近日，本室刘天罡课题组与武汉大学人民医院合作在《Signal Transduction and Targeted Therapy》上发表了题为“Corynebacterium parakroppenstedtii secretes a novel glycolipid to promote the development of granulomatous lobular mastitis”的研究论文，发现了大部分肉芽肿性小叶性乳腺炎(GLM)患者的致病菌—副克氏棒状杆菌C. parakroppenstedtii，并阐明了其致病机制及防治策略。本室刘然副研究员为论文第一作者，刘天罡教授、邓子新院士及武汉大学人民医院陈创主任为共同通讯作者。
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肉芽肿性小叶性乳腺炎(Granulomatous lobular mastitis , GLM)是一种非哺乳期炎症性乳腺炎，曾被认为是罕见的乳腺疾病，但近年来，病例报道日益增多，特别是在中国和地中海地区。其症状包括乳房触痛、肿块、脓肿、皮肤改变和剧烈疼痛等，病程漫长且易于反复发作。此外，GLM患者罹患乳腺癌的风险也随之增高。自1972年以来，GLM被确认为是一种独立疾病，其病因一直未有明确结论。前期研究认为GLM可能与自身免疫、细菌感染、精神障碍、创伤和高催乳素血症等多种因素相关，但临床上缺乏明确的治疗指南，激素、抗生素、手术等治疗方法的疗效存在争议，且患者复发率高达24.8%。
研究团队通过对GLM患者乳腺组织进行16s rRNA测序和生物信息学分析，发现C. kroppenstedtii-like细菌(包括C. parakroppenstedtii在内的多个菌株)是GLM中的特征微生物。随后，从GLM患者的脓液中分离出C. kroppenstedtii-like菌株(图1a)，经全基因组测序确认为C. parakroppenstedtii(图1b)。通过对大鼠模型进行乳腺感染实验，发现感染后的大鼠乳腺组织出现了典型的GLM病理特征(图1d)，同时伴随着血液中炎症因子IL-6(图1e)以及乳腺组织中IL-6和TNF-α的上调(图1f)，并在其乳腺组织中再次成功分离了C. parakroppenstedtii。研究团队利用从GLM患者脓液中分离的3株C. parakroppenstedtii以及从菌种保藏中心获取的1株来源于阴道分离的C. parakroppenstedtii进行大鼠动物实验，证明这些菌株均能引起GLM表型(图1g)，由此确认了C. parakroppenstedtii能够引起GLM的发生。
图1. C. parakroppenstedtii引起GLM的发生
研究团队通过基因组预测深入调查C. parakroppenstedtii中的致病因子，然而并未发现跟已知致病因子相似的基因。进行临床观察后发现，70% GLM患者临床检验中表现出血清铁含量降低的情况(图2a)，通过大鼠感染实验证实C. parakroppenstedtii感染会造成大鼠缺铁现象(图2bc)。因此，研究团队怀疑C. parakroppenstedtii通过分泌螯合铁离子的化合物，从而造成宿主体内铁水平降低。通过类似天然产物系统分离的方法，从C. parakroppenstedtii的发酵液中分离出了可能具备铁螯合能力的化合物(图2d)，经核磁鉴定其结构为一种新型糖脂，并将其命名为corynekropbactin(图2e)。通过一系列体外实验，证明该化合物还具有破坏乳腺细胞、抑制乳酸菌等细菌生长、引起炎症因子白细胞介素6(IL-6)上调等功能，因此该化合物是C. parakroppenstedtii的致病因子之一。
图2. C. parakroppenstedtii的致病因子corynekropbactin
随后，研究团队对可获得的C. kroppenstedtii-like菌株的全基因组数据进行分类，发现所有菌株可分为5种，但所有报道来源于GLM或乳腺炎病人的菌株均属于C. parakroppenstedtii或C. pseudokroppenstedtii，且前者比例高达88%。此外，本研究进行的62个GLM患者标本测序数据中，50个样本的测序数据均能检测到C. kroppenstedtii-like细菌，说明C. parakroppenstedtii在GLM患者中可能普遍流行。
此外，研究团队发现C. parakroppenstedtii缺乏脂肪酸合成的完整基因，需依赖外源脂肪酸生存，而乳腺组织能够提供其生长所需的所有养分。由于乳腺跟内衣直接接触，研究团队怀疑内衣可能是该菌的传播途径之一。通过模拟洗衣方式发现，C. parakroppenstedtii可被洗衣液、消毒液、高温(烘干)、紫外线(阳光晾晒)有效地杀灭。但如果使用肥皂洗涤且阴干的方式，若此过程有肥皂残留，该菌则会将残留的脂肪酸盐作为养分生长，从而增加感染乳腺的风险。因此，采用合理的洗衣方式会减少C. parakroppenstedtii感染乳腺的机率，该方法可作为预防措施之一。
进一步的抗生素敏感性测试显示，C. parakroppenstedtii对甲硝唑、克林霉素等常用抗生素具有耐受性，但对庆大霉素和利福平敏感。回顾性研究也表明，治疗方案中包含利福平或庆大霉素的GLM患者，在1.5至2年的随访期内未出现复发，而未采用这些抗生素治疗的患者则有较高复发率。
根据上述结果，研究团队推测C. parakroppenstedtii受乳房中的脂肪酸吸引在乳腺定植并分泌corynekropbactin，可能发挥螯合铁、破坏乳腺细胞、抑制其他定植菌生长、引起炎症因子IL-6上调的功能，进而导致GLM的形成和发展(图3)。研究团队建议在今后的临床治疗中，临床医生应根据患者体内炎症因子和铁含量的变化(这两个指标有望作为GLM的生物标记物)，初步判断患者是否患有GLM，并利用灵敏度更高的PCR或纳米孔靶向测序等方式鉴定感染菌是否为C. parakroppenstedtii。如确认病原体是C. parakroppenstedtii，可使用合适的抗生素(如利福平)进行针对性治疗。本研究突破了困扰半个多世纪的临床难题，为GLM患者的诊断、治疗和预防提供了重要的科学依据。
图3. C. parakroppenstedtii感染导致的GLM发生的假说
本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学技术学会青年人才托举工程、上海交通大学、武汉大学、武汉大学人民医院等支持，以及中山大学李文均教授、刘兰博士的帮助。
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