圖3、IPMN衍生的γ-變形菌綱菌株比芽孢桿菌菌株功能更豐富。A）使用WGS、RAST和The Seed對IPMN衍生的γ-變形菌綱、芽孢桿菌菌株以及5-FU耐藥突變株進(jìn)行超類途徑分析。結(jié)果表明與芽孢桿菌相比，γ-變形菌綱的功能更豐富。B和C：使用RAST和The Seed對代謝和應(yīng)激反應(yīng)、防御和毒力超類途徑進(jìn)行分析。將IPMN菌株的概況與5-FU耐藥突變株進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)革蘭氏陰性菌株中存在一致的富集現(xiàn)象。B-C）使用RAST和The Seed對代謝和應(yīng)激反應(yīng)、防御和毒力超類途徑進(jìn)行分析。將IPMN菌株的概況與5-FU耐藥突變株（E.coli MG1655和B.ovatis）進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)革蘭氏陰性菌株中存在一致的富集現(xiàn)象。D）使用進(jìn)化基因基因alogy非監(jiān)督正交同源群（eggNOG）分析，展示了從低級別異型增生（LGD）、高級別異型增生（HGD）和侵襲性癌癥（IC）中分離的E.cloacae菌株的共有和獨(dú)特表達(dá)基因的維恩圖。E）使用Cytoscape（19）和網(wǎng)絡(luò)富集的基因本體（GO）途徑進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析，包括生物學(xué)過程（BP；橢圓形）、細(xì)胞組分（CC；V形）、分子功能（MF；六邊形）和京都基因與基因組百科全書（KEGG）途徑（三角形）。F）維恩圖顯示了芽孢桿菌菌株的KEGG途徑富集情況：S.anginosus（H2）、S.anginosus（C2）、E.faecalis（L2）、E.faecium（H2）以及5-FU耐藥突變株E.coli MG1655。G）KEGG通路在源自胰腺導(dǎo)管內(nèi)乳頭狀瘤的γ-變形菌和桿菌菌株中顯著富集（P<0.05，經(jīng)博弗雷諾校正）。嘧啶代謝在所有γ-變形菌和桿菌菌株中均顯著富集。
圖4、5-FU誘導(dǎo)的E. coli MG1655應(yīng)答和生存機(jī)制的轉(zhuǎn)錄組分析。A） 顯示E. coli MG1655在有氧條件下暴露于5-FU時(shí)的差異表達(dá)轉(zhuǎn)錄本的火山圖。B） 在有氧條件下，5-FU處理后差異表達(dá)基因（DEGs）的KEGG途徑富集分析。使用Cytoscape識別途徑，使用Bonferroni逐步校正確定顯著性（P<0.05）。上調(diào)途徑以深藍(lán)色顯示（頂部），下調(diào)途徑以淺藍(lán)色顯示（底部）。C-D） 在有氧條件下，與上調(diào)和下調(diào)DEGs相關(guān)的生物學(xué)過程的GO富集分析。分析使用Cytoscape進(jìn)行，使用Bonferroni逐步校正確定顯著性（P<0.05）。E） 顯示E. coli MG1655在厭氧條件下暴露于5-FU時(shí)的差異表達(dá)轉(zhuǎn)錄本的火山圖。（F）在無氧條件下接受 5 - 氟尿嘧啶治療后差異表達(dá)基因的 KEGG 通路富集分析。（G 和 H）在無氧條件下上調(diào)和下調(diào)的差異表達(dá)基因的生物過程的 GO 富集分析，使用 Cytoscape 并進(jìn)行博弗雷諾修正法校正（P < 0.05）。（I）展示在有氧和無氧條件下由 5 - 氟尿嘧啶調(diào)節(jié)的共享 GO 生物過程通路的維恩圖。
圖 5 、功能通路分析揭示了 IPMN 來源菌株中嘧啶代謝的豐富現(xiàn)象，這是其生存機(jī)制的一部分。（A）基于特定基因（包括抗生素抗性基因（使用 CARD [23] 進(jìn)行映射）、藥物靶點(diǎn)（Drugbank 和 TTD [24]）、毒力因子（VFDB [25] 和 Victors [26]）以及轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（TCDB））的存在情況，對生物過程、分子功能、細(xì)胞成分和 KEGG 通路的 GO 術(shù)語進(jìn)行了可視化。（B）采用 Bonferroni 逐步校正法進(jìn)行富集分析（P < 0.05）。左圖：陰溝腸桿菌（H2）；右圖：陰溝腸桿菌（C2）。（C）對所有 IPMN 來源的γ-變形菌和桿菌菌株的 KEGG 通路富集情況（P < 0.05 Bonferroni 逐步校正）。（D）使用酶分類號（EC）編號和基因計(jì)數(shù)，利用 PATRIC BVBRC 數(shù)據(jù)庫重建了來自 IPMN 的γ-變形菌、桿菌和 5-FU 抗性突變菌株（大腸桿菌 MG1655 和 B. ovatis）的嘧啶代謝通路。
總結(jié)
胰腺癌（PC）仍然是最具致死性的惡性腫瘤之一，其治療效果有限。盡管手術(shù)切除是最有效的治療選擇，但化療藥物如5-氟尿嘧啶（5-FU）和吉西他濱可能會提高患者的生存率。胰管內(nèi)乳頭狀黏液性腫瘤（IPMNs）是胰腺囊性腫瘤，也是胰腺癌篩查中經(jīng)常檢測到的重要前體病變。越來越多的證據(jù)表明，IPMNs可能含有獨(dú)特的腫瘤微生物組，但這些微生物的持久性及其對癌癥治療的潛在影響尚不清楚。在本研究中，研究人員分析了來自臨床IPMN樣本的細(xì)菌分離株，并通過功能性實(shí)驗(yàn)和全基因組測序（WGS）研究了它們與化療藥物的相互作用。大多數(shù)分離株降低了5-FU和吉西他濱對胰腺癌細(xì)胞系（PANC-1、AsPC-1和Capan-2）的細(xì)胞毒性。WGS顯示，與芽孢桿菌相比，γ-變形菌綱菌株在與抗生素抗性、藥物運(yùn)輸和毒力相關(guān)的基因上更為豐富。進(jìn)一步的通路分析表明，γ-變形菌綱在嘧啶代謝通路中更為豐富，而芽孢桿菌在嘌呤代謝通路中更為豐富。這些發(fā)現(xiàn)表明，IPMN相關(guān)細(xì)菌具有代謝活性，能夠調(diào)節(jié)化療藥物的療效。研究結(jié)果表明，支持細(xì)菌在腫瘤病變內(nèi)生存的微生物適應(yīng)機(jī)制也使它們能夠與嘧啶類似物相互作用。這強(qiáng)調(diào)了闡明腫瘤相關(guān)微生物群在調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境和治療中的功能角色的重要性。本研究提供了新的見解，擴(kuò)展了以往主要關(guān)注腸道微生物的研究。
Bioscreen C全自動(dòng)生長曲線分析儀在本論文中發(fā)揮了不可或缺的作用，不僅提供了精確的細(xì)菌生長數(shù)據(jù)，還為后續(xù)的藥物敏感性測試和基因組分析提供了重要的基礎(chǔ)。通過這些數(shù)據(jù)，研究人員能夠更深入地理解IPMN衍生細(xì)菌的生長特性和適應(yīng)機(jī)制，從而為胰腺癌的治療提供了新的視角和潛在的干預(yù)靶點(diǎn)。本研究結(jié)果不僅揭示了IPMN相關(guān)細(xì)菌的代謝途徑，還為理解腫瘤相關(guān)微生物如何適應(yīng)腫瘤微環(huán)境并影響化療藥物的代謝提供了重要依據(jù)。這些發(fā)現(xiàn)對于開發(fā)新的治療策略和提高胰腺癌患者的治療效果具有重要意義。
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