趙 迪，張秀森，劉書培，楊 澤，張旭東，原 翔

人類共生微生物群落主要存在于腸道，還有部分存在于身體的其他部位，如皮膚、口腔、呼吸道和生殖道，影響機(jī)體的免疫、新陳代謝和營(yíng)養(yǎng)生物轉(zhuǎn)化等多種生理功能。這種由人類宿主和微生物組成的共生體，能夠感知環(huán)境并做出提示，產(chǎn)生相應(yīng)的適應(yīng)[1-2]。宿主和微生物之間復(fù)雜的相互作用可以延伸到癌癥，共生菌直接影響腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和治療反應(yīng)，微生物與20%人類惡性腫瘤有關(guān)[3]。共生微生物在解剖部位的分布形成不同的微生物群落[4]。荷瘤組織的共生微生物群是腫瘤微環(huán)境的重要組成部分，在更局部的范圍內(nèi)影響腫瘤的發(fā)生和進(jìn)展[5]。此外，特定腫瘤類型有特定的腫瘤細(xì)菌種群，提示微生物群與腫瘤的發(fā)生有關(guān)[6]。

共生菌群的免疫調(diào)節(jié)功能已被充分證明[2]，其對(duì)癌癥發(fā)生和癌癥進(jìn)展的影響也是如此。在健康狀態(tài)下，微生物群和宿主免疫系統(tǒng)之間的相互作用是平衡和穩(wěn)態(tài)的。宿主的免疫系統(tǒng)能夠容忍共生微生物群落，并對(duì)潛在的有害病原體作出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。然而，這種平衡的擾亂和微生物群的失調(diào)會(huì)產(chǎn)生促進(jìn)腫瘤啟動(dòng)和進(jìn)展的微環(huán)境[5]。

本文就消化系統(tǒng)腫瘤組織中的微生物群及其在腫瘤發(fā)生和治療中的作用和機(jī)制等方面進(jìn)行綜述。

1 腫瘤內(nèi)微生物與癌癥發(fā)展的機(jī)制

腫瘤內(nèi)微生物和癌癥發(fā)展之間的聯(lián)系已經(jīng)建立起來(lái)，3個(gè)主要的機(jī)制包括[7]：①通過(guò)增加突變直接促進(jìn)腫瘤發(fā)生，②調(diào)節(jié)致癌基因或致癌途徑，③通過(guò)調(diào)節(jié)宿主免疫系統(tǒng)影響腫瘤進(jìn)展。

許多微生物分泌的蛋白質(zhì)、分子和次級(jí)代謝產(chǎn)物，如colibactin毒素、細(xì)胞致死性腫脹毒素(cytolethal distendin toxin, CDT)和脆弱類桿菌毒素(bacteroides fragilis toxin, BFT)等，可直接導(dǎo)致DNA損傷、細(xì)胞周期阻滯和基因組不穩(wěn)定。在腫瘤微環(huán)境中產(chǎn)生這些化合物的細(xì)菌可以直接增加組織的突變[8]。除了直接破壞DNA，共生微生物產(chǎn)物可以參與宿主的信號(hào)通路，從而引起信號(hào)分子的變化，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生。信號(hào)通路在人體中扮演著重要的角色，因?yàn)樗鼈兩婕岸喾N生理功能。例如Wnt/β-catenin信號(hào)通路。β-catenin信號(hào)通路的改變可以促進(jìn)c-Myc和CyclinD-1等癌基因的轉(zhuǎn)錄，并促進(jìn)癌變和腫瘤進(jìn)展[9]。β-catenin的激活或調(diào)節(jié)的局部共生微生物群已在胃癌和結(jié)直腸癌有報(bào)道[10-12]。脆弱類桿菌分泌的BFT，可以特異性的裂解E-粘連蛋白(E-catenin)，觸發(fā)β-catenin信號(hào)，促進(jìn)原癌基因c-Myc的轉(zhuǎn)錄和翻譯，從而促進(jìn)結(jié)腸腫瘤的發(fā)生[13]。ERK和PI3K作為重要的信號(hào)分子，與腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)。一項(xiàng)研究報(bào)道，與正常人群相比，肺癌患者的下呼吸道富含口腔類細(xì)菌群，由此將ERK和PI3K的上調(diào)與肺癌相聯(lián)系[14]。并且許多研究表明，菌群的生態(tài)失調(diào)可引起慢性的促炎免疫反應(yīng)，導(dǎo)致免疫抑制的腫瘤微環(huán)境，并可通過(guò)改變抗原提呈和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)和髓系免疫抑制細(xì)胞(MDSC)刺激而損害抗腫瘤免疫反應(yīng)[15]。比如，表達(dá)在所有人類NK細(xì)胞和T細(xì)胞上的TIGIT受體可以直接與具核梭桿菌(F.ncleatum)的FAPα蛋白相互作用，抑制NK細(xì)胞的細(xì)胞毒作用和T細(xì)胞的激活，最終損害抗腫瘤免疫反應(yīng)[16]。除了炎癥，局部微生物已經(jīng)被證明通過(guò)抑制抗腫瘤免疫反應(yīng)來(lái)調(diào)節(jié)局部免疫監(jiān)視。正常情況下，微生物群不會(huì)引起促炎反應(yīng)，但當(dāng)免疫系統(tǒng)形成的防御機(jī)制受損或新的細(xì)菌被引入系統(tǒng)時(shí)，例如共生細(xì)菌通過(guò)黏膜移位，或在免疫缺陷的情況下，免疫系統(tǒng)可能會(huì)對(duì)微生物群產(chǎn)生反應(yīng)，其中一些反應(yīng)可能會(huì)引發(fā)或促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)[17]。

因此，局部共生菌群可能是癌癥治療的一個(gè)潛在靶點(diǎn)，并需要進(jìn)一步的研究。

2 食管癌

食管癌是一種常見的消化道腫瘤，對(duì)公眾健康造成很大的威脅[18]。多項(xiàng)證據(jù)表明，微生物可能與許多類型的癌癥直接相關(guān)[5]。比如，胃腸道微生物群已被證明影響抗腫瘤免疫，胃腸道微生物群中某些物種的存在與食管癌患者的預(yù)后相關(guān)[19]?？谇晃⑸锶罕话l(fā)現(xiàn)可以影響食管微生物群，從而潛在地促進(jìn)食管癌的發(fā)生。最新研究指出炎性牙周病和微生物與食管癌的發(fā)生有潛在聯(lián)系[20-21]?？谇簧锸д{(diào)引起的免疫調(diào)節(jié)和腸道菌群改變表明牙周病與食管癌有一定的聯(lián)系。

牙齦卟啉單胞菌(Porphyromonasgingivalis,Pg)是牙周病發(fā)病的主要病因之一，其可以破壞口腔微生物的平衡，導(dǎo)致宿主——微生物群的非生物相互作用[22-23]。多項(xiàng)臨床和實(shí)驗(yàn)研究顯示，Pg與口腔和胃腸道癌癥(包括食管癌和胰腺癌)之間存在不同程度的相關(guān)性。微生物群促腫瘤作用的幾種機(jī)制，其中包括慢性炎癥。炎癥反應(yīng)代表了病原體的存在和癌癥發(fā)展之間的關(guān)鍵聯(lián)系。值得注意的是，已發(fā)現(xiàn)某些腸道微生物可誘發(fā)腫瘤或促進(jìn)炎癥[24-25]。例如，IL-6/STAT3通路的激活與微生物群誘導(dǎo)的腫瘤進(jìn)展有關(guān)。先前研究發(fā)現(xiàn)食管癌患者IL-6水平升高與預(yù)后不良相關(guān)，IL-6誘導(dǎo)了EMT相關(guān)標(biāo)志的表達(dá)，同時(shí)形成免疫抑制的腫瘤微環(huán)境[5]。Pg可以通過(guò)IL-6分泌誘導(dǎo)自噬，可通過(guò)促進(jìn)MDSC募集來(lái)調(diào)節(jié)局部食管癌腫瘤微環(huán)境，從而使腫瘤細(xì)胞逃避宿主免疫反應(yīng)。

Yamamura等發(fā)現(xiàn)F.ncleatum可通過(guò)趨化因子依賴的方式促進(jìn)Treg淋巴細(xì)胞對(duì)腫瘤的浸潤(rùn)，從而增強(qiáng)腫瘤的侵襲性。另有研究證實(shí)，食管癌組織中F.ncleatum的存在與食管癌患者預(yù)后不良相關(guān)[20]。

3 胃癌

人類微生物群是正常生理必不可少的，因?yàn)槲⑸锶寒a(chǎn)生的大量分子可以與宿主相互作用，對(duì)病原體的定居提供天然防御[17]。幽門螺桿菌存在于包括人類在內(nèi)的許多哺乳動(dòng)物的胃腸道中，被認(rèn)為是胃癌的危險(xiǎn)因素。由于胃癌是一種多因素疾病，從發(fā)生、發(fā)展到轉(zhuǎn)移都與腫瘤微環(huán)境改變密切相關(guān)[26]，因此，胃微生物群作為腫瘤微環(huán)境的重要組成部分越來(lái)越受到人們的重視。

幽門螺桿菌感染是天然免疫和獲得性免疫反應(yīng)的活性刺激因子，胃黏膜中的幽門螺桿菌聚集性觸發(fā)天然宿主防御，導(dǎo)致胃上皮細(xì)胞表達(dá)促炎和抗菌因子。胃上皮細(xì)胞的這種防御可能進(jìn)一步刺激參與炎癥反應(yīng)的浸潤(rùn)細(xì)胞的先天免疫反應(yīng)，這可能影響細(xì)菌密度和多樣性、炎癥水平，并最終產(chǎn)生適應(yīng)性免疫反應(yīng)。炎癥和免疫反應(yīng)的嚴(yán)重程度是決定其是否導(dǎo)致胃癌發(fā)生的重要因素[27]。盡管食道和胃在解剖學(xué)上是相連的，但這兩個(gè)器官中的微生物群是否含有類似的微生物群的組成和多樣性還不得而知。

4 結(jié)直腸腫瘤

許多研究已經(jīng)確定了共生菌在結(jié)直腸癌(colorectal cancer, CRC)中的作用。并且隨后的研究進(jìn)一步證明了F.ncleatum及其相關(guān)厭氧菌在結(jié)直腸腫瘤中的持續(xù)定植[28]。Bullman等在活體人源性CRC異種移植模型研究顯示F.ncleatum促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖或腫瘤生長(zhǎng)，可能機(jī)制是F.ncleatum黏附素分子與癌細(xì)胞或免疫細(xì)胞上的細(xì)胞表面基序結(jié)合，導(dǎo)致下游的致癌或免疫抑制信號(hào)[29]。據(jù)報(bào)道，引起胃腸道炎癥的產(chǎn)腸毒素脆弱類桿菌(enterotoxigenic bacteroides fragilis, ETBF)可抑制覆蓋CRC和癌前結(jié)腸腺瘤的生物膜[30]。同樣，在人類大腸癌組織中也檢測(cè)到表達(dá)聚酮化合物合成酶(pks+)的大腸桿菌。Pks+的大腸桿菌產(chǎn)生的基因毒素colibactin使結(jié)腸上皮細(xì)胞的DNA烷基化，因此是導(dǎo)致CRC的潛在突變?cè)碵28]。并且許多其他尚未得到充分鑒定的細(xì)菌也可能在大腸癌的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮作用。

除了腫瘤發(fā)生，腫瘤內(nèi)微生物群在調(diào)節(jié)對(duì)癌癥治療的反應(yīng)中起著重要作用。例如，在化療后復(fù)發(fā)的患者的大腸癌組織中發(fā)現(xiàn)了豐富的F.ncleatum。研究表明，F(xiàn).ncleatum通過(guò)下調(diào)microRNAs激活自噬途徑，促進(jìn)化療耐藥性[31]。

共生微生物群穩(wěn)定地存在于胃腸道，Geller等發(fā)現(xiàn)胰腺導(dǎo)管腺癌(PDAC)相關(guān)細(xì)菌可以逆行來(lái)自胃腸道。這也與胰腺、肝臟和腸道之間存在持續(xù)相互作用的假設(shè)一致，胰腺和肝癌的發(fā)展與腸道微生物群的失調(diào)和錯(cuò)位有關(guān)[6,32]。Bullman等發(fā)現(xiàn)[29]，與原發(fā)性肝細(xì)胞癌相比，結(jié)直腸癌肝轉(zhuǎn)移中梭菌的相對(duì)豐度顯著增加。這些器官之間的相互干擾表明，遠(yuǎn)端腸道或局部癌癥組織中的微生物群對(duì)癌癥相關(guān)免疫反應(yīng)的相對(duì)貢獻(xiàn)。

5 肝癌

肝臟與腸道溝通密切，并執(zhí)行營(yíng)養(yǎng)代謝、免疫和細(xì)菌代謝產(chǎn)物生物轉(zhuǎn)化等相關(guān)功能，又被稱為“腸肝軸”。完整的腸道-肝臟軸依賴于完整的腸道屏障、健康的腸道微生物群和正常的肝功能。腸道微生物群是與人體共生的最重要的微生態(tài)系統(tǒng)。如非酒精性脂肪肝(NAFLD)和肝硬化等肝臟疾病，通常與腸道微生物群的改變有關(guān)，并且有人認(rèn)為腸道細(xì)菌產(chǎn)物有助于肝癌的發(fā)生。

腸道菌群對(duì)于肝細(xì)胞癌(hepatocellalar carcinoma, HCC)發(fā)生的作用是復(fù)雜而精細(xì)的。盡管存在多級(jí)腸道屏障，但在血液從結(jié)腸向肝臟的運(yùn)輸過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生較少腸道菌群的衍生代謝物和病原相關(guān)分子模式的暴露[33]，并且經(jīng)由樹突狀細(xì)胞識(shí)別提呈，最后通過(guò)調(diào)節(jié)T細(xì)胞激活免疫系統(tǒng)。例如，病原相關(guān)分子模式(脂多糖、DNA和鞭毛蛋白激活核因子κB和肽聚糖)通過(guò)nod樣受體和TLRs，促使炎性細(xì)胞因子和趨化因子分泌并進(jìn)入門靜脈循環(huán)，進(jìn)而使肝細(xì)胞損傷。除了肝細(xì)胞損傷外，病原相關(guān)分子模式還可以激活參與纖維化進(jìn)展的肝星形細(xì)胞，庫(kù)普弗細(xì)胞比肝細(xì)胞更容易受到脂多糖的影響[34-35]。研究表明，肝癌患者的咽拭子經(jīng)常發(fā)現(xiàn)含有Fusobacterium和Oribacterium，并且HCC的腸道微生物群中乳酸桿菌、雙歧桿菌和腸球菌的數(shù)量出現(xiàn)減少[36]。最終，微生物群的失調(diào)或免疫調(diào)節(jié)失衡導(dǎo)致了癌癥的發(fā)生發(fā)展。

6 微生物群與免疫治療

由于微生物群在宿主免疫中起到重要作用，我們可以直觀地理解為它可能會(huì)影響癌癥治療的反應(yīng)和毒性。人類的獲得性免疫反應(yīng)有兩種類型：一種是由B細(xì)胞抗體介導(dǎo)的體液免疫，另一種是由T細(xì)胞[包括CD8細(xì)胞(Tc)和CD4細(xì)胞(Th)]介導(dǎo)的細(xì)胞免疫。部分惡性腫瘤可以過(guò)表達(dá)某些蛋白質(zhì)，這些蛋白可以抑制T細(xì)胞反應(yīng)，這為治療惡性腫瘤提供了一個(gè)新思路。

最近發(fā)現(xiàn)的免疫治療藥物，特別是免疫檢查點(diǎn)抑制劑，如針對(duì)程序性細(xì)胞死亡蛋白1(PD1)、程序性死亡配體1(PD-L1)或細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞相關(guān)蛋白4(CTLA-4)的抑制劑，可以恢復(fù)T細(xì)胞功能以破壞腫瘤細(xì)胞，已被認(rèn)為是靶向治療食管癌或胃癌的新選擇[37]。盡管這些藥物的治療結(jié)果很有希望，但很大一部分患者沒(méi)有從中獲益，或者不能達(dá)到持續(xù)緩解，甚至一部分患者會(huì)隨著時(shí)間的推移而產(chǎn)生耐藥性。新出現(xiàn)的證據(jù)表明，腸道微生物群在調(diào)節(jié)對(duì)這些免疫療法的反應(yīng)中起著重要作用。根據(jù)免疫檢查點(diǎn)抑制劑治療前糞便樣本的DNA測(cè)序分析，有反應(yīng)或無(wú)反應(yīng)的患者中，不同的細(xì)菌分類群被過(guò)度表達(dá)，這表明腸道微生物群組成與隨后的治療反應(yīng)之間存在關(guān)聯(lián)[38-39]。并且多項(xiàng)研究報(bào)告發(fā)現(xiàn)，腸道微生物群影響不同惡性腫瘤患者對(duì)檢查點(diǎn)抑制劑的治療反應(yīng)。

如上所述，微生物群影響免疫治療的機(jī)制仍需進(jìn)一步探究，為癌癥的免疫治療提供新方法。

7 未來(lái)展望

微生物群在調(diào)節(jié)腫瘤進(jìn)展和影響腫瘤預(yù)后的腫瘤微環(huán)境中發(fā)揮著重要作用，并且受到越來(lái)越多的關(guān)注。不同部位的微生物群落在各自腫瘤的發(fā)生和發(fā)展中起著重要作用。在許多情況下，腫瘤內(nèi)的微生物群通過(guò)引起突變或參與致癌信號(hào)通路而直接促進(jìn)癌癥的生長(zhǎng)[7]。此外，腫瘤內(nèi)的微生物群可能引起炎癥和免疫抑制，從而影響腫瘤微環(huán)境并影響腫瘤的形成[5,40]。并且，微生物群可能通過(guò)各種機(jī)制影響對(duì)治療的反應(yīng)[41-43]。這都為腫瘤內(nèi)的微生物群與各種腫瘤之間的關(guān)系提供了合理的解釋。

盡管對(duì)癌癥和癌癥治療中的微生物群的了解越來(lái)越多，但腫瘤內(nèi)微生物群與癌癥之間的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，需要進(jìn)一步研究。其中腸道微生物群對(duì)腫瘤發(fā)生和治療的影響已被廣泛研究，并取得了很大進(jìn)展。然而，由于腫瘤內(nèi)低豐度的微生物群落和樣本污染，腫瘤內(nèi)微生物群和腫瘤之間的關(guān)系尚需繼續(xù)探索。微生物群的研究帶來(lái)了一個(gè)全新的觀點(diǎn)，即其調(diào)節(jié)人類免疫及潛在介導(dǎo)腫瘤免疫治療。關(guān)于微生物群分析，以及營(yíng)養(yǎng)和藥物等的作用及其對(duì)癌癥治療的影響還存在諸多問(wèn)題。深入了解微生物群與癌癥之間的相互作用可以為優(yōu)化調(diào)節(jié)微生物群以增強(qiáng)免疫監(jiān)測(cè)和癌癥治療提供基礎(chǔ)。