陳倩倩 張景熙 白沖

上海市第二軍醫(yī)大學(xué)附屬長(zhǎng)海醫(yī)院呼吸科200433

人類(lèi)微生物組計(jì)劃發(fā)現(xiàn)人體內(nèi)微生物與約20%的惡性腫瘤有關(guān)[1],其中最具特征性的微生物-癌癥關(guān)系是腸道微生物與消化系統(tǒng)腫瘤之間的關(guān)系,如胃癌[2]、結(jié)腸癌[3]。近年來(lái),隨著支氣管鏡技術(shù)應(yīng)用于下呼吸道樣本采集以及高通量測(cè)序基因組學(xué)技術(shù)應(yīng)用于下呼吸道菌群分析,下呼吸道菌群與呼吸系統(tǒng)疾病的關(guān)系已成為目前的研究熱點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn),COPD、肺纖維化及哮喘患者下呼吸道中存在菌群定植,且其下呼吸道菌群的多樣性、相對(duì)豐度或菌群功能與健康人群間存在差異[4]。肺癌是目前全世界男性和女性癌癥死亡的最常見(jiàn)原因之一。肺癌患者的5年生存率為20%[5]。下呼吸道菌群與肺癌風(fēng)險(xiǎn)之間的關(guān)系已有報(bào)道。因此,了解下呼吸道菌群如何影響肺癌的發(fā)展和治療效果可能是預(yù)測(cè)癌癥發(fā)展風(fēng)險(xiǎn)、提高治療效果和安全性的關(guān)鍵。本綜述就近來(lái)有關(guān)下呼吸道菌群與肺癌關(guān)系的研究結(jié)果、下呼吸道菌群在肺癌發(fā)生發(fā)展中可能發(fā)揮作用的潛在機(jī)制及在肺癌診治中的應(yīng)用進(jìn)行回顧分析。

1 下呼吸道菌群概述

人體呼吸道分為上、下呼吸道。上呼吸道包括前鼻孔、鼻道、副鼻竇、鼻咽和口咽,以及聲帶以上的喉部,下呼吸道包括聲帶以下的喉部、氣管、較小的氣道 (即支氣管和細(xì)支氣管)和肺泡。由于特殊的解剖位置和傳統(tǒng)培養(yǎng)基的局限性,健康人下呼吸道長(zhǎng)久以來(lái)被認(rèn)為是無(wú)菌的[6]。直到2010年Hilty等[7]利用16S r RNA 測(cè)序發(fā)現(xiàn)了下呼吸道菌群,隨后下呼吸道菌群與呼吸系統(tǒng)疾病的關(guān)系日益受到重視。下呼吸道采集的標(biāo)本主要有痰、支氣管肺泡灌洗液 (bronchoalveolar lavage fluid,BALF)、保護(hù)性毛刷刷檢物和侵入性操作的支氣管鏡活檢標(biāo)本[8]。有研究者收集了6名健康成年人的BALF、保護(hù)性毛刷刷洗液,發(fā)現(xiàn)從上、下呼吸道的菌群組成幾乎無(wú)差別,僅生物量逐漸下降。健康人呼吸道內(nèi)主要定植著五大菌門(mén):厚壁菌門(mén)、擬桿菌門(mén)、變形菌門(mén)、放線菌門(mén)、梭桿菌門(mén),其中厚壁菌門(mén)、擬桿菌門(mén)在下呼吸道數(shù)量比上呼吸道多,下呼吸道菌群構(gòu)成與健康和疾病關(guān)系密切[9]。另一研究收集了8例成年無(wú)肺部疾病志愿者的支氣管鏡檢標(biāo)本,發(fā)現(xiàn)下呼吸道和口咽部菌群均以普雷沃菌屬和韋榮球菌屬占優(yōu)勢(shì),同時(shí)證實(shí)了支氣管鏡檢雖然經(jīng)過(guò)上呼吸道,但對(duì)下呼吸道菌群影響甚微[10]。

2 下呼吸道菌群與肺癌

目前,已有研究發(fā)現(xiàn)肺癌患者痰液或BALF 標(biāo)本中普雷沃菌屬、鏈球菌屬、韋榮球菌屬豐度表達(dá)增高[11]。Huang等[12]發(fā)現(xiàn)普雷沃菌屬在肺癌患者BALF中占主要成分,其后依次為鏈球菌屬、韋榮球菌屬及奈瑟菌屬,存在遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移腺癌患者BALF 中鏈球菌屬豐度低于無(wú)遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移患者,有遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的鱗癌患者中韋榮球菌屬顯著高于未轉(zhuǎn)移者。同樣,Lee等[13]發(fā)現(xiàn)韋榮球菌屬在肺癌患者下呼吸道含量明顯增高。Laroumagne等[14]發(fā)現(xiàn)革蘭陰性菌如流感嗜血桿菌、腸桿菌屬和大腸桿菌在肺癌中更常見(jiàn)。另有研究表明,在晚期癌癥患者的組織中,溫?zé)釛U菌更為豐富,而在發(fā)生轉(zhuǎn)移的患者中,軍團(tuán)菌則更為豐富[15]。此外,Patnaik等[16]還發(fā)現(xiàn)下呼吸道細(xì)菌菌群與早期非小細(xì)胞肺癌術(shù)后復(fù)發(fā)相關(guān)。上述結(jié)果的不一致提示下呼吸道菌群主要以口腔厭氧菌屬及革蘭陰性菌為主,但存在多樣性及異質(zhì)性,可能與人種、疾病的不同分期等存在一定關(guān)系,仍需進(jìn)一步研究。

3 下呼吸道菌群失調(diào)引起肺癌發(fā)生發(fā)展的機(jī)制

雖然除了一些細(xì)菌、病毒外,幾乎沒(méi)有微生物本身是致癌的,但最近有研究表明肺組織微環(huán)境的變化與微生物定植有關(guān)[17],可能下呼吸道菌群通過(guò)改變肺組織環(huán)境參與了肺癌的發(fā)生發(fā)展,主要機(jī)制歸納如下。

3.1 炎性微環(huán)境介導(dǎo)的炎性通路的活化促進(jìn)肺癌的發(fā)生發(fā)展 肺癌患者在疾病過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)下呼吸道感染[18],而下呼吸道感染也會(huì)影響肺癌治療的療效和患者的總體生存率[19]。近來(lái)已有研究發(fā)現(xiàn)下呼吸道菌群失調(diào)與腫瘤的炎性微環(huán)境相關(guān)。眾所周知,慢性炎癥是肺癌的危險(xiǎn)因素,如COPD[20]。有研究發(fā)現(xiàn),在COPD 患者中,不可分型流感嗜血桿菌 (NTHi)等變異細(xì)菌可誘導(dǎo)上皮細(xì)胞因子IL-17C的產(chǎn)生,而IL-17C是參與慢性炎癥和炎癥相關(guān)腫瘤發(fā)生和發(fā)展的重要炎癥因子[21]。此外,研究表明,鏈球菌屬通過(guò)TLR2受體上調(diào)IL-6表達(dá),增加肺腺癌細(xì)胞黏附活性促進(jìn)肝轉(zhuǎn)移發(fā)生[22]。Tsay等[23]發(fā)現(xiàn)普雷沃菌、鏈球菌及韋榮球菌可通過(guò)激活肺癌細(xì)胞PI3K、ERK1/2和VEGF信號(hào)通路,誘導(dǎo)IL-1β、IL-18、IL-6 等炎性介質(zhì)表達(dá),并招募炎性細(xì)胞形成局部慢性炎癥,促進(jìn)腫瘤進(jìn)展。細(xì)菌除了產(chǎn)生促炎因子,導(dǎo)致氣道上皮細(xì)胞慢性炎癥和增殖信號(hào)通路上調(diào),誘導(dǎo)上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化和腫瘤發(fā)生外,還可以直接影響上皮細(xì)胞的致癌途徑 (癌基因)。研究發(fā)現(xiàn)煙草煙霧導(dǎo)致肺上皮細(xì)胞的TP53基因突變,從而受到細(xì)菌的入侵,促進(jìn)肺部腫瘤的發(fā)生[24]。

3.2 免疫微環(huán)境介導(dǎo)的免疫激活促進(jìn)肺癌的發(fā)生發(fā)展 在宿主免疫-微生物的關(guān)系中,肺部免疫耐受和激活之間的微妙平衡可能會(huì)因過(guò)度使用抗生素、改變飲食或慢性感染而發(fā)生改變,這可能會(huì)增加肺癌的風(fēng)險(xiǎn)[25]。肺部微生物群通過(guò)募集樹(shù)突狀細(xì)胞、γδT 和T 調(diào)節(jié)細(xì)胞誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生免疫耐受。研究發(fā)現(xiàn)抗生素治療的小鼠 (Abt)對(duì)Lewis肺癌細(xì)胞更敏感,并在Abt小鼠肺中發(fā)現(xiàn)γδT17 細(xì)胞反應(yīng)缺陷,添加正常的γδT 細(xì)胞或補(bǔ)充IL-17可恢復(fù)Abt小鼠受損的免疫監(jiān)視表型,從而證明了細(xì)菌在宿主抗腫瘤免疫中的重要作用[26]。值得注意的是,正常菌群可以促進(jìn)正常免疫耐受的維持,同樣,在某些情況下,它們也可能為癌癥創(chuàng)造一個(gè)允許的環(huán)境。例如,一些細(xì)菌可能幫助癌細(xì)胞定植于肺組織并建立肺轉(zhuǎn)移。Le Noci等[27]研究發(fā)現(xiàn),局部抗生素治療減少了肺轉(zhuǎn)移瘤的種植,這一效果與免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)有關(guān)。因此,微生物誘導(dǎo)的免疫反應(yīng)對(duì)癌癥患者是有利的還是有害的,可能取決于其所涉及的特定類(lèi)型的細(xì)菌。例如,肺部菌群介導(dǎo)輔助性T細(xì)胞1型(T helper 1,Th1)細(xì)胞、Th17細(xì)胞、γδT 細(xì)胞激活免疫反應(yīng),從而促進(jìn)肺癌的發(fā)生[28-29]。與致癌性免疫相反,針對(duì)某些細(xì)菌菌株的特異性CD8+T 細(xì)胞通過(guò)增強(qiáng)免疫反應(yīng)來(lái)輔助傳統(tǒng)化療[30]。此外,這一發(fā)現(xiàn)還在小鼠實(shí)驗(yàn)中得到了證實(shí):通過(guò)霧化吸入抗生素 (萬(wàn)古霉素/新霉素)或益生菌 (鼠李糖乳桿菌)改變肺部菌群的組成,激活強(qiáng)免疫反應(yīng),從而抑制腫瘤的肺轉(zhuǎn)移[26]。這些結(jié)果證實(shí)了肺部細(xì)菌在抗腫瘤免疫反應(yīng)中的關(guān)鍵作用,并主張不同細(xì)菌種類(lèi)之間的平衡對(duì)抗腫瘤免疫反應(yīng)至關(guān)重要。

3.3 代謝微環(huán)境介導(dǎo)的代謝調(diào)控促進(jìn)肺癌的發(fā)生發(fā)展 近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn),細(xì)菌參與調(diào)節(jié)宿主代謝,細(xì)菌利用宿主細(xì)胞的代謝物如氨基酸、核苷酸、多糖、脂類(lèi)、維生素等,同時(shí),其產(chǎn)生的代謝物也會(huì)影響腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn),普雷沃菌可促進(jìn)細(xì)胞分泌揮發(fā)性硫化合物例如硫化氫、甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫化物等致癌物質(zhì),影響腫瘤的生長(zhǎng)和擴(kuò)散、抑制細(xì)胞凋亡、增強(qiáng)腫瘤血管生成[31]。菌群還可以通過(guò)細(xì)菌脂多糖、短鏈脂肪酸等來(lái)調(diào)節(jié)肺部免疫或炎癥反應(yīng)。細(xì)菌脂多糖又稱(chēng)細(xì)菌內(nèi)毒素,是革蘭陰性菌細(xì)胞壁的重要組成成分,能促進(jìn)肺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)[32]。短鏈脂肪酸,如丙酸鹽,體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)可以抑制肺癌細(xì)胞株的增殖[33]。人類(lèi)所需的20 種必需氨基酸,部分可由共生菌群代謝產(chǎn)生,如脯氨酸、色氨酸[34]。這些氨基酸可以通過(guò)控制核苷酸和蛋白質(zhì)的合成來(lái)限制腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng),同時(shí)其下游代謝產(chǎn)物與人體的免疫功能密切相關(guān)。有研究證實(shí)精氨酸的下游代謝產(chǎn)物如鳥(niǎo)氨酸和瓜氨酸影響T 細(xì)胞的激活[35]。此外,細(xì)菌還會(huì)產(chǎn)生與氨基酸代謝相關(guān)的酶,如天冬酰胺酶。一項(xiàng)研究顯示,天冬酰胺抑制ATF4介導(dǎo)的非小細(xì)胞肺癌 (non-small cell lung cancer,NSCLC)細(xì)胞的凋亡[36]。還有研究發(fā)現(xiàn)酪氨酸處UDP-葡萄糖-6-脫氫酶的磷酸化與肺癌患者的轉(zhuǎn)移復(fù)發(fā)和預(yù)后不良相關(guān)[37]。但目前有關(guān)肺部菌群的代謝產(chǎn)物對(duì)肺癌的影響還需進(jìn)一步證實(shí)。

4 下呼吸道菌群的調(diào)節(jié)在肺癌治療中的進(jìn)展

4.1 基礎(chǔ)研究的進(jìn)展 雖然大多數(shù)微生物與腫瘤的研究都集中在腸道微生物上,但是有一些研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)下呼吸道菌群可能與肺癌的療效有關(guān)。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),用順鉑與萬(wàn)古霉素、氨芐青霉素和新霉素的抗生素混合物聯(lián)合治療的Lewis肺癌小鼠,其腫瘤的大小要遠(yuǎn)大于單用順鉑的小鼠且存活率顯著降低。相比之下,順鉑聯(lián)合乳桿菌治療的小鼠腫瘤更小,存活率更高[38]?？股仂F化是一種新的治療策略,讓氣道中獲得較高的抗生素濃度,同時(shí)以最小的不良反應(yīng)最大限度地殺滅細(xì)菌。實(shí)驗(yàn)證明,在萬(wàn)古霉素/新霉素霧化吸入的小鼠中觀察到B16 (黑色素瘤細(xì)胞)肺轉(zhuǎn)移的數(shù)量減少,BALF 中共生細(xì)菌負(fù)荷降低。為了評(píng)估肺部菌群對(duì)腫瘤轉(zhuǎn)移生長(zhǎng)的影響,從接受抗生素治療的小鼠BALF中分離出有差異的細(xì)菌,霧化吸入后可以減少肺部腫瘤的轉(zhuǎn)移,用從未治療小鼠肺部分離的共生菌重新定植抗生素治療小鼠,發(fā)現(xiàn)定植的共生菌能夠逆轉(zhuǎn)抗生素治療的抗腫瘤作用[27]。此外,肺部給藥的優(yōu)勢(shì)還包括對(duì)腸道菌群影響最小,避免了腸道菌群失調(diào)對(duì)全身免疫的影響[27]?；虬邢蛑委熞部梢蕴禺愋缘貧[瘤細(xì)胞,而不傷害正常細(xì)胞和組織。雙歧桿菌屬于非致病性專(zhuān)性厭氧菌,可以在惡性腫瘤組織中特異性富集,所以可將自殺基因和免疫調(diào)節(jié)因子等導(dǎo)入雙歧桿菌中,讓這些雙歧桿菌作為藥物傳遞系統(tǒng)靶向進(jìn)入乏氧的腫瘤組織,在腫瘤中特異性地增殖,從而達(dá)到治療腫瘤的目的[39]。例如,構(gòu)建雙歧桿菌介導(dǎo)的fms 酪氨酸激酶受體 (soluble fms-like tyrosine kinase receptor,sFlt-1)基因轉(zhuǎn)移系統(tǒng),可以在基因和蛋白質(zhì)水平上表達(dá)sFlt-1,顯著抑制VEGF 誘導(dǎo)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞的生長(zhǎng),從而更有效、安全地抑制小鼠Lewis肺癌的生長(zhǎng),延長(zhǎng)其生存時(shí)間[40]。體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),益生菌本身也具有良好的抗腫瘤效應(yīng)。例如,雙歧桿菌可誘導(dǎo)NSCLC 細(xì)胞的凋亡,并通過(guò)下調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶-9 的表達(dá)抑制其侵襲[41]。

4.2 臨床研究的進(jìn)展 近來(lái)提出的腫瘤微生物治療理論認(rèn)為通過(guò)上調(diào)抑癌細(xì)菌或下調(diào)促癌細(xì)菌等手段有助于調(diào)節(jié)局部微生物菌群失調(diào),具有改善局部免疫、降低肺部炎癥、提高化療、放療及免疫治療療效等作用,將日漸成為腫瘤治療的一個(gè)重要環(huán)節(jié)[42]。已有研究表明益生菌干預(yù)能改善化療、免疫等相關(guān)治療的療效與不良反應(yīng)。例如丁酸梭菌可以減少肺癌患者化療引起的腹瀉,降低全身炎癥反應(yīng)[43]。Routy等[44]發(fā)現(xiàn)在接受ICIS 治療的NSCLC 患者中,以前接受抗生素治療的患者預(yù)后較差。雖然這項(xiàng)研究的重點(diǎn)是抗生素治療期間腸道微生物群的變化,但預(yù)計(jì)這些變化也會(huì)影響肺部微生物群,從而可能調(diào)節(jié)局部對(duì)肺癌的免疫反應(yīng)。有研究發(fā)現(xiàn)在NSCLC 患者術(shù)后使用銅綠假單胞菌注射液能顯著改患者善的免疫狀態(tài),預(yù)防術(shù)后感染,防止腫瘤的復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移[45]。

隨著微生物組學(xué)研究的不斷進(jìn)展,針對(duì)下呼吸道菌群有望成為是治療呼吸系統(tǒng)疾病,特別是肺癌的一個(gè)新突破點(diǎn)。目前已有證據(jù)表明,下呼吸道菌群的多樣性和相對(duì)豐度在腫瘤 (甚至分期)和健康狀態(tài)下有顯著差別,然而,肺部微生物群在肺癌發(fā)生以及對(duì)化療和免疫治療中的具體作用機(jī)制,益生菌在治療疾病時(shí)的確切療效及安全性等方面的問(wèn)題還有待進(jìn)一步研究。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突