王 純 陳東風(fēng) 魏艷玲

陸軍軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院消化內(nèi)科(400010)

結(jié)直腸癌(colorectal cancer, CRC)為全球發(fā)病率第三、癌癥死亡率第二的腫瘤，目前臨床迫切需明確其危險(xiǎn)因素和生物學(xué)標(biāo)志物。CRC的發(fā)生、發(fā)展和治療與多種因素有關(guān)，其中腸道菌群紊亂可能起有一定的作用，但具體作用機(jī)制尚未闡明。一般而言，宿主維持著腸道內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)，一旦這種穩(wěn)態(tài)被破壞(腸道菌群失調(diào))，會(huì)導(dǎo)致疾病的發(fā)生，在炎癥性腸病、腸道腺瘤和CRC中均發(fā)現(xiàn)了腸道菌群失調(diào)的現(xiàn)象[1-2]。部分細(xì)菌如脆弱擬桿菌、大腸埃希菌、幽門螺桿菌、糞腸球菌、梭狀芽孢桿菌、具核梭桿菌等與CRC的發(fā)生有密切關(guān)系。不同種類的腸道菌群及其代謝產(chǎn)物對(duì)CRC的發(fā)生、發(fā)展和治療起截然不同的作用。本文就此作一綜述。

一、腸道菌群與CRC發(fā)生的關(guān)系

一項(xiàng)研究[3]對(duì)腸息肉患者糞便標(biāo)本進(jìn)行細(xì)菌培養(yǎng)和評(píng)估，發(fā)現(xiàn)富集的擬桿菌屬和雙歧桿菌會(huì)增加結(jié)腸癌的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，而乳酸桿菌和產(chǎn)氣真菌是保護(hù)因素。Swidsinski等[4]亦發(fā)現(xiàn)大腸埃希菌富集與CRC的發(fā)生有關(guān)。隨著分子生物學(xué)和測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，高通量分子測(cè)序技術(shù)可對(duì)CRC患者和正常對(duì)照組糞便中更多的菌群組成進(jìn)行分析。Yu等[5]的研究采用宏基因組學(xué)方法對(duì)74例CRC患者和54名健康人糞菌進(jìn)行測(cè)序，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CRC組糞便細(xì)菌的多樣性明顯縮窄，同時(shí)21種細(xì)菌豐度明顯升高，且多數(shù)為口腔致病菌。表明CRC的發(fā)生與相關(guān)細(xì)菌之間存在協(xié)同作用。Wong等[6]將5例CRC患者和5名健康人的糞菌混合物分別喂養(yǎng)經(jīng)多種抗菌藥物處理的低菌小鼠和無菌鼠，結(jié)果顯示CRC糞菌移植后可激活腸黏膜免疫，誘發(fā)炎癥反應(yīng)，促進(jìn)上皮細(xì)胞增殖，從而起促癌的作用。Baxter等[7]將CRC患者腸道菌群移植至無菌小鼠后，腫瘤發(fā)生率顯著提高。目前專一細(xì)菌對(duì)CRC特定作用的研究成果還很有限，常見細(xì)菌在CRC發(fā)生中的作用見表1。

二、腸道菌群參與CRC的可能機(jī)制

1. 腸道菌群失調(diào)引發(fā)的DNA損傷和染色體不穩(wěn)定性：結(jié)直腸上皮細(xì)胞通過基因突變和(或)表觀遺傳學(xué)改變等導(dǎo)致細(xì)胞生長失調(diào)，最終導(dǎo)致腫瘤的形成。部分腸道菌群可通過自身直接作用或產(chǎn)生毒性代謝產(chǎn)物損傷上皮細(xì)胞DNA，引起基因突變或誘發(fā)染色體不穩(wěn)定性。如部分大腸埃希菌含有聚酮合酶(PKS)島基因，能編碼一種基因毒素，引發(fā)DNA損傷通路，導(dǎo)致細(xì)胞雙鏈DNA斷裂[8]。脆弱擬桿菌腸毒素可裂解腸上皮細(xì)胞E-鈣黏蛋白并激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路，誘導(dǎo)腸上皮細(xì)胞DNA損傷[9]。腸道內(nèi)多數(shù)革蘭陰性菌可產(chǎn)生細(xì)胞致死性腫脹毒素(CDT)，CDT 可作為脫氧核苷酸酶損傷宿主成纖維細(xì)胞第9號(hào)染色體斷臂cⅡ基因，同時(shí)阻礙該基因的修復(fù)，最后導(dǎo)致CRC的發(fā)生[10]。腸桿菌能產(chǎn)生活性氧、活性氮、亞硝基化合物、β-葡萄糖醛酸酶以及精胺氧化酶等多種有毒代謝產(chǎn)物，誘導(dǎo)腸黏膜細(xì)胞DNA損傷，進(jìn)而誘發(fā)CRC[11-12]。Lee等[13]的研究結(jié)果顯示，腸道菌群通過TLR/MyD88信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑誘導(dǎo)活化的細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)，使癌基因c-Myc發(fā)生磷酸化，通過翻譯后修飾提高c-Myc的穩(wěn)定表達(dá)，促進(jìn)腸上皮細(xì)胞發(fā)生癌變。此外，致病性大腸埃希菌NC101可編碼聚酮肽基因毒素“colibactin”，導(dǎo)致腸上皮細(xì)胞內(nèi)DNA 錯(cuò)配修復(fù)蛋白表達(dá)下調(diào)，γH2AX灶形成、G2/M 期細(xì)胞周期阻滯以及TM/CHK/CDC25/CDK1 DNA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的激活，損傷的染色體內(nèi)DNA無法修復(fù)，并通過破損-融合-交聯(lián)過程影響細(xì)胞分裂而出現(xiàn)非整倍體和四倍體以及染色體不穩(wěn)定性，最終誘發(fā)腫瘤[8,14]。

表1 腸道微生物對(duì)CRC發(fā)生的影響和功能

2. 腸道菌群失調(diào)可誘發(fā)腸道慢性炎性反應(yīng)：長期潛在致病菌感染可導(dǎo)致腸黏膜慢性炎癥，這與CRC的發(fā)生、發(fā)展直接相關(guān)[15]。腸道菌群失調(diào)介導(dǎo)的慢性炎癥主要與免疫細(xì)胞及其產(chǎn)生的細(xì)胞因子有關(guān)，包括IL-23、IL-6、TNF-α、IL-17等，可促進(jìn)血管形成并抑制腫瘤免疫反應(yīng)，參與腫瘤增殖。腸道菌群還可通過激活TLR促進(jìn)IL-1β、TNF-α等的表達(dá)，從而促進(jìn)COX-2的產(chǎn)生。COX-2可介導(dǎo)前列腺素E2合成和促進(jìn)炎癥反應(yīng)，從而促進(jìn)腫瘤的形成。

3. 腸道菌群失調(diào)介導(dǎo)免疫異常：研究顯示，腸道菌群通過腸黏膜M細(xì)胞激活黏膜內(nèi)巨噬細(xì)胞，觸發(fā)固有免疫反應(yīng)并產(chǎn)生邊際效應(yīng)，從而促進(jìn)CRC發(fā)生、發(fā)展[16]。固有免疫細(xì)胞膜表面TLR等模式識(shí)別受體過度表達(dá)，這些受體接受腸道菌群的刺激信號(hào)后促使細(xì)胞分泌大量炎性細(xì)胞因子如IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α等。此外，共生菌誘導(dǎo)的適應(yīng)性免疫反應(yīng)異常也可促進(jìn)CRC的發(fā)生、發(fā)展。

4. 益生菌抑制CRC發(fā)生：益生菌(酪酸梭狀芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌)可通過減少炎癥、改善免疫穩(wěn)態(tài)抑制細(xì)胞增殖，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，從而抑制CRC的發(fā)生[17]。腸道菌群發(fā)酵纖維產(chǎn)生的丁酸可誘導(dǎo)Treg細(xì)胞的擴(kuò)增和抗炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生，抑制CRC的發(fā)生[18]。

三、腸道菌群對(duì)CRC的診斷價(jià)值

腸道菌群的生物學(xué)標(biāo)志物或可作為診斷CRC的新標(biāo)準(zhǔn)。有研究顯示，通過觀測(cè)具核梭桿菌的富集即可預(yù)測(cè)CRC處于進(jìn)展期，且化療療效欠佳[19]。另有研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群多樣性預(yù)示患者移植后血液感染發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)低，移植前菌群多樣性減低者接受移植后菌群多樣性維持降低狀態(tài)，且中性粒細(xì)胞數(shù)量恢復(fù)后的90 d內(nèi)更易發(fā)生感染[20]。

四、腸道菌群對(duì)CRC治療的影響

1. 腸道菌群對(duì)化療的影響：腸道菌群對(duì)化療的影響表現(xiàn)為提高化療療效、降低化療療效和介導(dǎo)耐藥、介導(dǎo)毒性反應(yīng)。腸道菌群作用于腫瘤化療的機(jī)制可用“TIMER”來概括[21]，即Translocation(菌群移位)、Immunomodulation(免疫調(diào)節(jié))、Metabolism(代謝)、Enzymatic degradation(酶降解)以及Reduced diversity and ecological variation(多樣性降低和菌群失調(diào))，其中，與CRC關(guān)系密切的機(jī)制為免疫調(diào)節(jié)、代謝和酶降解。Iida等[22]證實(shí)，腸道菌群可增強(qiáng)鉑類、CpG寡核苷酸等化療藥物對(duì)腫瘤的療效。研究發(fā)現(xiàn)，化療期間腸道微生態(tài)的改變與腸黏膜炎癥密切相關(guān)[23]。腸道有益菌可能通過降低促炎因子活性和活性氧含量、加強(qiáng)腸上皮細(xì)胞間的緊密連接、降低腸道通透性、促進(jìn)腸上皮細(xì)胞黏液分泌、促進(jìn)腸上皮細(xì)胞修復(fù)等途徑減輕化療相關(guān)炎癥反應(yīng)。研究顯示化療期間補(bǔ)充益生菌可減輕化療相關(guān)胃腸道反應(yīng)[24]。

2. 腸道菌群對(duì)免疫治療的影響：某些特定的腸道菌群可增強(qiáng)烷化劑、TLR激動(dòng)劑、免疫檢查點(diǎn)抑制劑(ICI)、過繼性細(xì)胞免疫治療等的抗腫瘤作用。如多形擬桿菌、脆弱擬桿菌、變形菌門可顯著影響CTLA-4阻斷劑的抗腫瘤療效，雙歧桿菌屬則可明顯提高小鼠腫瘤特異性T細(xì)胞反應(yīng)和腫瘤內(nèi)CD8+T細(xì)胞的積累，并可增強(qiáng)PD-L1單克隆抗體的抗腫瘤療效。近期有研究顯示多種腫瘤對(duì)PD-1/PD-L1單克隆抗體無應(yīng)答的原因?yàn)槟c道菌群失調(diào)，抗菌藥物可顯著降低患者對(duì)ICI治療的應(yīng)答率，將對(duì)ICI應(yīng)答者的糞菌移植給小鼠，可顯著提高ICI的療效。患者體內(nèi)Akk菌豐度與ICI應(yīng)答顯著相關(guān)，移植了對(duì)ICI無應(yīng)答者糞菌的無菌小鼠口服Akk菌后，能恢復(fù)對(duì)PD-1抑制劑的應(yīng)答[25]。

五、結(jié)語

綜上所述，腸道菌群與CRC的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。有害菌增多可通過誘導(dǎo)腸道慢性炎癥、介導(dǎo)免疫異常以及造成DNA損傷等途徑促進(jìn)CRC的發(fā)生、發(fā)展，而有益菌不僅可抑制腸道腫瘤的發(fā)生，而且可用于增強(qiáng)CRC化療和免疫治療的療效。腸道菌群特定細(xì)菌標(biāo)志物的檢測(cè)有望作為CRC的篩查方法。由此可見，對(duì)腸道菌群的研究有望為CRC的防治提供新的思路。