朱琨 盧清軍 任翔 蔣宏

濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院結(jié)直腸疝外科，濱州 256000

結(jié)直腸癌（colorectal cancer，CRC）目前居全球腫瘤疾病發(fā)病譜第3位和死因譜第2位。據(jù)國際癌癥研究機構(gòu)發(fā)布的2020年全球最新癌癥數(shù)據(jù)顯示，全世界有超過193萬人新確診為CRC，其中，中國有超過55萬人為初診CRC患者，占中國新確診腫瘤人數(shù)的12.2%。數(shù)據(jù)表明，中國已成為全球CRC每年新發(fā)病例數(shù)和死亡病例數(shù)最多的國家，CRC嚴重影響和威脅我國居民身體健康［1］。目前，結(jié)腸癌的干預(yù)策略，如糞便微生物群移植、益生元、益生菌以及抗生素干預(yù)等，均顯示出作為腸道菌群調(diào)節(jié)劑的潛在治療價值。然而，腸道菌群的最終治療作用與其功能狀態(tài)及機體的免疫微環(huán)境關(guān)系密切。因此，探究腸道微生物群相關(guān)的系統(tǒng)生物學(xué)功能和潛在的分子機制對于發(fā)現(xiàn)新的、可操作的靶點以用于未來CRC患者的干預(yù)和臨床評估有至關(guān)重要的價值。

CRC腫瘤與腸道菌群

腸道菌群龐大且復(fù)雜，多達100萬億個微生物居住在腸道中，其密度接近每毫升1011～1012個細胞。腸道菌群作用于腸道微環(huán)境中的其他代謝物，在維持機體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮著重要的作用。機制十分復(fù)雜，目前的研究尚不明確。

腸道菌群與腫瘤的關(guān)系密不可分，不僅可直接促進腸道腫瘤的發(fā)生，腸道菌群及其代謝物還可影響遠離腸道部位的癌癥發(fā)展。例如，菌群從腸腔易位到胰腺促進胰腺腫瘤的發(fā)生；肝臟中沒有腸道菌群，然而，腸道菌群通過炎癥微生物相關(guān)的分子模式和細菌代謝物促進肝細胞癌的發(fā)生［2］；腸道菌群還是胰島素抵抗的關(guān)鍵因素，是多囊卵巢綜合征發(fā)生的重要原因之一［3］。

CRC中宿主與菌群的相互作用關(guān)系被初步證明于1975年，當(dāng)時觀察到致病性二甲基肼在無菌大鼠中誘發(fā)的結(jié)腸腫瘤明顯少于腸道菌群正常的大鼠。此外，相對于接受健康菌群的小鼠而言，接受CRC糞便菌群的小鼠腸息肉數(shù)量更多。由于包括16S rRNA和鳥槍法宏基因組學(xué)在內(nèi)的微生物組分析技術(shù)的發(fā)展，與健康對照個體相比，CRC患者的腸道菌群成分有差異是顯而易見的，被概括為“菌群失調(diào)”。在CRC腫瘤組織中檢測出較高含量的核梭菌、大腸埃希氏菌、脆弱擬桿菌、糞腸球菌、解脲鏈球菌和消化鏈球菌菌種，而所謂的保護性菌屬包括羅氏菌、梭菌、費卡桿菌和雙歧桿菌在內(nèi)的細菌數(shù)量明顯減少［4-5］。這些差異中的一些（梭菌水平最一致）與臨床結(jié)局和化療敏感性相關(guān)，因此這類細菌具有作為生物標(biāo)志物的潛力。然而，這種菌群類型和數(shù)量的變化究竟是癌癥的原因還是結(jié)果，是否能將CRC的發(fā)生歸因于某些特定的“致癌”微生物，仍具有挑戰(zhàn)性。

腸道免疫微環(huán)境

腸道是人體最大的消化器官，除了通過消化食物以促進營養(yǎng)物質(zhì)的吸收外，腸道還具有多種其他功能，包括傳遞信息和調(diào)節(jié)新陳代謝［6］。腸道的獨特結(jié)構(gòu)使其長期暴露于各種抗原和微生物之中，為了保護機體免受病原體的侵害以及維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，人體腸道已經(jīng)進化出成熟的腸道免疫系統(tǒng)［7］。這個錯綜復(fù)雜的系統(tǒng)由腸上皮細胞（intestinal epithelial cells，IECs）、固有層細胞及腸淋巴組織細胞構(gòu)成。其中IECs是腸道免疫系統(tǒng)的單層物理屏障，而屏障的完整性由上皮間緊密連接蛋白和保護性黏蛋白的分泌進一步加強。除了作為物理屏障的功能外，IECs還通過模式識別受體感知腸道菌群。刺激這些受體可促進上皮細胞修復(fù)和緊密連接蛋白的上調(diào)，并觸發(fā)向固有層細胞發(fā)出信號的各種細胞因子的產(chǎn)生。更重要的是，IECs不是孤立的，而是作為免疫細胞和間充質(zhì)的三聯(lián)體。如果上皮屏障防御被微生物或其產(chǎn)物破壞，免疫細胞和間充質(zhì)細胞通過啟動維持上皮完整性的信號網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)，充當(dāng)?shù)诙婪谰€［8］。例如，核因子激活的B細胞的κ-輕鏈增強（nuclear factor kappa-B，NF-κb）和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）通路的激活可以觸發(fā)生長因子和細胞因子的產(chǎn)生，從而支持穩(wěn)態(tài)組織修復(fù)［8］。

腸道免疫系統(tǒng)的激活取決于病原體相關(guān)分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）的表達，例如腸道微生物產(chǎn)物。腸道菌群分泌的多種代謝物、細菌素以及其他PAMPs通過模式識別受體（pattern recognition receptors，PRRs）和其對上皮細胞的粘附激活腸道免疫系統(tǒng)，進而影響CRC的發(fā)生和發(fā)展。腸道中的IECs及免疫細胞表達一系列PRRs，如Toll樣受體（Toll-like receptors，TLRs）和NOD樣受體（NOD-like receptors，NLRs）。這些受體能夠直接感測碳水化合物和脂質(zhì)基細菌細胞壁成分，例如脂多糖、肽聚糖、脂質(zhì)酸和其他PAMPs，從而激活免疫系統(tǒng)［9］。某些細菌分泌的脂蛋白和脂多糖能夠被髓系細胞、黏膜上皮細胞和其他免疫細胞表面的TLR-1、TLR-2、TLR-4、TLR-6、TLR-10識別［10］。分節(jié)絲狀細菌、沙門氏菌和病態(tài)變形桿菌等通過TLRs激活吞噬細胞，并進一步誘導(dǎo)適應(yīng)性免疫細胞中Th17和Th1反應(yīng)的激活，分泌促炎細胞因 子 ，如 白 細 胞 介 素（interleukins，ILs）IL-1β、IL-6和IL-23［11］。

正常人群中腸道菌群對腸道免疫系統(tǒng)的影響

1、促進腸道免疫系統(tǒng)的發(fā)育

有研究表明，在嬰兒時期，腸道內(nèi)定植的微生物群落可刺激腸黏膜相關(guān)淋巴組織的成熟［12］。如果在這個時期未能形成適當(dāng)?shù)哪c道菌群，腸道免疫系統(tǒng)將會受到影響進而導(dǎo)致CRC的發(fā)病率增加。

2、調(diào)控腸道中T、B淋巴細胞分化

腸道中的T淋巴細胞以及B淋巴細胞位于IECs下層的固有層。在健康個體中，腸道菌群能通過調(diào)節(jié)T淋巴細胞以及B淋巴細胞等刺激先天性免疫和獲得性免疫或阻止不適當(dāng)?shù)南忍煨悦庖吆瞳@得性免疫來維持腸道穩(wěn)態(tài)。梭狀芽孢桿菌等革蘭陽性菌能夠促進小鼠免疫反應(yīng)，尤其能誘導(dǎo)調(diào)節(jié)T細胞及輔助性T細胞Th17細胞的增殖分化，并促進腸道Th17細胞產(chǎn)生IL-17［13］。腸道菌群在誘導(dǎo)B淋巴細胞合成與釋放分泌型免疫球蛋白A（secretory immunoglobulin A，SIgA）的過程中起關(guān)鍵作用，而SIgA是腸道菌群影響宿主的主要關(guān)鍵因子［14］。

3、促進細胞因子產(chǎn)生

細胞因子是由免疫細胞產(chǎn)生的，具有調(diào)節(jié)免疫、炎癥及造血功能的小分子蛋白質(zhì)，包括ILs、腫瘤壞死因子、干擾素、轉(zhuǎn)化生長因子和趨化因子等。Satoh-Takayama等［15］研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群誘導(dǎo)自然殺傷細胞產(chǎn)生IL-22，促進機體產(chǎn)生黏膜免疫。

4、促進腸道黏膜內(nèi)基因的表達

腸道微生物能夠上調(diào)小鼠各腸段內(nèi)多種基因的表達，包括與免疫相關(guān)的基因如CCL5和CXCL9等，以及腸道屏障功能相關(guān)的基因如小脯氨酸豐富蛋白1A（SPRR1A）和高分子黏蛋白2（MUC2）等［16］。

CRC患者腸道菌群對腸道免疫微環(huán)境的影響

腸道菌群通過改變腸道免疫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能重塑免疫微環(huán)境影響CRC的發(fā)生。研究報道，腸道菌群可以分泌多種代謝物和細菌素，同時，其也通過表達特定的抗原、對上皮細胞的粘附以及與PRRs的相互作用來激活腸道免疫系統(tǒng)。腸道免疫系統(tǒng)的穩(wěn)定會保護腸道黏膜，但當(dāng)穩(wěn)定被打破，也可能導(dǎo)致一系列促炎細胞因子過量釋放加重腸道炎癥，繼而癌變。

Wu等［17］學(xué)者通過小鼠實驗發(fā)現(xiàn)產(chǎn)腸毒素的脆弱芽孢桿 菌 （Enterotoxigenic Bacteroides fragilis，ETBF） 在ApcMin/+mice80中誘導(dǎo)由STAT3激活驅(qū)動的促致癌Th17反應(yīng)。伴隨著單核細胞樣髓系來源抑制細胞（monocytic-like myeloid-derived suppressor cells，M-MDSCs）的募集和分化，腫瘤內(nèi)IL-17A結(jié)合IL-17R+髓系細胞驅(qū)動Nos2上調(diào)。這些M-MDSCs抑制細胞毒性CD8+T細胞的活性，同時誘導(dǎo)腫瘤生長和血管生成相關(guān)基因的表達［18］。值得注意的是，ETBF可能會引起遠端結(jié)腸MDSCs積聚，上皮細胞中的NF-κb信號觸發(fā)髓細胞募集趨化因子CXCL1和CXCL2的表達［19］。該研究是少數(shù)幾個考慮腫瘤位置的研究之一，腫瘤位置是一個重要的變量，為整個結(jié)腸中不同的微生物和免疫生態(tài)位以及臨床前CRC模型中微生物群的位置特異性效應(yīng)提供了證據(jù)。在人體中，ETBF同樣以NF-κb依賴的方式誘導(dǎo)上皮細胞表達和分泌CXCL1直系同源物IL-8［20］。

在硫酸葡聚糖鈉鹽誘導(dǎo)的CRC小鼠模型中，用溶血性鏈球菌灌胃會導(dǎo)致腫瘤負荷增加、誘導(dǎo)免疫抑制性CD11b+髓系群體以及髓系來源的細胞因子（包括IL-6和IL-8）水平增加［21］。在喂食有核粒細胞的ApcMin/+小鼠中，腫瘤負荷增加的同時，腫瘤內(nèi)免疫抑制性髓樣細胞的數(shù)量也增加，主要包括單核和粒細胞骨髓間充質(zhì)干細胞、腫瘤相關(guān)巨噬細胞、腫瘤相關(guān)中性粒細胞和樹突狀細胞。在離體共培養(yǎng)實驗中，分離小鼠腫瘤的骨髓間充質(zhì)干細胞和腫瘤相關(guān)巨噬細胞能夠抑制CD4+T細胞的增殖［22］。有研究發(fā)現(xiàn)，厭氧消化鏈球菌通過選擇性粘附結(jié)腸癌細胞并誘導(dǎo)NF-κb，也可引發(fā)ApcMin/+小鼠中腫瘤前髓細胞群的擴增，同時，調(diào)節(jié)性T細胞、Th17和細胞毒性CD8+T細胞也會隨之增加［23］。國外學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)具核梭桿菌還可以以細胞因子的方式直接抑制自然殺傷細胞毒性，使腫瘤能夠逃避免疫破壞［24］。

腫瘤細胞通過募集某些免疫細胞營造適宜腫瘤生長的微環(huán)境，而腸道菌群可以通過影響這些免疫細胞的密度和組成進而影響腫瘤細胞生長。例如，擬桿菌門和厚壁菌門可以通過淋巴細胞吸引趨化因子CCL5、CCL20和CXCL11，同時具核細菌和大腸桿菌可以通過體外途徑誘導(dǎo)趨化因子產(chǎn)生［25］。但腸道菌群誘導(dǎo)的免疫細胞對腫瘤細胞起抑制還是保護作用，目前的研究尚不一致。有研究證實，在IECs缺乏自噬調(diào)節(jié)基因Atg7的小鼠中，微生物菌群與細胞毒性CD8+T細胞和CD4+Th1反應(yīng)存在相關(guān)性，但也有研究證實，CD8+T細胞并不總是抑制腫瘤生長的。一種以普雷沃氏菌科的豐度增加為特征的小鼠微生物群誘導(dǎo)CD8+T細胞產(chǎn)生，但其表現(xiàn)為較高的腫瘤負荷。盡管相互關(guān)聯(lián)，這項研究強調(diào)了表征細胞的激活狀態(tài)及其豐度的重要性，因為功能失調(diào)的T細胞可能有助于腫瘤的逃避［26］。

CRC還與細菌失調(diào)導(dǎo)致促炎性細胞因子的產(chǎn)生息息相關(guān)，包括IL-1β、IL-23、IL-22、IL-27，特別重要的是IL-17A和IL-6［27-29］。在小鼠和人類中，發(fā)現(xiàn)IL-6、IL-23和IL-17A在被細菌浸潤的腫瘤中的表達增加［28-29］。IL-23和IL-6是Th17衍生細胞因子IL-17A和IL-22的有效誘導(dǎo)劑［30］；此外，IL-6與其在IECs上的受體結(jié)合，引發(fā)異常增殖［31-33］。國外學(xué)者進一步研究了受體表達模式的重要性，該研究表明CD4+T細胞特異性切除IL-1受體可減少CRC引發(fā)的炎癥，而髓系細胞上的這種受體缺乏則提高了腸道細菌的侵襲能力和IL-17A的分泌活性，進而促進CRC的進展［34］。

腸道菌群可以通過TLR/Myd88依賴性信號通路促進IECs對IL-17C的上調(diào)來促進CRC的發(fā)展。IL-17C以自分泌方式誘導(dǎo)凋亡抑制因子Bcl-2和Bcl-xl在IECs中的表達，以促進細胞存活和腫瘤發(fā)生。例如，具核梭桿菌能夠通過TLR4和TLR2影響CRC。TLR2/4的刺激導(dǎo)致miR-18a和miR-4802表達選擇性缺失，導(dǎo)致自噬相關(guān)蛋白ULK1和ATG7表達降低以及miR-34a表達上調(diào)，從而使CRC細胞對化療的耐藥性增加以及促進CRC的進展［35］。

小 結(jié)

綜上所述，腸道菌群可以調(diào)節(jié)宿主腸道免疫微環(huán)境，并有助于維持腸道免疫微環(huán)境的穩(wěn)態(tài)和抑制過度炎癥。然而，當(dāng)腸道菌群紊亂，一些致病菌屬增多時，可以通過改變免疫細胞的密度和組成、刺激促炎細胞因子過量釋放等機制影響腸道免疫微環(huán)境，進而促進CRC的產(chǎn)生與發(fā)展。因此，某些特殊的腸道微生物、相關(guān)代謝產(chǎn)物以及特異性免疫細胞的差異表達在CRC的早期診斷方面具有潛在的應(yīng)用價值，值得進一步的臨床與基礎(chǔ)研究。