張芮　李琴　喬云鋒　韓江龍　王詩(shī)杰　黃柯潔　付振明

【摘要】 人體內(nèi)含有大量的共生菌群，這些共生菌群已被證實(shí)可以影響人體免疫系統(tǒng)。腫瘤的放射治療會(huì)導(dǎo)致腸道菌群紊亂、免疫失調(diào)，引起急慢性炎癥。同時(shí)，腸道菌群的組成成分可能影響放射治療的效果和副反應(yīng)發(fā)生。現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)應(yīng)用益生菌、抗生素、糞便移植等改變宿主腸道菌群的方法具有預(yù)防和治療放射性腸炎、增加放射敏感性及增強(qiáng)放療效果的作用。本文就目前關(guān)于腸道菌群、機(jī)體免疫與腫瘤放射治療間的關(guān)系的研究進(jìn)行綜合性闡述。

【關(guān)鍵詞】 共生菌; 放射治療; 腫瘤; 放射性炎癥

【Abstract】 The human body contains a large number of symbiotic bacteria，which have been proved to affect the human immune system.Radiation therapy for tumors can lead to intestinal flora disorders and immune disorders，causing acute and chronic inflammation.At the same time，the composition of intestinal flora may affect the efficacy of radiotherapy and the incidence of side effects.It has been found that the application of probiotics，antibiotics，fecal transplantation and other methods to change the host intestinal flora has the effect of preventing and treating radiation enteritis，increasing radiosensitivity and enhancing the effect of radiotherapy.This article reviews the recent researches on the relationship between intestinal bacterial flora，immunity and tumor radiation therapy.

【Key words】 Symbiotic bacteria; Radiotherapy; Cancer; Radiation-induced inflammation

First-authors address：Renmin Hospital of Wuhan University，Wuhan 430060，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2019.08.045

隨著宏基因組測(cè)定方法的快速發(fā)展和微生物基因組數(shù)據(jù)庫(kù)的建立與完善，微生物檢測(cè)技術(shù)逐漸成熟，不僅可以檢測(cè)出樣本中微生物的物種豐度，還可以通過(guò)比對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)得到相關(guān)的功能豐度。越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)，腫瘤患者在接受放射治療特別是盆腹腔放射治療后的效果和副反應(yīng)與患者腸道內(nèi)的共生菌群相關(guān)。本文就目前關(guān)于腸道菌群、機(jī)體免疫與腫瘤放射治療間關(guān)系的研究進(jìn)行綜合性闡述。

1 人體共生微生物

棲息在人類(lèi)身體上的菌群包括細(xì)菌和其他微生物如古生菌、真菌、原生動(dòng)物等。它們主要表現(xiàn)為與宿主的共生關(guān)系，而當(dāng)腸道生態(tài)環(huán)境發(fā)生改變時(shí)可能會(huì)引起腸道菌群紊亂，使得這些共生菌成為致病菌[1]。人體內(nèi)的微生物于出生時(shí)開(kāi)始定植在人體上，在嬰幼兒時(shí)期變化較劇烈，在成年人中相對(duì)穩(wěn)定，但仍可受到飲食、生活方式、疾病和治療手段的影響而發(fā)生變化[2]。

2 腫瘤的放射治療對(duì)機(jī)體免疫的影響

隨著社會(huì)的發(fā)展、人們壽命的延長(zhǎng)，腫瘤發(fā)病率持續(xù)上升，其中約70%的患者在治療時(shí)需要放療，而這之中又有75%的患者會(huì)出現(xiàn)不同程度的副作用，影響了治療的效果、完整性和患者的生存[3]。放射治療不僅會(huì)對(duì)腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生直接的DNA損傷，也通過(guò)電離輻射誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)水分子解離產(chǎn)生氧自由基（reactive oxygen species，ROS）來(lái)間接誘導(dǎo)DNA損壞;還會(huì)對(duì)非靶細(xì)胞產(chǎn)生非靶向作用，如引起靶區(qū)旁細(xì)胞的旁觀者效應(yīng)、全身放射反應(yīng)、基因組不穩(wěn)定等，進(jìn)一步造成DNA繼發(fā)損傷[4]。近年來(lái)，隨著免疫治療的發(fā)展，人們逐漸發(fā)現(xiàn)聯(lián)合免疫治療可以促進(jìn)放射治療的遠(yuǎn)隔效應(yīng)（一種免疫反應(yīng)），由此可將放射療法的使用擴(kuò)展到治療轉(zhuǎn)移性疾病當(dāng)中[5]。越來(lái)越多的研究顯示微生物不僅可以在化療和免疫治療等腫瘤治療中起到重要的作用，也與放射治療存在相互作用。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群可影響放射治療的效果和副作用的發(fā)生[6]。此外，菌群是否也能增加放射治療的遠(yuǎn)隔效應(yīng)、是否有可能通過(guò)干預(yù)菌群來(lái)增加放射治療效果及減少放射治療并發(fā)癥成為亟待研究的問(wèn)題。

3 腸道菌群與宿主免疫功能的關(guān)系

近年來(lái)，有關(guān)腸道菌群與宿主免疫功能關(guān)系的研究激增，大量證據(jù)顯示腸道菌群在炎癥和自身免疫疾病中起到重要的作用。腸道相關(guān)淋巴組織參與控制腸道微生物群的獲取、維持和定位，并且參與維持功能性上皮屏障以防止病原體侵入宿主[7]。微生物群對(duì)宿主免疫功能的影響主要通過(guò)釋放中間共同介質(zhì)（例如代謝物）而不是特定微生物和免疫細(xì)胞之間的直接相互作用來(lái)發(fā)揮作用。例如色氨酸代謝物可對(duì)腫瘤壞死因子產(chǎn)生強(qiáng)烈的抑制作用，短鏈脂肪酸可促進(jìn)漿細(xì)胞產(chǎn)生IgA來(lái)增強(qiáng)免疫力，IgA又可影響細(xì)菌毒力[8]。細(xì)菌代謝物或細(xì)菌本身可以激活局部樹(shù)突細(xì)胞，使其遷移到相應(yīng)引流淋巴結(jié)進(jìn)而激活T細(xì)胞，后者可以遷移至腸黏膜或進(jìn)入體循環(huán)引起一系列免疫反應(yīng)[7]。缺乏腸道微生物群的無(wú)菌小鼠具有嚴(yán)重的免疫缺陷：如缺乏黏膜層，免疫球蛋白A（IgA）分泌改變，Peyers斑塊變小、功能減退等[9]。在多發(fā)性硬化和類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型中進(jìn)行的研究表明：無(wú)菌小鼠不會(huì)發(fā)生自身免疫;然而，如果向無(wú)菌小鼠引入特定細(xì)菌，則可以誘導(dǎo)自身免疫疾病發(fā)生;如再給予其與正常小鼠共生的脆弱擬桿菌的細(xì)菌多糖則可以減輕自身免疫癥狀。總體而言，微生物群有助于塑造整個(gè)免疫系統(tǒng)[10]。但是，腸道微生物組如何參與影響宿主免疫仍有待闡明。據(jù)報(bào)道，嬰兒（<2個(gè)月）糞便中測(cè)量的擬桿菌的相對(duì)量與TLR4的mRNA表達(dá)及脂多糖敏感性呈負(fù)相關(guān)。同樣，乳桿菌和雙歧桿菌的低定植與過(guò)敏的發(fā)生率較高有關(guān)[11]。這些結(jié)果顯示了腸道微生物組對(duì)宿主免疫系統(tǒng)的影響，并突出了腸道微生物組驅(qū)動(dòng)疾病易感性的可能性。

4 放射治療與腸道菌群的關(guān)系

4.1 放射治療對(duì)腸道菌群的影響 許多細(xì)菌對(duì)輻射敏感，而在接受放射治療的患者和小鼠的上皮表面微生物群的變化已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)與治療副作用如口腔黏膜炎、腹瀉、腸炎和骨髓衰竭等有關(guān)[12]。放射治療對(duì)腸道的影響的相關(guān)研究主要集中于輻射引起的毒性作用方面，其中關(guān)于輻射引起的腸炎的研究最為多見(jiàn)與透徹。有研究顯示，輻射可以誘導(dǎo)腸隱窩中的細(xì)胞凋亡、破壞腸道屏障、改變微生物結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致腸道炎癥、破壞微生物介導(dǎo)的黏膜穩(wěn)態(tài)、影響先天與后天的免疫系統(tǒng)[13]。研究還發(fā)現(xiàn)，輻射引起的胃腸毒性與炎癥性腸病之間存在相似性，兩者具有相似的發(fā)病機(jī)制，并且多表現(xiàn)為腹瀉、直腸出血和吸收不良等癥狀。臨床研究顯示盆腹腔放射治療后，放射治療引發(fā)放射性腸炎的患者相比較無(wú)放射性腸炎患者具有更高比例的腸道菌群紊亂，主要表現(xiàn)為糞便中桿菌和放線菌水平上升和梭狀芽孢桿菌水平下降;在急性和晚期放射性腸病患者中出現(xiàn)小腸細(xì)菌的過(guò)度生長(zhǎng)。綜合來(lái)看，輻射可能引起腸道菌群紊亂，進(jìn)而促進(jìn)放射性腸炎的發(fā)生。另一方面，相比于其他患者，克羅恩病患者和潰瘍性結(jié)腸炎患者放療后嚴(yán)重的急性或慢性并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)增加29%～46%。這暗示著紊亂的腸道菌群環(huán)境會(huì)增加放射治療后不良反應(yīng)的發(fā)生。因此，放射治療可引起菌群紊亂，而腸道菌群的紊亂又會(huì)增加各種并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)[14]。

4.2 腸道菌群對(duì)放射治療效果的影響 關(guān)于菌群影響放射治療方面的基礎(chǔ)研究開(kāi)始較早。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)主要比較放療后無(wú)菌小鼠和傳統(tǒng)培養(yǎng)小鼠的生存，證明腸道菌群會(huì)影響放射的敏感性。經(jīng)歷全身照射后，無(wú)菌小鼠比傳統(tǒng)培養(yǎng)的小鼠存活時(shí)間更長(zhǎng)，并且需要更高的輻射劑量才能誘導(dǎo)腸病。照射后，無(wú)菌小鼠相比常規(guī)培養(yǎng)小鼠具有更少的內(nèi)皮細(xì)胞凋亡和淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)，表達(dá)更少的腫瘤壞死因子α（TNF-α）、IL-1β和IL-6，并可通過(guò)給予IL-1受體拮抗劑改善放射損傷，只有擬桿菌和大腸桿菌定植的動(dòng)物模型具有與無(wú)菌小鼠相似的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。經(jīng)過(guò)放射的小鼠的微生物組在體內(nèi)和體外都具有致病性[15]。有動(dòng)物研究顯示，對(duì)糞便移植（FMT）治療小鼠進(jìn)行10 d的放射過(guò)程中觀察到與常規(guī)小鼠相比更高的存活率和更弱的毒性反應(yīng)，這表明改變腸道菌群的組成可以改變腸道對(duì)輻射的敏感性[16]。另有研究比較了白天受照射的小鼠和晚上受照射的小鼠對(duì)放療的敏感性，發(fā)現(xiàn)小鼠白天比夜間對(duì)照射毒性更為敏感。研究表明晝夜節(jié)律能影響輻射誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和在腸道、骨髓、外周血p53基因的激活[17]。此外，晝夜節(jié)律與腸道微生物成分的晝夜變化和短鏈脂肪酸的產(chǎn)生相關(guān)，從而能夠假設(shè)小鼠對(duì)放射治療的敏感性的晝夜變化與小鼠體內(nèi)微生物群成分的晝夜變化相關(guān)。

菌群對(duì)放療效果的影響方面的臨床研究較少，大多是針對(duì)放療相關(guān)副反應(yīng)，并且每個(gè)研究病例數(shù)較少，很難做出有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的研究。目前的研究主要認(rèn)為，桿菌和放線菌總量的增加和梭狀芽孢桿菌的減少增加放療后急性腸炎的風(fēng)險(xiǎn)，并且不建議具有炎癥性腸病等的患者接受放療。一項(xiàng)涉及少數(shù)患者的研究使用了16S核糖體RNA進(jìn)行DNA指紋分析和克隆測(cè)序，評(píng)估了放療前、放療期間和放療后的大便情況。有研究顯示，患者初始腸道微生物的組成可能是放射治療后是否會(huì)發(fā)生腹瀉的一個(gè)決定因素[18]。另一項(xiàng)研究顯示，與放療后出現(xiàn)放射性腸炎的患者相比，未出現(xiàn)放射性腸炎患者的腸道菌群多樣性較高，桿菌、小類(lèi)桿菌、韋榮球菌豐度較低，梭菌、顫桿菌克菌、普雷沃菌和一些未分類(lèi)菌群豐度較高，并且具有更低的厚壁菌/擬桿菌比率[12]。菌群對(duì)放射治療效果影響則是亟待研究的問(wèn)題。

5 調(diào)節(jié)菌群可以減少放療相關(guān)黏膜炎癥的發(fā)生

5.1 益生菌、益生元、合益菌粉 益生菌，是指經(jīng)過(guò)適當(dāng)方法使用可以使宿主受益的活的微生物;益生元，就是可以促進(jìn)宿主體內(nèi)有益菌群生長(zhǎng)的非生物類(lèi)食物;合益菌粉即指兩者的混合物。已發(fā)現(xiàn)含有嗜酸乳桿菌、雙歧桿菌、干酪乳桿菌的益生菌制劑可以減少放射引起的嚴(yán)重腸炎的發(fā)生率[19]。同樣的，針對(duì)頭頸部的研究也發(fā)現(xiàn)短乳桿菌的使用減少了頭頸部腫瘤患者放療和化療誘導(dǎo)的黏膜炎的發(fā)生率，并提高了治療的完成率[20]。最近的一篇Meta分析納入了6項(xiàng)研究以評(píng)價(jià)補(bǔ)充益生菌對(duì)放射性腸炎的預(yù)防作用，結(jié)果顯示預(yù)防性使用益生菌相比較安慰劑組腹瀉發(fā)生率明顯降低，但與使用其他抗腹瀉藥物組無(wú)顯著區(qū)別[21]。以上研究顯示，益生菌和相關(guān)制劑可以作為一種針對(duì)放射性腸炎的潛在治療方法，但由于相關(guān)研究較少，無(wú)法確定更好的益生菌和相關(guān)制劑的成分及使用時(shí)機(jī)。使用益生菌增強(qiáng)放射治療效果將也是非常值得今后研究的課題。

5.2 抗生素 很明顯，抗生素的使用會(huì)影響菌群的組成結(jié)構(gòu)。早在幾十年前抗生素就被考慮作為一種治療放射性腸炎的方法，已有動(dòng)物研究顯示不同種類(lèi)的不同抗菌藥物可能對(duì)放射引起的炎癥有治療效果，但哪種藥物具有更好的療效還未被確定。基礎(chǔ)研究認(rèn)為一些共生菌具有在放射狀態(tài)下保護(hù)宿主的作用，因此，理論上，作用于特定類(lèi)型菌群的抗生素可能可以更好地保護(hù)接受放射治療的宿主，從而將抗生素應(yīng)用于輻射損傷的預(yù)防和治療[22]。最近發(fā)表在Science上的一篇文章顯示使用抗生素甲硝噠唑處理含有梭形桿菌的癌組織，降低梭形桿菌負(fù)載，可以抑制癌細(xì)胞增殖和腫瘤生長(zhǎng)，這也顯示出抗生素在腫瘤治療中的潛在作用[23]。

5.3 糞便移植 以胃腸道為例，其上定植有十分密集的微生物菌群，它們通過(guò)十分復(fù)雜的相互作用共同調(diào)節(jié)宿主的免疫和代謝，這些共生菌群中組成結(jié)構(gòu)和功能的變化被認(rèn)為與許多疾病的發(fā)病有關(guān)。因此單獨(dú)對(duì)個(gè)別菌群的研究可能并不能解釋整體菌群對(duì)疾病的預(yù)防和治療效果，了解腸道微生物群如何影響健康、導(dǎo)致疾病需要將范圍從注重個(gè)別病原體轉(zhuǎn)變?yōu)榭紤]整個(gè)微生態(tài)環(huán)境，因此有了糞便移植（FMT）方面的研究。FMT已被證明是可以改善炎癥性腸病、非酒精性脂肪肝、代謝綜合征和神經(jīng)精神障礙患者生活質(zhì)量的最直接和最根本的方式。2013年FMT已被美國(guó)FDA寫(xiě)進(jìn)臨床指南，用于復(fù)發(fā)性難辨梭狀芽孢桿菌感染的治療。但是，迄今為止，F(xiàn)MT是否可以用來(lái)預(yù)防和緩解輻射引起的毒性仍然未知。有動(dòng)物研究顯示，對(duì)FMT治療小鼠進(jìn)行10 d的放射過(guò)程中觀察到與常規(guī)小鼠相比更高的存活率和更弱的毒性反應(yīng)，這表明FMT對(duì)輻射誘導(dǎo)的毒性起到保護(hù)作用[16]。我國(guó)也有類(lèi)似的案例報(bào)道，一例因?qū)m頸癌行放療導(dǎo)致放射性腸炎的患者經(jīng)親屬供體糞菌移植后，癥狀獲得顯著緩解[24]。

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（收稿日期：2018-11-30） （本文編輯：張爽）