朱云揚，肖紅，劉宏毅

膠質(zhì)瘤是中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)最常見的惡性腫瘤。對于高級別膠質(zhì)瘤，主流治療方式包括外科手術(shù)、放療、化療等的效果常常不理想，且預(yù)后差，復(fù)發(fā)率高。影響膠質(zhì)瘤生成、進展、預(yù)后的因素很多，如原癌、抑癌基因的突變及免疫因素、膠質(zhì)瘤微環(huán)境改變等。然而，大多數(shù)研究只專注于CNS內(nèi)部，對顱腦以外的相關(guān)影響因素研究甚少。人體作為一個有機整體，機體各大系統(tǒng)間均緊密相關(guān)。胃腸道作為消化系統(tǒng)的重要部分，其代謝產(chǎn)物、免疫微環(huán)境、炎癥刺激等因素與各大系統(tǒng)的腫瘤如食管癌、血液腫瘤、骨腫瘤、乳腺癌等密切相關(guān)[1-2]。近年來，雖然腸道微環(huán)境與CNS疾病的相關(guān)性研究越來越受重視，但腸道微環(huán)境對膠質(zhì)瘤生長、增殖的影響的研究卻仍相對較少。

人體胃腸道內(nèi)定居著數(shù)萬億的微生物群，其攜帶的基因序列是人類基因組的約150倍。早在兩千多年前，希波克拉底就曾斷言：“所有疾病都來自于胃腸道”。如今，微生物及其代謝產(chǎn)物已被證明在人腦的生長、發(fā)育、免疫調(diào)節(jié)、能量代謝、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等方面具有重要調(diào)節(jié)作用[3]。腸道被視為人體第二個大腦，“腸腦軸”這一概念包含了腸道代謝與人腦神經(jīng)信號的傳遞、免疫誘導(dǎo)、神經(jīng)系統(tǒng)微環(huán)境調(diào)節(jié)等之間的相互作用[4]。大腦與胃腸是雙向緊密聯(lián)系的，緊張、焦慮所產(chǎn)生的神經(jīng)信號，往往引起腸易激綜合征(irritable bowel syndrome，IBS)等疾病。腸道菌群與各種腸道代謝產(chǎn)物，如各種激素、色氨酸、谷氨酸(glutamate，Glu)、五羥色胺(5-HT)、短鏈脂肪酸(short chain fatty acids,SCFAs)等都會影響著人腦的抑郁、焦慮、自閉等精神狀態(tài)。此外，腸腦軸通過神經(jīng)、免疫、內(nèi)分泌等途徑，影響著精神分裂癥、老年癡呆癥、帕金森病等多種神經(jīng)精神疾病的發(fā)生與進展。腸道菌群與腸道內(nèi)環(huán)境的改變，已被證實與膠質(zhì)瘤的增殖相關(guān)；如飲食、腸道菌群等產(chǎn)生的腸道代謝產(chǎn)物，可以激活膠質(zhì)瘤中的芳基烴受體(aryl hydrocarbon receptor，AHR)，并通過抑制細胞免疫等機制促進膠質(zhì)瘤的惡性進展。

以往，腸道微環(huán)境影響CNS腫瘤的研究報道較少，只在近期才逐漸受到業(yè)界的重視?，F(xiàn)對腸道菌群與各類腸道代謝產(chǎn)物通過神經(jīng)信號傳導(dǎo)、小膠質(zhì)細胞調(diào)節(jié)、能量代謝等方式，對腦膠質(zhì)瘤發(fā)生、發(fā)展的影響進行綜述，希望能為膠質(zhì)瘤的研究提供新的思路。

1 腸腦相關(guān)神經(jīng)因子與信號

胎兒的腸道在出生前呈無菌狀態(tài)，在出生后，隨著雙歧桿菌、乳酸桿菌、大腸桿菌、各類球菌、細菌以及其他微生物的定植，神經(jīng)肽Y(NpY)、多巴胺(dopamine，DA)、5-HT、γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)、乙酰膽堿(acetylcholine，Ach)和Glu等神經(jīng)遞質(zhì)、神經(jīng)肽被合成與傳遞。這些神經(jīng)信號因子可通過下丘腦-垂體-腎上腺(HPA)軸、迷走神經(jīng)通路、腸腦谷胱甘肽通路等影響壓力、焦慮、抑郁等心境變化，影響神經(jīng)退行性疾病和腦膠質(zhì)瘤的進展。下面，著重介紹幾種與膠質(zhì)瘤密切相關(guān)的腸腦神經(jīng)信號。

1.1 AHR AHR在膠質(zhì)瘤，特別是膠質(zhì)母細胞瘤中廣泛高表達。AHR除了被膠質(zhì)瘤自身的犬尿氨酸激活外，還能被環(huán)境、飲食、腸道菌群產(chǎn)生的AHR配體所激活，且AHR的高表達常常與膠質(zhì)瘤患者的預(yù)后不良相關(guān)。

腸道微生物群將膳食中的色氨酸催化成AHR激動劑，與星形膠質(zhì)細胞及膠質(zhì)瘤的AHR結(jié)合并誘導(dǎo)其相關(guān)作用，如誘導(dǎo)T細胞的激活[5]，調(diào)節(jié)樹突狀細胞(dendritic cell，DC)，通過缺氧因子1(hypoxia factor，HIF1)來招募腫瘤相關(guān)巨噬細胞(tumor associated macrophages，TAM)；DC與TAM中的AHR還能作用于CD8+T細胞來調(diào)控膠質(zhì)瘤的生長[6]。此外，膠質(zhì)瘤通過消耗內(nèi)源性色氨酸，生成免疫調(diào)節(jié)色氨酸，從而激活A(yù)HR并抑制T細胞功能，誘導(dǎo)T細胞凋亡，促進CD39表達，誘導(dǎo)白介素10(interleukin-10，IL-10)產(chǎn)生Tr1細胞的分化等作用[7]。

AHR相關(guān)信號通路會改變氨基酸代謝途徑，抑制膠質(zhì)瘤相關(guān)巨噬細胞、T細胞、抗原呈遞細胞、星形膠質(zhì)細胞和小膠質(zhì)細胞等免疫細胞的功能，造成膠質(zhì)瘤發(fā)生、發(fā)展過程中免疫微環(huán)境的抑制性改變，并促進膠質(zhì)瘤侵襲、遷移、克隆形成等功能[6,8]。AHR通路激活的關(guān)鍵因子有IL4誘導(dǎo)因子1(IL4I1)、吲哚胺-2,3-雙加氧酶1/2(indoleamine dioxygenase，IDO1/2)和色氨酸-2,3-雙加氧酶(tryptophan dioxygenase,TDO)。無論在高級別膠質(zhì)瘤還是低級別膠質(zhì)瘤中，IL4I1與AHR活性正相關(guān)，與患者生存期負相關(guān)[9]。IDO1/TDO激活犬尿氨酸-AHR信號通路，與膠質(zhì)瘤的病理分級、Ki67指數(shù)正相關(guān)，與總生存期負相關(guān)[10]?？傊?，AHR是飲食與腸道菌群影響膠質(zhì)瘤進展的重要因素，且與膠質(zhì)瘤的級別相關(guān)。

1.2 迷走神經(jīng) 迷走神經(jīng)是副交感神經(jīng)系統(tǒng)的重要組成部分。迷走神經(jīng)的內(nèi)臟感知功能，能將腸道代謝的信息傳遞給CNS，構(gòu)成微生物-腸-腦軸信號傳遞網(wǎng)絡(luò)。腸道菌群的各種代謝產(chǎn)物，通過toll樣受體刺激腸道內(nèi)分泌細胞，產(chǎn)生的5-HT、縮膽囊素(cholecystokinin，CCK)、胰高血糖素肽等激素，向迷走神經(jīng)的傳入纖維傳遞信息至CNS。除了通過迷走神經(jīng)化學(xué)感受器來間接傳遞信號之外，Glu、短鏈脂肪酸(short chain fatty acids，SCFA)等神經(jīng)遞質(zhì)還能直接向迷走神經(jīng)傳遞腸道-神經(jīng)信號[11]。α-突觸核蛋白通過腸道信號刺激迷走神經(jīng)而在CNS中產(chǎn)生并積聚，可造成帕金森病等疾病。近期研究發(fā)現(xiàn)，α-突觸核蛋白也在膠質(zhì)母細胞瘤中高表達[12]。迷走神經(jīng)及其膽堿受體信號能調(diào)節(jié)腫瘤相關(guān)微環(huán)境以及腫瘤免疫環(huán)境，甚至向大腦提前作出腫瘤預(yù)警，通過抑制腫瘤因子來減緩各種腫瘤的進展[13]。雖然許多研究揭示了迷走神經(jīng)與腫瘤的微環(huán)境間的關(guān)聯(lián)，但迷走神經(jīng)刺激能否確切而有效地影響膠質(zhì)瘤的增殖，仍有待進一步研究。

1.3 腸道炎癥相關(guān)因子對膠質(zhì)瘤的影響 在腸道炎癥患者中，許多與膠質(zhì)瘤增殖相關(guān)的蛋白、因子被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)。如膠原蛋白十六、血管活性腸肽(vasoactive intestinal peptide，VIP)等均在腸道炎性疾病中大量存在。膠原蛋白十六可充當(dāng)一種適配器蛋白，連接、構(gòu)成大型纖維網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)細胞外基質(zhì)的完整性和穩(wěn)定性。膠原蛋白十六在膠質(zhì)母細胞瘤中，可作為粘附和侵襲的細胞基質(zhì)，誘導(dǎo)膠質(zhì)瘤的侵襲性[14]。血管活性腸肽具有抗膠質(zhì)瘤細胞增殖的特性[15]。在過半膠質(zhì)母細胞瘤(glioblastoma,GBM)樣本中發(fā)現(xiàn)的血管活性腸肽受體(vasoactive intestinal polypeptide receptor，VPAC)特別是VPAC1的增強核定位作用，促進了膠質(zhì)瘤的增殖與遷移[16]。

富亮氨酸重復(fù)序列的G蛋白偶聯(lián)受體4(Lgr4)涉及腸道、胃和表皮細胞功能，LGR5是腸道粘膜和皮膚毛囊中的干細胞標(biāo)記，其均被證實與惡性膠質(zhì)瘤的進展及不良預(yù)后相關(guān)[17-18]。Anoctamin-1(ANO1)在胃腸道中介導(dǎo)上皮細胞的液體分泌功能和平滑肌細胞的蠕動功能，對胃腸道內(nèi)環(huán)境具有重要調(diào)節(jié)作用。ANO1的異常表達與IBS、病理性腹瀉等胃腸道內(nèi)環(huán)境紊亂性疾病密切相關(guān)[19]。除調(diào)節(jié)胃腸道內(nèi)環(huán)境外，ANO1被發(fā)現(xiàn)在GBM中過表達，ANO1的高表達通過激活MAPK、PKB、NF-κB等信號通路促進膠質(zhì)母細胞瘤的增殖、遷移、侵襲和血管生成等惡性進程[20-21]。ANO1可能是連結(jié)腸道內(nèi)環(huán)境與腦膠質(zhì)瘤間潛在的橋梁。

2 小膠質(zhì)細胞成熟與活化

2.1 小膠質(zhì)細胞與膠質(zhì)瘤 膠質(zhì)瘤組織不僅僅由腫瘤細胞單獨組成，還有許多非腫瘤細胞共同構(gòu)成的。其中，以小膠質(zhì)細胞為主的TAM占比多達30%～50%。如此高比例的小膠質(zhì)細胞，為膠質(zhì)瘤的治療提供了可能性。針對小膠質(zhì)和巨噬細胞的免疫治療，可能會成為膠質(zhì)瘤新的輔助療法。

雖然小膠質(zhì)細胞是CNS中有免疫與吞噬功能的細胞，但在膠質(zhì)瘤中，其卻不攻擊或很少吞噬膠質(zhì)瘤細胞。研究發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)瘤表面蛋白CD47高表達，該蛋白與吞噬細胞上的同源受體STRP+結(jié)合，以抑制其吞噬活性。另外，小膠質(zhì)細胞在膠質(zhì)瘤中通過TLR2、TLR4等toll樣受體、T淋巴細胞等獲得重新編碼[22]；這可能與膠質(zhì)瘤的免疫逃逸有關(guān)。膠質(zhì)瘤組織中，小膠質(zhì)細胞等TAMs，不僅難以吞噬膠質(zhì)瘤細胞，反而為膠質(zhì)瘤細胞的遷移和侵襲創(chuàng)造支持性基質(zhì)[23]。故而雖然小膠質(zhì)細胞是惡性膠質(zhì)瘤中比例最高的免疫細胞，其卻與患者的存活率成反比[24]。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，在膠質(zhì)瘤復(fù)發(fā)時，外周來源的單核細胞減少，中樞性的巨噬細胞/小膠質(zhì)細胞的亞型依賴性增加[25]。膠質(zhì)瘤微環(huán)境很大一部分由以小膠質(zhì)和巨噬細胞為首的炎癥滲透物組成，能促進腫瘤生長、耐藥、復(fù)發(fā)[26]。因此，將小膠質(zhì)細胞作為治療靶標(biāo)，具有較高的可行性。

2.2 腸道代謝產(chǎn)物、微生物對小膠質(zhì)細胞成熟、活化的影響 腸道微生物群是小膠質(zhì)細胞活化所必須的[27]。在沒有或缺乏腸道微生物群的情況下，雖然CNS中小膠質(zhì)細胞的總數(shù)保持不變，但成熟小膠質(zhì)細胞的數(shù)量卻大幅減少[28]。研究表明，進入循環(huán)的腸道微生物群及其代謝產(chǎn)物的含量也會影響CNS小膠質(zhì)細胞的功能[29]。如由膳食碳水化合物和纖維的細菌發(fā)酵而成的SCFA，能管控小膠質(zhì)細胞成熟的過程，缺乏SCFA將導(dǎo)致CNS小膠質(zhì)細胞結(jié)構(gòu)和免疫功能受損[30-31]。一項將老年小鼠的糞便微生物群移植(fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT)到年輕小鼠的實驗顯示，在FMT移植后，小膠質(zhì)細胞與其他CNS免疫細胞的表型發(fā)生了變化[32]。腸道炎癥小鼠模型實驗發(fā)現(xiàn)，小鼠CNS中出現(xiàn)了明顯的可逆性炎癥反應(yīng)，其特征是小膠質(zhì)細胞活化和腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factorα,TNF-α)表達水平增高[33]。另一項急慢性結(jié)腸炎模型的實驗發(fā)現(xiàn)[34]，急性結(jié)腸炎模型小鼠的海馬體中，來自外圍的巨噬細胞和炎癥性骨髓細胞的滲透增強，以及炎癥M1樣小膠質(zhì)細胞增多。在慢性結(jié)腸炎模型實驗研究中發(fā)現(xiàn)，組織修復(fù)M2樣小膠質(zhì)細胞的百分比增加，同時抗炎細胞因子水平升高。除了腸道菌群外，腸道TLR4信號的激活導(dǎo)致腸道中高流動性組框1的釋放，能夠促進大腦的小膠質(zhì)細胞活化與神經(jīng)功能障礙[35]。

雖然腸道微生物影響人腦小膠質(zhì)細胞的確切機制仍不明晰，但小膠質(zhì)細胞與腸道菌群的多樣性、特異性密切相關(guān)。3種細菌的最小菌落(類桿菌、唾液乳桿菌、ASF356)即可維持小膠質(zhì)細胞的異?；罨c生長[31]。近期，一項研究首次發(fā)現(xiàn)[36]，通過兩種抗生素來改變腸道菌群的家族性分布，便可通過產(chǎn)生NK細胞的早期損傷，誘導(dǎo)小膠質(zhì)細胞表型改變，來促進膠質(zhì)瘤的生長?？傊ㄟ^調(diào)節(jié)腸道菌群，誘導(dǎo)小膠質(zhì)細胞活性與表型的改變，從而改變腦膠質(zhì)瘤的免疫微環(huán)境。

3 能量代謝

飲食來源、腸道代謝、合成的蛋白與氨基酸不僅可以作為信號因子向膠質(zhì)瘤傳遞神經(jīng)信號，還能調(diào)節(jié)膠質(zhì)瘤的代謝，從而促進或抑制腫瘤的增殖。大量研究表明，飲食和代謝療法對膠質(zhì)瘤的治療具有積極作用。如在一項實驗中，給膠質(zhì)瘤荷瘤小鼠喂食去除甲硫氨酸(methionine,Met)、半胱氨酸(cysteine,Cys)的飲食后，能顯著抑制膠質(zhì)瘤的增殖；其機制與Met、Cys缺乏后，增多的活性氧(reactive oxygen,ROS)通過誘導(dǎo)腫瘤自噬效應(yīng)以滿足自生能量及代謝需求有關(guān)[37-38]。除了直接改變飲食成分外，腸道各菌群的變化也會造成Met、Cys等氨基酸水平的顯著改變[39]。調(diào)節(jié)飲食或腸道菌群，通過營養(yǎng)代謝途徑來抑制膠質(zhì)瘤的增殖是一個值得研究的新方向。

谷氨酰胺(glutamine,Gln)在膠質(zhì)瘤能量代謝中起著重要作用，Glu與Gln在CNS中有參與能量代謝與神經(jīng)信號傳遞的功能。雖然膠質(zhì)瘤生長、代謝極度依賴Gln，Gln饑餓療法也被證明可減少膠質(zhì)母細胞瘤細胞的增殖活力[40]。但膠質(zhì)瘤代謝所需要的Gln過半是在CNS中原位合成；故外周血循環(huán)的Gln對膠質(zhì)瘤能量代謝的影響有限。目前大多數(shù)Gln與膠質(zhì)瘤能量代謝的研究均局限于CNS內(nèi)。研究表明，膠質(zhì)瘤患者外周血液循環(huán)中的Gln含量低于正常人[41]。這可能是因為其被用來補償膠質(zhì)瘤細胞過度的能量消耗所致。腸道的Gln大部分來自于飲食，還有一部分由腸道各類細菌合成。在腸道環(huán)境病變時，如炎癥性腸病或IBS時，腸道屏障、血-腦屏障對Gln的滲透性增加，通過微生物群-腸-腦軸影響CNS中Glu能受體，導(dǎo)致CNS能量代謝的改變。此外，腸道腐生微生物群落的變化也通過多種途徑直接或間接地改變腦中Glu含量[42]，進而影響膠質(zhì)瘤的能量供應(yīng)。限制熱量和限制生酮的飲食是新的膠質(zhì)瘤代謝療法，通過減少血循環(huán)中葡萄糖和Gln，可以限制膠質(zhì)瘤能量代謝，誘導(dǎo)代謝性氧化應(yīng)激與凋亡反應(yīng)，改善膠質(zhì)母細胞瘤的預(yù)后[43]。

4 結(jié) 論

腸道菌群、腸道代謝產(chǎn)物、炎癥等腸道微環(huán)境的改變，能通過神經(jīng)、免疫、內(nèi)分泌等多種途徑影響著膠質(zhì)瘤的發(fā)生與發(fā)展。神經(jīng)因子、神經(jīng)信號通過腸腦軸的傳遞，小膠質(zhì)細胞的活化，以及能量代謝是其中三種重要的機制。過去的研究多關(guān)注膠質(zhì)瘤本身或瘤周微環(huán)境，而忽視了人體作為一個整體，腦與其他各大系統(tǒng)的緊密聯(lián)系。如果將膠質(zhì)瘤的研究視角投向CNS以外，如腸道微環(huán)境為代表的消化系統(tǒng)中，相信能取得更多的研究成果。