趙 柳， 劉 靜， 張德凱

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院消化內(nèi)科，黑龍江 哈爾濱 150086

結(jié)直腸癌(colorectal cancer，CRC)作為全球女性第二常見、男性第三常見的癌癥，具有較高的發(fā)病率和死亡率[1]。2012年全世界新發(fā)病例近140萬例，死亡人數(shù)為694 000例[2]。多種因素可影響CRC的發(fā)生、發(fā)展，但確切原因及機(jī)制仍不明確。Toll樣采體(Toll-like receptors,TLRs)識別特定病原體相關(guān)模式分子，參與抗原的先天免疫識別和細(xì)胞活化，介導(dǎo)固有免疫炎癥反應(yīng)，調(diào)節(jié)宿主防御感染、腸內(nèi)穩(wěn)態(tài)和黏膜先天免疫功能。各種原因所致的腸上皮損傷可促進(jìn)細(xì)菌移位，腸道微生物可通過多種途徑誘導(dǎo)腸道發(fā)生自身免疫炎性反應(yīng)。炎癥性腸病(inflammatory bowel disease,IBD)，如潰瘍性結(jié)腸炎和克羅恩病，是CRC的已知危險因素，這表明感染及慢性炎癥與惡性疾病有關(guān)[3]。腸道細(xì)菌可通過激活TLRs影響CRC，因此，干擾調(diào)節(jié)腸道細(xì)菌和TLRs可能達(dá)到對CRC免疫治療的目的。

1 腸道菌群與CRC的聯(lián)系

CRC患者的糞便或腫瘤組織中具核梭桿菌、脆弱擬桿菌、糞腸球菌、溶血性鏈球菌和大腸桿菌等的較高比例，而產(chǎn)丁酸鹽的細(xì)菌在癌癥患者中消耗殆盡[4]。

1.1具核梭桿菌的致癌作用具核梭桿菌(Fusobacterium nucleatum，F(xiàn)n)具有高度黏附性和侵入結(jié)腸上皮細(xì)胞的能力。Fn與CRC間的聯(lián)系主要與其Fap2和FadA兩種外膜蛋白有關(guān)[5]。Fap2可抑制NK細(xì)胞的細(xì)胞毒性和淋巴細(xì)胞活性。因此，感染Fn的腫瘤細(xì)胞可免受NK細(xì)胞和免疫細(xì)胞攻擊，這有助于Fn的侵襲能力。另外，F(xiàn)n可以通過FadA黏附和侵襲腸上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞。FadA與細(xì)胞上的E-鈣黏蛋白結(jié)合并激活β-連環(huán)蛋白信號傳導(dǎo)，導(dǎo)致癌基因、Wnt基因和炎癥基因的表達(dá)水平升高，最終誘導(dǎo)黏蛋白的分泌和炎性細(xì)胞因子(如腫瘤壞死因子-α，TNF-α)的表達(dá)。同時，F(xiàn)n通過募集免疫抑制性骨髓細(xì)胞和抑制自然殺傷細(xì)胞功能來增強(qiáng)腫瘤免疫逃逸[6]。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)n通過激活TLR/髓樣分化因子88(MyD88)/核因子-κB(NF-κB)信號傳導(dǎo)促進(jìn)小鼠CRC細(xì)胞增殖和腫瘤發(fā)展[7]。

1.2大腸桿菌毒素的產(chǎn)生誘發(fā)CRC最近的研究表明，致病性大腸桿菌可合成環(huán)霉素的毒素，如細(xì)胞致死性毒素、細(xì)胞毒性壞死因子、循環(huán)抑制因子和colibactin等，它們具有遺傳毒性可通過干擾真核細(xì)胞周期和/或誘導(dǎo)DNA損傷來影響細(xì)胞分化、凋亡和增殖。特別是colibactin，它由聚酮化合物合酶(pks)致病基因組島編碼，可通過誘導(dǎo)腸上皮細(xì)胞的DNA損傷、突變和基因組不穩(wěn)定性干擾細(xì)胞周期并促進(jìn)上皮細(xì)胞增殖[8]。

1.3脆弱擬桿菌參與CRC發(fā)生的機(jī)制脆弱擬桿菌與結(jié)腸炎性疾病有關(guān)。腸產(chǎn)毒性脆弱類桿菌(enterotoxigenic Bacteroides fragilis，ETBF)菌株的毒力因子是脆弱擬桿菌毒素，其能加劇小鼠模型的IBD樣癥狀并促進(jìn)結(jié)腸腫瘤發(fā)生。脆弱擬桿菌毒素是一種鋅依賴性金屬蛋白酶，可通過切割E-鈣黏蛋白導(dǎo)致上皮細(xì)胞肌動蛋白骨架的重排[9]。ETBF以毒素依賴性方式誘導(dǎo)Th17細(xì)胞浸潤到結(jié)腸中，這些Th17細(xì)胞可參與原始微生物環(huán)境的發(fā)展并介導(dǎo)腫瘤形成[10]。

1.4其他細(xì)菌與CRC研究表明，具有抗炎特性的乳桿菌物種(如腸乳桿菌和發(fā)酵乳桿菌)的豐度與TNF產(chǎn)生呈負(fù)相關(guān)。發(fā)酵乳桿菌可使常規(guī)飼養(yǎng)小鼠的TNF產(chǎn)生受到抑制，說明其具有一定的抗癌作用。Faecalibacterium prausnitzii菌和Roseburia菌可通過代謝產(chǎn)生丁酸鹽，其具有抗炎和抗腫瘤特性。CRC組織中丁酸鹽轉(zhuǎn)運蛋白的下調(diào)減少了丁酸鹽的代謝及其在腸中的轉(zhuǎn)運，這在一定程度上有助于CRC進(jìn)展[1]。

2 TLR2和TLR4識別腸道菌群影響CRC

某些腸道微生物群通過與TLRs結(jié)合產(chǎn)生免疫應(yīng)答，從而誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)、促進(jìn)細(xì)胞增殖，并為宿主細(xì)胞提供微環(huán)境等來影響CRC進(jìn)展[11]。

2.1細(xì)菌刺激TLR4在CRC中的表達(dá)TLR4可識別革蘭氏陰性菌的典型表達(dá)產(chǎn)物，如脂多糖(LPS)。LPS是免疫和炎癥系統(tǒng)細(xì)胞的有效激活劑，且可引起膿毒性休克導(dǎo)致全身性變化。研究證實，TLR4在CRC中過量表達(dá)，因此它可能在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮作用。LPS和IL-1通過其Toll/IL-1受體(TIR)結(jié)構(gòu)域分別與TLRs和IL-1R相互作用以募集細(xì)胞內(nèi)銜接子MyD88，而其他依次參與該信號傳導(dǎo)的分子是IL-1受體激活激酶(IRAK)、IRAK2、TNF受體相關(guān)因子6(TRAF6)及Tollip(Toll相互作用蛋白)[12]。CHEN等[13]發(fā)現(xiàn)，從Fn及其LPS可以激活β-連環(huán)蛋白，通過TLR4/P-PAK1級聯(lián)在CRC中發(fā)出誘導(dǎo)信號。厭氧鏈球菌與結(jié)腸細(xì)胞中的TLR2和TLR4相互作用以增加活性氧水平，促進(jìn)膽固醇合成和細(xì)胞增殖，最終導(dǎo)致CRC小鼠模型的結(jié)腸發(fā)育不良及小鼠結(jié)腸腫瘤的形成[14]。

2.2TLR2在細(xì)菌作用下影響CRC肽聚糖、革蘭氏陽性細(xì)菌的脂磷壁酸、分枝桿菌脂蛋白和鉤端螺旋體脂多糖可被TLR2識別[15]。CHANG等[16]發(fā)現(xiàn)，與野生型小鼠和TLR4-/-小鼠不同，用硫酸葡聚糖鈉(dextran sulfate sodium，DSS)誘導(dǎo)發(fā)生結(jié)腸炎的TLR2-/-動物模型在脆弱擬桿菌定植后其結(jié)腸炎的嚴(yán)重程度未改善。脆弱擬桿菌增強(qiáng)抗炎細(xì)胞因子IL-10表達(dá)并抑制野生型和TLR4-/-小鼠中的TNF-α和IL-6 mRNA表達(dá)。相反，脆弱擬桿菌定植的TLR2-/-小鼠中，未能上調(diào)IL-10并下調(diào)TNF-α和IL-6。在有或沒有脆弱擬桿菌定植的IL-10-/-小鼠中，結(jié)腸炎嚴(yán)重程度和促炎相關(guān)基因表達(dá)無明顯差異。這些結(jié)果表明，急性DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠中脆弱擬桿菌定植的疾病預(yù)防作用可能通過TLR2/IL-10信號通路產(chǎn)生[16]。研究發(fā)現(xiàn)，LBB(Lactobacillus acidophilus，Bifidobacteria bifidum，Bifidobacteria infantum)通過增強(qiáng)TLR2的表達(dá)改善腸黏膜上皮屏障完整性、抑制細(xì)胞凋亡和炎癥來調(diào)節(jié)腸道微生物群并降低腫瘤發(fā)生率[17]。

3 TLRs信號通路激活與CRC發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)移

3.1TLRs參與CRC的發(fā)生細(xì)菌和病毒感染可通過誘導(dǎo)TLRs的活化來誘導(dǎo)癌癥形成或促進(jìn)腫瘤生長[18]。MyD88作為通用銜接蛋白調(diào)節(jié)大多數(shù)TLRs(除TLR3)和IL-1受體的信號傳導(dǎo)。MyD88依賴性信號傳導(dǎo)通路可激活癌基因誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生內(nèi)在炎癥及炎性細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化，進(jìn)而導(dǎo)致CRC等癌癥發(fā)生[19]。MyD88基因敲除小鼠在LPS刺激后不能誘導(dǎo)結(jié)腸炎癥的發(fā)生，這表明MyD88缺乏可抑制腸道炎癥的發(fā)展，同時腸道細(xì)菌誘導(dǎo)TLRs活化可能與結(jié)腸炎相關(guān)CRC有關(guān)[20]。

TLR2/MyD88信號通路在調(diào)節(jié)腸道正常上皮細(xì)胞和癌細(xì)胞的生長中起重要作用。例如，TLR2/MyD88信號通路的活化能激活NF-κB和Wnt信號傳導(dǎo)途徑以誘導(dǎo)CRC的增殖，而腸道上皮中TLR2和MyD88表達(dá)或活性的抑制則顯著降低了DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎和上皮細(xì)胞內(nèi)在的致瘤性。這些結(jié)果是通過影響炎癥反應(yīng)、腫瘤細(xì)胞自我更新和上皮干細(xì)胞的生物學(xué)功能而起作用的。通過對TLR2基因多態(tài)性的研究發(fā)現(xiàn)，TLR2 mRNA的高表達(dá)與較高的CRC風(fēng)險及不良預(yù)后相關(guān)[21]。LIU等使用TLR2激動劑Pam3Cys(P3C)激活人類CRC細(xì)胞系中的TLR2信號，發(fā)現(xiàn)TLR2依賴PI3K/Akt和NF-κB信號通路驅(qū)動細(xì)胞增殖，這與抗凋亡基因BCL2A1、WISP1和BIRC3的上調(diào)有關(guān)。TLR2基因敲除后可以抑制CRC細(xì)胞增殖、侵襲和遷移[22]。

3.2TLRs對CRC擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移的作用TLRs的上調(diào)可顯著促進(jìn)炎癥和癌細(xì)胞侵襲及腫瘤進(jìn)展。TLR4/MyD88蛋白的高表達(dá)與CRC肝轉(zhuǎn)移和患者低存活率顯著相關(guān)[23]。研究證明，LPS可以通過TLRs增強(qiáng)C26和HCT116結(jié)腸癌細(xì)胞系的轉(zhuǎn)移潛力。他們發(fā)現(xiàn)來自腸道菌群的LPS通過TLR4依賴性方式誘導(dǎo)上皮細(xì)胞間質(zhì)表型轉(zhuǎn)化進(jìn)而增強(qiáng)結(jié)腸癌細(xì)胞向肝臟的轉(zhuǎn)移，而阿司匹林可能通過抑制TLR4的表達(dá)來抑制結(jié)腸癌的轉(zhuǎn)移[24]。與原發(fā)性腫瘤細(xì)胞相比，在淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的腫瘤細(xì)胞中TLR4表達(dá)明顯升高，而TLR2表達(dá)明顯降低[25]。來自脆弱擬桿菌的多糖A在SW620和HT29 CRC細(xì)胞中誘導(dǎo)促炎細(xì)胞因子IL-8的產(chǎn)生。多糖A通過抑制TLR2信號通路阻礙CRC細(xì)胞遷移和侵襲。但目前尚無研究PSA對人CRC細(xì)胞的直接影響[26]。

4 調(diào)節(jié)細(xì)菌和TLRs信號通路對CRC治療作用

癌癥免疫治療是通過重新啟動并維持腫瘤-免疫循環(huán)，恢復(fù)機(jī)體正常的抗腫瘤免疫反應(yīng)，進(jìn)而控制與清除腫瘤的一種治療方法?，F(xiàn)有證據(jù)證明，在癌癥治療中許多配體可靶向刺激TLRs信號傳導(dǎo)途徑。ZHENG等[27]發(fā)現(xiàn)，釋放多種TLRs配體的非毒力腫瘤靶向細(xì)菌可用作癌癥免疫治療。他們將鼠傷寒沙門氏菌進(jìn)行改造，使其在腫瘤組織中過表達(dá)并分泌異源鞭毛蛋白B(TLR配體)。結(jié)果表明該細(xì)菌可通過TLR4信號傳導(dǎo)通路抑制原位人結(jié)腸癌模型中腫瘤生長和轉(zhuǎn)移。TLR9信號通路在CRC和結(jié)腸炎癥中起重要作用。TLR9可被含有未甲基化的胞嘧啶核苷酸序列(CpG)的細(xì)菌或病毒DNA片段等激活。因此，干擾CpG對TLR9的活化作用可能作為幾種癌癥和各種炎性疾病的新治療靶標(biāo)[28]。有研究[29]發(fā)現(xiàn)，益生菌混合物的抗癌作用是通過增加結(jié)腸癌大鼠模型中的TLR2信號傳導(dǎo)來介導(dǎo)的。因此，通過微生物群調(diào)節(jié)患者免疫系統(tǒng)是腫瘤免疫治療的關(guān)鍵機(jī)制之一。

癌癥免疫治療與其他治療方式的結(jié)合可能產(chǎn)生令人意想不到的效果。放射治療和TLRs免疫反應(yīng)的原理引發(fā)了將局部放射治療與TLRs配體相結(jié)合的想法，從而促進(jìn)了局部釋放的腫瘤抗原的加工和呈遞。最近提出了一項研究，將電離輻射與全身給予TLR 7/8激動劑(3M-011)相結(jié)合，抑制了CRC原位小鼠模型的局部腫瘤生長和全身擴(kuò)散。結(jié)果顯示使用局部照射與系統(tǒng)性TLR聯(lián)合治療是CRC的高效治療方案[30]。

總之，由于免疫監(jiān)視是阻止腫瘤發(fā)生、發(fā)展的關(guān)鍵屏障，免疫調(diào)節(jié)已成為CRCs預(yù)防和治療的主要參與者。而通過利用TLR信號傳導(dǎo)對CRC進(jìn)行有效預(yù)防及免疫治療仍需要深入的探討和研究[31]。

5 總結(jié)與展望

近年來，CRC的發(fā)病率和死亡率在中國逐漸升高。盡管我們已經(jīng)比較深入地了解了微生物組對免疫反應(yīng)和癌癥的影響，但目前尚不清楚腸道微生物組的哪種組成成分對于促進(jìn)抗腫瘤免疫應(yīng)答是最佳的。免疫療法在治療其他癌癥方面取得了成功，但在CRC治療上取得的成效有限。因此，在如何調(diào)節(jié)固有免疫機(jī)制及腸道微生物組以增強(qiáng)癌癥免疫治療的效果方面，仍有很多內(nèi)容需要深入研究。我們相信它將為開發(fā)新的治療或預(yù)防策略提供機(jī)會。