Analyzing the mechanism of the effects of Fusobacterium cooperated with cancer-associated fibroblasts on gastrointestinal cancers

• Project/Area Number: 23K15435
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 55010:General surgery and pediatric surgery-related
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 岡留 一雄 熊本大学, 大学院生命科学研究部(医), 特定研究員 (80867200)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2024: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2023: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: Fusobacterium nucleatum / Esophageal cancer / CAFs(癌関連繊維芽細胞) / 腸内細菌 / 腫瘍免疫 / Fusobacterium / 腸内細菌叢 / 癌関連線維芽細胞 / 消化器癌

Outline of Research at the Start

大腸癌でFusobacteriumが予後へ与える影響は癌関連線維芽細胞(CAFs)が多いサブタイプに限って認められたとの報告があり、FusobacteriumとCAFsが共同で癌の進展へ関与している可能性があるが、その関係は不明である。メカニズムとしてFusobacteriumによるCAFsの性質変化や、Fusobacterium及びCAFsが持つ腫瘍関連マクロファージや骨髄由来抑制細胞の誘導等、同様の機序が相乗効果で増強される可能性を考えている。F. nucleatumとCAFsが共同で癌の進展に寄与するメカニズムについて、臨床検体及びin vitro, in vivoの実験で検証する。

Outline of Annual Research Achievements

大腸癌におけるFusobacteriumとサブタイプ(CMS1-CMS4)との関連について、Fusobacteriumが予後へ及ぼす影響はCAFsが多いCMS4のサブタイプに限って認められたとの報告がある（Salvucci et al. Gut, 2022））。以上より、FusobacteriumがCAFsと共同で腫瘍進展に関与している可能性が示唆され、食道癌においても検証する事にした。
Public databaseを用いてFusobacteriumと予後の関連を、CAFsの発現量別に解析した。TCGA及びTCMAのデータを用い、食道癌患者183人における腸内細菌種のデータと予後、CAFs関連mRNA発現（FAP、CXCL12、PDGFRA、VIM）を統合解析した。各CAFs関連遺伝子において高発現グループと低発現グループに分類し、各グループでFusobacteriumと予後の関連を解析した。その結果、FAP、CXCL12、PDGFRA、VIMの高発現グループではFusobacteriumは予後不良と有意な相関を認めた。一方、低発現グループでは予後との関連は認めなかった。以上より食道癌にFusobacteriumはCAFsと共存することで予後不良に寄与する可能性が示唆された。
次に当科における食道癌臨床検体(n=297)を対象にFusobacterium nucleatumと予後の関係が腫瘍免疫によって変化するかどうかを解析した。癌組織内のF. nucleatumはqPCRで評価し、腫瘍免疫マーカー(CD8, FOXP3)は免疫組織学的染色で評価した。FOXP3については低発現症例でF. nucleatum陽性症例はOS, CSS共に予後不良であったが、CD8については高発現症例と低発現症例のいずれにおいても、F. nucleatumが予後に与える影響に違いは認めなかった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究では食道癌においてF. nucleatumとCAFsとの関連や腫瘍免疫との関連について統合解析を行う予定である。食道癌でもFusobacteriumとCAFsが共同で腫瘍の進展へ寄与している可能性がPublic databaseを用いた解析で示唆された。次に臨床検体を用いた解析を進めているところであるが、現時点ではFusobacteriumが腫瘍免疫と関連し予後へ関与している結果は得られていない。

Strategy for Future Research Activity

TCGA及びTCMAのPublic databaseを用いて、食道癌におけるFusobacteriumとCAFsとの関係について解析したところ、FAPやCXCL12、PDGFRA、VIM等のCAFs関連の遺伝子の発現量によってFusobacteriumが予後へ与える影響が異なることから、食道癌でもFusobacteriumがCAFsと関連して予後へ影響を与えている可能性が示唆された。
食道癌の臨床検体を対象に、F. nucleatumと他の腫瘍免疫関連マーカー（CD163, CD204, PD-L1, PD-L2等）やCAFs関連マーカーについて解析を行う方針である。
CAFs関連マーカーとしてαSMAの評価法は確立しており、今後症例数を増やしていく予定である。また、CAFs関連マーカーについては、他のマーカーでの評価も検討している。Public databaseや臨床検体を用いた解析から得られた結果を基に、どのマーカーに注目して、引き続き研究を続けるべきであるのかを検討しているところである。臨床検体にて有意な結果が得られた場合は、FusobacteriumやCAFsを用いたin vitroやin vivoの実験方法も行う方針である。

Research Products

• [Journal Article] Enrichment of Bacteroides fragilis and enterotoxigenic Bacteroides fragilis in CpG island methylator phenotype-high colorectal carcinoma (2024)
  • Author(s): Takashima Yasutoshi、Kawamura Hidetaka、Okadome Kazuo、Ugai Satoko、Haruki Koichiro、Arima Kota、Mima Kosuke、Akimoto Naohiko、Nowak Jonathan A.、Giannakis Marios、Garrett Wendy S.、Sears Cynthia L.、Song Mingyang、Ugai Tomotaka、Ogino Shuji
  • Journal Title: Clinical Microbiology and Infection Volume: 30 Issue: 5 Pages: 630-636
  • DOI: 10.1016/j.cmi.2024.01.013
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Intratumour Fusobacterium nucleatum and immune response to oesophageal cancer (2023)
  • Author(s): Kosumi Keisuke、Baba Yoshifumi、Yamamura Kensuke、Nomoto Daichi、Okadome Kazuo、Yagi Taisuke、Toihata Tasuku、Kiyozumi Yuki、Harada Kazuto、Eto Kojiro、Sawayama Hiroshi、Ishimoto Takatsugu、Iwatsuki Masaaki、Iwagami Shiro、Miyamoto Yuji、Yoshida Naoya、Watanabe Masayuki、Baba Hideo
  • Journal Title: British Journal of Cancer Volume: 128 Issue: 6 Pages: 1155-1165
  • DOI: 10.1038/s41416-022-02112-x
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Inverse relationship between Fusobacterium nucleatum amount and tumor CD274 (PD‐L1) expression in colorectal carcinoma (2023)
  • Author(s): Ugai T, Shimizu T, Kawamura H, Ugai S, Takashima Y, Usui G, Vayrynen JP, Okadome K, Haruki K, Akimoto N, Masugi Y, da Silva A, Mima K, Zhang X, Chan AT, Wang M, Garrett WS, Freeman GJ, Meyerhardt JA, Nowak JA, Song M, Giannakis M, Ogino S
  • Journal Title: Clinical & Translational Immunology Volume: 12 Issue: 8 Pages: 1453-1453
  • DOI: 10.1002/cti2.1453
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research