李曉芳,曹 旭,師曉陽(yáng),李玉嬋,王 津,郭嘉璇,呂一豪,王慧潔

食管疾病主要包括胃食管反流病(GERD)、巴雷特食管和食管癌。GERD屬良性食管疾病,流行病學(xué)資料顯示,GERD患病率在全球范圍內(nèi)呈上升趨勢(shì)[1],我國(guó)GERD患病率高達(dá)1.9～7.0%[2-3]。食管癌是世界第7大常見(jiàn)癌癥,也是第6大癌癥死亡原因[4]。2020年我國(guó)食管癌發(fā)病率為13.80/10萬(wàn)人,排名第6,病死率為12.70/10萬(wàn)人,排名第4,是威脅國(guó)民生命健康的主要惡性腫瘤之一[5]。按照組織類型分類,食管癌主要分為食管鱗狀細(xì)胞癌(ESCC)和食管腺癌(EAC),在我國(guó)以ESCC為主[5]。巴雷特食管是由GERD導(dǎo)致的EAC癌前病變。隨著GERD患者的增加,我國(guó)巴雷特食管和EAC的發(fā)病率也隨之逐年增加,嚴(yán)重威脅人們的生命健康。目前,使用內(nèi)鏡檢查獲得食管樣本進(jìn)行組織學(xué)檢查仍然是診斷食管病變的主要手段。然而,這種方法需要侵入性的操作,是煩瑣和昂貴的檢查方法。因此,迫切需要探索和開(kāi)發(fā)新的簡(jiǎn)便有效的檢測(cè)方法來(lái)進(jìn)行診斷,并提高對(duì)食管疾病病理生物學(xué)的理解,以最終改善臨床結(jié)果。

雖然大多數(shù)食管疾病的發(fā)病機(jī)制仍有待明確,但病因?qū)W研究的重點(diǎn)是遺傳概率、環(huán)境因素、宿主免疫調(diào)節(jié)和共生微生物組之間的相互作用。近年來(lái),臨床學(xué)者對(duì)揭示微生物組在食管疾病中的作用越來(lái)越感興趣?；蚪M技術(shù)的發(fā)展使人們能夠同時(shí)探索微生物、微環(huán)境的眾多部分,包括微生物組成和功能,并推斷群落功能[6]。如下一代測(cè)序技術(shù)有助于闡明宿主與病原體之間的遺傳變異和相互聯(lián)系[7-8]。

口腔微生物群與食管微生物群密切相關(guān),食管微生物群在很大程度上受口腔微生物群的影響[9]?？谇晃⑸锶何蓙y會(huì)影響并誘發(fā)上消化道和下消化道疾病[10]?？谇患?xì)菌可能遷移到食管,從而間接影響食管微生物,促進(jìn)食管疾病的發(fā)生和發(fā)展[11]。人類口腔微生物群紊亂可通過(guò)免疫途徑誘發(fā)慢性炎癥,從而導(dǎo)致GERD、巴雷特食管和食管癌的發(fā)生。

局部生態(tài)失調(diào)在食管疾病中已有研究[9,12]。新出現(xiàn)的證據(jù)表明,固有的食管微生物組與口腔微生物組有相似之處,但存在關(guān)鍵的分類差異[13-15]。近年口腔微生物組與消化系統(tǒng)癌癥之間的關(guān)聯(lián)已有研究發(fā)表[7,16-18]。本文綜述近年人類口腔微生物組與食管疾病之間關(guān)聯(lián)的最新進(jìn)展。

1 口腔微生物組

人類口腔微生物組是指在口腔及其毗鄰延伸部分(止于食管遠(yuǎn)端)發(fā)現(xiàn)的所有微生物,已被廣泛研究[19]?？谇挥谐^(guò)775種細(xì)菌[20],其組成受許多因素的影響,包括宿主遺傳[21]、地理[22]、年齡[23]、口腔健康[24]、生活方式習(xí)慣[25]、社會(huì)因素[26]和藥物[27]等。研究發(fā)現(xiàn),在健康個(gè)體的口腔微生物群組成中革蘭陽(yáng)性菌占優(yōu)勢(shì),包括乏養(yǎng)菌屬、消化鏈球菌屬、鏈球菌屬、口腔球菌屬、放線菌屬、雙歧桿菌屬、棒狀桿菌屬、真桿菌屬、乳桿菌屬、丙酸桿菌屬、假分枝桿菌屬和羅氏菌屬等[20]。定居在健康口腔微生物群中的革蘭陰性微生物包括莫拉菌屬、奈瑟菌屬、韋榮球菌屬、彎曲桿菌屬、二氧化碳嗜纖維菌屬、脫硫桿菌屬、脫硫弧菌屬、艾肯菌屬、梭桿菌屬、嗜血桿菌屬、纖毛菌屬、普雷沃菌屬、硒單胞菌屬、西蒙斯菌屬、密螺旋體屬和沃林氏菌屬等[20]。這個(gè)復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)的平衡對(duì)口腔健康至關(guān)重要,并影響宿主對(duì)疾病的反應(yīng)[28]。體內(nèi)平衡的破壞,即生態(tài)失調(diào),可對(duì)宿主產(chǎn)生顯著的代謝和免疫影響,最終導(dǎo)致局部和全身性疾病[29-30]。

2 口腔微生物組與食管疾病

現(xiàn)有研究表明,GERD、巴雷特食管和食管癌患者的口腔微生物組特征都發(fā)生了顯著變化,由此鑒定出多個(gè)與食管疾病相關(guān)的差異物種。本文對(duì)人類口腔微生物組改變與食管疾病之間關(guān)聯(lián)的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行了整理,以此來(lái)分析食管疾病與口腔微生物組之間潛在聯(lián)系。

2.1 GERD

WANG等[31]評(píng)估了GERD患者(55例)與年齡和性別匹配的健康對(duì)照組(51例)之間唾液細(xì)菌群落組成的差異,發(fā)現(xiàn)在GERD患者中擬桿菌門、普雷沃菌屬、韋榮球菌屬、巨球型菌屬、消化鏈球菌屬、阿托波氏菌屬、假丁酸弧菌屬、真桿菌屬和毛絨厭氧桿菌屬的相對(duì)豐度明顯增加,而奈瑟菌屬、鏈球菌屬、羅氏菌屬、顆粒鏈菌屬、孿生球菌屬、聚集桿菌屬、密螺旋體屬、彎曲桿菌屬、產(chǎn)絲菌屬、棒狀桿菌屬和纖維弧菌屬的相對(duì)豐度明顯減少。KAWAR等[32]評(píng)估了有無(wú)使用質(zhì)子泵抑制劑藥物的GERD患者和健康對(duì)照組的唾液微生物組,結(jié)果發(fā)現(xiàn)未使用質(zhì)子泵抑制劑的GERD患者產(chǎn)黑素普雷沃菌、蒼白普雷沃菌、纖毛菌和莫氏細(xì)小桿菌以及其他13個(gè)物種與GERD存在負(fù)相關(guān);相比之下,長(zhǎng)期使用質(zhì)子泵抑制劑的GERD患者與對(duì)照組相比,唾液微生物組的差異很小。

2.2 巴雷特食管

巴雷特食管是EAC的前期病變,隨著抗生素的出現(xiàn)和幽門螺桿菌感染率的逐漸下降,巴雷特食管和EAC的發(fā)病率出現(xiàn)上升趨勢(shì)[13]。這增加了上消化道微生物組可能在EAC發(fā)展過(guò)程中起關(guān)鍵作用的可能性,但尚未得到深入探索,目前只有一項(xiàng)研究探索了巴雷特食管和對(duì)照組之間口腔微生物組的差異。SNIDER等[33]在內(nèi)窺鏡檢查前收集共49例研究對(duì)象的唾液樣本(32例巴雷特食管,17例對(duì)照組),結(jié)果顯示在門水平上,巴雷特食管患者的口腔微生物組中厚壁菌門具有較高的相對(duì)豐度(巴雷特食管組與對(duì)照組相對(duì)豐度分別是27.1%與14.6%),而變形桿菌的相對(duì)豐度較低(巴雷特食管組與對(duì)照組相對(duì)豐度分別是23.8%與34.5%);在屬水平上,巴雷特食管患者中鏈球菌屬和韋榮球菌屬富集,奈瑟菌屬、口動(dòng)菌屬和棒狀桿菌屬的相對(duì)豐度降低。

2.3 食管癌

ESCC和EAC具有不同的地理和時(shí)間模式以及危險(xiǎn)因素特征,盡管進(jìn)行了數(shù)十年的研究,但這些地理、時(shí)間模式背后的因素仍未完全了解[12]。相比于口腔微生物組與GERD或巴雷特食管的相關(guān)性研究,口腔微生物組與食管癌的關(guān)聯(lián)研究更多,研究主要分布在中國(guó)、美國(guó)和日本。在一些研究中,區(qū)別于良性食管疾病患者的口腔微生物組只在菌群組成上顯示出顯著變化,食管癌口腔微生物組還在豐富度和α多樣性上出現(xiàn)顯著不同。

1)ESCC:2015年,CHEN等[34]進(jìn)行了口腔微生物群與ESCC的關(guān)聯(lián)研究。在這項(xiàng)研究中,從87例確診的ESCC和85例健康對(duì)照者中收集了唾液樣本,結(jié)果顯示ESCC患者中鏈球菌屬、普雷沃菌屬和卟啉單胞菌屬的相對(duì)豐度升高,口動(dòng)菌屬、布雷德菌屬、卡托氏菌屬、棒狀桿菌屬、毛螺旋菌屬、消化球菌屬和心桿菌屬的相對(duì)豐度降低。2017年,在一項(xiàng)前瞻性研究中,PETERS等[35]進(jìn)一步研究了ESCC中的口腔微生物群,該研究將25例ESCC的漱口水樣本與50例匹配的對(duì)照組進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)牙周病原體牙齦卟啉單胞菌的相對(duì)豐度與ESCC風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)(OR=1.30,95%CI:0.96,1.77)。2021年,LI等[36]采集了33例ESCC和35例健康對(duì)照者的唾液樣本,研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)浮霉菌門、疣微菌門、二氧化碳噬纖維菌屬和毛螺菌科在ESCC組富集。2022年,CHEN等[37]納入了90例新診斷ESCC和50例健康對(duì)照者,研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)纖毛菌屬、卟啉單胞菌屬、鏈球菌屬、羅氏菌屬、乳酸桿菌屬和消化鏈球菌屬在ESCC患者唾液中的相對(duì)豐度高于健康對(duì)照者,而嗜血桿菌屬、巴斯德菌科和巴斯德菌目等在ESCC患者唾液中相對(duì)豐度顯著降低。JIANG等[38]的一項(xiàng)關(guān)于口腔微生物群預(yù)測(cè)ESCC的研究(ESCC組56例,對(duì)照組53例)中發(fā)現(xiàn),與對(duì)照組相比,ESCC組的梭桿菌門、梭桿菌目和纖毛菌屬的相對(duì)豐度增加,而變形桿菌、奈瑟菌科、巴斯德菌科、奈瑟菌屬和聚集桿菌屬的相對(duì)豐度降低。

2)EAC:PETERS等[35]的研究同樣分析了EAC的口腔微生物群特征,該研究將81例EAC的漱口水樣本與160例匹配的對(duì)照組進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)牙周病原體福賽斯坦納菌與EAC風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)(OR=1.21,95%CI:1.01,1.46),而奈瑟菌屬和肺炎鏈球菌的相對(duì)豐度降低與EAC低風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)。

3 口腔微生物對(duì)食管疾病的可能作用機(jī)制

目前,關(guān)于口腔微生物與食管疾病機(jī)制的研究比較少。由于細(xì)菌遷移,口腔在一定程度上塑造了食管微生物群[35]。食管癌前病變的微生物群發(fā)生了改變,例如革蘭陽(yáng)性菌和革蘭陰性菌之間比例的異常,這種從具有較高革蘭陽(yáng)性菌比例到革蘭陰性菌更占優(yōu)勢(shì)的轉(zhuǎn)變被認(rèn)為與GERD、巴雷特食管以及食管癌的發(fā)生發(fā)展有關(guān)[39-40]。

眾所周知,脂多糖是革蘭陰性菌中最豐富和最重要的細(xì)胞壁成分,對(duì)細(xì)胞完整性、生存能力和抗環(huán)境壓力至關(guān)重要[41]。Toll樣受體4是人體響應(yīng)脂多糖誘導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的受體之一,上皮屏障破壞后,脂多糖-Toll樣受體4結(jié)合增加,激活白細(xì)胞介素-18產(chǎn)生,引起級(jí)聯(lián)炎癥反應(yīng)[42]。Toll樣受體4激活對(duì)感染和非感染相關(guān)炎癥至關(guān)重要,并是革蘭陰性菌引起炎癥性疾病的主要機(jī)制[42]。再者,Toll樣受體信號(hào)傳導(dǎo)可以促進(jìn)促炎性趨化因子的轉(zhuǎn)錄,包括白細(xì)胞介素-1、白細(xì)胞介素-6、白細(xì)胞介素-8和腫瘤壞死因子-α以及一氧化氮合酶等介質(zhì)[43],其中一氧化氮和環(huán)氧化酶-2的產(chǎn)生會(huì)分別導(dǎo)致食管下括約肌松弛和胃排空減慢,進(jìn)而導(dǎo)致GERD的發(fā)生[44]。宿主對(duì)革蘭陰性菌固有脂多糖升高的反應(yīng)導(dǎo)致上皮細(xì)胞核因子-κB活化。核因子-κB分子途徑是對(duì)有害刺激的初始反應(yīng)步驟,并承擔(dān)上調(diào)炎癥反應(yīng)、先天性免疫反應(yīng)、適應(yīng)性反應(yīng)、凋亡抑制、細(xì)胞增殖和分化的作用[44]。核因子-κB激活導(dǎo)致白細(xì)胞介素-1B和白細(xì)胞介素-8的表達(dá)增加,形成正反饋環(huán),引發(fā)巴雷特食管更穩(wěn)健的先天免疫應(yīng)答[44]。此外,革蘭陰性菌脂多糖的表達(dá)以及隨后Toll樣受體4-核因子-κB通路的激活與白細(xì)胞介素-8和環(huán)氧化酶-2的表達(dá)有關(guān)。這兩者的水平與化生向異型增生轉(zhuǎn)變直接相關(guān)[45]。

食管腫瘤組織的微生物群已被表征為受口腔微生物群和源自口腔牙周病相關(guān)物種的嚴(yán)重影響[35]。然而,即使在ESCC和EAC之間,微生物群也存在差異。具體到比較明確的物種而言,福賽斯坦納菌與EAC之間存在關(guān)系,而牙齦卟啉單胞菌與ESCC的風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)[35]。在一項(xiàng)關(guān)于福賽斯坦納菌和牙齦卟啉單胞菌在食管癌發(fā)病機(jī)制中作用的綜述中,描述了二者在負(fù)責(zé)癌癥發(fā)展信號(hào)通路中的作用[46]。福賽斯坦納菌通過(guò)增加癌細(xì)胞中葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白-1和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白-4的表達(dá)促進(jìn)了癌細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)和細(xì)胞增殖,并通過(guò)CD4+ T輔助細(xì)胞和腫瘤壞死因子-α誘導(dǎo)促炎細(xì)胞因子干擾宿主的表皮屏障并誘導(dǎo)炎癥[46];而牙齦卟啉單胞菌產(chǎn)生的牙齦卟啉單胞菌素K通過(guò)降解免疫球蛋白和補(bǔ)體(C3和C5成分)影響宿主免疫系統(tǒng)[47],同時(shí)也促進(jìn)了基質(zhì)金屬蛋白酶的產(chǎn)生,這對(duì)于ESCC的發(fā)展起著重要作用[46]。

4 問(wèn)題及展望

口腔微生物群和食管疾病之間關(guān)聯(lián)的流行病學(xué)調(diào)查仍處于早期階段,不僅研究數(shù)量有限,而且目前無(wú)法確定是否存在因果關(guān)系。當(dāng)前相關(guān)研究存在一些問(wèn)題:首先是樣本收集(包括漱口水、唾液、牙菌斑等)的可變性、研究的橫斷面性質(zhì)以及研究設(shè)計(jì)的異質(zhì)性,對(duì)這些研究結(jié)果進(jìn)行直接比較和分析可能具有挑戰(zhàn)性;其次是使用16S rRNA測(cè)序作為研究方法,雖然16S rRNA測(cè)序現(xiàn)仍是細(xì)菌分類學(xué)分析的標(biāo)準(zhǔn),但其在表征病毒和真菌,以及物種水平上細(xì)菌的能力不足,并且不能直接評(píng)估宿主和微生物之間的功能或相互作用;而宏基因組學(xué)和宏轉(zhuǎn)錄組學(xué)不僅能在物種水平上提供有關(guān)微生物組成的信息,還可以提供對(duì)所涉及代謝途徑的見(jiàn)解[48]。

建立口腔微生物組和食管疾病之間的關(guān)聯(lián)可以加深對(duì)食管疾病的理解,促進(jìn)新型非侵入性診斷方法的開(kāi)發(fā),并有可能通過(guò)使用藥物或靶向治療來(lái)改變口腔微生物組以改善食管疾病的臨床效果。