韓曉東，黃天臣

（安陽市腫瘤醫(yī)院普外科，河南 安陽 455000）

根據(jù)國際癌癥研究機構(gòu)的全球癌癥統(tǒng)計估算，2018年全球結(jié)直腸癌新發(fā)病例約180余萬例，位居惡性腫瘤發(fā)病譜的第3位（占總癌癥病例的10.2%），因結(jié)直腸癌死亡約88萬余人，位居惡性腫瘤死亡譜的第2位（占總癌癥死亡的9.2%）［1］。結(jié)直腸癌的危險因素包括遺傳因素和環(huán)境因素，如年齡、性別、肥胖、慢性炎癥、缺乏體育活動和飲食等。大腸癌的發(fā)病機制，無論是先天性還是后天性，都是多因素、多步驟的。越來越多的證據(jù)表明，慢性炎癥、宿主遺傳易感性和環(huán)境因素與大腸癌的進展有關(guān)。在環(huán)境因素中，微生物在癌癥生物學中的作用日益受到重視。大量的微生物，包括細菌、真菌和病毒，在腸道內(nèi)定植并維持動態(tài)平衡。腸道微生物參與食物的消化和吸收，這也可以增強腸道防御功能，促進免疫系統(tǒng)的成熟［2-4］。當平衡被打破時，腸道微生物群的組成和功能改變可導(dǎo)致包括糖尿病［5］、肥胖［6］、神經(jīng)退行性疾?。?］和癌癥［8］等疾病的發(fā)生發(fā)展。近年來越來越多的研究表明，腸道菌群在大腸癌的發(fā)生發(fā)展及臨床診療方面發(fā)揮著越來越大的作用［9-10］。隨著人們對腸道菌群如何影響大腸癌的發(fā)生及發(fā)展的認識日益加深，對腸道菌群的檢測及調(diào)控可為大腸癌的篩查、預(yù)防及治療提供新的思路。本文將近年來有關(guān)腸道菌群在結(jié)直腸癌中的作用機制及臨床應(yīng)用的研究進展進行綜述。

1 腸道菌群在結(jié)直腸癌中的作用機制

結(jié)直腸是人體最大的儲菌庫。在正常人體內(nèi)，大腸的主要菌種相對穩(wěn)定，無致病作用，即宿主、細菌及腸內(nèi)生態(tài)環(huán)境呈平衡狀態(tài)。腸道微生態(tài)失調(diào)將導(dǎo)致包括代謝性疾病、自身免疫性疾病、細菌感染、過敏性疾病及結(jié)直腸癌等的發(fā)生。腸道菌群在大腸癌多階段的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮的作用近年來越來越受到人們的重視。Yu等［11］對中國74例大腸癌患者的糞便和54例健康人群的糞便進行了宏基因組測序，結(jié)果表明中國人群中大腸癌患者糞便菌群多樣性降低，有益菌減少，有害菌增多，以口腔致病菌為主的21種細菌豐度顯著升高，對來自丹麥的16名大腸癌患者和24名健康人群進行了驗證也發(fā)現(xiàn)大腸癌相關(guān)的菌群改變。Nakatsu等［12］對健康對照、腺瘤及大腸癌運用16S的測序分析發(fā)現(xiàn)，從正常、癌前病變到癌變過程中，隨著疾病的進展，腸道菌群間的相互關(guān)系逐漸復(fù)雜化，有些細菌是呈遞增性的改變，有些細菌是下降甚至是消失的。這表明在大腸癌的發(fā)生發(fā)展過程中，細菌的改變可能起到一個驅(qū)動作用。近年來研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群可能通過影響炎癥、免疫調(diào)節(jié)及DNA損傷等方面影響結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展。

1.1 炎癥慢性炎癥被認為是癌癥發(fā)展的標志之一。16SrDNA測序顯示，炎癥改變了易患結(jié)腸炎的IL-10缺陷小鼠的腸道菌群組成，將腸道菌群確定為影響大腸癌進展的炎癥的靶標，這表明結(jié)腸炎通過改變腸道菌群和誘導(dǎo)具有遺傳毒性能力的細菌的擴張來促進腫瘤的發(fā)生［13］。炎癥性腸病可增加結(jié)直腸癌風險，靶向炎癥的抗腫瘤壞死因子療法可治療結(jié)腸炎，在一些研究中也顯示出減少結(jié)直腸癌風險的作用。Yang等［14］研究表明，抗腫瘤壞死因子療法能通過修正菌群在結(jié)腸炎相關(guān)的癌變過程中的變化，使其恢復(fù)到非致癌的狀態(tài)，發(fā)揮預(yù)防結(jié)直腸癌的作用。Wong等［15］用來自大腸癌患者和健康人的糞便樣本喂養(yǎng)無菌小鼠和低菌鼠，發(fā)現(xiàn)用結(jié)直腸癌患者糞便喂養(yǎng)的無菌和常規(guī)小鼠與對照組的小鼠相比，息肉數(shù)量、腸道異型增生水平、炎癥標志物以及結(jié)腸中Th1和Th17細胞的比例都有所增加。這表明大腸癌患者的糞便微生物群可以促進無菌小鼠和低菌鼠的腫瘤形成。通過對此實驗的分析表明大腸癌糞便的糞菌移植之后可以激活腸黏膜的免疫，誘發(fā)炎癥反應(yīng)，促進上皮細胞增殖，從而起著促癌的作用。

1.2 免疫調(diào)節(jié)腸道菌群是一個具有高度復(fù)雜性和多樣性的生態(tài)系統(tǒng)。越來越多的研究表明，腸道菌群在調(diào)控人類的生理功能中扮演著不可或缺的重要角色，特別是在調(diào)節(jié)宿主的免疫系統(tǒng)方面起到了關(guān)鍵作用。腫瘤浸潤性淋巴細胞有助于人類結(jié)直腸癌的生存，他們招募背后的趨化因素仍然不確定。Cremonesi等［16］研究了吸引T細胞進入人大腸癌的趨化因子，結(jié)果表明腸道中的微生物可以誘導(dǎo)趨化因子（如細胞毒性T 淋巴細胞和 Th1 細胞的 CCL5、CXCL9 和CXCL10，以及產(chǎn)生IL-17的Th細胞的CCL17和CCL20）將T細胞招募到腫瘤中。研究表明，腸道中特定的細菌，如具核梭桿菌會選擇性地募集具有免疫抑制作用的骨髓源細胞，從而促使腫瘤免疫微環(huán)境呈現(xiàn)高度抑制性，抑制毒性T細胞的殺傷腫瘤作用，導(dǎo)致針對結(jié)直腸癌的免疫治療效果不佳。由此提示，通過調(diào)控腸道菌群，選擇性地清除促進腫瘤發(fā)生的細菌，可為腫瘤免疫治療提供一個有利的微環(huán)境［17］。

1.3 DNA損傷人類基因組經(jīng)常暴露在外源性和內(nèi)源性DNA損傷因子中，這些因素經(jīng)常導(dǎo)致DNA損傷。除非修復(fù)，否則受損的DNA可能會導(dǎo)致有害的突變，從而導(dǎo)致惡性轉(zhuǎn)化。細胞的DNA損傷應(yīng)答（DNA damage response，DDR）通路參與處理內(nèi)外源因素所致的DNA損傷，以維持遺傳穩(wěn)定性，減少癌變。DDR活化可誘導(dǎo)在細胞表面生成NKG2D配體。NKG2D主要在NK細胞、NKT細胞、γσT細胞、CD8+T細胞表面表達，作為一種激活性受體介導(dǎo)以上免疫細胞活化進而殺傷靶細胞。NKG2D可以識別MICA／B，是目前為止在體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的唯一可以與MICA／B識別的受體，通過使效應(yīng)細胞活化而引起靶細胞分解。腸道菌群失調(diào)時，細菌生成的基因毒素增多，并誘導(dǎo)免疫炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致宿主細胞DNA損傷，從而使宿主細胞DDR通路活化、NKG2D配體表達增加，引起持續(xù)的炎癥反應(yīng)，可能參與了自身免疫病和結(jié)直腸癌的發(fā)病［18］。

2 腸道菌群在結(jié)直腸癌中的臨床應(yīng)用

隨著我們對腸道菌群研究的不斷深入，其最終目的還是應(yīng)用于臨床實踐，越來越多的關(guān)于腸道菌群的研究為結(jié)直腸癌的診斷、篩查、預(yù)防、治療及預(yù)后評估等提供了理論依據(jù)。

2.1 診斷及篩查早期診斷率低是導(dǎo)致結(jié)直腸癌患者死亡的重要原因之一，因此，早期篩查診斷尤為重要。加強對結(jié)直腸癌患者的早期診斷及治療是降低患者死亡率、改善患者預(yù)后的關(guān)鍵。Xie等［19］采用實時熒光定量PCR法對781例受試者（對照組242例，大腸腺瘤212例，早期大腸癌109例，晚期大腸癌218例）的共生梭菌相對豐度進行檢測，與具核梭桿菌、糞便免疫化學試驗（fecal immunochemical test，F(xiàn)IT）和癌胚抗原（carcinoembryonic antigen，CEA）比較預(yù)測的準確性，并在256名受試者的獨立隊列中進行驗證。結(jié)果表明共生梭菌是一種很有前途的大腸癌早期非侵入性檢測的生物標志物，比具核梭桿菌、FIT和CEA更有效，將共生梭菌與FIT或CEA聯(lián)合應(yīng)用可提高檢測篩查效果。結(jié)直腸腺瘤是結(jié)直腸癌的癌前病變，為觀察結(jié)直腸癌早期發(fā)展的關(guān)鍵事件提供了一些方法和思路。腸道微生物群在腺瘤和癌發(fā)生發(fā)展中的變化和作用也被廣泛探討，并強調(diào)了其對癌變的影響。Kim等［20］研究納入102例高危腺瘤患者、102例健康對照以及36例結(jié)直腸癌患者，收集其糞便，并檢測糞便代謝組學特征和腸道菌群。該研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，腺瘤患者糞便中多種類型的生物活性脂類，包括多不飽和脂肪酸、次級膽汁酸和鞘磷脂升高，且多不飽和脂肪酸和鞘磷脂在結(jié)直腸癌患者中進一步升高。這項研究強調(diào)了在結(jié)直腸癌發(fā)病機制中潛在的早期驅(qū)動代謝物，從而為開發(fā)更好的結(jié)直腸癌早期篩查標志物提供了重要的思路。關(guān)于生物標志物在隊列和人群中的可重復(fù)性仍然存在疑問，Thomas等［21］對5個公開可用的數(shù)據(jù)集和兩個新的隊列進行薈萃分析，尋找通用的結(jié)直腸癌腸道菌群標志物，并在2個額外隊列中進行驗證，共涉及969個糞便宏基因組，結(jié)果表明結(jié)直腸癌腸道菌群比對照具有更高的豐富度，菌群功能中，糖異生、腐敗和發(fā)酵通路與結(jié)直腸癌相關(guān)，而水蘇糖和淀粉降解通路與對照相關(guān)。該研究再次證實了，不同人群中的結(jié)直腸癌菌群特征存在異質(zhì)性，但綜合分析多個隊列獲得的菌群標志物，能提高診斷準確性。這些發(fā)現(xiàn)對于用菌群標志物進行疾病診斷以及研究菌群成員在結(jié)直腸癌中的潛在作用均有參考價值。

2.2 預(yù)防及治療結(jié)直腸癌目前的治療包括手術(shù)、化療、放療、靶向治療、生物治療及基因治療等方法。腸道菌群在結(jié)直腸癌防治中的作用及對常規(guī)治療方式的影響越來越受到人們的重視。碾米過程的副產(chǎn)品米糠，在很多時候被利用的并不好，有研究發(fā)現(xiàn)，它可通過調(diào)節(jié)腸道菌群以減少大腸癌的發(fā)生［22］。飲食對結(jié)直腸癌的危險性有重要影響。過多動物性蛋白質(zhì)和脂肪的攝入（特別是紅肉和加工肉類），產(chǎn)生過多的次級膽汁酸和硫化氫，導(dǎo)致屏障功能障礙、炎癥、DNA損傷、基因毒性等，或可增加結(jié)直腸癌風險。膳食纖維產(chǎn)生短鏈脂肪酸，如丁酸通過細胞代謝、菌群內(nèi)穩(wěn)態(tài)、抗增殖、免疫調(diào)節(jié)和遺傳／表觀遺傳調(diào)控調(diào)節(jié)等途徑，發(fā)揮抗炎和抗腫瘤作用，保護結(jié)腸上皮細胞。為了減少結(jié)直腸癌的風險，預(yù)防結(jié)直腸癌的發(fā)生，應(yīng)該采用富含纖維的均衡飲食［23］。新橙皮苷是一種柑橘類水果提取物，可能對多種疾病有著治療及預(yù)防的效果。Gong等［24］研究發(fā)現(xiàn)，在結(jié)直腸癌小鼠模型中，新橙皮苷可通過改變腸道菌群組成而抑制結(jié)直腸腫瘤發(fā)生。服用阿司匹林與結(jié)直腸癌風險降低相關(guān)。Prizment等［25］進行了一項隨機雙盲安慰劑對照試驗，50名中老年受試者每日分別口服阿司匹林或安慰劑，干預(yù)6周后兩組受試者的糞便菌群組成存在顯著差異，且口服阿司匹林可改變部分結(jié)直腸癌相關(guān)菌群的豐度，提示阿司匹林或可通過調(diào)控腸道菌群以降低結(jié)直腸癌風險。

腸道正常菌群和機體健康息息相關(guān)，利用腸道菌群內(nèi)在的可調(diào)節(jié)性可以開發(fā)出用于治療目的的益生菌制劑。研究顯示，益生菌制劑對代謝綜合征、潰瘍性結(jié)腸炎、過敏、抗生素相關(guān)性腹瀉、腸易激綜合征等具有明顯的治療作用。最近的一份報告表明，通過攝入特定的益生菌來適當調(diào)節(jié)腸道微生物區(qū)系，可能有助于防止結(jié)直腸癌的形成［26］。Wang等［27］研究發(fā)現(xiàn)在結(jié)腸炎和結(jié)直腸癌患者和小鼠糞便中，嗜黏蛋白艾克曼菌（Akkermansia muciniphila，AKK菌）豐度顯著降低，口服巴氏滅活的AKK菌或其外膜蛋白Amuc-1100可減少巨噬細胞和細胞毒性T淋巴細胞的結(jié)腸浸潤，改善小鼠結(jié)腸炎，AKK菌和Amuc-1100可增加結(jié)腸和腸系膜淋巴結(jié)中細胞毒性T淋巴細胞的數(shù)量，上調(diào)其TNF-α表達，抑制PD-1表達，提高其活化程度，對小鼠結(jié)腸炎相關(guān)結(jié)直腸癌起抑制作用。益生菌加氏乳酸菌505和一種新的益生元三鴉葉提取物在發(fā)酵乳中的合生制劑組合（fermented CT，F(xiàn)CT）在體外顯示出免疫調(diào)節(jié)作用和抗氧化活性，但這些活性尚未在體內(nèi)得到充分驗證。Oh等［28］探究了加入FCT的發(fā)酵奶對AOM／DSS誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎相關(guān)結(jié)直腸癌的抗癌作用。該研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)CT通過調(diào)節(jié)炎癥、腫瘤發(fā)生和腸道微生物群的組成變化降低結(jié)直腸癌風險，從而顯示出抵抗癌癥的作用。后生元是源自微生物的生物活性分子，包括滅活微生物細胞、細胞碎片或代謝物等，當給予足夠量時，可賦予宿主健康益處。后生元由于具有抗氧化、抗增殖、抗炎和抗癌活性，可以調(diào)節(jié)腸道微生物區(qū)系的組成和免疫系統(tǒng)的功能，提高結(jié)直腸癌的治療效果，減少結(jié)直腸癌患者的副作用［29］。結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移是大腸癌患者的主要死亡原因，但目前尚無滿意的治療方法。Ma等［30］在結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移小鼠模型中使用菌群發(fā)酵的主要產(chǎn)物丁酸鈉干預(yù)，丁酸鈉抑制了腫瘤細胞的肝轉(zhuǎn)移率，并改善CLM小鼠的菌群失調(diào)，包括降低致病菌的豐度、增加短鏈脂肪酸產(chǎn)生菌等有益菌的豐度，另外，丁酸鈉還使CLM小鼠肝臟T調(diào)節(jié)細胞減少，自然殺傷T細胞和輔助性T細胞增加，相應(yīng)地降低了IL-10，增加了IL-17的分泌，改善CLM小鼠肝臟中的抗腫瘤免疫應(yīng)答。針對腸道微生物區(qū)系的失調(diào)可能為CLM治療開辟新的機會。一些研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的腸道準備方法可能加重腸道菌群的紊亂，破壞腸黏膜機械屏障。結(jié)直腸癌患者圍手術(shù)期接受益生菌治療，可改善腸道微生態(tài)環(huán)境，保護腸道黏膜屏障，加速患者術(shù)后康復(fù)［31］。當然后續(xù)關(guān)于益生菌在結(jié)直腸癌中的臨床應(yīng)用還需要在大樣本多中心的臨床試驗中加以論證。

此外，腸道菌群也被報道與結(jié)直腸癌化療耐藥存在相關(guān)性?；熓∈墙Y(jié)直腸癌患者復(fù)發(fā)和預(yù)后差的主要原因之一。氟尿嘧啶是結(jié)直腸癌一線治療藥物，個體間療效差異大，腸道菌群可能是個體差異的源泉。Scott等［32］采用大腸埃希菌和秀麗線蟲做可示蹤的遺傳學模型進行三向高通量篩選，結(jié)果表明腸道菌群可以通過包括細菌維生素B6、B9和核苷酸代謝的代謝性藥物相互轉(zhuǎn)換增強或抑制氟尿嘧啶的作用。在化療后復(fù)發(fā)的大腸癌患者的癌組織中，發(fā)現(xiàn)具核梭桿菌的豐度占優(yōu)，并與患者的臨床病理特征相關(guān)。通過生物信息學和功能分析發(fā)現(xiàn)具核梭桿菌靶向TLR4、MYD88先天免疫信號和特定的微小RNA，激活自噬通路并改變大腸癌的化療響應(yīng)，從而促進結(jié)直腸癌對化療的耐藥，未來可通過檢測和靶向具核梭桿菌及相關(guān)信號通路，對結(jié)直腸癌的診療提供新的思路，并可能改善結(jié)直腸癌患者的預(yù)后［33］。

2.3 預(yù)后評估結(jié)直腸癌目前仍缺乏特異性及敏感性較強的預(yù)后評估分子標志物。Wei等［34］采用16S基因測序的方法對不同預(yù)后的腫瘤組織進行了微生物區(qū)系分析，發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌預(yù)后較差患者腫瘤組織中的具核梭桿菌與脆弱擬桿菌豐度較高，預(yù)后較好患者的普拉梭菌豐度較高；為進一步探討所發(fā)現(xiàn)細菌的預(yù)后價值，采用Kaplan-Meier和Cox回歸分析，結(jié)果顯示，具核梭桿菌與脆弱擬桿菌的高豐度是患者生存不良的獨立指標。腸道菌群的研究為探索結(jié)直腸癌的預(yù)后評估標志物提供了新的思路。

腸道菌群在結(jié)直腸癌中的作用研究是一個新興的研究領(lǐng)域。近年來，隨著測序技術(shù)及動物模型試驗的大量開展，人們對腸道菌群在結(jié)直腸癌中的重要性的認識逐漸增長。盡管在研究腸道菌群影響結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展機制方面取得了部分進展，但是大部分研究還處于試驗階段，還需要轉(zhuǎn)化醫(yī)學研究發(fā)現(xiàn)實驗研究機制與人類結(jié)直腸癌之間的更多關(guān)聯(lián)，從而為尋求結(jié)直腸癌新的無創(chuàng)診斷標志物及治療方法提供更多的理論依據(jù)。