腫瘤化療對(duì)腸道微生態(tài)影響的研究進(jìn)展

孫志高，竇永起

解放軍總醫(yī)院 中醫(yī)科，北京 100853

腸道菌群調(diào)節(jié)胃腸平滑肌蠕動(dòng)，與腹瀉、便秘等消化道癥狀密切相關(guān)[1]。化療是臨床治療惡性腫瘤的主要方法之一，在殺傷腫瘤細(xì)胞的同時(shí)，會(huì)對(duì)腸黏膜等敏感組織造成損傷，引起腸道廣泛黏膜炎癥及菌群紊亂，甚至出現(xiàn)菌群易位導(dǎo)致嚴(yán)重感染而威脅患者生命。據(jù)統(tǒng)計(jì)，化療患者消化道黏膜炎發(fā)生率可達(dá)40%以上，而超過(guò)30%的腸道腫瘤患者在接受化療過(guò)程中出現(xiàn)腹瀉等菌群失調(diào)癥狀[2-3]。近年來(lái)化療相關(guān)腸道微生態(tài)紊亂的特點(diǎn)及發(fā)生機(jī)制被逐漸揭示，本文就此研究進(jìn)展作一綜述。

1 菌群結(jié)構(gòu)變化

國(guó)內(nèi)外的臨床研究均顯示，化療藥物可導(dǎo)致腸道菌群的總數(shù)明顯減少，多樣性下降、菌群比例失衡。特別是歸類于厭氧菌屬的益生菌，而致病菌的數(shù)量及比例在化療期間則有所增加，總體呈現(xiàn)明顯的菌群失調(diào)趨勢(shì)。Huang等[4]研究發(fā)現(xiàn)，氨甲蝶呤引起白血病患兒腸道菌群總數(shù)減少約29.6%，并以第3天的變化較為明顯；其中雙歧桿菌、乳酸桿菌及大腸埃希菌的數(shù)量在化療期間下降最為明顯。Montassier等[5]研究接受BEAM方案化療的非霍奇金淋巴瘤患者，發(fā)現(xiàn)腸道菌群的多樣性顯著下降，菌群構(gòu)成發(fā)生明顯改變，并認(rèn)為這可能與化療后Faecalibacterium的急劇下降及其繼發(fā)的埃希氏菌的增加有關(guān)。Zwielehner等[6]對(duì)17例腫瘤患者研究發(fā)現(xiàn)，化療對(duì)擬桿菌影響輕微，而梭菌簇Ⅳ和ⅩⅣa則更敏感，其可能是化療后黏膜炎及腸道微生態(tài)系功能紊亂的重要因素。Motoori等[7]研究表明，DCF化療方案(紫杉醇、順鉑、5-氟尿嘧啶)通過(guò)改變食管癌患者腸道乙酸和丙酸濃度而降低食管癌患者腸道雙歧桿菌及普雷沃菌屬表達(dá)并增加腸球菌等條件致病菌含量，從而造成化療后腸道菌群紊亂狀態(tài)。陳曉慧等[8]發(fā)現(xiàn)，肺癌患者鉑類藥物化療后條件致病菌增加，多樣性下降，菌群構(gòu)成發(fā)生改變。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果與臨床觀察基本一致，提示化療期間腸道微生態(tài)的改變更有利于致病菌的生長(zhǎng)，甚至發(fā)生易位而改變菌群結(jié)構(gòu)[9]。舒曉宏等[10]發(fā)現(xiàn)大劑量順鉑可引起大鼠各段腸管內(nèi)革蘭陰性桿菌比例明顯增高，回盲部淋巴結(jié)革蘭陰性菌陽(yáng)性率為80%，而對(duì)照組大鼠回盲部淋巴結(jié)無(wú)細(xì)菌生長(zhǎng)，說(shuō)明大劑量順鉑可導(dǎo)致大鼠腸黏膜損傷、腸道內(nèi)菌群失衡，并出現(xiàn)腸源性細(xì)菌易位。Lin等[11]在對(duì)大腸癌模型大鼠化療研究中發(fā)現(xiàn)，伊立替康可顯著降低腸道菌群的總量并增加盲腸梭狀桿菌Ⅺ和腸桿菌，特別是在劑量強(qiáng)化治療后影響更加顯著。此外5-FU、卡培他濱、氨甲蝶呤等對(duì)腸道微生態(tài)的影響也有類似報(bào)道[12-13]。由此可見，化療藥物可抑制共生菌群數(shù)量，利于條件致病菌的繁殖而破壞腸道微生態(tài)平衡。

2 腸道通透性變化

腸黏膜是腸屏障作用的重要組成部分，它能阻止腸道菌群和內(nèi)毒素進(jìn)入腸道以外的器官。當(dāng)腸黏膜發(fā)生損傷，通透性增高，細(xì)菌和內(nèi)毒素易通過(guò)腸壁，從而引發(fā)腸源性感染。因此，腸黏膜通透性是評(píng)價(jià)腸道微生態(tài)平衡的重要內(nèi)容。

Russo等[14]觀察氟尿嘧啶、表柔比星、環(huán)磷酰胺聯(lián)合用藥對(duì)乳腺癌患者腸道影響，發(fā)現(xiàn)用藥14 d后，乳果糖/甘露糖醇比率顯著增高，胰高血糖素樣肽-2(glucagon-like peptide-2，GLP-2)和表皮生長(zhǎng)因子(epidermal growth factor，EGF)水平顯著下降，提示腸滲透性改變。

動(dòng)物實(shí)驗(yàn)得到了相似的結(jié)果。Generoso Sde等[15]觀察到5-FU造模72 h后，大腸埃希菌比例在小鼠的肝、脾中顯著升高，表明化療藥物造成腸道屏障破壞，通透性增高和菌群易位。病理變化上，順鉑、5-FU等化療藥物可引起大鼠黏膜變薄、水腫，絨毛短縮、破壞并伴隨隱窩變淺等特征[10,16-17]。此過(guò)程可能與化療藥物減少黏蛋白分泌、抑制上皮細(xì)胞增殖及誘導(dǎo)腸道細(xì)胞凋亡有關(guān)[18-19]。

3 腸道免疫失衡

腸道免疫屏障對(duì)腸道微生態(tài)的正常發(fā)育及維持起重要作用。其中防御素為固有免疫主要功能蛋白，具有較強(qiáng)的抗菌作用，對(duì)病原菌入侵具有一定的防御功能[20]。SIgA是腸黏膜表面主要的免疫球蛋白，通過(guò)黏附作用使病毒、細(xì)菌等有害物質(zhì)失活，維持腸道微生態(tài)平衡。有報(bào)道，腸道免疫屏障中免疫因子SIgA的缺失或功能障礙將引起活化誘導(dǎo)性胞苷脫氨酶的缺失或突變，進(jìn)而影響腸道非黏膜免疫系統(tǒng)，最終導(dǎo)致腸道菌群組成成分的變化[21]。

化療藥物多為細(xì)胞毒藥物，其在殺傷腫瘤細(xì)胞的同時(shí)也破壞了腸道免疫功能而影響腸道菌群比例及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。左濤等[22]研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)磷酰胺可顯著降低小鼠腸道SIgA分泌，而造成有益菌和有害菌比例失調(diào)，其進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)環(huán)磷酰胺主要通過(guò)影響SIgA構(gòu)成蛋白J chain、pIgR而達(dá)起到上述作用。5-FU、氨甲蝶呤的研究亦得到了類似的結(jié)果。

另一方面，腸道免疫系統(tǒng)通過(guò)分泌多種免疫因子使腸道微生物在腸腔內(nèi)以一定規(guī)律分層分布，并抑制有害菌群過(guò)度繁殖，維持腸道微生態(tài)平衡[23]。在此過(guò)程中T細(xì)胞免疫發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用，也是化療后腸道微生態(tài)失調(diào)的重要因素。研究表明，化療藥物刺激腸道產(chǎn)生內(nèi)毒素并通過(guò)激活TLR4/NF-κB通路誘導(dǎo)促炎介質(zhì)IL-1、IL-6、IL-8、TNF-α表達(dá)，引起腸道中CD4+Th細(xì)胞異常表達(dá)針對(duì)腸道共生菌群的T細(xì)胞特異性受體，刺激巨噬細(xì)胞放大殺菌作用，導(dǎo)致腸道菌群失調(diào)[24-25]。多項(xiàng)研究表明腸道微生態(tài)紊亂與炎性介質(zhì)表達(dá)有關(guān)。Tang等[26]研究發(fā)現(xiàn)5-FU造模大鼠腸道菌群多樣性降低，乳酸桿菌及腸球菌屬等變化顯著，其機(jī)制與化療藥物刺激TLR2/TLR4信號(hào)通路誘導(dǎo)IL-4、IL-6、TNF-α的表達(dá)增高有關(guān)。Al-Asmari等[27]同樣發(fā)現(xiàn)5-FU可誘導(dǎo)造模大鼠腸道NF-κB過(guò)度激活，并刺激環(huán)加氧酶-2的表達(dá)和嗜中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)，誘導(dǎo)上皮組織損傷。

近年隨著Th17和Treg的發(fā)現(xiàn)，人們對(duì)腸道炎性反應(yīng)有了更加深入的認(rèn)識(shí)[28]。Mi等[29]研究發(fā)現(xiàn)，5-FU聯(lián)合奧沙利鉑可顯著增加造模大鼠Th17細(xì)胞含量，增加Treg表達(dá)，而作為促炎細(xì)胞因子的中心介質(zhì)，Treg/Th17比例變化可能是下游IL-1β、TNF-α等炎性因子“瀑布樣釋放”并產(chǎn)生促炎作用的關(guān)鍵所在。

4 腸黏膜損傷

腸黏膜損傷也是化療后菌群失調(diào)的重要原因。腸道內(nèi)的杯狀細(xì)胞所分泌的黏液及黏蛋白具有維護(hù)腸道屏障功能的作用，可為腸道菌群提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和黏附位點(diǎn)并維持腸道菌群的動(dòng)態(tài)平衡[30]。化療藥物能夠使其迅速釋放出內(nèi)部所儲(chǔ)存的黏液而轉(zhuǎn)變?yōu)榭张轄畋瓲罴?xì)胞，導(dǎo)致儲(chǔ)存的黏蛋白迅速耗盡，引起腸道黏液層變化，使腸道菌群的營(yíng)養(yǎng)及附著點(diǎn)減少，并降低對(duì)腸道屏障功能的保護(hù)作用，進(jìn)而影響腸道菌群的組成及數(shù)量，甚至繼發(fā)菌群移位[31]。Stringer等[32]研究發(fā)現(xiàn)5-FU造模大鼠空腸中杯狀細(xì)胞數(shù)量在24 ～72 h顯著降低，而空化杯狀細(xì)胞的百分比則顯著增加，并認(rèn)為腸道黏蛋白分泌的變化是造成化療后微生態(tài)失調(diào)的重要因素。同時(shí)，黏蛋白的耗盡使黏液層更加稀薄，腸道菌群更容易接觸TLR，使之激活，進(jìn)而上調(diào)下游信號(hào)通路的表達(dá)，放大促炎因子的損失效應(yīng)，加重腸上皮細(xì)胞凋亡和屏障功能破壞，導(dǎo)致有害菌大量繁殖甚至繼發(fā)菌群移位[31,33]。

緊密連接蛋白(Claudin)是腸上皮細(xì)胞主要連接方式，對(duì)維持腸黏膜完整性發(fā)揮重要的作用。有研究發(fā)現(xiàn)，單次大劑量5-FU腹腔注射及小劑量多次給藥均可引起大鼠腸上皮Claudin-1、JAM-1及Occludin蛋白表達(dá)不同程度下降[34-35]。順鉑、環(huán)磷酰胺、伊立替康等化療藥物均有類似作用。同樣，體外研究發(fā)現(xiàn)，腸道上皮是化療藥物介導(dǎo)的細(xì)胞毒性損傷的主要目標(biāo)，低濃度的5-FU即可誘導(dǎo)廣泛的細(xì)胞凋亡[36]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，5-FU處理后，IEC-6腸上皮細(xì)胞增殖受到顯著抑制并通過(guò)p53/PUMA機(jī)制誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，造成腸上皮損傷[37]。可見，化療藥物可破壞腸道機(jī)械屏障，造成腸黏膜通透性增高而影響腸道微生態(tài)平衡。

5 結(jié)語(yǔ)

化療后，伴隨著免疫紊亂和腸上皮屏障的破壞，腸道菌群的種類和組成比例均發(fā)生了顯著變化，通常表現(xiàn)為益生菌的減少及條件致病菌的增加。其發(fā)生機(jī)制與化療后腸道免疫功能紊亂有關(guān)，在此過(guò)程中T細(xì)胞免疫對(duì)化療后免疫抑制及促炎介質(zhì)的表達(dá)具有重要的調(diào)節(jié)作用。近年來(lái)隨著Treg/Th17的發(fā)現(xiàn)，人們逐漸認(rèn)識(shí)到Treg/Th17平衡對(duì)于維持腸道T細(xì)胞免疫功能及炎性因子平衡至關(guān)重要，但具體作用途徑及其與宿主、微生物群的相互作用關(guān)系尚需深入探索。