多年來，上海交通大學劉寧寧研究員長期從事人體真菌致病機制研究。在不少文獻之中，他發現這些論文的引言部分都會提到一句話：真菌感染在癌症病人中死亡率高達 35-70%。
「我當時就很好奇為什麼？我也和很多臨床醫生討論過這個問題，得到的答案大都是因為癌症病人免疫力低下，導致大多數機會性致病真菌感染了這類人群。但我一直在想，真菌與癌症之間到底有沒有因果關係？分子機制是什麼？」劉寧寧說。
劉寧寧表示自己的最大特點就是急性子，一旦有了好想法就想儘快驗證。帶著以上疑問，他迅速選定肺癌這個全球致死率最高的癌種。此外在通常情況之下，人類每天約吸入 100-1000 分生孢子，而呼吸系統是真菌最易定植的部位。
從 2019 年至今，他和合作者耗時四年之久全力攻堅，最終他們首次從腫瘤組織內分離培養出一株真菌菌株——聚多麴黴，這種菌株可以促進肺癌的發展。
（來源：Cancer Cell）
同時，課題組還闡明了聚多麴黴通過葡聚糖/Dectin-1/CARD9 信號通路能夠促進 IL-1 的分泌，通過募集和活化下游的髓源性抑制細胞（MDSCs，Myeloid-derived suppressor cells），來增強其抑制 CD8 陽性 T 細胞的殺傷能力，最終可以誘導腫瘤免疫抑制微環境，從而促進肺癌發展的機制。
此外，他們還證實聚多麴黴在腫瘤內的富集，與肺癌患者的較差預後密切相關。
總體來說，該研究為了解真菌在肺癌進展中的作用提供了新視角。並表明當在菌株水平上以腫瘤內真菌作為靶標，可以改善肺癌患者的預後。此外，他們通過採用嚴謹的方法，從機制上詳細驗證了 A. sydowii 對肺腫瘤進展的影響。
儘管真菌在腫瘤內的富集程度很低，但它仍可以通過與宿主的相互作用促進肺癌的進展。因此，本次研究具有重大的公共衛生、疾病篩查和肺癌精準治療的意義。
在公眾健康和診斷領域，此次發現能為制定中國人群癌症的精準篩查與防治策略提供重要的理論基礎，也能為肺癌早篩提供新型真菌標誌物，實現早發現、早診斷、早治療，改善患者的預後，從而極大地降低疾病負擔。
此外，這一研究成果也填補了真菌和肺癌分子機制的研究空白，極大推動了基於肺癌個體化免疫治療的新策略。即在菌株水平精準靶向真菌可以促進免疫殺傷，從而抑制肺癌的發生髮展。
圖 | 劉寧寧（來源：劉寧寧）
日前，相關論文以《腫瘤內菌群通過髓源性抑制細胞促進肺癌進展》（The intratumor mycobiome promotes lung cancer progression via myeloid-derived suppressor cells）為題發在 Cancer Cell（IF 50.3）。
劉寧寧是第一作者兼共同通訊作者，同濟大學醫學院易呈祥博士、以及上海交通大學醫學院衛璐琦博士為共同一作。劉寧寧研究員、上海交通大學醫學院王慧教授、同濟大學醫學院張鵬教授、中國科學院上海巴斯德研究所陳昌斌研究員擔任共同通訊作者 [1]。
圖 | 相關論文（來源：Cancer Cell）
「我們真的是在做快樂的科研」
據介紹，真菌與重大疾病發生髮展的分子聯繫，一直是領域內頗受關注的熱門研究方向。近年來，「多形態微生物組」被列為癌症的新標誌物，促進了人類對癌症認知的重大突破。
然而，傳統研究大多集中於細菌，忽略了真菌的重要作用。2022 年 9 月 29 日，Cell 同期兩篇論文報道了 35 種不同腫瘤組織內真菌微生物組的存在，並發現真菌與癌症的發生、發展、轉移和治療療效密切相關。這一研究為真菌在癌症的診斷、篩查和治療中的作用提供了嶄新視角。
然而，人們對瘤內真菌的異質性、來源和致病機制等關鍵問題了解甚微。因此，探討真菌在癌症發生髮展過程中的分子生物學機制和健康價值，將為制定中國人群癌症的精準篩查與防治策略提供重要的理論基礎。
多年來，劉寧寧實驗室的的工作始終圍繞人體真菌致病機制研究，利用微生物組、單細胞組學等多種技術，從真菌-宿主相互作用角度揭示真菌感染及真菌致癌的分子機制，為防治真菌感染及癌症提供新靶標和新策略，在該領域中獲得了廣泛關注和認可。
憑藉一系列的成果，他和團隊在本領域積累了豐富的研究基礎：
比如，優化建立微生物組 DNA 高效富集、提取、分析等新方法 [2]；
又比如，建立相互作用組學新方法，構建基因組規模蛋白質相互作用組網絡，精準鑑定靶蛋白及其上下游信號通路 [3]；
再比如，利用深度宏基因組測序開發了腸道四界菌群（細菌、真菌、古菌和病毒）分析方法，首次全景式描繪了結直腸癌腸道四界菌群組成及互作網絡 [4]。
為深入解析真菌和癌症的因果關係，他們選取了癌症患者全球致死率排名第一位的癌種-肺癌為研究對象，同時肺部也是真菌最易定植的部位。
期間利用了真菌富集 DNA 提取法、真菌種屬鑑定（ITS，Internal Transcribed Spacer）擴增子測序、深度宏基因組測序、螢光原位雜交（FISH，Fluorescence in situ hybridization）、轉錄組和培養組學等多種技術。
探究投稿過程，劉寧寧表示：「我們課題組的名稱是 Fun Guy Group，我也經常跟學生講，Fungi Make Fun Guy！我們的投稿歷程也非常有趣，該論文僅投稿兩次，第一次投稿 Cell 直接送審，我人生中第一次這麼 Lucky；第二次投稿 Cancer Cell 就被接收。」
他繼續說道：「這說明我們真的是在做快樂的科研，無論是編輯還是審稿人都覺得我們的方向是很有趣的，希望後續有更多有趣的研究成果展示給大家。」
與此同時在研究過程中，劉寧寧也遇到了很多很 nice 的合作者，比如中國科學院分子細胞科學卓越創新中心的季紅斌教授、上海市免疫學研究所的劉智多研究員。「尤其是林欣教授，我們還素未謀面，在第一時間非常慷慨地為我們提供了多種基因敲除小鼠，這也為本論文按時完成回修提供了有力保障。」他說。
打開「潘多拉魔盒」
此外，他和團隊還發現儘管聚多麴黴和其它共生真菌在基因組水平上有一些相似，但大部分都是與癌症相關的基因，這暗示了聚多麴黴可能在長期瘤內定植過程中發生了適應性進化，這些功能與該菌的致癌功能密切相關，這也為我們繼續圍繞聚多麴黴展開研究吃了一顆定心丸。
劉寧寧表示：「我經常跟學生們開玩笑地講，我們這個研究相當於打開了一個潘多拉魔盒，我們發現了新現象，也提出了新問題。」
比如，為什麼是聚多麴黴而不是別的真菌高丰度定植於肺部腫瘤組織內？真菌種類可高達 10 萬種，僅麴黴菌就有上百種，在這麼多真菌種類中，為什麼偏偏是聚多麴黴成為「天選之菌」？
又比如，聚多麴黴從哪裡來？聚多麴黴是如何到達人體肺部腫瘤組織內？
再比如，聚多麴黴的共生-致病轉化分子機制是什麼？
目前，我們對於聚多麴黴定植和腫瘤發生髮展的因果關係知之甚少。是聚多麴黴的定植誘導了腫瘤的形成，還是腫瘤形成後創造了有利於聚多麴黴生長的微環境？
又或者，聚多麴黴可在肺部共生，當宿主微環境穩態遭受破壞時（如免疫力下降等），聚多麴黴通過 IL-1β 介導的 MDSCs 擴增和活化，導致細胞毒性 T 淋巴細胞活性的抑制和 PD-1+ CD8+T 細胞的聚集，從而促進肺癌進展，那麼聚多麴黴是如何感應這種微環境的變化從而發生共生到致病的轉化？
這些都是非常有趣的等待被揭秘的科學問題，也是他們接下來打算深入探索的科學問題。
最後，劉寧寧補充稱：「我們實驗室目前正在進行聚多麴黴的流行病學研究，需要收集大量的聚多麴黴真菌菌株，歡迎有聚多麴黴菌株的老師跟我聯繫，期待跟真菌界的各位專家同道交流合作！」
參考資料：
1.Liu NN, Yi CX, Wei LQ, et al. The intratumor mycobiome promotes lung cancer progression via myeloid-derived suppressor cells [published online ahead of print, 2023 Sep 19]. Cancer Cell. 2023;S1535-6108(23)00288-X.doi:10.1016/j.ccell.2023.08.012
2.Wu Y, Jiao N, Zhu R, et al. Identification of microbial markers across populations in early detection of colorectal cancer. Nat Commun. 2021;12(1):3063. Published 2021 May 24. doi:10.1038/s41467-021-23265-y
3.Yi S, Liu NN, Hu L, Wang H, Sahni N. Base-resolution stratification of cancer mutations using functional variomics. Nat Protoc. 2017;12(11):2323-2341. doi:10.1038/nprot.2017.086
4.Liu NN, Jiao N, Tan JC, et al. Multi-kingdom microbiota analyses identify bacterial-fungal interactions and biomarkers of colorectal cancer across cohorts. Nat Microbiol. 2022;7(2):238-250. doi:10.1038/s41564-021-01030-7