孫 慧，陳思宇

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院 腫瘤科，上海 200092

腫瘤是威脅人類健康的重大疾病之一，在2020年全世界范圍內(nèi)又新增了約1 900多萬例腫瘤患者，近1 000萬例患者因腫瘤死亡。腫瘤是多因素參與和多階段發(fā)病的疾病，其病因及危險因素主要包括兩方面：環(huán)境致癌危險因素和個體的內(nèi)在因素。環(huán)境致癌因素包括化學(xué)因素、物理因素和生物因素，其中生物致癌因素主要有致癌性病毒、細菌及寄生蟲， 比如乙型肝炎病毒(hepatitis B virus，HBV)引起肝炎后肝硬化，最終導(dǎo)致肝癌；人類皰疹病毒(Epstein-Barr virus,EBV)病毒與鼻咽癌的發(fā)生密切相關(guān)；人乳頭瘤病毒(human papilloma virus,HPV)可致宮頸癌；感染了幽門螺旋桿菌(Helicobacterpylori,Hp)的人群患胃癌或MALT淋巴瘤的概率比未感染人群增加。目前腫瘤的治療主要包括手術(shù)治療、化學(xué)治療、放射治療等。然而，其治療范圍及結(jié)局并不滿意，腫瘤的早期發(fā)現(xiàn)率也不甚理想。越來越多的證據(jù)表明，微生物(microorganisms)與腫瘤之間有著密切的聯(lián)系，每種類型腫瘤的微生物組成都不盡相同且有著一定的相關(guān)性[1]。進一步了解腫瘤患者和健康人群微環(huán)境的差異，或許有助于開啟將來精確的癌篩查和治療。本文對微生物不同致癌促癌機制及早期篩查、治療應(yīng)用方面的研究進展做簡要總結(jié)。

1 微生物與腫瘤的發(fā)病機制

近幾年的研究發(fā)現(xiàn)，每個腫瘤類型都由獨特的微生物組(microbiome)組成。使用單一的測序方法和平臺對多種腫瘤類型的微生物組進行特征測定，來直接比較這些腫瘤的微生物組，結(jié)果提示同一類型的腫瘤的微生物群落往往比其他腫瘤類型的微生物組更相似[1]。這說明微生物與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密不可分，微生物可通過以下幾種機制施展致癌促癌作用：

1.1 產(chǎn)生基因毒性物質(zhì)

腫瘤微環(huán)境由間質(zhì)細胞和細胞外基質(zhì)成分組成，它在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中有很重要的作用。致病性微生物會影響宿主細胞代謝，代謝失衡導(dǎo)致有毒代謝產(chǎn)物生成，從而破壞了微環(huán)境中增殖信號和抑制增殖信號之間的動態(tài)平衡[2]。比如，與癌旁組織相比，肺腺癌患者中藍藻菌屬豐度顯著升高，藍藻菌屬分泌的微囊藻毒素降低了CD36的水平，并增加了聚腺苷酸二磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶1(poly ADP-ribose polymerase 1, PARP1)的水平，而PARP1的表達被證實與細胞增殖以及致癌作用相關(guān)，從而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生[3]。

1.2 基因毒性效應(yīng)

微生物組組成的變化可能導(dǎo)致活性氧的增加，引起DNA損傷和腫瘤的發(fā)展。例如，在具有最豐富微生物組組成的乳腺癌中[1]，大腸桿菌和表皮葡萄球菌較健康人豐度高，有研究表明這兩種細菌可以誘導(dǎo)DNA雙鏈斷裂[4]，這是最有害的DNA損傷類型，由基因毒素、活性氧和電離輻射引起，而修復(fù)雙鏈斷裂的機制非常容易出錯，經(jīng)常導(dǎo)致?lián)p傷部位的修復(fù)失敗，從而引起損壞部位的堿基缺失。隨著這些錯誤修復(fù)的累積，基因組逐漸變得不穩(wěn)定，并最終誘發(fā)腫瘤[5]。

1.3 誘導(dǎo)炎性反應(yīng)發(fā)生

慢性炎性反應(yīng)是癌發(fā)病的危險因素，如結(jié)核分枝桿菌與肺癌、核梭桿菌與結(jié)腸癌、幽門螺桿菌與胃癌等。慢性炎性反應(yīng)是結(jié)直腸癌發(fā)生的獨立危險因素，炎性細胞產(chǎn)生的細胞因子對癌細胞的增殖起了直接或間接的刺激作用，從而促進結(jié)直腸癌的發(fā)生。在結(jié)直腸癌中，具有代表性的微生物主要有脆弱擬桿菌、大腸埃希菌、解沒食子酸鏈球菌、糞腸球菌和具核梭形桿菌等[6]，脆弱擬桿菌分泌的脆弱擬桿菌腸毒素可通過多條信號通路誘導(dǎo)慢性炎性反應(yīng)發(fā)生。比如，脆弱擬桿菌腸毒素可激活近年來研究最廣泛的蛋白激酶傳導(dǎo)通路絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)通路。將結(jié)腸上皮細胞暴露于脆弱擬桿菌腸毒素中，結(jié)果表明脆弱擬桿菌腸毒素可以迅速激活p38 MAPK信號通路，誘導(dǎo)Srx-1的表達增加，而Srx-1過度表達可能顯著抑制細胞凋亡[7]。此外，在脆弱擬桿菌腸毒素的刺激下，激活的MAPK信號通路又通過一系列酶的作用下誘導(dǎo)細胞間黏附分子-1 表達，使炎性細胞與腸上皮細胞的黏附作用增強，從而加重細胞的浸潤、腫瘤細胞的黏著以及對靶細胞的攻擊等[8]。由此可見，產(chǎn)腸毒素型脆弱擬桿菌可通過激活MAPK信號通路來抑制細胞凋亡，并且使炎性反應(yīng)加重，從而促進結(jié)直腸癌的發(fā)展。

1.4 影響免疫應(yīng)答

微生物已經(jīng)成為致癌過程和癌細胞免疫反應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，致癌免疫細胞與特定的微生物群組成有關(guān)。某些微生物通過促進增殖和保護癌細胞免受免疫系統(tǒng)的影響來增強癌細胞的適應(yīng)能力[9]。例如部分菌群Treg的增加和M1型腫瘤相關(guān)巨噬細胞的減少在結(jié)直腸癌的腫瘤微環(huán)境中可抑制腫瘤的免疫應(yīng)答[10]。腫瘤微環(huán)境中的菌群失衡還會降低腸道屏障完整性，促進CD8+T細胞的凋亡以及DC的過度激活，從而促進腫瘤的發(fā)生[11]。還有研究顯示，在宮頸癌微環(huán)境中，梭桿菌可以引起IL-4和TGF-β1的高表達，從而抑制免疫進程[12]。微生物免疫調(diào)節(jié)代謝物和免疫反應(yīng)之間也存在相關(guān)性，如微生物代謝物多胺通過抑制淋巴細胞增殖和誘導(dǎo)腫瘤衍生的蛋白酶的產(chǎn)生，提高腫瘤細胞侵襲性，抑制抗癌免疫力[13]。總之，微生物可以通過調(diào)節(jié)T細胞增殖和分化、影響微生物代謝等方式抑制免疫，從而促進腫瘤的發(fā)生發(fā)展。

2 微生物與腫瘤的早期篩查

目前腫瘤的診斷流程主要是血清學(xué)腫瘤標志物、影像檢查、內(nèi)鏡檢查以及病理活檢確診。但是，目前的一些篩檢方式仍然存在不足，例如血清學(xué)腫瘤標志物檢測的敏感度和特異性較低，內(nèi)鏡檢查作為侵入性檢查，患者對內(nèi)鏡的接受程度并不是很高，因此內(nèi)鏡不適合用于人群腫瘤的篩查，而適用于高度懷疑為腫瘤患者的確診檢查。由此可見，尋找更加微創(chuàng)、準確的腫瘤早期篩查方法顯得尤為重要。

隨著微生物組學(xué)(microbiomics)技術(shù)以及生物信息分析方法的發(fā)展，很多大規(guī)模的研究報道了腫瘤與健康人之間菌群多樣性和豐度的差異[1]，這種差異在腫瘤發(fā)生發(fā)展的早期階段就可被檢測到，如若此時進行早期干預(yù)，對于提高腫瘤患者的生存率意義重大。比如，臨床上99.8%的宮頸癌患者可以檢測到高危險性HPV感染，因而高危險性HPV檢測可作為宮頸癌患者的篩查指標，提高宮頸癌早期診斷率；Burkitt淋巴瘤和鼻咽癌患者外周血中都含有高滴度的抗EB病毒抗體，其中對鼻咽癌具有輔助診斷價值的是EB-Ig A抗體的升高；HBV的慢性感染與肝細胞癌的發(fā)生也有著密切聯(lián)系。與健康人群相比，結(jié)直腸癌患者中糞便微生物群及其代謝產(chǎn)物的差異可能成為結(jié)直腸癌早期篩查的生物標志物。目前很多研究利用這種差異形成了結(jié)直腸癌早期篩查的模型，主要有以下4種：以具核梭桿菌為主的個別菌種作為生物標志[14]；以3個以上的細菌組合(糞芽孢菌、共生梭桿菌、梭桿菌)為生物標志[15]；包含病毒﹑真菌或代謝產(chǎn)物等為生物標志[16]；以及上述生物標志結(jié)合糞便免疫化學(xué)檢測等聯(lián)合構(gòu)建的預(yù)測模型[17]。而這些模型的受試者工作特征曲線下面積大多在 0.80～0.98，這意味著糞便微生物及其代謝產(chǎn)物的異常有可能成為結(jié)直腸癌早期無痛篩查的指標之一[18]。在肝癌和膽管癌患者腸道菌群中也篩選到了可作為早期診斷的生物標志物，這些非傳統(tǒng)生物標志物的開發(fā)有助于實現(xiàn)腫瘤的早期無痛篩查。

3 微生物與腫瘤的治療

隨著微生物促進腫瘤發(fā)生發(fā)展的分子機制研究不斷深入，某些微生物可能成為抑制腫瘤發(fā)生發(fā)展的藥物靶點。例如，HPV疫苗通過誘導(dǎo)細胞毒性T淋巴細胞特異性殺死病毒感染細胞,在預(yù)防宮頸癌等疾病的臨床試驗中顯示出超過87.3%的保護效力[19]；大多數(shù)感染Hp的胃MALT淋巴瘤患者根治感染后能獲得長期緩解。在結(jié)直腸癌組織中富集的具核梭桿菌是革蘭陰性無芽胞厭氧桿菌，可通過促進癌細胞增殖、腫瘤免疫逃逸等對結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展起作用，對于甲硝唑敏感。利用具核梭桿菌陽性的結(jié)直腸癌組織作為實驗對象，使用甲硝唑治療陽性小鼠，發(fā)現(xiàn)腫瘤中的具核梭桿菌數(shù)量減少，腫瘤的生長速度也明顯減慢[20]。但由于甲硝唑?qū)τ诮^大多數(shù)厭氧菌有殺傷作用，并不是具核梭桿菌的靶向藥物，所以研發(fā)具核梭桿菌特異的抗菌藥物將更具有臨床意義[21]。

雖然微生物群落對于促進腫瘤的發(fā)生發(fā)展密不可分，但一些細菌對于腫瘤的靶向治療也有明顯的作用[22]。細菌抗癌性的機制主要是細菌可以表達趨化受體，發(fā)揮趨化作用，促進巨噬細胞浸潤，使其在腫瘤微環(huán)境中釋放相應(yīng)分子信號。細菌定植在腫瘤區(qū)域，可通過其代謝產(chǎn)物、影響信號通路、減輕炎性反應(yīng)等調(diào)節(jié)菌群平衡和代謝，誘導(dǎo)宿主產(chǎn)生免疫因子，提高機體免疫力，直接或間接抑制腫瘤的生長或誘發(fā)細胞凋亡。在結(jié)直腸癌中的丁酸梭菌可通過產(chǎn)生丁酸，激活G蛋白偶聯(lián)受體，抑制腸道炎性反應(yīng)及癌細胞的增殖，誘導(dǎo)腫瘤細胞發(fā)生凋亡，并觸發(fā)細胞周期停滯。此外，Wnt信號通路過度激活已被證實與結(jié)直腸癌的發(fā)生及預(yù)后不良相關(guān)[23]，而丁酸梭菌還可以通過抑制Wnt信號通路，起到抑制腫瘤、改善預(yù)后的作用[24]。丁酸梭菌不僅能抑制病原菌的增加，還能促進益生菌的增殖，發(fā)揮有益的抗癌作用。此外，丁酸梭菌的代謝產(chǎn)物丁酸鹽對腸道也有很多積極作用：它是正常結(jié)腸上皮細胞的首選能量來源，維持腸道微生物群在體內(nèi)平衡，增強腸道屏障完整性；丁酸鹽具有強烈的腫瘤抑制能力，本身也可引起腫瘤細胞凋亡，對結(jié)直腸癌有一定的治療效果。還有在受細菌感染刺激時細胞通過上調(diào)Cx43、Cx32等連接蛋白，增強縫隙連接獲得腫瘤肽，用于交叉呈遞和刺激抗腫瘤免疫反應(yīng)，從而增強抗腫瘤免疫和腫瘤根除能力。沙門氏菌對治療腫瘤也有幫助，其主要機制有與腫瘤細胞間競爭營養(yǎng)物或通過附著在腫瘤細胞表面的細菌裂解物釋放抗腫瘤成分，從而縮小腫瘤體積、延緩腫瘤的進展以及延長各種癌模型鼠的生存期[25]。

此外，益生菌補充療法對于腫瘤的治療也有積極的影響[26]。例如，益生菌能夠負責(zé)檢測和降解潛在的致癌物質(zhì)以及產(chǎn)生短鏈脂肪酸，這些脂肪酸影響細胞死亡和增殖[27]，從而抑制腫瘤發(fā)生發(fā)展；益生菌還可以通過抑制生長因子信號傳導(dǎo)以及誘導(dǎo)線粒體介導(dǎo)的細胞凋亡來減少癌細胞增殖[28]。研究表明，口服益生菌后，益生菌進入淋巴濾泡可以促進強大的黏膜免疫反應(yīng)，并顯著提高分泌性免疫球蛋白A的產(chǎn)生[29]，從而維持人體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答反應(yīng)。益生菌不僅增強了腸黏膜的免疫功能，對系統(tǒng)免疫功能也有調(diào)節(jié)作用[30]，另外在調(diào)整腸道菌群(gut microbiota)穩(wěn)態(tài)、減少人體腸道炎性反應(yīng)反應(yīng)、抑制腸道致病菌的定植、降低腸道內(nèi)有毒有害物質(zhì)濃度以及改善Hp感染[31]等方面也具有調(diào)節(jié)作用。

總之，腫瘤治療與特定的微生物組有關(guān),微生物可能會成為抑制腫瘤發(fā)展的藥物靶點，腫瘤疫苗可以通過腫瘤抗原誘導(dǎo)機體產(chǎn)生特異性免疫反應(yīng)殺傷腫瘤細胞，甚至某些細菌就能發(fā)揮抗腫瘤的靶向作用。 因此,針對腫瘤患者特定菌群制定個性化治療方案﹑調(diào)節(jié)菌群，可能會起到提高腫瘤療效、降低耐藥和減少不良反應(yīng)的作用。

4 問題與展望

綜上所述，微生物與腫瘤的發(fā)生發(fā)展密不可分。利用腫瘤患者與健康人群之間微生物組的差異，有助于實現(xiàn)以微生物作為腫瘤標志物的無痛無創(chuàng)篩查，使腫瘤的早期發(fā)現(xiàn)成為可能；全面了解腫瘤微環(huán)境，認識微生物與腫瘤發(fā)生發(fā)展機制之間的關(guān)系，有助于在臨床工作中早期干預(yù)腫瘤[32]；以微生物作為靶點研發(fā)靶向藥物以及補充益生菌、恢復(fù)腸道菌群穩(wěn)態(tài)，可能在今后成為腫瘤預(yù)防和治療的新策略。但同時也需意識到不像傳統(tǒng)的放射治療、化學(xué)治療，利用微生物治療腫瘤的安全性仍需要進一步的論證。比如在嵌合抗原受體T細胞免疫療法(chimeric antigen receptor T-cell immunotherapy,CAR-T療法)剛剛興起時，其所帶來的不良反應(yīng)包括細胞因子釋放綜合征、過敏反應(yīng)、CAR-T療法治療相關(guān)性腦病等都不容忽視[33]。相信隨著精準醫(yī)療理念和技術(shù)的發(fā)展，上述挑戰(zhàn)將被克服，腫瘤的早期篩查及治療會迎來光明前景。