Carcinogenèse colorectale : impact des bactéries toxinogènes ou pro-inflammatoires

Correspondances en Onco-Théranostic - Vol. III - n° 2 - avril-mai-juin 2014
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Bactéries et cancer
dossier thématique
Carcinogenèse colorectale :
impact des bactéries toxinogènes
ou pro-inflammatoires
Colorectal carcinogenesis: impact of toxigenic or pro-inflammatory
bacteria
Guillaume Dalmasso1,2, Marie-Agnès Bringer1,2, Jennifer Raisch1,2, Antony Cougnoux1,2,
Mathilde Bonnet1,2, Denis Pezet1,2,3, Richard Bonnet1,2,3, Arlette Darfeuille-Michaud1,2,3
1. UMR 1071 Inserm/
université d’Auvergne,
Clermont-Ferrand.
2. Inra, USC 2018,
Clermont-Ferrand.
3. Centre hospitalier
universitaire,
Clermont-Ferrand.
RÉSUMÉ Summary
» Nous assistons depuis quelques années à un regain d’intérêt
pour le rôle longtemps négligé du microbiote intestinal dans le
développement du carcinome colorectal (CCR). Les techniques
de séquençage à haut débit ont révélé des dysbioses intestinales
chez les patients atteints d’un CCR. Des bactéries accélèrent la
tumorigenèse colique en ayant une activité pro-infl ammatoire ou
en produisant des toxines. Ces bactéries sont capables d’accélérer
l’apparition des tumeurs et d’augmenter leur taille/nombre et leur
caractère invasif dans des modèles murins de cancer intestinal,
renforçant l’idée que les bactéries joueraient un rôle signifi catif
dans le CCR.
Mots-clés : Cancer colorectal − Microbiote − Toxine − Cyclomoduline
− Infl ammation.
Neglected for a long time, intestinal microbiota is thought to
be involved in colorectal carcinoma (CRC). High throughput
sequencing has revealed gut dysbiosis, i.e. a change in
microbiota composition, in CRC patients. Bacteria increase
tumorigenesis via a proinflammatory activity or by the
production of toxins. In animal models of intestinal cancer,
those microbes accelerate the formation of tumors as well
as their size/number and invasive behavior, emphasizing
the hypothesis that microbiota might be a key player in CRC.
Keywords: Colorectal cancer − Microbiota − Toxin −
Cyclomodulin − Infl ammation.
M
algré des mesures préventives effi caces et
une sensibilisation accrue de la population,
le cancer colorectal (CCR) reste le deuxième
cancer le plus fréquent quel que soit le sexe (1). Le
nombre de nouveaux cas diagnostiqués annuelle-
ment dans le monde est estimé à 1,2 million, et il est
responsable d’environ 600 000 décès chaque année (1).
Plus de 90 % des cas de CCR sont d’origine sporadique
et surviennent chez des personnes ayant peu ou pas
d’antécédents familiaux, ce qui montre l’importance
des facteurs environnementaux dans sa genèse.
Carcinogenèse colorectale
et microbiote intestinal
Par son rôle clé dans l’homéostasie intestinale, en par-
ticulier dans la régulation de la réponse infl ammatoire
et le maintien d’un équilibre entre prolifération, diff é-
renciation et mort cellulaire, le microbiote intestinal,
aussi appelé “fl ore intestinale”, est soupçonné d’être un
facteur étiologique du CCR. Il est principalement com-
posé de bactéries, dont le nombre est 10 fois supérieur
à celui des cellules humaines, et stable chez l’individu
sain avec une alimentation diversifi ée. Le répertoire
génétique correspondant est au moins 150 fois plus
important que celui du génome humain et a donc une
infl uence importante sur la physiologie de l’hôte. Les
échanges qui régissent les relations entre le microbiote
intestinal et son hôte sont habituellement d’ordre sym-
biotique et s’inscrivent dans le cadre d’une coopération
avec un avantage partagé. Cependant, en cas de dys-
biose, c’est-à-dire de changement de composition ou
de stabilité des populations bactériennes de l’intestin, le
microbiote peut être associé à des troubles intestinaux
ou extra-intestinaux.
L’étude du microbiote intestinal dans le contexte du
CCR suscite actuellement un regain d’intérêt. La densité
bactérienne augmente tout au long du tractus digestif
pour atteindre une densité maximale dans le côlon

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Figure. La séquence “adénome-carcinome” associée à la carcinogenèse colique et les rôles possibles des bactéries du microbiote
intestinal dans ce processus.
Normal Hyperprolifératif Adénome CarcinomeÉpithélium
Microbiote Microbiote normal Microbiote dysbiotique
Streptococcus
gallolyticus
Enterococcus
faecalis
Escherichia coliFusobacterium
nucleatum
FadA
Bacteroides
fragilis
BFT Colibactine CNF
c-myc
Bcl2
PCNA Bcl2
c-myc
cycline D1
COX-2
Cytokines
COX-2/PGE2 Cytokines COX-2/PGE2 Cytokines/Th17 COX-2/PGE2 COX-2/PGE2Facteurs de croissance
ROS 4-HNE
E-cadhérine
Wnt/β-caténine
Spermine
oxydase
ROS
Rho
GTPases
Wnt
MAPK
NF-κB
TK
Stat3
NF-κB
miR
cycline D1
p21CIPp27KII
G2 G1
MS
G1 G2
SM
SENP1
p53SUMO
Inflammation Dommages
à l’ADN Prolifération Dédifférenciation Résistance à
l’apoptose Sénescence
Carcinogenèse colorectale : impact des bactéries toxinogènes ou pro-infl ammatoires
(~1011 bactéries/g de matière). L’augmentation de la
densité bactérienne est corrélée à une augmentation
du risque de cancer intestinal, qui est maximal dans le
côlon (2). Des souris traitées par des agents carcino-
gènes ou génétiquement modifi ées pour développer
spontanément un cancer intestinal (APC
Min/+
) déve-
loppent signifi cativement moins de tumeurs et des
tumeurs de plus petite taille en conditions axéniques
qu’en présence du microbiote intestinal (3). De plus, il a
été montré que le transfert d’un microbiote dysbiotique
provenant de souris ayant développé un CCR favorise
l’émergence du CCR chez les animaux inoculés (4).
L’ensemble des études visant à analyser les bactéries
associées aux tumeurs de patients atteints de CCR
comparativement à celles retrouvées au niveau de la
muqueuse colique de patients témoins montre l’exis-
tence d’un microbiote dysbiotique associé au CCR.
Même si aucun microbiote dysbiotique “type” n’a pu
être à ce jour relié au CCR, une abondance anormale de
certaines espèces bactériennes a été relevée. Des études
indépendantes fondées sur des cultures bactériennes
traditionnelles ont ainsi mis en évidence que 71 % des
adénocarcinomes de CCR sont colonisés par Escherichia
coli contre seulement 42 % des tissus sains (5) et que le
nombre de ces bactéries augmente avec l’avancement
du stade tumoral (6). Les méthodes moléculaires ont
également montré la présence d’un microbiote diff érent
au niveau des adénocarcinomes, avec une surreprésen-
tation de Fusobacterium nucleatum et/ou du groupe
Bacteroides/Prevotella (3, 7). Il est toutefois diffi cile de
défi nir si l’émergence de microbiotes dysbiotiques est
la cause ou la conséquence du CCR. Un modèle pro-
posé pour expliquer le rôle des bactéries dans le CCR
est le modèle “driver-passenger” (3) [fi gure]. Selon ce
modèle, sous l’infl uence de facteurs environnemen-
taux ou génétiques, la muqueuse colique de patients

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Bactéries et cancer
à risque de développer un CCR serait colonisée par des
bactéries dites “driver”, c’est-à-dire capables d’initier
la carcinogenèse. Les altérations cellulaires et tissu-
laires qui s’opèrent au niveau de la muqueuse colique
entraîneraient alors des modifi cations des conditions
environnementales locales, favorisant l’émergence de
bactéries opportunistes dites “passenger”. L’expansion,
au niveau du site tumoral, de bactéries ayant des pro-
priétés oncogéniques au détriment de bactéries aux
propriétés “suppresseur de tumeurs” pourrait ainsi par-
ticiper à la promotion tumorale (fi gure).
Carcinogenèse colorectale et bactéries
productrices de cyclomodulines
Les adénocarcinomes coliques sont souvent colonisés
par des souches de E. coli produisant des toxines appe-
lées “cyclomodulines” car aff ectant le cycle cellulaire.
Deux d’entre elles, la colibactine et CNF, sont particuliè-
rement prévalentes chez les E. coli associées au CCR (8).
La colibactine est produite à partir d’enzymes codées
par l’îlot génomique pks (9). Des études récentes et indé-
pendantes ont montré que les E. coli porteurs de l’îlot pks
sont plus fréquemment isolés à partir d’adénocarcinomes
coliques que de tissus contrôles (55-67 % versus 19-21 %,
respectivement) [8, 10]. Ces bactéries induisent des cassures
double brin et une instabilité de l’ADN eucaryote entraînant
in vitro un blocage du cycle cellulaire (9, 10). Chez la souris,
les E. coli pks seuls sont incapables d’induire spontanément
un CCR. Cependant, les E. coli pks augmentent le nombre
d’adénocarcinomes coliques et leur caractère invasif dans
des modèles murins de CCR associés à l’infl ammation (10,
11). Ces résultats peuvent paraître contradictoires puisque
la colibactine induit un arrêt de la prolifération cellulaire in
vitro. Une étude récente propose l’hypothèse d’une action
indirecte de la colibactine qui réconcilie ces 2 observa-
tions (11). Cette toxine modifi e, dans les cellules épithéliales
intestinales, l’expression du microARN-20a-5p, qui aff ecte
l’expression de l’enzyme SENP1 impliquée dans la stabili-
sation de p53 via sa modifi cation post-traductionnelle par
les peptides SUMO (Small Ubiquitin-like Modifi er). Ainsi, les
bactéries orientent les cellules vers la sénescence, un état
physiologique caractérisé par un arrêt du cycle cellulaire et
la production de facteurs de croissance, notamment l’HGF
(Hepatocyte Growth Factor) capable d’induire la prolifération
de cellules non infectées. D’une manière intéressante,
des biopsies humaines de CCR colonisées par des E. coli
pks présentent des taux élevés de microARN-20a-5p et
l’activation de la voie HGF (11).
Les E. coli isolés d’adénocarcinomes produisent fréquem-
ment la cyclomoduline CNF1. Ces souches sont observées
dans 40 % des adénocarcinomes contre seulement 13 %
dans des tissus contrôles (8). CNF1 active des Rho GTPases
et ainsi dérégule de nombreux processus cellulaires (12).
Elle stimule le cycle cellulaire comme la protéine CagA
de H. pylori, l’un des meilleurs exemples de toxines car-
cinogènes. Elle entraîne l’apparition d’altérations du
fuseau mitotique, de la cytocinèse, de la ségrégation des
chromosomes, une aneuploïdie, la rupture des jonctions
cellulaires et la motilité cellulaire (12). CNF1 bloque aussi
la diff érenciation des cellules et augmente l’expression
des protéines anti-apoptotiques Bcl-2 et Bcl-XL. Dans des
cellules épithéliales, CNF1 induit de plus une activation
prolongée du facteur de transcription NF-κB et de la voie
COX-2/PGE2, des facteurs pro-infl ammatoires reconnus
de la carcinogenèse colorectale.
D’autres cyclomodulines de E. coli pourraient aff ecter
le développement du CCR. Cependant, peu d’études
spécifi ques ont été menées à ce jour et leur préva-
lence semble faible dans le contexte du CCR. Des
E. coli producteurs de la cyclomoduline CDT (Cytolethal
Distending Toxin) ont été isolés dans 16 % des biopsies
de tumeurs collectées chez des patients atteints de CCR
contre 0 % dans des tissus contrôles (8). CDT porte une
activité enzymatique DNase, qui provoque des cassures
double brin de l’ADN et in fi ne un blocage du cycle
cellulaire (12). Une exposition prolongée à une dose
faible de CDT augmente la fréquence des mutations
génétiques et des aberrations chromosomiques dans
des cellules en culture et permet aux cellules de pousser
en agar mou, un signe de transformation maligne (13).
Les E. coli entéropathogènes (ECEP) et entérohémorra-
giques (ECEH) peuvent produire la cyclomoduline Cif.
Ces pathovars ont été détectés dans 8 à 25 % des adéno-
carcinomes coliques, contre 0 % dans des tissus sains (8).
Cif inactive l’enzyme E2 du système d’ubiquitination et
entraîne ainsi une inhibition de la voie ubiquitine/protéa-
some (12). Cette activité suggère une action pléïotropique
pouvant aff ecter des protéines clés de la cancérogenèse.
Les conséquences sont le blocage de l’apoptose et du
cycle cellulaire à la suite de l’accumulation des protéines
CKI p21
CIP
et p27
KIP
. Les cellules peuvent cependant conti-
nuer à synthétiser de l’ADN, et la teneur en ADN des
cellules augmente par endoréduplication. Ce processus
pourrait engendrer des anomalies génétiques suscep-
tibles de favoriser le développement tumoral.
Carcinogenèse colorectale et bactéries
pro-infl ammatoires
Plusieurs études métagénomiques montrent que
F. nucleatum est surreprésenté au niveau des adénocar-

Correspondances en Onco-Théranostic - Vol. III - n° 2 - avril-mai-juin 2014
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Carcinogenèse colorectale : impact des bactéries toxinogènes ou pro-infl ammatoires
cinomes coliques. Il vient récemment d’être montré que
ces bactéries stimulent la tumorigenèse dans le modèle
murin de CCR APC
Min/+
en favorisant l’infi ltration du tissu
tumoral par des cellules immunitaires (14). L’analyse de
tissus tumoraux colonisés par la bactérie, en modèle
murin et chez l’homme, a montré que ceux-ci présentent
une signature d’expression génique pro-infl ammatoire
et proliférative. Par ailleurs, F. nucleatum exprime une
adhésine, FadA, qui, en se fi xant sur l’E-cadhérine, active
la voie Wnt/β-caténine et la prolifération des cellules
épithéliales intestinales (14). Des expériences de xéno-
greff e ont montré que l’inhibition de FadA permettait de
bloquer la prolifération de la masse tumorale. Enfi n, ces
bactéries produisent la toxine FIP capable de bloquer le
cycle cellulaire en milieu de phase G1. Cependant, aucune
étude in vivo n’a encore été menée pour évaluer son rôle
éventuel dans la tumorigenèse colique.
Bacteroides fragilis est une bactérie pathogène oppor-
tuniste du microbiote intestinal. Des souches entéro-
toxiques, habituellement responsables de diarrhées
infl ammatoires aiguës chez l’enfant, sont retrouvées
chez près de 38 % des patients souff rant d’un CCR,
contre 12 % des sujets contrôles (15). Ces bactéries
sont capables d’induire une colite aiguë qui se trans-
forme en infl ammation chronique du côlon pouvant
perdurer plusieurs mois (15). Elles accélèrent la trans-
formation oncogénique dans un modèle murin de CCR
APCMin/+ (15). En clivant l’E-cadhérine, l’entérotoxine
de ces bactéries, appelée “Bacteroides fragilis toxin”
(BFT) ou fragilysine, active la voie WNT, qui joue un
rôle essentiel dans la prolifération cellulaire et la carci-
nogènese colique (15). La fragilysine induit également
une réponse immunitaire de type Th17 responsable
de l’apparition des tumeurs dans le modèle murin
APCMin (15). Ainsi, une colonisation prolongée par ces
bactéries pourrait entretenir une infl ammation colique
chronique favorisant la transformation de l’épithélium
tumoral.
Autres bactéries associées au CCR
Par ailleurs, une fréquence anormalement élevée du
portage digestif des bactériémies Streptococcus gal-
lolyticus gallolyticus (S. bovis biotype I) et Enterococcus
faecalis a été observée chez les patients atteints de
CCR. S. gallolyticus gallolyticus induit une infl ammation
ainsi que la surexpression de l’oncogène c-Myc et de la
protéine anti-apoptotique Bcl2. E. faecalis produit des
ions superoxydes génotoxiques et induit une instabilité
chromosomique in vivo. Ces bactéries pourraient donc
elles aussi contribuer au développement du CCR.
Conclusion
Pour confi rmer les données préliminaires suggérant
un lien entre certaines bactéries et la carcinogenèse
colorectale, des études doivent être menées sur de
larges cohortes prospectives capables d’explorer plus
avant l’évolution du microbiote intestinal au cours
de la maladie. Cependant, si appréhender la compo-
sition du microbiote intestinal et du métagénome
correspondant est important, les études fonctionnelles
semblent être indispensables pour comprendre les
impacts cliniques. ■
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Références
Les auteurs déclarent
ne pas avoir de liens
d’intérêts.