物群通过促进宿主的雄激素来影响 CRPC 生长代谢。我们的研究结果表明，这些特定物种可以促进雄激素代谢、前列腺癌生长、内分泌治疗抵抗和疾病结果。
ADT是致死性前列腺癌患者的标准一线治疗策略，并且存在多种耐药机制已经描述了这种治疗，包括AR 表达增加、AR剪接(31)、异常细胞信号的激活、骨髓源性抑制细胞(23) 或浆细胞(32) 的募集和旁分泌因子等由基质细胞以及谱系可塑性分泌(33-35)。在接受ADT 治疗的患者中，当患者的血浆睾酮水平降至50 ng/dl 以下时，即可达到最佳去势。然而，临床证据表明雄激素水平低于32ng/dl 的患者比睾酮水平在32 和50 之间的患者有更好的结果(36)。因此，血浆雄激素水平的细微变化会影响前列腺癌患者的预后。我们的发现，如果在临床中得到进一步验证，可能为前列腺癌患者的治疗提供新的机会。
事实上，我们已经证明FMT 与激素敏感微生物群或P. stercorea 的给药可以降低CTX 小鼠的雄激素水平并延迟CRPC 的发作。FMT 已成为对抗艰难梭菌感染的一线疗法(37)，临床试验也证明了其对溃疡性结肠炎的疗效(38, 39)，许多正在进行的临床试验正在进一步研究这种治疗策略。然而，将FMT 转化为前列腺癌转化性临床试验可能具有挑战性，因为HSPC 患者在开始ADT 几年后变成CRPC (40)。此外，我们已经在CRPC 患者中确定了与患者总体存活率降低相关的粪便细菌特征。如果在评估抗生素和细菌群落移植策略的前瞻性和更大规模的临床试验中得到验证，该特征可能被用作微创生物标志物，以识别可以从微生物群操作策略中受益的患者。
参考文献
1.T. Chandrasekar,J. C. Yang, A. C. Gao, C. P. Evans, Transl. Androl. Urol. 4, 365–380 (2015).
2. G. Eberl,Mucosal Immunol.
3, 450–460 (2010). 3. W. S.Garrett, Science 348, 80–86 (2015).
4. J. P. Nougayrède et al., Science313, 848–851 (2006).
5. A. Cougnoux etal., Gut 63, 1932–1942(2014).
6. J. C. Arthur etal., Science 338, 120–123(2012).
7. E. Zagato etal., Nat. Microbiol. 5, 511–524 (2020).
8. A. D. Kostic etal., Cell Host Microbe 14, 207–215 (2013).
9. C. Gur etal., Immunity 42, 344–355(2015).
10. A. Calcinottoet al., Nat. Commun. 9, 4832 (2018).
11. S. Viaud etal., Science 342, 971–976(2013).
12. N. Iida et al.,Science 342, 967–970(2013).
13. M. Vétizou et al., Science350, 1079–1084 (2015).
14. A. Sivan etal., Science 350, 1084–1089(2015).
15. B. Routy etal., Science 359, 91–97(2018).
16. V.Gopalakrishnan et al., Science 359, 97–103 (2018).
17. Y. Feng et al.,BMC Genomics 20, 146 (2019).
18. I. Cavarrettaet al., Eur. Urol. 72, 625–631(2017).
19. K. S. Sfanos etal., Prostate Cancer Prostatic Dis. 21, 539–548 (2018).
20. M. A. Liss etal., Eur. Urol. 74, 575–582(2018).
21. D. M. Golomboset al., Urology 111, 122–128(2018).
22. H. Neuman, J.W. Debelius, R. Knight, O. Koren, FEMS Microbiol. Rev. 39, 509–521 (2015).
23. A. Calcinottoet al., Nature 559, 363–369(2018).
24. F. Fransen etal., Immunity 43, 527–540(2015).
25. M. P. Menon, C.S. Higano, Curr. Oncol. Rep. 15, 69–75 (2013).
26. A. Visconti etal., Nat. Commun. 10, 4505 (2019).
27. J. Winter etal., J. Lipid Res. 25, 1124–1131 (1984).
28. J. M. Ridlon etal., J. Lipid Res. 54, 2437–2449 (2013).
29. E. A. Mostaghelet al., Clin. Cancer Res. 25, 426–439 (2019).
30. J. Welti etal., Clin. Cancer Res. 24, 3149–3162 (2018).
31. H. M. L. Kallioet al., Br. J. Cancer 119, 347–356 (2018).
32. M. Ammirante,J. L. Luo, S. Grivennikov, S. Nedospasov, M. Karin, Nature 464, 302–305 (2010).
33. S. Y. Ku etal., Science 355, 78–83(2017).
34. P. Mu et al.,Science 355, 84–88(2017).
35. Z. Zhang etal., Cancer Cell 38, 279–296.e9(2020).
36. S. Dason, C. B.Allard, J. Tong, B. Shayegan, Can. Urol. Assoc. J. 7, E263–E267 (2013).
37. G. Cammarota etal., Gut 66, 569–580(2017).
38. S. Paramsothyet al., Lancet 389, 1218–1228(2017).
39. P. Moayyedi etal., Gastroenterology 149, 102–109.e6 (2015).
40. S. Gillessen etal., Eur. Urol. 77, 508–547(2020).
英文原文: Commensalbacteriapromote endocrine resistance in prostate cancer through androgenbiosynthesis
2021-10-08,doi:10.1126/science.abf8403
免责声明：净拓生物内容团队专注介绍无菌动物和肠道微生物与疾病的研究进展，本文为英文原文的全文翻译，仅作为行业内科研信息交流的目的。不保证所有翻译完全准确，文中所陈述的观点不代表净拓生物的立场，也不是治疗方案的推荐。
版权说明：本文来自净拓生物内容团队，欢迎个人转发分享至朋友圈，转载请注明出处。
公司介绍：深圳净拓生物科技有限公司成立于2019年10月，由中国微生物组研究领域、无菌动物研究领域的专家联合投资创办，是以无菌动物繁育、生产和动物实验外包服务为主的生物技术公司，是国内首家专注于无菌小鼠的科学服务平台。2021年1月，通过广东省科技厅的现场评审，获得无菌动物使用许可证并正式运行。
技术热线：0769-22235257
招聘邮箱：jobs-gn@gnotobio.com
地址：广东省东莞市松山湖高新区科技9路6号
