腸道菌群微生態與結直腸癌的研究進展*

近年來結直腸癌的發病率逐年升高，據2018年中國癌癥中心發布的最新腫瘤數據顯示，結直腸癌居中國居民腫瘤發病率第3位。目前認為，結直腸癌的發生與多種因素有關。隨著分子生物學及宏基因組學研究的深入，發現腸道菌群微生態及其代謝模式的改變在結直腸癌的發生發展過程中發揮重要作用。

研究表明［1］，年齡、飲食以及生活方式和基因型等因素可引起腸道微生物種群結構和豐度的改變，從而導致腸道菌群微生態失衡，進而破壞細胞DNA、激活致癌信號傳導通路，最終影響結直腸癌的發生和發展。通過改變飲食習慣、合理應用抗生素、補充益生菌等方法可改善結直腸癌患者的腸道菌群微生態，為結直腸癌的預防及治療提供新的思路。本文就腸道菌群微生態與結直腸癌的研究進展進行綜述。

1 腸道菌群微生態

人體腸道作為一個多元化的微生態系統，其中共生著100多萬億個微生物菌群，這些微生物菌群、消化液、上皮細胞等生物成分以及食源性非生物成分共同組成了腸道微生態系統。健康人群腸道微生態系統內的菌群以厭氧菌為主，不同菌群之間相互制約，維持著腸道微生態系統的穩態，共同參與了宿主正常的消化吸收、物質代謝及能量轉化過程。這些腸道微生物菌群以高密度種群數量阻止和抑制外來致病菌的侵入與定植，通過調動調節免疫系統和防護病原體來維護腸道黏膜屏障結構的完整性［2-3］。

人體腸道內存在大量細菌，小腸內的細菌較少，跨過回盲瓣后細菌倍增。從種類看，空腸僅有極少量的需氧菌如鏈球菌、乳酸菌和葡萄球菌；遠端回腸則以類桿菌、大腸桿菌、芽胞桿菌為代表的厭氧菌為主；結腸內厭氧菌的數量急劇升高。腸道菌群根據與人體的關系分為3大類：對人體有益的益生菌群如雙歧桿菌、乳酸桿菌等；對人體有害的致病菌群如梭狀芽孢菌、糞腸球菌等；在某些特定環境下可危害人體的條件致病菌如大腸桿菌等［4-5］。腸道中不同菌屬的細菌相互制約，共同維持著腸道微生態的穩定。

2 腸道菌群微生態失衡及表現

腸道菌群微生態失衡包括菌群失衡和菌群易位。菌群失衡是指腸道原有菌群發生改變，益生菌減少和（或）致病菌增多。菌群易位可分為橫向易位和縱向易位。橫向易位指細菌由原定植處向周圍轉移，如下消化道細菌向上消化道轉移，結腸細菌向小腸轉移，引起如小腸感染綜合征等。縱向易位指細菌由原定植處向腸黏膜深層乃至全身轉移。

影響腸道菌群微生態失衡的因素包括宿主生活方式或飲食結構改變、免疫缺陷、腸道感染以及服用抗菌藥物等。如高脂飲食或西方膳食結構（高熱量、高蛋白、高膽固醇）可能引起宿主腸道菌群結構改變，從而引起腸道菌群微生態失衡，后者通過破壞正常組織細胞DNA，激活致癌信號傳導途徑，產生促腫瘤代謝物和抑制抗腫瘤免疫反應等影響結直腸癌的發生和發展，并可導致宿主出現多種疾病如肥胖、糖尿病以及免疫相關性疾病等。

3 腸道菌群微生態與結直腸癌的發生發展

腸道菌群微生態失衡時，腸道內致病菌占優勢并且發生代謝特征變化，釋放的毒素結合細胞表面受體繼而影響子細胞內的信號轉導；另外腸道細菌及其代謝產物可作用于基因易感性宿主，產生免疫應答，激活炎癥反應。此外，Grivennikov等［6］研究認為結直腸癌的發生是基因突變和微生物共同作用所致。腸道上皮細胞基因突變，引起腸上皮細胞連接蛋白分解和黏液分泌減少，腸道屏障破壞，腸腔細菌易位至固有層，細菌及細菌產物和Toll樣受體結合，促進IL-1、IL-6和IL-23釋放，IL-23活化下游Th17細胞，其分泌的IL-17進而活化STAT3，后者可以調節VEGF的表達影響腫瘤血管形成，促進上皮細胞的增殖、侵襲。該研究提示結直腸癌的發生應是上皮基因突變、黏膜屏障、腸道菌群和炎癥的綜合作用。

3.1 腸道菌群微生態失衡直接作用于結直腸癌病變

腸道微生態系統結構改變以及腸道菌群豐度變化均可引起腸道菌群失調。腸道菌群失調后，腸內益生菌群如雙岐桿菌、乳桿菌、擬桿菌等減少，致病菌群如產腸毒素脆弱類桿菌、大腸桿菌、艱難梭菌等數量增加。致病菌分泌大量毒性因子損傷腸上皮細胞，引發慢性炎性反應，促發結直腸癌的發生［7-8］。

近年隨著微生態研究方法的發展，二代、三代測序技術及生物芯片技術已經成為腸道微生物研究的重要方法［9］。Gueimonde等［10］研究發現，與健康人群相比，結直腸癌患者的腸道菌群具有顯著差異，結直腸癌患者有更多的腸球菌、鏈球菌、埃希氏桿菌、克雷伯氏桿菌等，同時羅氏菌和一些產丁酸鹽細菌則顯著減少。另有研究［11-12］發現結直腸癌患者腸道內富含脆弱擬桿菌、具核梭桿菌等7種細菌，而微桿菌和芽孢桿菌則顯著減少。這些細菌微生物可能成為結直腸癌的潛在的診斷性細菌標志物。

腸道菌群失調，致病菌可通過激活識別受體，吸附分泌腸毒素或侵入等方式引起腸道炎癥反應［13］，進一步誘導腸上皮細胞的癌基因突變，從而使腸上皮過度增殖，最終可發展為腫瘤。有研究顯示［14-15］腸道腫瘤的促腫瘤性菌群如埃希桿菌屬通過分泌聚酮肽基因毒素，擬桿菌屬通過分泌活化的氧自由基，從而降低子基因組的穩定性，促使細胞突變和腫瘤的發生。另有研究顯示［16-17］核粒梭桿菌等促腫瘤性菌群可通過直接調控腫瘤細胞本身的信號通路：如βcatenin、E-cadherin等激活轉錄，增加促炎基因（NF-kB和TCF）和致癌基因（Cyclin D1和Myc）的表達，促發炎癥反應并激活腫瘤細胞信號通路，誘發大腸癌。

3.2 腸道菌群微生態通過調控機體免疫系統影響結直腸癌的發生發展

腸道菌群微生態失衡時，致病微生物及其分泌物可與宿主相應受體結合產生免疫應答，或直接產生免疫活性成分，激活炎癥反應，調節腫瘤血管形成，促進腫瘤上皮細胞的增殖、侵襲。一項關于炎性結腸癌模型的研究發現，保持腸道菌群微生態平衡可以保護腸道上皮免受損傷，而這種保護作用部分通過配體識別信號通路發揮作用［18］。

腸道菌群紊亂時不僅腸道有害菌增加，同時腸上皮細胞高表達IL-17C，此分子可以抑制腸道上皮細胞的凋亡，促進腸道上皮異常增生，最終可誘發結直腸癌的發生［19］。另外，腸道致病菌與腸上皮接觸后，通過Toll樣受體TLR和My D88通路高表達IL-17C，進而促進抗凋亡分子Bcl-2和Bcl-xL的高表達，抑制腸道上皮細胞凋亡，促進腫瘤發展。基于此，通過減少腸道菌群失調引起的慢性炎性反應，阻斷致病菌群的效應分子，可明顯減少致癌因子的過度分泌，降低結直腸癌的發生發展。此外，有研究顯示［20］致病菌具核梭桿菌能抑制T細胞介導的免疫反應，促進結直腸癌腫瘤細胞生長，且其DNA含量與結直腸癌患者的較短生存相關，是一種潛在的預后預測標記物。

3.3 腸道菌群通過調節機體代謝間接影響結直腸癌細胞

腸道菌群的種類、數量可直接影響腫瘤的發生和發展，而腸道菌群也可通過調節機體代謝間接影響結直腸癌細胞。與此同時在腫瘤生長過程中，腫瘤細胞通過下調有益菌群的代謝產物來逃逸其對腫瘤的殺傷作用。有益菌群經發酵作用后可產生短鏈脂肪酸（short-chain fatty acid，SCFA），常見SCFA包括乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽等。其中丁酸鹽進入腫瘤細胞核內可發揮組蛋白去乙酰化酶抑制劑的作用，進而發揮抗腫瘤的作用［21］。

G蛋白偶聯受體43（G protein-coupled receptor 43，GPR43）與GPR109A為SCFA的主要受體之一，是介導細菌發酵產物SCFA抑癌作用的重要分子［22］。有研究顯示［23］，在結直腸癌細胞中若再次表達GPR109A，可上調促凋亡因子的表達，下調腫瘤增殖相關基因的表達，促進腫瘤細胞凋亡，減少腫瘤細胞的定植和生長。另有研究顯示［24］，GPR43在結腸癌原發灶和轉移灶中的表達均明顯降低。結腸癌細胞株中若異位表達GPR43，將導致細胞周期停滯，最終引起腫瘤細胞的凋亡。有研究者［25］發現在結腸腫瘤細胞中，易位表達SCFA的鈉離子偶聯轉運蛋白，可以通過蛋白質相互作用將細胞核內的凋亡抑制蛋白survivin易位至細胞膜上，通過抑制其生存素的轉錄，促進腫瘤細胞的凋亡。

3.4 腸道菌群與結直腸癌的治療

一直以來，研究者們均嘗試利用微生態制劑治療和預防腫瘤［26］。目前主要的微生態制劑包括益生菌及其代謝產物和生長促進因子。至今已開發出的微生態制劑主要有益生菌、益生元和合生元［27］。益生菌指對人體有益的活的微生物，應用最廣泛的有乳酸菌、雙歧桿菌、酪酸梭菌等。益生元指能被人體消化的低聚糖如菊糖、果糖寡聚體等，益生元可刺激有益共生菌群生長。合生元是益生菌和益生元的混合制劑，其既可發揮益生菌的生理活性，又能選擇性地增加益生菌數量，使其作用更加顯著和持久。研究發現［28］，微生態制劑特別是益生菌可通過刺激機體的免疫應答，增強巨噬細胞的吞噬活性，促進腫瘤壞死因子-α、干擾素-γ、白細胞介素-12、一氧化氮等細胞因子發揮抗腫瘤作用。體外研究發現［29-30］，聚酵素芽孢桿菌能夠黏附在結腸癌細胞表面，劑量依賴性地抑制結腸癌細胞的增殖；青春雙歧桿菌可以抑制人結腸癌細胞SW480、HT29、Caco2增殖，從而改變細胞形態來抑制腫瘤生長；乳酸菌衍生的聚磷酸酯可以誘導結腸癌細胞凋亡。體外研究還發現［31］酪酸梭菌能夠抑制人結腸癌SW480細胞的增殖，誘導結腸癌細胞凋亡和細胞周期阻滯。因為人體的有效益生菌較難獲取，因此目前微生態制劑還達不到臨床抗腫瘤治療的目的。

近年來較為熱門的排泄物移植技術（fecal micro?biota transplantation，FMT）是通過提取健康人的排泄物濾液，注入患者腸道內來治療慢性結腸炎、糖尿病等疾病的一種新型技術。該技術較益生菌及益生元治療有其個體化的優勢及較豐富菌群和較高豐度等特點，臨床上也顯示利用FMT法治療可以改善結腸癌患者病情，減輕化療不良反應，但仍存在許多問題亟待解決，如排泄物濾液的獲取與保存、如何有效提高抗腫瘤療效等。理論上說，若能在早期有效干預和平衡腸內細菌群的微生態，正向調控微生態與宿主關系的發展，就能較早有效地抑制腫瘤發生。

腸道微生態與機體本身的生活方式和飲食習慣有著密切的聯系，良好的生活方式能促進有益菌群的生長，抑制致病菌群。通過增加膳食纖維，適當降低蛋白質類物質的攝入，合理應用抗生素等改變可有效防止機體免疫系統的激活，降低細胞基因組的不穩定性，預防腸道腫瘤的發生。還需進一步明確腸道菌群微生態與結直腸癌的相互作用的分子機制，以及腸道菌群微生態與腫瘤微環境的關系。

4 結語

腸道菌群微生態與結直腸癌發生發展的關系以及在結直腸癌治療中的應用前景，近年來已成為國內外的研究熱點。但仍有許多問題未得到完全闡明，如環境因素如何改變腸道菌群的微生態；致病菌群如何導致結直腸癌的發生發展；腸道修復與菌群相互作用的具體機制等。這其中復雜又精細的相互作用亟待解釋，有望研究出針對腸道微生物群新的結直腸癌預防和治療策略。