Of Microbes and Cancer Inflammation is a well-established driver of tumorigenesis. For example, patients with inflammatory bowel disease have an elevated risk of developing colorectal cancer (CRC). Whether the gut microbiota also contributes to the development of CRC is less well understood. Arthur et al. (p. 120 , published online 16 August; see the Perspective by Schwabe and Wang ) now show that the microbiota does indeed promote tumorigenesis in an inflammation-driven model of CRC in mice. Although germ-free mice were protected against developing cancer, colonization of mice with Escherichia coli was sufficient to drive tumorigenesis.

It is well established that the intestinal microbiota plays a key role in the pathogenesis of Crohn's disease (CD) and ulcerative colitis (UC) collectively referred to as inflammatory bowel disease (IBD). Epidemiological studies have provided strong evidence that IBD patients bear increased risk for the development of colorectal cancer (CRC). However, the impact of the microbiota on the development of colitis-associated cancer (CAC) remains largely unknown. In this study, we established a new model of CAC using azoxymethane (AOM)-exposed, conventionalized-Il10−/− mice and have explored the contribution of the host intestinal microbiota and MyD88 signaling to the development of CAC. We show that 8/13 (62%) of AOM-Il10−/− mice developed colon tumors compared to only 3/15 (20%) of AOM- wild-type (WT) mice. Conventionalized AOM-Il10−/− mice developed spontaneous colitis and colorectal carcinomas while AOM-WT mice were colitis-free and developed only rare adenomas. Importantly, tumor multiplicity directly correlated with the presence of colitis. Il10−/− mice mono-associated with the mildly colitogenic bacterium Bacteroides vulgatus displayed significantly reduced colitis and colorectal tumor multiplicity compared to Il10−/− mice. Germ-free AOM-treated Il10−/− mice showed normal colon histology and were devoid of tumors. Il10−/−; Myd88−/− mice treated with AOM displayed reduced expression of Il12p40 and Tnfα mRNA and showed no signs of tumor development. We present the first direct demonstration that manipulation of the intestinal microbiota alters the development of CAC. The TLR/MyD88 pathway is essential for microbiota-induced development of CAC. Unlike findings obtained using the AOM/DSS model, we demonstrate that the severity of chronic colitis directly correlates to colorectal tumor development and that bacterial-induced inflammation drives progression from adenoma to invasive carcinoma.

B7-H1 (PD-L1) is a B7-family member that binds to programmed death-1 (PD-1). Recently, deficiency of PD-L1 has been demonstrated to result in accelerated hepatocyte damage in experimental autoimmune hepatitis, and PD-L1 was suggested to play a critical role in regulating T cell homeostasis. Absence of PD-1 enhanced proliferation of T cells in adenovirus-infected livers and resulted in a rapid clearance of the virus. Here, we aimed to get more insight into hepatic PD-L1 expression, regulation and function.PD-L1 expression was analyzed by quantitative PCR and FACS-analysis in primary human liver cells and hepatoma cells. Furthermore, coculture experiments with primary human T cells or Jurkat T cells were established.In addition to nonparenchymal liver cells, also hepatocytes constitutively expressed low levels of PD-L1. PD-L1 expression in hepatocytes was strongly enhanced by activated T cells and viral infection, and markedly augmented by further stimulation with type I or type II interferons. Moreover, PD-L1 expression on hepatocytes induced apoptosis in T cells.Our results suggest a novel bidirectional interaction between hepatocytes and lymphocytes modulated by PD-L1 expression in hepatocytes, which may contribute to the unique immunological properties of the liver.

Intestinal microbial dysbiosis is associated with Crohn's disease (CD). However, the mechanisms leading to the chronic mucosal inflammation that characterizes this disease remain unclear. In this report, we use systems-level approaches to study the interactions between the gut microbiota and host in new-onset paediatric patients to evaluate causality and mechanisms of disease. We report an altered host proteome in CD patients indicative of impaired mitochondrial functions. In particular, mitochondrial proteins implicated in H2S detoxification are downregulated, while the relative abundance of H2S microbial producers is increased. Network correlation analysis reveals that Atopobium parvulum controls the central hub of H2S producers. A. parvulum induces pancolitis in colitis-susceptible interleukin-10-deficient mice and this phenotype requires the presence of the intestinal microbiota. Administrating the H2S scavenger bismuth mitigates A. parvulum-induced colitis in vivo. This study reveals that host-microbiota interactions are disturbed in CD and thus provides mechanistic insights into CD pathogenesis.

Enterobacteria, especially Escherichia coli, are abundant in patients with inflammatory bowel disease or colorectal cancer (CRC). However, it is unclear whether cancer is promoted by inflammation-induced expansion of E. coli and/or changes in expression of specific microbial genes. Here we use longitudinal (2, 12 and 20 weeks) 16S rRNA sequencing of luminal microbiota from ex-germ-free mice to show that inflamed Il10−/− mice maintain a higher abundance of Enterobacteriaceae than healthy wild-type mice. Experiments with mono-colonized Il10−/− mice reveal that host inflammation is necessary for E. coli cancer-promoting activity. RNA-sequence analysis indicates significant changes in E. coli gene catalogue in Il10−/− mice, with changes mostly driven by adaptation to the intestinal environment. Expression of specific genes present in the tumour-promoting E. coli pks island are modulated by inflammation/CRC development. Thus, progression of inflammation in Il10−/− mice supports Enterobacteriaceae and alters a small subset of microbial genes important for tumour development. Abundance of certain gut enterobacteria is correlated with inflammation and cancer development in humans, but the interplay between the three factors is unclear. Here the authors show that gut inflammation is required for bacteria-associated tumour development in mouse models.

Liver cirrhosis is the main risk factor for the development of hepatocellular carcinoma (HCC). Activated hepatic stellate cells (HSC) are the effector cells of hepatic fibrosis and also infiltrate the HCC stroma where they might play a critical role in HCC progression. Here we aimed to analyze the effects of activated HSC on the proliferation and growth of HCC cell lines in vitro and in vivo. Conditioned media (CM) collected from HSC significantly induced proliferation and migration of HCC cells cultured in monolayers. In a 3-dimensional spheroid coculture system, HSC promoted HCC growth and diminished the extent of central necrosis. In accordance, in vivo simultaneous implantation of HSC and HCC cells into nude mice promoted tumor growth and invasiveness, and inhibited necrosis formation. As potential mechanism of the tumorigenic effects of HSC we identified activation of NFkappaB and extracellular-regulated kinase (ERK) in HCC cells, two signaling cascades that play a crucial role in HCC progression. In summary, our data indicate that stromal HSC promotes HCC progression and suggest the HSC-HCC interaction as an interesting tumor differentiation-independent target for therapy of this highly aggressive cancer.

Abstract Inflammation and microbiota are critical components of intestinal tumorigenesis. To dissect how the microbiota contributes to tumor distribution, we generated germ-free (GF) ApcMin/+and ApcMin/+;Il10−/− mice and exposed them to specific-pathogen-free (SPF) or colorectal cancer-associated bacteria. We found that colon tumorigenesis significantly correlated with inflammation in SPF-housed ApcMin/+;Il10−/−, but not in ApcMin/+mice. In contrast, small intestinal neoplasia development significantly correlated with age in both ApcMin/+;Il10−/− and ApcMin/+ mice. GF ApcMin/+;Il10−/− mice conventionalized by an SPF microbiota had significantly more colon tumors compared with GF mice. Gnotobiotic studies revealed that while Fusobacterium nucleatum clinical isolates with FadA and Fap2 adhesins failed to induce inflammation and tumorigenesis, pks+Escherichia coli promoted tumorigenesis in the ApcMin/+;Il10−/− model in a colibactin-dependent manner, suggesting colibactin is a driver of carcinogenesis. Our results suggest a distinct etiology of cancers in different locations of the gut, where colon cancer is primarily driven by inflammation and the microbiome, while age is a driving force for small intestine cancer. Cancer Res; 77(10); 2620–32. ©2017 AACR.