劉 毅，杜 航，楊 遠(yuǎn),唐景玲，甄運(yùn)寰

結(jié)直腸癌(CRC)是常見(jiàn)的癌癥之一，也是全球主要的健康負(fù)擔(dān)，2020年相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，CRC發(fā)病率、病死率分別在全球惡性腫瘤中居于第三位、第二位[1]。西方發(fā)達(dá)國(guó)家為CRC高發(fā)地區(qū)，其發(fā)病率大約為發(fā)展中國(guó)家的3倍[2]。CRC是一種由多種因素共同作用導(dǎo)致的惡性腫瘤，誘因包括飲食、乙醇、腸道菌群等環(huán)境因素和家族性息肉病、遺傳性肥胖等遺傳因素，在這些因素中，遺傳因素在導(dǎo)致散發(fā)性CRC中的作用較弱，環(huán)境因素作用較大[3]。在環(huán)境因素中，腸道菌群受肥胖、西方飲食模式及乙醇等因素的影響，使其組成和豐富度均發(fā)生改變，這對(duì)CRC的發(fā)生和發(fā)展產(chǎn)生了不同程度的影響[4]。肥胖可能通過(guò)減少腸道中產(chǎn)生短鏈脂肪酸細(xì)菌的豐富度，從而降低短鏈脂肪酸的產(chǎn)量，從而增加患CRC的風(fēng)險(xiǎn)[5]。在美國(guó)，估計(jì)有5%的CRC患者是由于肥胖導(dǎo)致的[6]。西方飲食模式可以導(dǎo)致腸道菌群失衡、腸道黏膜屏障受損、腸壁通透性增加，使有毒細(xì)菌代謝物排泄到循環(huán)中，促進(jìn)全身炎癥反應(yīng)發(fā)生，最終使得CRC發(fā)生[7]。不僅如此，部分腸道菌群可以在腸道組織中通過(guò)誘導(dǎo)異常的免疫反應(yīng)，使腸道上皮屏障功能削弱，同時(shí)產(chǎn)生致癌毒素再作用于腸道上皮細(xì)胞，導(dǎo)致細(xì)胞異常增殖，從而改變了腸道的局部免疫微環(huán)境，進(jìn)一步發(fā)揮腸道菌群的致癌作用。產(chǎn)生的致癌毒素還會(huì)生成致癌代謝物、活性氧和其他自由基等，導(dǎo)致宿主細(xì)胞中的DNA損傷并引發(fā)突變，最終導(dǎo)致CRC的發(fā)生[8]。目前，一項(xiàng)有關(guān)早期CRC危險(xiǎn)因素的薈萃分析表明，乙醇是CRC的危險(xiǎn)因素之一，飲酒與早期CRC的發(fā)生有顯著的相關(guān)性(合并相對(duì)危險(xiǎn)度為1.71；95%CI為1.62，1.80)[9]。相關(guān)報(bào)道指出，過(guò)度飲酒者體內(nèi)柯林斯菌、普雷沃菌和銅綠假單胞菌可以使乙醛過(guò)多積累，直腸內(nèi)乙醛水平高于最低誘變濃度，同時(shí)伴有腸道菌群的結(jié)構(gòu)改變，最終促使直腸癌發(fā)生[4]。越來(lái)越多的證據(jù)表明，CRC的發(fā)生是由一種或多種腸道細(xì)菌參與，這些腸道細(xì)菌可不同程度影響CRC的發(fā)生。故闡明腸道菌群在CRC發(fā)生發(fā)展中的作用，對(duì)預(yù)防和治療CRC具有重要臨床和科研價(jià)值。

1 腸道菌群與菌群失調(diào)

微生物在人類出生時(shí)就存在于胃腸道、呼吸道、生殖道等自然腔隙中。其中，消化道是微生物種類最為繁多、作用最為復(fù)雜的一個(gè)器官。在結(jié)直腸內(nèi)，大約含有3×1013個(gè)細(xì)菌，就數(shù)量而言，細(xì)菌要遠(yuǎn)超于其他類型的微生物，占據(jù)腸道微生物的絕大部分[10]。腸道菌群主要以厭氧菌為主，其中包含500～1000個(gè)菌種[11]。然而，在不同的生物個(gè)體之間，腸道菌群的組成及豐富度卻存在很大差異。根據(jù)腸道菌群和人體之間的關(guān)系，將腸道菌群分成3種類型：①有益菌群，如乳酸桿菌、雙歧桿菌等；②有害菌群，如屎腸球菌等；③機(jī)會(huì)致病菌，如大腸桿菌等[12]。這些菌群在腸道中形成動(dòng)態(tài)平衡，當(dāng)有害的腸道菌群產(chǎn)生細(xì)菌毒素和致癌代謝物過(guò)多積累，而有益菌群產(chǎn)生對(duì)人體有益的代謝物減少時(shí)，就會(huì)打破原有的動(dòng)態(tài)平衡，導(dǎo)致腸道菌群失調(diào)，使腸黏膜屏障功能受損，促進(jìn)了細(xì)胞的異常增殖，這可能導(dǎo)致CRC的發(fā)生。與健康人群相比，CRC患者的腸道菌群伴有不同程度的菌群失調(diào)，有益菌群的多樣性和豐富度均降低，而機(jī)會(huì)致病菌群的多樣性和豐富度均出現(xiàn)增多[13]。當(dāng)腸道菌群失調(diào)時(shí)，機(jī)體可以通過(guò)“乘客-驅(qū)動(dòng)”模型和“毒性”腸道菌群模型來(lái)促使CRC的發(fā)生。TJALSMA等[14]首次提出“乘客-驅(qū)動(dòng)”模型。該模型將CRC的致病菌群分為兩類。首先是“乘客菌群”，即產(chǎn)生遺傳毒性物質(zhì)來(lái)破壞上皮細(xì)胞DNA的菌群；其次是“驅(qū)動(dòng)菌群”，其介導(dǎo)了腫瘤環(huán)境的變化，進(jìn)而導(dǎo)致了“乘客菌群”失衡，在這兩種菌群的共同作用下，最終致CRC發(fā)生。SEARS和PARDOLL[15]基于產(chǎn)腸毒素的脆弱擬桿菌在ApcMin/+小鼠中具有致癌作用，提出“毒性”腸道菌群模型，認(rèn)為這些“毒性”細(xì)菌不僅可分泌一些毒性蛋白引起腸上皮癌變，而且還可重塑細(xì)菌群落，誘導(dǎo)腸道黏膜免疫反應(yīng)異常，使腸上皮癌變細(xì)胞清除障礙，從而增強(qiáng)致癌作用，最終促使CRC發(fā)生。

2 腸道菌群在CRC發(fā)生中的作用

2.1腸道菌群及代謝產(chǎn)物 現(xiàn)已有大量研究表明，CRC的發(fā)生、發(fā)展和腸道菌群失調(diào)之間有一定的相關(guān)性，而菌群失調(diào)受多種環(huán)境因素的影響。腸道內(nèi)雙歧桿菌受高脂飲食的影響，豐富度逐漸降低，這將使腸道產(chǎn)生黏液的速度受限，黏液形成的透明黏液層就難以抵抗有害菌群的入侵，導(dǎo)致有害細(xì)菌與腸上皮直接接觸，引發(fā)不利的宿主反應(yīng)，如炎癥反應(yīng)，使得自發(fā)性CRC的發(fā)生[16-17]。與正常飲食相比，高脂飲食可以使盲腸和結(jié)腸中的具核梭桿菌的豐富度提高[18]，而具核梭桿菌在腫瘤細(xì)胞-血管內(nèi)皮細(xì)胞模型中可以誘導(dǎo)一種新的模式識(shí)別受體α蛋白激酶-1(ALPK-1)激活核因子-κB(NF-κB)通路，導(dǎo)致細(xì)胞間黏附分子-1(ICAM-1)表達(dá)上調(diào)，從而增強(qiáng)CRC細(xì)胞的黏附能力，促進(jìn)CRC細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞黏附，使CRC細(xì)胞發(fā)生外滲和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移[19]。與此同時(shí)，這種模式識(shí)別受體激活NF-κB通路還可以調(diào)節(jié)miR-1322/CCL20的表達(dá)，誘導(dǎo)M2巨噬細(xì)胞極化，促進(jìn)CRC細(xì)胞轉(zhuǎn)移，從而增加了轉(zhuǎn)移灶的數(shù)量，然而當(dāng)CCL20敲除后，具核梭桿菌誘導(dǎo)的CRC肺轉(zhuǎn)移卻出現(xiàn)轉(zhuǎn)移灶顯著減少的現(xiàn)象[20]。HAN[21]發(fā)現(xiàn)具核梭桿菌在癌組織中的檢出率明顯高于正常組織，這種機(jī)會(huì)性病原體是促進(jìn)腫瘤發(fā)生的相關(guān)細(xì)菌，它可以附著、入侵多種宿主細(xì)胞，如上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和成纖維細(xì)胞，從而發(fā)揮它的細(xì)菌毒力和致病力。在腫瘤組織中，具核梭桿菌可以促進(jìn)高糖代謝，為腫瘤發(fā)生提供能量[22]，通過(guò)TLR4/MYD88/NF-κB通路，上調(diào)miR-21基因的表達(dá)，這對(duì)CRC細(xì)胞的增殖和腫瘤的發(fā)展具有促進(jìn)作用[23]，除此之外，這種細(xì)菌還可以刺激CRC細(xì)胞產(chǎn)生miR-1246/92b-3p/27a-3p外泌體，通過(guò)靶向GSk3β基因激活Wnt/β-catenin通路，最終誘導(dǎo)CRC轉(zhuǎn)移[24]。在CRC肝轉(zhuǎn)移患者中，通過(guò)檢測(cè)CRC肝轉(zhuǎn)移標(biāo)本中的DNA及肝轉(zhuǎn)移組織中的CD8+ T淋巴細(xì)胞、CD33細(xì)胞和CD163細(xì)胞，具核梭桿菌陽(yáng)性與陰性CRC肝轉(zhuǎn)移標(biāo)本比較，前者CD8+ T淋巴細(xì)胞的密度顯著降低、髓源性抑制細(xì)胞的密度增高[25]，證實(shí)了具核梭桿菌與CRC的發(fā)生具有高度相關(guān)性。部分腸道菌群不僅可以產(chǎn)生膳食纖維、蛋白質(zhì)和多肽，還可以合成、調(diào)節(jié)和降解大量生物活性代謝物，而部分代謝物對(duì)CRC的發(fā)生具有促進(jìn)作用[26]。具核梭桿菌中的一種毒力因子(FadA黏附素)可以激活E-cadherin/β-catenin通路，使細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)激酶2(Chk2)表達(dá)增加，引發(fā)DNA損傷，從而促使CRC的發(fā)生和發(fā)展[27]。YANG等[28]研究發(fā)現(xiàn)，溶血磷脂酰膽堿、溶血磷脂酸可以降低人結(jié)腸癌細(xì)胞和人克隆結(jié)腸腺癌細(xì)胞中E-鈣粘蛋白和閉合蛋白的表達(dá)，使結(jié)腸細(xì)胞異常增殖并損害腸道屏障功能，進(jìn)一步促進(jìn)腸道腫瘤的發(fā)生。不僅如此，在高脂飲食的作用下，使ApcMin/+小鼠腸道內(nèi)細(xì)菌的豐富度降低，條件致病菌增多時(shí)，糞便中脫氧膽酸的水平會(huì)明顯增高，而脫氧膽酸卻可以激活血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體-2(VEGFR-2),從而誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，進(jìn)一步促進(jìn)血管生成擬態(tài)的形成，最終促使腸道腫瘤的發(fā)生[29]。

2.2腸道菌群與炎癥相關(guān)性CRC 結(jié)直腸內(nèi)存有許多保護(hù)性因素來(lái)維持腸道內(nèi)環(huán)境的平衡和穩(wěn)定，一旦這些保護(hù)性因素在體內(nèi)、體外因素的作用下失去保護(hù)性作用，那么腸道內(nèi)環(huán)境就會(huì)失去原有的平衡，慢性炎癥就很有可能因此而產(chǎn)生[30]。部分學(xué)者研究認(rèn)為，在腸道菌群的作用下，腸道慢性炎癥與以下幾種特殊的誘導(dǎo)方式有關(guān)：①腸道菌群通過(guò)合成并分泌細(xì)胞毒性生物分子或代謝物；②黏附于腸黏膜上皮細(xì)胞；③經(jīng)轉(zhuǎn)移進(jìn)入機(jī)體；④通過(guò)結(jié)合和(或)激活Toll樣受體調(diào)節(jié)T淋巴細(xì)胞，并激活免疫反應(yīng)[31]。慢性炎癥性腸病患者和正常人群比較，患CRC的概率會(huì)有所升高，這種現(xiàn)象提示CRC的發(fā)生可能與腸道慢性炎癥存在緊密聯(lián)系。腸道菌群通過(guò)介導(dǎo)結(jié)直腸產(chǎn)生慢性炎癥，招募大量炎性細(xì)胞，釋放眾多炎性因子，如白細(xì)胞介素-6(IL-6)、IL-17、IL-22、IL-23、前列腺素E2(PGE2)及腫瘤壞死因子-α(TNF-α)等，調(diào)控NF-κB、轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)等多種信號(hào)通路，促進(jìn)CRC的發(fā)生[32]。例如在ApcMin/+小鼠模型中，表達(dá)脆弱芽孢桿菌毒素的脆弱類桿菌誘導(dǎo)IL-17分泌增多和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及STAT3信號(hào)通路的激活，并通過(guò)激活遠(yuǎn)端結(jié)腸上皮細(xì)胞中的NF-κB來(lái)促進(jìn)遠(yuǎn)端結(jié)腸癌的發(fā)生[33]。同時(shí)，腸道菌群代謝產(chǎn)生的PGE2、IL-6及TNF-α等炎性因子也參與了CRC的發(fā)生[34]。除此之外，某些細(xì)菌如具核梭桿菌，通過(guò)激活NF-κB通路并在ApcMin/+小鼠腸道中招募腫瘤浸潤(rùn)性免疫細(xì)胞來(lái)誘導(dǎo)促炎環(huán)境的形成，從而導(dǎo)致CRC的發(fā)生[35]。厭氧假單胞菌也可以在ApcMin/+小鼠中廣泛誘導(dǎo)促炎細(xì)胞因子的表達(dá)，進(jìn)而招募一系列腫瘤浸潤(rùn)性免疫細(xì)胞，特別是髓系衍生抑制性細(xì)胞、腫瘤相關(guān)性巨噬細(xì)胞和腫瘤相關(guān)性中性粒細(xì)胞，進(jìn)一步促進(jìn)了腫瘤的發(fā)生[36]。當(dāng)CRC組織表面屏障功能喪失時(shí)，癌細(xì)胞間緊密連接，使共生細(xì)菌的降解產(chǎn)物進(jìn)入腫瘤間質(zhì)，從而導(dǎo)致髓系細(xì)胞進(jìn)入腫瘤微環(huán)境，而且共生細(xì)菌本身可侵入腫瘤組織，誘導(dǎo)腫瘤浸潤(rùn)性髓系細(xì)胞產(chǎn)生炎性細(xì)胞因子，促進(jìn)CRC發(fā)生[37]。

2.3腸道菌群與乙醇相關(guān)性CRC 飲酒是現(xiàn)代社會(huì)一種常見(jiàn)的生活習(xí)慣。但是，部分流行病學(xué)研究表明，即使是少量飲酒也會(huì)增加CRC的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。在腸道中，乙醇與腸道菌群間的相互作用可能會(huì)產(chǎn)生致癌物質(zhì)，從而導(dǎo)致CRC的發(fā)生。結(jié)腸中的某些細(xì)菌如腸桿菌科細(xì)菌，同時(shí)具有乙醇脫氫酶(ADH)和乙醛脫氫酶(ALDH)的活性，其中它們的ADH活性往往高于ALDH活性，這將導(dǎo)致此類細(xì)菌對(duì)乙醇進(jìn)行生物代謝時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的乙醛[38]。不僅如此，結(jié)腸中的一些厭氧菌如瘤胃球菌，也會(huì)將乙醇代謝為乙醛[39]，在腸道黏膜受損的情況下，具有誘變活性的乙醛促進(jìn)了CRC的發(fā)生[40]。除此之外，乙醛也能引起DNA損傷、改變端粒長(zhǎng)度和誘導(dǎo)活性氧產(chǎn)生，從而促使CRC的發(fā)生[41]。

3 腸道菌群與CRC早期診斷

生物標(biāo)志物是診斷腫瘤的一個(gè)重要指標(biāo)。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，局限性CRC的5年存活率為90%，而轉(zhuǎn)移性CRC的5年存活率僅為14%[42]，所以CRC的早期診斷需要準(zhǔn)確的生物標(biāo)志物進(jìn)行診斷，有利于后續(xù)治療。腸道菌群作為一種新型生物標(biāo)志物，對(duì)CRC的早期診斷具有非常重要的作用。GUO等[43]研究表明，具核梭桿菌在CRC的早期診斷方面具有不可替代的作用。該研究指出，具核梭桿菌與雙歧桿菌的比值在CRC早期診斷方面具有很高的敏感度和特異度(分別為84.6%和92.3%)，當(dāng)具核梭桿菌與雙歧桿菌的比值和具核梭桿菌與布氏桿菌的比值聯(lián)合用于診斷CRC時(shí)，其診斷價(jià)值有很大提高(曲線下面積為0.943)，從而證實(shí)了具核梭桿菌與布氏桿菌和雙歧桿菌的比值可提高CRC早期診斷的特異度，二者聯(lián)合應(yīng)用篩查早期CRC具有較好的診斷價(jià)值。還有研究發(fā)現(xiàn)，CRC患者具核梭桿菌水平較高，這表明具核梭桿菌對(duì)CRC的早期診斷具有積極作用[44]。此外，分析糞便樣本中的基因變化可以準(zhǔn)確反映腸道菌群狀況，這可能為CRC的早期診斷提供重要線索[45]。

4 展望

腸道菌群是一把雙刃劍，它既可以介導(dǎo)CRC的發(fā)生，同時(shí)又對(duì)CRC的治療具有不可替代的作用。糞菌移植(FMT)是一種新興的生物療法，這種治療方法將健康人群的糞便移植到患有胃腸道疾病患者的下消化道中，特別是在復(fù)發(fā)性艱難梭菌感染、炎性腸病、腸易激綜合征等方面具有良好的治療效果[46]。JAN等[47]在難治性梭狀芽孢桿菌感染患者中分析了FMT前后結(jié)腸活檢標(biāo)本中IL-25水平，發(fā)現(xiàn)將一種復(fù)雜的微生物混合物移植給難治性梭狀芽孢桿菌感染患者后，這些患者結(jié)腸微生物的α多樣性和結(jié)腸組織中IL-25水平均有所升高，同時(shí)患者復(fù)發(fā)率降低，表明FMT可以抑制組織炎癥，對(duì)結(jié)直腸炎性病變的治療具有積極作用。但是，這種方法用于CRC治療的相關(guān)研究非常有限，而且安全性、倫理性、可接受性、患者的個(gè)體差異都是不可忽略的問(wèn)題?；蛟S在未來(lái)的研究中，隨著CRC基因組學(xué)、代謝組學(xué)和免疫學(xué)的不斷突破，可能會(huì)將這些學(xué)科與腸道菌群更好地結(jié)合在一起，把我們帶入CRC研究的新領(lǐng)域。在不久的將來(lái)，腸道菌群很可能會(huì)成為對(duì)抗CRC的新型治療方向。