腸道菌群對白血病影響的研究進展

夏 婷，李 煜，張晨薇，朱曉萱，方建培

(1.天津科技大學省部共建食品營養與安全國家重點實驗室，生物工程學院，天津 300457；2. 中山大學孫逸仙紀念醫院兒科，廣東 廣州 510120)

腸道作為人體內最復雜的微生態系統，其中的微生物群與宿主之間相互影響。宿主飲食和疾病狀態會導致腸道菌群的組成改變，而腸道菌群及其代謝物在宿主免疫系統成熟、食物大分子消化及機體健康等方面發揮重要的生理作用[1]。正常情況，機體內的腸道菌群處于動態平衡狀態，并與免疫系統相互合作，共同維持機體內環境的穩定。當此平衡被打破時，有益菌的數量會減少，而有害菌的數量增多，腸道屏障破壞，免疫系統功能改變，便會引發多種疾病，危及人體健康。目前，已證實腸道菌群失調與人類諸多疾病(如：抑郁癥、結直腸癌、代謝性疾病、心血管疾病、神經退行性疾病等)有關[2-4]。其中腸道菌群與白血病之間的關系，也被國內外學者廣泛研究。本文將腸道菌群與免疫系統之間的相互作用，及其對白血病的發生、發展及治療的影響進行綜述。

1 腸道菌群概述

隨著16S rRNA基因測序技術的應用，發現人類的腸道中存在大量的微生物，不同部位的菌群組成存在明顯的差異，其中結腸是微生物系統中密度最高、活菌數最多的部位。人體內的腸道微生物大概有1014個，其中主要是細菌，還包括病毒(5.8%)、真菌(0.8%)和真核生物(0.5%)。雖然腸道細菌在每個個體間都不盡相同，但在門的水平，厚壁菌門和擬桿菌門是主要的優勢菌群，兩者的比值與腸道菌群的穩態密切關系[3,5]。此外，腸道內的有益菌是人體腸道的主要菌群，如：乳桿菌、消化球菌、雙歧桿菌、鼠李糖桿菌等。條件致病菌通常與宿主互利共生，在腸道菌群達到平衡時，它們對機體無害，但菌群失衡時，它們會發生移位而轉變成有害菌導致機體致病，如：脆弱擬桿菌、腸球菌、大腸桿菌、梭狀芽孢桿菌等。有害菌能夠將食物中的脂肪、蛋白質及未被小腸吸收的膽汁分解變成有毒或致癌物，進而危害身體健康。

近年來，宏基因組學和代謝組學迅速發展，使得腸道微生物在人類健康與疾病中的研究不斷深入。微生物群體總DNA、RNA及蛋白質的提取、PCR擴增、高通量測序、核磁共振和各種質譜等技術在腸道菌群研究中得到廣泛的應用[6]。這些技術能夠準確、深入地分析腸道菌群的組成、相對豐度、基因功能、代謝動力學、代謝途徑等，有助于揭示其與人類健康和疾病之間的關系和作用機制[7,8]。另外，新型的亞基因組方法可進一步解析腸道微生物的組成，有助于確定不同細菌在腸道內環境中的潛在作用。腸道菌群不僅能夠幫助食物消化、營養吸收，而且會促進黏膜免疫系統成熟，影響機體的免疫防御機制，靶向各種免疫細胞，包括腸上皮細胞、巨噬細胞、先天淋巴細胞、B和T淋巴細胞，抵御病原體入侵。另外，在完全缺乏腸道微生物的無菌小鼠體內發現,腸系膜淋巴結和派爾集合淋巴結發育不成熟,并且腸道內抗體和抗菌素的生成減少。

2 腸道菌群與白血病發生發展

白血病是造血系統常見的惡性腫瘤，增殖的白血病細胞會浸潤骨髓、外周血、淋巴結、肝臟、脾臟等組織和器官，對機體造成不可逆的損傷。白血病患者體內的免疫功能處于抑制狀態，進而引起抗腫瘤免疫應答低下及易發感染。上世紀90年代，有學者將慢性淋巴細胞白血病(chronic lymphocytic leukemia，CLL)患者的空腸液進行體外培養，結果發現其中的大腸埃希菌、糞便鏈球菌及金黃色葡萄球菌增多。楊顯等[9]研究發現白血病患者腸道的條件致病菌大腸埃希菌數量增加，而有益菌柔嫩梭菌減少或缺失，結果提示白血病患者腸道內的菌群失調可能是其易感染的原因之一。Rajagopala等[10]對51名兒童及青少年急性淋巴細胞白血病(acute lymphocytic leukemia，ALL)和健康同胞的腸道菌群進行16S rRNA基因測序，結果測得患者組和對照組菌群中的優勢菌群均由擬桿菌、普雷沃桿菌和糞便桿菌組成，但患者組的微生物多樣性明顯低于對照組。與對照組相比，ALL患者中的擬桿菌屬所占比例增加，而毛螺菌科(由梭菌屬XIVa 和IV組成)和產丁酸鹽的羅氏菌屬明顯減少，這些菌的減少會增加患者化療引起的黏膜炎和胃腸道并發癥的風險。

近期研究表明，腸道菌群與白血病的基因突變之間有一定關聯。Tet2基因是一種腫瘤抑制基因，在表觀遺傳學中起重要作用。Tet2基因突變是誘發急性髓系白血病(acute myelogenous leukemia，AML)和慢性髓系白血病的因素之一[11]。Meisel等[12]研究發現，Tet2基因突變會破壞腸壁的完整性，使原本存在于小腸內的細菌進入血液及周邊的器官。機體的免疫系統發現細菌異常入侵后，會產生相應的炎癥因子IL-6，進而刺激白血病細胞的增殖。此外，有研究表明炎癥刺激會導致腸道屏障完整性減弱，腸道菌群及其代謝物與腸上皮直接接觸，引起腸上皮細胞中的NF-κB過度激活，促進TNF、IL-1、IL-6等細胞因子的生成并隨血液循環進入骨髓，導致造血干細胞無限增殖不分化，從而誘發及加重白血病[13,14]。因此，腸道菌群對白血病的發生與發展過程也有著不可或缺的地位。

3 腸道菌群與白血病機體免疫

機體內的免疫系統持續監視腸道不受病原體的入侵，會幫助腸道中的有益菌抑制甚至殺滅有害菌，同時也會對共生菌群產生免疫耐受，為其生長和繁殖的提供場所，因此機體免疫系統是維持腸道菌群平衡的重要衛士[15]。腸道菌群會影響機體局部和全身的免疫系統發育及應答。腸道菌群及其代謝物能夠與腸道上皮細胞和局部的先天性淋巴細胞相互作用，維持腸道屏障功能和免疫平衡。此外還能通過促進分泌型免疫球蛋白A(secretory immunoglobulin A, sIgA)生成，調節效應性和調節性T細胞平衡，從而調控腸道適應性免疫，防御病原體感染[16]。

研究發現，sIgA作為人體內一種重要的抗體，能直接識別并結合革蘭氏陰性桿菌，并封閉細菌與上皮細胞的結合位點，防止細菌穿透上皮細胞發生移位，同時sIgA參與構成免疫屏障，防止細菌黏附于上皮細胞侵入腸系膜淋巴結[17]。白血病患者體內的免疫功能受損，sIgA分泌減少，從而引起腸道屏障功能降低。紊亂的腸道菌群及其代謝產物穿透黏液層黏附于上皮細胞，進而激活樹突狀細胞產生不同的細胞因子，使得T細胞向不同亞群分化。在急性白血病患者體內的抗原刺激T細胞向調節性T細胞(regulatory T cell, Tregs) 分化時，Tregs數目增多，機體免疫功能受抑制，從而加重白血病病情[18]。腸道菌群可影響腸道中各類免疫細胞的增殖和分化，從而調控腸黏膜免疫系統的功能。白血病患者的腸道黏液層變薄或消失、腸道菌群失調，會導致患者局部甚至全身抵抗力低下，進而易發感染[19]。脆弱擬桿菌是哺乳動物的腸道正常菌群，當機體腸道菌群平衡被打破時，脆弱擬桿菌發生易位成為條件致病菌。研究報道[20]腸道中脆弱擬桿菌通過合成多聚糖來誘導CD4+T細胞向Foxp3+調節性T細胞轉化，該過程能產生IL-10，進而引起免疫抑制作用。研究發現[21]，CLL患者外周血中的IL-10和IL-6均顯著升高，IL-10可以抑制1型輔助性細胞(Th1)的功能，抑制免疫功能，而IL-6能促進白血病細胞生長。當IL-10升高(>10 ng·L-1)和IL-6升高(>4.30 ng·L-1)時，會降低患者的生存率。

4 腸道菌群與白血病治療

化療是治療白血病的常用方法。有研究對AML兒童化療期間的糞便進行菌群分析，結果發現白血病患者組的細菌數比健康對照組低100倍，以及腸道菌群的多樣性減少。與對照組比較，患者組化療期間腸道內的擬桿菌屬、梭菌屬XIVa、普氏糞桿菌和雙歧桿菌減少了3 000 ～6 000倍，同時致病性腸球菌的數量明顯增多，而鏈球菌明顯減少。此外，體外實驗發現，依托泊苷和柔紅霉素抑制梭菌屬、鏈球菌、動物雙歧桿菌和嗜酸乳桿菌的生長，但對腸球菌及大腸桿菌的生長無影響。研究表明[22]化療會選擇性殺死共生厭氧菌，這可以引起潛在的致病微生物的擴增。此外，益生菌對于減輕化療引起的副作用有潛在的作用。研究發現[23]，給接受5-氟尿嘧啶化療的小鼠服用鼠李糖乳桿菌和雙歧桿菌，能夠通過抑制腸道菌群失調相關的炎癥反應，來改善化療藥引起的腸道黏膜炎。

造血干細胞移植是高危白血病治療的有效方法。接受移植的患者通常會出現移植物抗宿主病(graft versus-host disease， GVHD)，其臨床表現為胃腸道功能損傷以及免疫和腸道菌群紊亂，是移植成功與否的重要因素。研究發現[24]GVHD患者小腸內潘氏細胞數量減少，導致腸道抗菌肽α-防御素表達下降，造成腸道菌群失調。Jenq等[25]對造血干細胞移植后的患者12 d后的糞便腸道菌群進行分析，結果發現細菌多樣性的增加與GVHD相關死亡率的減少有關。并且證實專性厭氧菌如布勞特氏菌屬的細菌數量增加，會降低GVHD患者的死亡率。另有研究報道異基因骨髓移植后患者的腸上皮細胞產生丁酸鹽減少。腸道內梭狀芽孢桿菌產生的丁酸鹽能減少腸道上皮細胞凋亡，增強腸上皮完整性，從而緩解GVHD癥狀。此外，給予移植小鼠高產丁酸的梭菌菌株，能夠降低GVHD的嚴重程度，提高生存率[26]。因此，提高造血干細胞移植后白血病患者腸道菌群的多樣性，維持腸道菌群平衡，維護腸道屏障作用，能夠降低GVHD的發生率和死亡率。

5 總結與展望

目前，隨著分子生態學方法不斷應用于腸道菌群分析，逐步證明腸道菌群與多種疾病有相關性。研究發現腸道菌群與白血病的基因突變、免疫系統之間存在諸多聯系。一方面白血病患者存在腸道菌群紊亂和屏障功能受損，可以影響治療效果及預后。另一方面，腸道菌群可通過調控腸道局部及全身的免疫系統，引起患者機體免疫抑制及促進白血病細胞增殖，在白血病的發生、發展中起重要因素。近年來益生菌和糞菌移植等治療手段的應用，可以重新調整腸道菌群平衡和功能，有助于白血病的緩解和治療。隨著白血病相關腸道菌群的深入探究，為解析腸道菌群與白血病之間的作用機制提供新的思路和理論基礎，也將為白血病腸道菌群診斷和治療提供關鍵目標和靶點。