石然,何敬東

(南京醫(yī)科大學附屬淮安第一醫(yī)院腫瘤內(nèi)科，江蘇 淮安 223300)

肺癌是最常見的癌癥類型和癌癥死亡的主要原因，同時也是最重要的可避免的死亡原因之一[1]。非小細胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)是肺癌的一種最常見類型，發(fā)病隱匿，大多患者確診時即為晚期，失去了手術治療的機會，如何有效治療NSCLC一直是研究的熱點和難點。遺傳和環(huán)境因素在癌癥發(fā)展中發(fā)揮重要作用，微生物群落的參與也逐漸被認可[2]。自人體微生物組學計劃提出以來，腸道微生物群在疾病與健康中的作用逐漸受到重視，成為熱點話題。腸道微生物群的“系統(tǒng)性”影響更大，與免疫系統(tǒng)的聯(lián)系超越了局部效應[3]。研究數(shù)據(jù)顯示，腸道菌群可通過腸-腦軸、腸-肺軸、腸-肝軸、腸-骨軸等參與多種疾病的發(fā)生，對人體代謝、內(nèi)分泌、免疫及周圍和中樞神經(jīng)系統(tǒng)均有很大的影響[4]。腸道和呼吸道雖然在內(nèi)部環(huán)境和生理功能等方面存在差異，但具有相同的胚胎起源，在肺癌的發(fā)生、發(fā)展中可能存在相互關聯(lián)[5]?，F(xiàn)就腸道微生態(tài)與NSCLC發(fā)生的相關機制以及如何通過干預腸道微生態(tài)解決肺癌治療過程中的一些常見問題予以綜述。

1 腸道微生態(tài)與NSCLC

近年來，越來越多的研究報道腸道微生態(tài)與肺癌密切相關，而飲食因素是導致肺癌發(fā)生的危險因素之一。流行病學研究表明，有些食物(抗氧化劑、植物雌激素等)可以減少肺癌的發(fā)生，這一過程可能由腸道微生物群介導[6-7]。腸道菌群可通過對一些(如木脂素)食物的發(fā)酵作用，產(chǎn)生植物雌激素腸內(nèi)脂，從而起到防治NSCLC的作用[8]。19世紀，有學者觀察到腫瘤中存在白細胞，首次表明炎癥與癌癥之間可能存在聯(lián)系，此后越來越多的研究對其進行了證實[9]。有研究發(fā)現(xiàn)，新生兒腸道中的雙歧桿菌、阿克曼氏菌和糞卡利菌等細菌數(shù)量的減少與呼吸道炎癥的風險增加有關[10]。預防性補充長雙歧桿菌51A可保護小鼠免受卵巢切除引起的變異性氣道炎癥和氣道高反應性加重[11]。Zhuang等[12]通過對30例肺癌患者(試驗組)和30例健康人(對照組)的腸道微生態(tài)進行16S rRNA測序，發(fā)現(xiàn)對照組的放線菌門和雙歧桿菌屬水平較高，而試驗組的腸球菌豐度較高，且肺癌患者腸道微生物群的正常功能降低。老年NSCLC患者的腸道微生態(tài)失調(diào)，腸球菌增多，產(chǎn)丁酸菌減少。研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群不僅在局部黏膜水平，也在全身水平影響炎癥和免疫功能，從而起到抗腫瘤的作用[13]。腸球菌可能是NSCLC發(fā)生及進展的生物標志物，而腸道益生菌可能通過減弱呼吸道炎癥反應預防NSCLC。

2 腸道微生態(tài)失衡導致NSCLC的機制

微生物群可以通過基因、蛋白質(zhì)或代謝物來決定宿主的健康和疾病[14]。正常情況下，腸道微生物群與人體互惠互利，宿主基因、環(huán)境因素、飲食、疾病、醫(yī)療干預(如抗生素)以及其他一些因素影響腸道微生物群的結(jié)構，而腸道微生態(tài)紊亂會導致一系列疾病，包括肥胖、糖尿病、自身免疫性疾病、過敏、炎性腸病和癌癥等[15]。腸道微生態(tài)是人體免疫系統(tǒng)不可缺少的重要環(huán)節(jié)。研究發(fā)現(xiàn)，缺乏腸道菌群的無菌小鼠具有嚴重的免疫缺陷，黏膜免疫層缺損[16]。除了對局部免疫反應的影響，腸道微生物群還有助于誘導機體的先天免疫和適應性免疫[17]。

2.1腸-肺軸的作用 腸道菌群失調(diào)與多種肺部疾病有關。恢復小鼠腸道中的微生物群可降低肺炎的嚴重程度，腸-肺軸在這一過程中發(fā)揮了重要作用[18]?！澳c-肺軸”來源于“內(nèi)臟淋巴”理論，該理論認為大量存在于腸黏膜下層或腸系膜淋巴結(jié)的巨噬細胞、免疫細胞以及易位細菌若未被第一道防線消滅，存活的細菌、細胞壁碎片或死細菌的蛋白質(zhì)部分會隨著腸道中產(chǎn)生的細胞因子和趨化因子逃逸，并隨腸系膜淋巴系統(tǒng)到達乳糜池，進入肺循環(huán)，導致樹突狀細胞和巨噬細胞的局部活化以及T細胞的啟動和分化[2]。腸-肺軸為雙向軸，表現(xiàn)為一個細胞的免疫反應隨另一個細胞的改變而改變。免疫系統(tǒng)的刺激不僅來源于微生物本身，也來自它們的代謝產(chǎn)物。刺激物可以直接或間接地通過免疫細胞影響多個器官，這種相互作用可能導致免疫增強，協(xié)助先天免疫系統(tǒng)的抗腫瘤反應，腸道微生物群的變化也可能會影響肺微生物群，反之亦然[3]。另有研究認為，支氣管黏膜淋巴組織與胃腸道相似，其中的聯(lián)系可能與腸肺的共同黏膜免疫相關，腸道微生態(tài)的變化導致下游免疫反應改變，引起肺炎癥反應，而免疫系統(tǒng)異常也會使腸道菌群失調(diào)，影響遠端黏膜的免疫反應，使肺部免疫失衡[19]。

輔助性T細胞(helper T cell，Th細胞)可能是腸道與肺之間溝通的主要途徑。微生物感染可誘導Th17細胞分化，使白細胞介素(interleukin，IL)-17A和IL-17F產(chǎn)生增加，進而導致肺中性粒細胞浸潤[20]。腸道菌群中的一種分節(jié)絲狀細菌能通過Th17細胞誘導肺自身免疫，由于CC趨化因子配體20在肺中表達旺盛，因此分節(jié)絲狀細菌誘導的腸道Th17細胞優(yōu)先被招募到肺中，引起肺病變[21]。大型病例對照分析表明，使用青霉素、頭孢菌素或大環(huán)內(nèi)酯類等抗生素可能會增加肺癌的發(fā)生風險[22]，原因可能為：抗生素治療消除了有效啟動具有抗腫瘤特性的T淋巴細胞所需的細菌種群，同時為其他機會性病原體在腸道和肺部的定居創(chuàng)造了條件[4]。Toll樣受體(Toll-like receptor，TLR)是一種病原模式識別受體，在特異性免疫和非特異性免疫中具有重要的連接作用。TLR4是TLR亞型之一，在淋巴細胞、單核細胞等免疫細胞中表達，可以導致炎癥反應，與腫瘤的發(fā)生密切相關。Tsay等[23]對C3H/HeN小鼠和C3H/HeJ (TLR4缺陷)小鼠進行了4周的抗生素處理以消耗腸道共菌群，第3周在飲用水中添加TLR4的配體脂多糖，觸發(fā)腸道TLR，第4周將大腸埃希菌注射到氣管中誘導大腸埃希菌肺炎，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，抗生素處理后的小鼠肺泡巨噬細胞的抑菌活性顯著降低，而在抗生素預處理過程中補充脂多糖可逆轉(zhuǎn)這一效應并降低大腸埃希菌肺炎小鼠的病死率?？梢?，腸道菌群可以通過TLR4通路促進中性粒細胞浸潤，誘導小鼠肺部炎癥反應。

目前腸-肺微生物群研究有兩個主要的局限性：在微生物群中觀察到的變化是疾病的原因還是結(jié)果目前尚不清楚；大多數(shù)實驗數(shù)據(jù)均描述腸道微生物群對肺部疾病發(fā)生、發(fā)展的影響，而不是對已確定的肺部疾病的影響。腸-肺軸的研究目前尚處于起步階段，有可能成為肺癌治療的新方向[24]。

2.2短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids，SCFAs)的作用 腸道微生物組成成分的變化與免疫反應的改變及氣道的穩(wěn)態(tài)有關。腸道微生物的組成成分和代謝產(chǎn)物SCFAs有可能成為調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)的關鍵介質(zhì)。SCFAs可能通過直接作用于靶部位或通過腸道/循環(huán)免疫系統(tǒng)刺激間接介導腸道的“遠距離”影響。有研究發(fā)現(xiàn)了SCFAs在影響骨髓造血前體中的作用，而骨髓造血前體是先天和適應性免疫細胞發(fā)育的主要部位[25]。碳水化合物(特別是膳食發(fā)酵纖維)可以通過改變微生物群和增加SCFAs增強肺的免疫功能，SCFAs通過激活其受體(如乙酸鹽和丙酸鹽)或抑制丁酸鹽刺激調(diào)節(jié)性T細胞，從而保護氣道免受炎癥的影響[26]。Trompette等[27]發(fā)現(xiàn)，喂食高纖維食物小鼠的SCFAs循環(huán)水平升高，且對肺部的過敏性炎癥有保護作用；而喂食低纖維食物小鼠的SCFAs水平降低，過敏性氣道疾病增加；進一步進行機制探究發(fā)現(xiàn)，SCFAs可能通過改變骨髓造血功能增加巨噬細胞和樹突狀細胞前體的生成，使具有高吞噬能力的樹突狀細胞播散到肺中，減弱Th2細胞效應功能，從而保護肺免受過敏性氣道炎癥的影響。另外，叉頭框蛋白3(forkhead box protein 3，F(xiàn)oxp3)可與IL-9位點結(jié)合，抑制IL-9的產(chǎn)生，而丁酸鹽可以有效上調(diào)Foxp3的表達，負調(diào)控Th9細胞的分化和功能，在肺炎癥中發(fā)揮保護作用[28]。

SCFAs在抑制肺癌細胞的增殖、遷移和侵襲過程中也起重要作用。Xiao等[29]采用微陣列分析NSCLC細胞系A549的微RNA(microRNA，miRNA)發(fā)現(xiàn)，丁酸鈉處理后的A549細胞miR-3935的表達上調(diào)，而熒光素酶報告基因檢測發(fā)現(xiàn)miR-3935過表達顯著抑制了A549細胞的增殖和遷移。另外，丙酸鈉治療可導致細胞周期阻滯，尤其是G2/M期。Kim等[30]采用逆轉(zhuǎn)錄定量聚合酶鏈反應和蛋白質(zhì)免疫印跡法檢測發(fā)現(xiàn)，丙酸鈉可以通過調(diào)控H1299和H1703肺癌細胞株Survivin和p21的表達水平，抑制肺癌細胞系的細胞增殖。

2.3腸道菌群對肺免疫系統(tǒng)發(fā)育的作用 腸道菌群是影響出生后免疫系統(tǒng)發(fā)育的重要因素。腸道共生菌的定植促進了IL-22產(chǎn)生ILC3s (IL-22+ILC3)優(yōu)先轉(zhuǎn)運到肺的能力，其機制可能是腸道共生菌群誘導了IL-22的產(chǎn)生和肺歸巢信號CC趨化因子受體[chemokine(C-C motif) receptor，CCR]4的表達，增強了新生兒對肺炎IL-22依賴的抵抗力[31]。自然殺傷T細胞(natural killer T cell，NKT細胞)是T細胞的一個表型和功能多樣化的子集，在非典型主要組織相容性復合體Ⅰ類分子CD1d的背景下識別自身和微生物脂質(zhì)，并在抗菌防御、癌癥免疫監(jiān)測和調(diào)節(jié)免疫介導的疾病中發(fā)揮關鍵作用。有證據(jù)顯示，黏膜微生物群與CD1d以及NKT細胞之間存在廣泛的交叉調(diào)控[32-34]。黏膜表面的微生物暴露，特別在出生后早期發(fā)育期間，可以調(diào)節(jié)NKT細胞在腸道和肺部的轉(zhuǎn)運及功能，并決定NKT細胞介導的炎癥性疾病的易感性[34]。這些數(shù)據(jù)表明，在生命早期存在一個關鍵的發(fā)育窗口，在這個窗口中，胃腸道中的微生物多樣性啟動了對哺乳動物健康的系統(tǒng)免疫反應。

3 腸道微生態(tài)與NSCLC的治療

NSCLC的治療主要包括手術治療、化學藥物治療、靶向治療、免疫治療等。由于肺癌發(fā)病的隱匿性，大多數(shù)患者確診時已喪失了手術機會。藥物治療方案經(jīng)過大樣本臨床試驗證實可以延長患者的生存期，并使腫瘤縮小，但在治療過程中仍存在不良反應大、療效不佳等問題，給肺癌的治療帶來了極大的困擾。由于腸道菌群不僅影響局部黏膜水平的炎癥和免疫，還影響全身系統(tǒng)免疫，因此提出了一個假設，即腸道菌群有助于肺癌的治療。

3.1腸道微生態(tài)與NSCLC的靶向治療 靶向治療是目前治療肺癌的重要方法，具有特異性、有效性和低毒性等優(yōu)勢。目前臨床應用較多的表皮生長因子受體-酪氨酸激酶抑制劑包括吉非替尼、?？颂婺帷⒍蚵逄婺岬?，而藥物相關性腹瀉是治療過程中不可忽視的嚴重不良反應。研究表明，厄洛替尼和吉非替尼用藥后腹瀉發(fā)生率為40%～60%[12]。另外，肺癌患者靶向治療期間發(fā)生的院內(nèi)感染可能與腸道菌群失調(diào)相關，患者在接受化療、靶向治療后益生菌和潛在致病菌均減少，益生菌/致病菌值降低；雙歧桿菌、乳酸桿菌等益生菌定植于宿主腸道，不僅具有生物屏障及生物拮抗作用，還具有營養(yǎng)、免疫增強、延緩機體衰老、抑制腫瘤等功能，因而對患者實施抗生素預防可能會進一步加劇腸道菌群失調(diào)[35]。Pal等[36]對20例接受血管內(nèi)皮生長因子-酪氨酸激酶抑制劑治療的轉(zhuǎn)移性腎細胞癌患者的糞便樣本進行分析發(fā)現(xiàn)，樣本中雙歧桿菌含量較低，且發(fā)生腹瀉的患者其腸道菌群中擬桿菌屬含量較高，普雷沃氏菌屬含量較低。在排除其他影響因素的條件下，糾正腸道微生態(tài)失調(diào)可能成為治療靶向藥物導致的藥物相關性腹瀉的重要方向。

3.2腸道微生態(tài)與NSCLC的化學療法 化學療法常用于術后輔助治療或肺癌晚期患者的治療。環(huán)磷酰胺是一種重要的抗癌免疫調(diào)節(jié)劑，可以使小鼠腸道菌群中某些革蘭陰性菌向次級淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，刺激宿主產(chǎn)生一群特殊的Th17細胞和Th1細胞，從而引起抗腫瘤免疫。有研究表明，海拉氏腸球菌和巴氏腸桿菌可以改善環(huán)磷酰胺的功效，腸球菌從小腸轉(zhuǎn)移到繼發(fā)性淋巴器官，增加腫瘤內(nèi)CD8/調(diào)節(jié)性T細胞的比值，巴氏腸桿菌在結(jié)腸內(nèi)逐漸積累，并促進癌變部位γ干擾素(interferon-γ，IFN-γ)誘導的γδT細胞的滲透；海拉氏腸球菌、巴氏腸桿菌細菌特異性記憶Th1細胞延長了接受化學免疫治療的晚期肺癌和卵巢癌患者的無進展生存期[37]。NSCLC的一線化療方案首選兩藥聯(lián)合的含鉑(指順鉑和卡鉑)方案。順鉑與益生菌聯(lián)合有助于提高順鉑的促凋亡和抗增殖作用。Gui等[38]利用Lewis肺癌小鼠模型研究腸道微生物群的抗腫瘤作用，用順鉑聯(lián)合ABX方案(萬古霉素、氨芐西林、新霉素的抗生素混合物)治療破壞宿主共菌群的小鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其腫瘤較單用順鉑治療的小鼠大，且小鼠存活率顯著降低，而用順鉑聯(lián)合乳酸菌治療的小鼠腫瘤小，存活率高；進一步研究表明，ABX通過上調(diào)血管內(nèi)皮生長因子A的表達，下調(diào)BAX和抑癌基因P27的表達，在一定程度上損害順鉑的功能，經(jīng)ABX處理的小鼠CD8+T細胞中IFN-γ、顆粒酶B、穿孔素1的表達均下調(diào)，表明共生菌群具有增強免疫的作用，與乳酸菌聯(lián)合治療小鼠的IFN-γ、顆粒酶B、穿孔素1表達均增強。以上研究均說明，一些特定的腸道菌群具有增強化療藥物抗腫瘤的作用。

肺癌化療患者常伴有嚴重的腸道不良反應，如化療相關腹瀉、便秘、腸道菌群破壞(乳酸菌、雙歧桿菌、擬桿菌數(shù)量減少，不同致病微生物數(shù)量增加)等。研究發(fā)現(xiàn)，在伊立替康聯(lián)合順鉑方案治療的小細胞肺癌患者中，發(fā)生化療相關性腹瀉的患者出現(xiàn)了腸道菌群紊亂，致腸道菌群多樣性降低[39]。Serkova等[40]以枯草芽孢桿菌為基礎，在采用聯(lián)合益生菌復合治療的基礎上，對肺癌化療患者的治療進行改進，該研究納入30例接受化療的肺癌患者，其中試驗組患者(21例)在化療過程中同時接受以枯草桿菌為基礎的益生菌聯(lián)合治療，而對照組患者(9例)僅接受化療制劑，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，試驗組治療后消化不良的癥狀減輕，腸道微生物組成成分改善。因此，在肺癌患者化療中使用益生菌可降低胃腸道疾病的發(fā)生率，防止腸道微生物群的惡化。

3.3腸道微生態(tài)與NSCLC的免疫治療 目前腫瘤治療的重點已從靶向腫瘤細胞轉(zhuǎn)移到免疫系統(tǒng)，免疫治療在肺癌中的作用日益受到重視。免疫檢查點抑制劑(immune checkpoint inhibitors，ICIs)的出現(xiàn)標志著肺癌治療已進入免疫治療時代，腸道菌群多樣性可能會影響免疫治療的效果。Hakozaki等[41]對90例接受nivolumab治療的NSCLC患者的資料進行回顧性分析，發(fā)現(xiàn)nivolumab治療前接受抗生素治療患者的中位無進展生存時間為1.2個月，而未接受抗生素治療患者的中位無進展生存時間為4.4個月。Routy等[42]發(fā)現(xiàn)，抗生素抑制了晚期癌癥患者ICIs的療效，將對ICIs治療有反應患者的糞菌移植(fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT)到無菌或抗生素治療的小鼠體內(nèi)，可以改善程序性細胞死亡受體1(programmed cell death receptor-1，PD-1)阻滯劑的治療效果，而對ICIs治療無反應患者的FMT則無這樣的作用，通過給移植無反應患者FMT的小鼠喂食艾克曼菌，可以改善ICIs的抗腫瘤作用。腸道菌群對ICIs療效增強的作用可能是通過增加CCR9+、CXCR3+、CD4+T淋巴細胞在小鼠腫瘤組織的募集實現(xiàn)。腸道菌群多樣性與抗PD-1免疫治療反應密切相關，良好的腸道微生物群(如高多樣性)患者在周圍表現(xiàn)出增強的記憶T細胞和自然殺傷細胞特征，腸道微生物組的高度多樣性可促進Th1淋巴細胞分化及輔助/細胞毒性T細胞活化，使淋巴細胞PD-1表達上調(diào)，從而增強抗PD-1治療的效果[43]。針對nivolumab治療晚期NSCLC患者糞便樣本的研究發(fā)現(xiàn)，微生物組多樣性高的患者對PD-1治療的應答較好，且無進展生存期顯著延長，在抗PD-1治療后，其周圍獨特的記憶CD8+T細胞和自然殺傷細胞亞群頻率較高[44]。與PD-1治療過程中使用抗生素干擾腸道菌群多樣性的NSCLC患者相比，腸道菌群多樣性較低的患者免疫治療后的無病進展期和總生存期均縮短[45]。這些研究結(jié)果表明，腸道微生物群對抗PD-1免疫治療的預測和評價具有重要意義。

糞便頻率是反映腸道微生物群的一個重要指標，觀察患者大便頻率可能是預測NSCLC ICIs臨床療效的生物標志物以及晚期NSCLC患者的預后因素。Katayama等[46]回顧性研究了40例接受ICIs治療的晚期NSCLC患者，并將便秘或使用瀉藥的患者定義為大便異常，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，20例患者大便異常，另20例患者大便正常，且伴有糞便異常NSCLC患者的疾病控制率低于無糞便異常NSCLC患者；有基礎便秘NSCLC患者經(jīng)ICIs治療后的總生存期顯著短于無便秘NSCLC患者。另有研究發(fā)現(xiàn)，在首次注射抗PD-1抗體前的晚期肺癌患者的糞便樣本中，無腹瀉患者的擬桿菌門細菌數(shù)更高，厚壁菌門、變形菌門菌數(shù)較低[47]。

目前，利用腸道微生態(tài)干預腫瘤治療效果的主要方法是FMT。FMT包括整體菌群移植和選擇性菌群移植。FMT是指常規(guī)使用150 mL 0.9%氯化鈉注射液將30 g供體新鮮糞便懸浮過濾去渣后，通過胃鏡、鼻-空腸管、腸鏡、造瘺口、灌腸等方法導入患者腸道中，以此改善受菌者的腸道菌群。早在我國東晉時期，《肘后備急方》中就有記載用人糞清治療食物中毒、腹瀉以及發(fā)熱等癥狀。Gopalakrishnan等[48]檢測112例接受PD-1免疫治療的惡性黑色素瘤患者口腔和腸道微生物群，發(fā)現(xiàn)反應者和無反應者腸道微生態(tài)的組成存在顯著差異；對患者糞便微生物組樣本分析顯示，對PD-L1治療有反應患者的瘤胃菌科豐度較高，而免疫分析顯示，對PD-1治療有反應患者以及接受FMT無菌小鼠的抗腫瘤免疫均增強。另外，也有研究通過FMT確定了Bifidobacterium longum、Collinsella aerofaciens以及Enterococcus faecium等菌群對抗腫瘤免疫反應效果良好[49]。雖然目前缺乏大規(guī)模的臨床試驗，但通過FMT或口服相關菌群，可能會提高肺癌免疫治療的療效。

4 小 結(jié)

腸道微生態(tài)與NSCLC的發(fā)生、進展密切相關，干預腸道微生態(tài)可能為NSCLC的治療提供新的方向。腸道微生態(tài)失衡會通過腸-肺軸引起肺部炎癥，進而促進細胞異型增生，最終引起細胞癌變。檢測腸道菌群種類及豐度可能有助于NSCLC的早期診斷，而以FMT或口服益生菌的方法可能有助于改善NSCLC的療效。目前影響肺癌的因素眾多，具體如何通過腸道菌群早期發(fā)現(xiàn)肺癌并提高其療效、在肺癌患者治療期間如何規(guī)范性使用益生菌治療藥物相關性胃腸道不良反應以及肺癌患者需要符合哪些條件才能使用FMT方法等目前尚無定論。腸道微生態(tài)療法作為新興的增強肺癌療效的方法，具有廣闊的應用前景，可能為肺癌患者的早期診斷及治療帶來新希望。