繆麗燕，丁肖梁

0 引 言

人體就像一個“超級生物體”，而腸道菌群就是人體的一個“隱藏的器官”，攜帶著人體的“第二基因”。腸道菌群主要定植在小腸末端和結腸，其密度分布隨著從腸道遠端向近端、從腸腔內向腸腔外2個方向遞減，同時腸道菌群的多樣性也同向遞減。成年人的腸道內約有1000個菌群物種，含有1014個細菌，約是自身細胞數目的10倍，重量近乎肝的重量。腸道菌群與腸道一起構成了人體多道生理屏障，包括生物屏障、化學屏障、機械屏障、免疫屏障，使宿主處于健康狀態(tài)。人體的腸道菌群最初來自于新生兒的口腔攝入和空氣攝入等途徑，逐漸在腸道內定植，伴隨著宿主的生長發(fā)育逐漸穩(wěn)定。腸道菌群與人體的遺傳背景無關，受到了多種因素的影響，比如藥物的使用、飲食、地理環(huán)境、疾病、運動和年齡等因素，然而諸多的影響因素也僅能解釋腸道菌群巨大變異的很小部分［1］。

隨著人類微生物組計劃和人類腸道宏基因組學計劃的啟動和深入研究，人體的腸道菌群被證實了與多種疾病相關聯，如炎癥性腸病、肥胖、動脈粥樣硬化、2型糖尿病、哮喘等，甚至于腫瘤和神經系統(tǒng)的阿爾茨海默癥等重大疾病，涉及到了廣泛的疾病類型［2］。新近的研究表明，腸道菌群與治療藥物之間有著密不可分的聯系。腸道菌群可以直接降解藥物，也可以通過與宿主之間的相互作用影響藥物的體內過程和藥理作用，同時藥物也可以調節(jié)腸道菌群的結構［3-4］。因此腸道菌群的差異可能是影響藥物治療有效性和安全性的一個重要環(huán)節(jié)。本文將從腸道菌群與藥物精準治療方面進行闡述。

1 腸道菌群的組成和調節(jié)基礎

腸道菌群主要由厭氧菌、兼性厭氧菌、需氧菌組成，其中厭氧菌是腸道的優(yōu)勢菌群，占腸道細菌的99%，具有營養(yǎng)及免疫調節(jié)作用，為人體所必需。個體腸道菌群的組成在種水平上具有很大的差異，但在門水平上具有一定的穩(wěn)定性和保守性。重要的細菌種類主要包括厚壁菌門、擬桿菌門、變形菌門、放線菌門、疣微菌門和梭桿菌門，其中厚壁菌門和擬桿菌門占絕對優(yōu)勢（＞98%）。上述細菌按照對人體的作用又可分為：①與宿主共生的生理性細菌，如雙歧桿菌、乳酸桿菌；②與宿主共棲的條件致病菌，如腸桿菌、腸球菌；③病原菌，如變形桿菌、金黃色葡萄球菌。

腸道菌群與宿主之間存在復雜的調節(jié)平衡。腸道菌群可以維持正常的生理屏障，還可以幫助宿主吸收營養(yǎng)物質，同時從宿主體內吸收營養(yǎng)物質。除了這些為人所熟知的生理功能，腸道菌群被發(fā)現參與了宿主代謝、免疫調節(jié)等多種生理過程，從而影響了藥物治療的有效性和安全性。因此腸道菌群、宿主與藥物三者之間的關系錯綜復雜。藥物口服后經胃腸道吸收，在胃腸道的腸道菌群的作用下可能會被直接代謝，可能轉化成活性物質或是代謝失活，也有可能會代謝產生毒性物質，同時藥物也有可能會調節(jié)腸道菌群的結構。除了簡單的腸道菌群和藥物直接相互作用以外，腸道菌群與宿主可以通過底物的代謝交換與共代謝等方式相互作用，調節(jié)靶基因表達從而影響到藥物的代謝和療效。腸道菌群同時具有調節(jié)宿主免疫系統(tǒng)的作用，在當前熱門的腫瘤免疫治療領域中也被發(fā)現具有重要的免疫治療調節(jié)作用［5］。

2 腸道菌群對藥物藥動學和藥效學的影響

腸道微生物對藥物藥動學和藥效學的影響主要體現在微生物對藥物直接代謝和微生物調節(jié)宿主代謝從而影響藥物作用。

2.1微生物直接代謝藥物口服后必然經歷胃腸道，接觸定植在宿主胃腸道的微生物，會被微生物直接代謝。如人參中的主要活性成分人參皂苷已被證實會被腸道中的擬桿菌屬JY-6、擬桿菌屬、雙歧桿菌屬和梭桿菌屬等細菌代謝。除了滅活藥物以外，藥物也有機會被代謝成有活性的物質。如水楊酸偶氮磺胺吡啶在預防和治療潰瘍性結腸炎時，口服給藥后在腸道菌群作用下還原成磺胺吡啶和5-氨基水楊酸，還原產物5-氨基水楊酸是有效的抗炎成分。

早在20世紀80年代，研究人員就發(fā)現了一種厭氧大腸菌遲緩埃格特菌可以代謝地高辛。幾十年后，科學家進一步證實了遲緩埃格特菌對降解地高辛至關重要，基因組分析具有代謝活性的菌株攜帶強心糖苷還原酶（cgr）相關基因簇。在帶有遲緩埃格特菌的患者中，采用抗生素治療可以暫時性地消除非活性代謝物氫化地高辛的生成，并與用抗生素前的基線相比增加了地高辛的血清水平。同時高蛋白食物富含的精氨酸攝入后可以抑制cgr基因操縱子的表達，從而可以增加地高辛的血藥濃度。因此治療窗較窄的地高辛在臨床應用是需要考慮患者的腸道微生物以及抗生素和食物攝入的影響［6］。

除了胃腸道給藥方式，腸道菌群同樣會影響靜脈用藥物的肝腸循環(huán)。伊立替康是一種抗腫瘤的靜脈制劑，主要依靠肝代謝生成SN-38發(fā)揮作用，在用于晚期大腸癌患者的治療時常伴有腹瀉等嚴重不良反應。這種限制劑量的胃腸毒性是由肝內產生的無活性的SN-38g在腸道內重新轉換成活性產物SN-38造成，參與這個轉換過程主要是依賴腸道微生物所產生的β-葡萄糖醛酸苷酶，能夠選擇性靶向抑制大腸桿菌β-葡糖醛酸糖苷酶的藥物，能夠有效降低伊立替康引起的胃腸道毒性。在患者群體研究中也證實了注射伊立替康之前分析患者的腸道微生物，可在極大程度上預測患者是否會出現不良反應。這些微生物的研究深入闡述了伊立替康的胃腸道毒性發(fā)生的機制，為伊立替康的合理使用提供了潛在的預測以及干預手段［7］。

2.2微生物調節(jié)宿主代謝腸道菌群可以通過多種方式調節(jié)宿主的代謝酶和轉運體的表達，從而導致代謝和轉運藥物的能力發(fā)生變化［8］。比如在無菌小鼠中發(fā)現了多種肝代謝酶和轉運體的表達發(fā)生了變化，同時動物經抗生素處理后也發(fā)現了多種代謝酶的表達變化［9］。常用的解熱鎮(zhèn)痛藥——對乙酰氨基酚，已被證實其肝毒性與內源性微生物的代謝產物p-甲酚有關。對乙酰氨基酚在肝中代謝主要是葡萄苷酸化和硫酸鹽化，p-甲酚被假定為通過競爭性的硫酸鹽化來減少對乙酰氨基酚的代謝，高水平p-甲酚的患者被認為在服用對乙酰氨基酚時可能會增加肝毒性的發(fā)生［10］。常用的降脂藥辛伐他汀服用者中的三分之一的患者難以獲得理想的降血脂效果?？茖W家發(fā)現辛伐他汀的降脂效果與基礎的次級膽汁酸呈現正相關，包括石膽酸、牛磺石膽酸和葡糖石膽酸。其中的明確機制尚不完全清楚，很可能是因為初級膽汁酸會與辛伐他汀競爭性腸道轉運體，從而抑制了辛伐他汀的吸收，降低了血藥濃度［11］。

腸道微生物對宿主代謝的調控影響廣泛，具體的詳細機制尚不清楚，并且是因藥而異、因菌而異。比如科學家發(fā)現普拉氏梭菌的豐度與免疫抑制藥物他克莫司的血藥濃度有關［12］；胺碘酮的血藥濃度被發(fā)現與大腸埃希氏菌有關［13］。

微生物除了可以調節(jié)宿主代謝酶或轉運體的表達來改變藥物的藥動學行為，同樣可以通過調節(jié)宿主代謝來影響藥理作用。2017年11月上海瑞金醫(yī)院寧光院士團隊在《Nature Communication》雜志上報道了阿卡波糖與腸道菌群之間的緊密關系，阿卡波糖治療可以改善糖尿病患者的腸道微生態(tài)和膽汁酸代謝，從而達到減重、降脂和改善胰島素抵抗等降糖以外的藥理作用。相對應地，糖尿病患者的基礎腸型可以預測阿卡波糖的治療效果，患者可分為富含擬桿菌的B腸型和富含普氏菌的P腸型，B腸型的患者對阿卡波糖治療更為敏感，空腹血糖和胰島素抵抗的改善程度更加明顯。該研究提示了腸型可能是決定藥物療效的重要因素，對阿卡波糖的個體化治療具有重要意義［14］。

3 腸道菌群對腫瘤免疫治療的影響

2018年諾貝爾醫(yī)學和生理學獎頒給了發(fā)現免疫負調控的科學家，基于免疫檢查點的腫瘤免疫治療已經改變了我們對于腫瘤治療的思維方式。2018年年初《Science》雜志同期出版了腸道菌群在免疫檢查點抑制劑治療中重要作用的文章，引起了腸道微生物在腫瘤免疫治療中的廣泛關注。

早在2013年，來自美國國立癌癥研究中心的Goldszmid和Trinchieri教授團隊在《Science》雜志上發(fā)表研究，在動物層面上發(fā)現了鉑類藥物的抗腫瘤效果依賴腸道微生物的調節(jié)作用［15］。同期，法國Zitvoge教授在《Science》雜志上發(fā)表文章，在動物水平中觀察到環(huán)磷酰胺可以驅動腸道菌群中的革蘭氏陽性菌進入次級淋巴系統(tǒng)，刺激輔助T細胞對腫瘤發(fā)動攻擊，從而達到殺滅腫瘤的治療效果。當使用抗生素抑制模型動物的革蘭氏陽性菌會使得環(huán)磷酰胺的抗腫瘤效果下降［16］。隨后該團隊在《Immunity》雜志上發(fā)表文章進一步確認了能夠提高環(huán)磷酰胺治療療效的幕后幫手，海氏腸球菌和腸結巴斯德氏菌在動物模型中可以提高環(huán)磷酰胺療效，在38例肺癌和卵巢癌患者群體中觀察到了這2種菌特異性的記憶型T細胞免疫應答可以讓患者經歷更長的無進展生存期［17］。上述研究顯示出了腸道菌群可以作為輔助腫瘤免疫治療的潛在價值。

2015年，Zitvoge教授團隊又發(fā)表了關于抗CTLA-4免疫治療與腸道菌群的關系，在動物層面上研究表明抗CTLA-4治療依賴于腸道擬桿菌屬，植入特定微生物脆弱擬桿菌可以提高抗腫瘤療效［18］。同期芝加哥大學報道了雙歧桿菌可以提高荷瘤小鼠對抗PD-L1免疫治療的響應［19］。這2項動物水平的研究真正的將腸道菌群引入到了熱門的免疫檢查點抑制劑治療領域。

安德森癌癥中心的Wargo教授在2014年的會議中得知這些研究結果，繼而開展臨床隊列的研究。直到2017年11月，《Science》刊發(fā)了Zitvogel教授、Gajewski教授和Wargo教授的研究成果，并且研究也都從動物層面跨入到了腫瘤患者的階段。Wargo教授的研究分析了112例接受抗PD-1治療的轉移性黑色素瘤患者的口腔和腸道菌群，在治療有響應和無響應2組患者中并未發(fā)現口腔菌群多樣性有差異，但是在腸道菌群中發(fā)現，梭菌目/瘤胃菌科/糞桿菌屬富集在治療有響應組，擬桿菌目則富集在無響應組，單變量的COX比例風險分析顯示α多樣性、糞桿菌屬和擬桿菌目的豐度可以預測免疫治療的效果。將對免疫治療不同響應患者的腸道微生物植入到無菌小鼠中，觀察到小鼠對抗PD-L1治療與患者的響應一致，推測與CD8+T細胞激活有關［20］。

Gajewski團隊收集了42例轉移性黑色素瘤患者進行抗PD-1治療前的糞便，療效評價顯示26例患者經治療無響應，16例患者治療有響應［21］。采用16S rRNA測序和宏基因組測序分析2組患者的基礎腸道菌群的差異，顯示長雙歧桿菌、產氣柯林斯菌和屎腸球菌在治療響應患者中豐度更高。給無菌荷瘤小鼠植入不同療效患者的腸道菌群，響應患者的腸道菌群可以顯著增強小鼠的T細胞應答以及對抗PD-1治療的響應［21］。

Zitvoge團隊對249例患有非小細胞肺癌、腎癌和膀胱癌的患者進行了分析，其中69例使用了抗生素的患者接受免疫治療的療效變得很差（中位OS，11.5個月vs 20.6個月），宏基因組分析顯示患者糞便阿克曼菌的豐度與治療響應相關。同樣將患者的糞菌移植給無菌荷瘤小鼠，結果和其他團隊的結果一致，令人驚奇的是無響應的動物口服給予阿克曼菌可以重塑免疫治療的療效［22］。

免疫系統(tǒng)是機體執(zhí)行免疫應答及免疫功能，防御病原體入侵機體最有效的系統(tǒng)。腸道微生物可以對免疫系統(tǒng)，包括全身性的固有免疫、特異性免疫產生影響。隨著腫瘤免疫治療的發(fā)展，科學家也開始著眼于被認為可以調節(jié)宿主免疫功能的腸道菌群，期待可以通過操縱宿主的腸道菌群來增加抗腫瘤治療的療效。目前的研究也取得了可喜的結果。然而需要注意的是，這些研究還停留在動物水平和觀察性隊列研究，證據級別較低，距離轉化應用仍有距離?！禨cience》雜志所發(fā)表的一系列文章中，即使是使用相同的藥物，針對相同類型的腫瘤，不同研究中使患者獲益的微生物種類也各不相同?；颊叩娘嬍?、樣本收集以及數據分析方法都可能會影響到研究結果。目前對于是否一種或一類腸道微生物可以提高腫瘤治療的效果，以及腸道微生物是如何調控免疫細胞和免疫治療的具體機制尚不清楚。目前科學家正在研究是否能夠將這些研究結果進行臨床轉化，糞便移植，微生物藥品等領域都進入到了臨床開發(fā)階段［23］。

4 結 語

傳統(tǒng)的藥物治療往往只關注人體和藥物兩者之間的關系，但是越來越多的研究顯示腸道菌群在其中起到了重要的作用，讓我們在傳統(tǒng)思維中不得不慎重的對待腸道微生物的地位。微生物組研究有望成為精準治療關注點之一，也有望帶來對于藥物療效和安全性差異機制的全新認知，腸道菌群的深入研究和轉化是實現精準藥物治療不可或缺的元素。