尹鳳婷,周小航,閆廣利,王喜軍
(黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)國家中醫(yī)藥管理局中醫(yī)方證代謝組學(xué)研究中心,黑龍江哈爾濱150040)
大腸癌(colorectal cancer,CRC)包括結(jié)腸癌和直腸癌,根據(jù)2020 年世衛(wèi)組織統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,CRC 的新發(fā)病例數(shù)位居世界第3 位,死亡病例數(shù)居第2 位[1],嚴(yán)重威脅著人類健康。導(dǎo)致CRC 發(fā)生的主要因素包括家族遺傳、生活方式和環(huán)境因素等[2],越來越多的研究表明腸道菌群的失調(diào)與CRC 的發(fā)生密切相關(guān),一些腸道致病菌能通過塑造腫瘤微環(huán)境或形成生物膜驅(qū)動(dòng)腫瘤發(fā)生[3?4],另外,腸道微生物參與的膽汁酸代謝、氨基酸代謝和短鏈脂肪酸代謝也被認(rèn)為與CRC 的發(fā)生有關(guān)[5?6]。目前,西醫(yī)治療CRC 的常用手段為手術(shù)、放化療和免疫療法等,這些方法不僅毒副作用大,而且預(yù)后不良,會(huì)出現(xiàn)腫瘤的復(fù)發(fā)與轉(zhuǎn)移,治療效果不甚令人滿意[7?8]。中醫(yī)藥不僅可從多靶點(diǎn)治療CRC,還具有副作用小、減毒增效的優(yōu)勢(shì),但尚不明確的治療機(jī)制限制了中醫(yī)藥的應(yīng)用。隨著多組學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們發(fā)現(xiàn)中藥治療CRC 的機(jī)制可能與改善腸道菌群組成、調(diào)節(jié)腸道免疫相關(guān),因此,本文對(duì)腸道菌群誘發(fā)CRC 的機(jī)制及中藥通過調(diào)控腸道菌群防治CRC 的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述,為中藥調(diào)控腸道微生態(tài)治療CRC 的機(jī)制研究提供參考。
腸道微生物影響著CRC 發(fā)生發(fā)展的整個(gè)過程,根據(jù)第八屆國際抗癌聯(lián)盟惡性腫瘤TNM分期法,對(duì)不同階段CRC 患者的糞便菌群進(jìn)行宏基因組學(xué)檢測(cè),發(fā)現(xiàn)各階段的菌群變化非常明顯,而且菌群的變化也導(dǎo)致與其相關(guān)的代謝物發(fā)生了改變[9]。16srRNA 檢測(cè)也發(fā)現(xiàn),與正常組相比,不同腺瘤組的普雷沃菌屬、柯林斯菌和消化鏈球菌增加,而乳酸桿菌、埃希氏?志賀氏菌屬和雙歧桿菌數(shù)量減少,它們的變化程度與腫瘤的大小、大腸癌惡化的級(jí)別顯著相關(guān)[10]。
CRC 是一種典型的炎癥依賴性癌癥,研究證明一些腸道微生物可通過不同的方式誘發(fā)炎癥。細(xì)菌生物膜是腸道微生物構(gòu)成的高階群落,當(dāng)腸道菌群紊亂使致病菌處于生長優(yōu)勢(shì)時(shí),細(xì)菌生物膜可通過致病菌產(chǎn)生的毒素形成炎癥微環(huán)境誘發(fā)癌變[11]。此外,腸道菌群還能調(diào)節(jié)機(jī)體的代謝物質(zhì),如膽汁酸、短鏈脂肪酸和氨基酸等,這些物質(zhì)可直接或與受體結(jié)合促進(jìn)或抑制炎癥反應(yīng)而影響大腸癌的發(fā)生和發(fā)展,故明確腸道菌群調(diào)節(jié)它們的具體機(jī)制可能為大腸癌的防治提供指導(dǎo)意義。見圖1。
腸道中腸上皮細(xì)胞與腸道微生物之間被致密的黏液層隔開,增強(qiáng)了腸上皮細(xì)胞對(duì)外來抗原的耐受性[12]。正常生理狀態(tài)下,隨著腸道的蠕動(dòng),一些細(xì)菌可能聚集在黏液外表面,形成無致病性的生物膜,但是當(dāng)腸道微生態(tài)發(fā)生紊亂時(shí),致病微生物聚集在黏膜外層,并不斷侵入黏膜內(nèi)層,破壞結(jié)腸上皮、引發(fā)炎癥,增強(qiáng)細(xì)胞毒性,最終導(dǎo)致上皮細(xì)胞異常增殖和結(jié)直腸腫瘤的發(fā)生[13]。生物膜上可定植多種致病細(xì)菌,當(dāng)一種或幾種致病菌首先定居于黏膜時(shí),可能會(huì)分泌毒素為其他致病菌創(chuàng)造更適生存的條件,從而吸引更多的致病菌,最終形成毒性更高的生物膜[14]。生物膜上的多種細(xì)菌毒素可通過不同方式誘發(fā)癌癥,如產(chǎn)腸毒素脆弱擬桿菌形成的金屬蛋白酶腸毒素分子(bft)可增強(qiáng)DNA損傷,誘發(fā)活性氧的產(chǎn)生[15?16];大腸桿菌毒素(pks)可誘導(dǎo)細(xì)胞DNA雙鏈斷裂和染色體不穩(wěn)定性[17];具核梭桿菌產(chǎn)生的毒力因子FadA黏附素不僅能破壞腸上皮細(xì)胞,還能選擇性地增加髓系分化免疫抑制細(xì)胞,阻礙宿主的抗癌免疫反應(yīng)[18]。此外,生物膜上的侵襲性微生物可破壞腸上皮細(xì)胞的E?鈣黏蛋白,增加腸屏障的通透性,進(jìn)一步引發(fā)病原體入侵而加劇菌群失調(diào),誘發(fā)炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng),增加致癌風(fēng)險(xiǎn)[14]。
腸道微生物能將腸道中的初級(jí)膽汁酸轉(zhuǎn)化為次級(jí)膽汁酸(脫氧膽酸:DCA;石膽酸:LCA)[19],當(dāng)腸道菌群發(fā)生紊亂時(shí),會(huì)誘導(dǎo)次級(jí)膽汁酸濃度升高,次級(jí)膽汁酸進(jìn)一步通過誘發(fā)DNA氧化損傷、增加核因子κB(nu?clear factor kappa?B,NF?κB)激活和細(xì)胞增殖等多種機(jī)制破壞結(jié)腸黏膜[20?21]。研究表明DCA 能通過AP1 和c?Myc 靶點(diǎn)激活β?連環(huán)蛋白(β?catenin)和細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2(extracellular signal?regulated kinase 1/2,ERK1/2)信號(hào),刺激結(jié)腸癌細(xì)胞的增殖和侵襲[20];LCA可誘導(dǎo)DNA損傷,誘導(dǎo)致癌基因和抑癌基因的異常表達(dá)來促進(jìn)癌癥[22]。此外,不同種類的膽汁酸也能通過相應(yīng)受體影響CRC。法尼醇X受體(farnesoid X recep?tor,FXR)是膽汁酸的核受體,它能被初級(jí)膽汁酸激活,激活的FXR 能增強(qiáng)腸黏膜的抗菌特性 ,同時(shí)FXR 也能與β?catenin 相互作用降低WNT 相關(guān)靶基因的轉(zhuǎn)錄活性,從而抑制WNT/β?catenin 信號(hào)通路的表達(dá),最終抑制大腸癌[24]。故腸道微生物穩(wěn)態(tài)對(duì)維持膽汁酸代謝平衡至關(guān)重要。

圖1 腸道菌群及其代謝物與大腸癌的關(guān)系Figure 1 Relationship between intestinal flora and its metabolites and colorectal cancer
高脂飲食已被公認(rèn)為是CRC 的主要危險(xiǎn)因素,相比之下,膳食纖維與CRC 的風(fēng)險(xiǎn)呈負(fù)相關(guān)[25]。膳食纖維在腸道中被一些微生物發(fā)酵為短鏈脂肪酸——乙酸、丙酸和丁酸,它們對(duì)機(jī)體免疫具有重要作用。實(shí)驗(yàn)證明細(xì)胞內(nèi)的丁酸和丙酸能抑制結(jié)腸細(xì)胞和免疫細(xì)胞中組蛋白去乙酰化酶((histone deacetylase, HDAC))的活性,促進(jìn)組蛋白的高乙酰化,并參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子和蛋白表達(dá),使結(jié)腸巨噬細(xì)胞中的促炎因子下調(diào)[26?27]。丁酸鹽能通過促進(jìn)調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞(regulatory cells, Tregs)分化和巨噬細(xì)胞極化,抑制促炎因子產(chǎn)生,增強(qiáng)腸道上皮屏障功能,從而促進(jìn)腸道健康[28]。另外,G 蛋 白偶聯(lián) 受 體43(G protein?coupled receptors,GPR43)和GPR109A 是腫瘤抑制基因,在包括結(jié)腸細(xì)胞在內(nèi)的各種宿主細(xì)胞上表達(dá)。它們能被不同種類的短鏈脂肪酸激活,激活的GPR43 和GPR109A 可抑制細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,從而具有防癌作用[29?30]。
色氨酸代謝在CRC 早期發(fā)生改變,在腸道中微生物參與色氨酸的吲哚代謝途徑,這條途徑與CRC 小鼠的腸道屏障受損、WNT/β?catenin過度激活和免疫逃逸有關(guān)。一些腸道微生物如生孢梭菌、大腸桿菌、液化無色桿菌、類桿菌和雙歧桿菌可將色氨酸代謝為吲哚和吲哚衍生物[31]。吲哚有益于腸道健康,它可抑制腫瘤壞死因子?α(tumor necrosis factor?α, TNF?α)介導(dǎo)的NF?κB 的激活,降低促炎因子而增加抗炎因子的表達(dá)[32]。除了直接的抗炎作用,微生物產(chǎn)生的吲哚及吲哚衍生物可與孕烷X 受體(pregnane X receptor,PXR)和芳香烴受體(aryl hydrocarbon receptor,AhR)結(jié)合,促進(jìn)腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定,增強(qiáng)腸道屏障功能,降低通透性,調(diào)節(jié)腸道免疫耐受,增強(qiáng)腸道的抗炎作用[33]。另外,研究顯示腸道中的吲哚在葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)的結(jié)腸炎或腸道病原體感染中起保護(hù)作用[34]。相反,受損的色氨酸?吲哚途徑可促進(jìn)CRC 早期階段的發(fā)生[35]。故腸道菌群可能通過調(diào)節(jié)色氨酸代謝途徑影響CRC的發(fā)生。
中藥經(jīng)口服后,腸道菌群能將其中的有效成分代謝轉(zhuǎn)化成機(jī)體可吸收的成分,同時(shí)這些有效成分能通過改善菌群結(jié)構(gòu)和維持菌群平衡,調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能、降低炎癥反應(yīng)和增強(qiáng)腸道屏障功能,從而提高機(jī)體的抗病能力[36]。目前,研究主要應(yīng)用中藥有效成分、中藥藥對(duì)和中藥復(fù)方防治CRC,其與腸道菌群相關(guān)機(jī)制見表1。
黃芪多糖是黃芪的主要成分,在調(diào)節(jié)腸道穩(wěn)態(tài)方面具有顯著作用,研究證明它通過提高腸道中的革蘭陽性菌,抑制陰性菌,減少內(nèi)毒素的釋放,向下抑制了MyD88/TRAF6 激活的NF?κB 通路,減少了腫瘤細(xì)胞的增殖[37]。16sRNA 測(cè)序顯示人參皂苷Rg1 和三七總皂苷增加了腸癌模型小鼠腸道中阿克曼氏菌屬及布勞特氏菌屬的數(shù)量,它們的抗癌機(jī)制可能與阿克曼氏菌屬減少結(jié)腸中的浸潤巨噬細(xì)胞和細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞相關(guān)[38?39]。小檗堿通過逆轉(zhuǎn)CRC引起的腸道菌群的紊亂從而改善了糖代謝、SCFAs 生物合成和脂肪酸代謝等途徑,發(fā)揮治療CRC 的作用[40]。澤瀉中的一種天然四環(huán)三萜類化合物Alisol B 23?acetate回調(diào)了菌群的多樣性,進(jìn)而減少了Toll 樣受體(Toll?like receptor,TLR)、NF?κB、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen?activated protein kinase,MAPK)等靶點(diǎn)的激活和p38、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)、c?Jun 氨基末端激酶(c?Jun N?terminal kinase,JNK)的磷酸化,增強(qiáng)了腸黏膜穩(wěn)定性達(dá)到預(yù)防CRC的作用[41]。澤蘭的提取成分P?傘花烴可通過促進(jìn)腸道內(nèi)雙歧桿菌、Isobacteria和梭狀芽孢桿菌等益生菌的生長,抑制高脂高熱飲食相關(guān)的CRC[42]。靈芝多糖與絞股藍(lán)皂苷治療大腸癌的機(jī)制與降低硫酸鹽還原菌和增加SCFAs 產(chǎn)生菌有關(guān),SCFAs 的增加激活了GPCR 及相關(guān)信號(hào)分子過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxi?some proliferator?activated receptorγ,PPARγ)和酪酪肽(peptide tyrosine tyrosine, PYY)的上調(diào),誘導(dǎo)促炎M1巨噬細(xì)胞向抗炎M2 表型的轉(zhuǎn)變,從而調(diào)節(jié)腸道細(xì)胞免疫,抑制了癌癥的發(fā)生與發(fā)展[43]。吳茱萸堿可通過降低糞腸球菌和大腸桿菌的數(shù)量,增加雙歧桿菌、彎曲桿菌和乳酸桿菌的數(shù)量,抑制IL6/STAT3/P65 信號(hào)通路,降低血清內(nèi)毒素和d?乳酸水平抑制腫瘤形成[44]。
作為方劑配伍的最小組方單位,中藥藥對(duì)不僅可減毒增效,還具有藥簡(jiǎn)效專、搭配靈活的特點(diǎn),使臨床用藥更加精準(zhǔn)[45]。槐花、金銀花和梔子皆屬于清熱藥,性味寒涼,歸胃腸經(jīng),具有清熱解毒涼血的功效。由槐花和梔子組成的《槐花散》在我國古代醫(yī)書《普濟(jì)方》中就有記載,并將此方作為治療臟毒便血的經(jīng)驗(yàn)良方。現(xiàn)代藥理學(xué)研究表明槐花、金銀花和梔子具有抗氧化、抗炎、抗癌的作用,臨床上常聯(lián)合其他方劑用于治療結(jié)直腸炎[46?48]。Xia等[48]利用槐花?金銀花和槐花?梔子的提取物治療APCmin/+腸癌模型小鼠,結(jié)果表明二者主要通過增加SCFAs 產(chǎn)生菌,促進(jìn)腸上皮細(xì)胞中SCFAs 3種受體的激活,從而增強(qiáng)腸黏膜相關(guān)黏附分子E?鈣黏蛋白和N?鈣黏蛋白的表達(dá),提高腸道屏障功能。此外,SCFAs?GPRs 上調(diào)的PPARγ,不僅能促進(jìn)黏膜上皮細(xì)胞的分化,增加與腸黏膜防御功能相關(guān)基因的表達(dá),還能通過直接干擾NF?κB活性,抑制促炎信號(hào)的產(chǎn)生,重塑腸道免疫功能,發(fā)揮治療CRC的作用[49]。

表1 中藥通過調(diào)節(jié)腸道菌群抑制大腸癌的機(jī)制Table 1 Mechanism of traditional Chinese medicine inhibiting colorectal cancer by regulating intestinal flora
目前研究人員主要應(yīng)用動(dòng)物實(shí)驗(yàn)探討中藥復(fù)方通過調(diào)節(jié)腸道菌群發(fā)揮治療CRC 的作用,如歐陽慶武等[50]將補(bǔ)益劑的代表方劑四君子湯給予結(jié)腸癌模型小鼠,能使腸道中紊亂的雙歧桿菌、腸桿菌和腸球菌恢復(fù)至正常水平,且這些益生菌誘導(dǎo)CD4+T 細(xì)胞分化為Tregs,增加免疫球蛋白A(immunoglobulin A, IgA)等腸黏膜免疫因子產(chǎn)生,從而抑制CRC 的發(fā)生。此外,研究發(fā)現(xiàn),以四君子湯為基礎(chǔ)方制成的健脾固腸顆粒劑能夠通過提高腸癌模型小鼠中SCFAs 產(chǎn)生菌的豐度,加快菌群毒素的排泄和脂肪酸的生物合成,從而減輕腸癌小鼠的腸道炎癥反應(yīng)[51],發(fā)揮抗CRC 的作用。Sui 等[52]利用薏苡附子敗醬散治療CRC 模型APCmin/+小鼠后,將經(jīng)過治療后的APCmin/+小鼠的腸道菌群再移植到模型小鼠體內(nèi),發(fā)現(xiàn)模型小鼠腺瘤的增長得到抑制,且腸上皮細(xì)胞排列整齊,與直接服用薏苡附子敗醬散產(chǎn)生相同的效果,進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),菌群通過對(duì)淋巴細(xì)胞中CD4+T Foxp3 Tregs的數(shù)量的調(diào)節(jié),降低了與其相關(guān)的炎癥因子的表達(dá),抑制了β?catenin磷酸化,從而阻止癌細(xì)胞的增殖,發(fā)揮抗癌活性。消癌解毒方是周仲瑛教授根據(jù)多年臨床經(jīng)驗(yàn)提出的以仙鶴草、黃連為君藥,配以苦參、生薏仁、三棱、莪術(shù)、黃芪、炒白術(shù)8味中藥組成的具有扶正消癌、健脾益氣作用的中藥復(fù)方,在菌群存在時(shí)可顯著抑制腫瘤的生長,而使用抗生素模擬無菌環(huán)境后則消除了此方劑的抗腫瘤作用,其治療機(jī)制可能與普雷沃氏菌屬調(diào)控的免疫應(yīng)答增加、保護(hù)腸黏膜結(jié)構(gòu)的完整性有關(guān)[53]。Wang 等[54]研究發(fā)現(xiàn)四逆湯可通過調(diào)節(jié)腸道菌群的組成,增加CD8+T 細(xì)胞,提高細(xì)胞免疫系統(tǒng)功能,減少炎癥因子的產(chǎn)生,進(jìn)而抑制NF?κB/STAT3 通路和黏膜上皮細(xì)胞的惡性增殖,從而發(fā)揮治療CRC 的作用。此外,抑郁癥常伴隨著CRC 的發(fā)生,逍遙散和小柴胡湯是治療抑郁癥常用藥,伴有抑郁樣的腸癌小鼠模型服用逍遙散和小柴胡湯后,不僅改善了抑郁樣行為,還通過增加腸道益生菌,促進(jìn)了腸道屏障緊密連接蛋白的表達(dá),下調(diào)了TLR4/MyD88/NF?κB 信號(hào)傳導(dǎo),延緩了CRC 的發(fā)生與發(fā)展[55?57]。
目前,臨床上用來治療CRC 的中藥復(fù)方主要有祛邪膠囊和葛根芩連湯等。祛邪膠囊是由地龍、生姜和肉桂等20 多味中藥組成的中藥復(fù)方,研究表明,祛邪膠囊能夠通過增加腸道中放線菌的豐度,從而介導(dǎo)自然殺傷性T 細(xì)胞(natural killer T cells, NKT)細(xì)胞途徑,增加機(jī)體T細(xì)胞數(shù)量,抑制腫瘤細(xì)胞生長[58]。CRC患者服用葛根芩連湯后,腸道中致病菌的減少,使CD4+T細(xì)胞和NKT細(xì)胞的比例顯著升高,增強(qiáng)了免疫功能;擬桿菌、阿克曼氏菌屬和普雷沃菌屬等益生菌的增加,可正向調(diào)節(jié)腸道黏液層的厚度和腸道屏障的完整性,增加緊密連接蛋白的表達(dá),最終抑制癌癥[59]。此外,烏梅丸在臨床上常用來治療腸易激綜合征,研究表明,烏梅丸能通過調(diào)節(jié)腸道菌群的紊亂,增加腸道有益菌治療CRC[60]。
作為腸道的重要組成部分,腸道菌群的作用越來越受到人類的重視,它們能通過多種機(jī)制誘發(fā)腸道炎癥、破壞腸道屏障,影響CRC 的發(fā)生與發(fā)展。中藥成分復(fù)雜多樣,有些能同時(shí)抑制致病菌的生長和促進(jìn)益生菌的定植,從而激活腸道免疫細(xì)胞的抗炎作用,降低腸黏膜的通透性,阻止致病菌的侵襲,維持腸道微生態(tài)的穩(wěn)定,故中藥在改善CRC方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。
目前研究表明,補(bǔ)益類中藥多糖對(duì)腸道益生菌多具有扶植作用,增多的益生菌所產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物又能進(jìn)一步抑制致病菌的生長[61]。皂苷類和生物堿類成分也廣泛存在于中藥中,它們不僅能直接調(diào)控腸道微生物,增加有益菌,抑制有害菌的生長,同時(shí)能被腸道微生物產(chǎn)生的多種酶進(jìn)行分解代謝,生成藥理活性更強(qiáng)的物質(zhì),進(jìn)而通過改善菌群結(jié)構(gòu)治療腸道疾病[62?63]。另外,一些學(xué)者發(fā)現(xiàn)酚酸類成分作為植物的一類重要次生代謝產(chǎn)物,也具有調(diào)節(jié)腸道菌群的作用[64],目前,對(duì)這類成分通過調(diào)節(jié)腸道菌改善腸道疾病的研究較少,所以將來我們可從這些成分入手,深入挖掘中藥對(duì)腸道菌群的調(diào)節(jié)作用及機(jī)制,為CRC 患者提供更有針對(duì)性的治療。
近年來,隨著各種組學(xué)技術(shù)、高通量測(cè)序技術(shù)和分子生物學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展,國內(nèi)外學(xué)者深入研究了中藥通過調(diào)節(jié)腸道菌群治療其他疾病的作用機(jī)制。如Xue等[65]利用16s rRNA 測(cè)序技術(shù)及靶向代謝物檢測(cè)技術(shù),揭示了四物湯通過重建腸道微生物群,調(diào)節(jié)菌群介導(dǎo)的膽汁酸穩(wěn)態(tài)及激活的FXR 通路,從而有效治療纖維化肝損傷。Jing 等[66]將16s rRNA 測(cè)序技術(shù)、靶向代謝組學(xué)技術(shù)及分子生物學(xué)技術(shù)相結(jié)合,證明了小檗堿通過調(diào)節(jié)腸道菌群顯著恢復(fù)了菌群相關(guān)的色氨酸代謝功能,并激活色氨酸?AhR 受體通路,發(fā)揮了對(duì)結(jié)腸炎的治療作用。現(xiàn)階段多數(shù)學(xué)者從SCFAs 介導(dǎo)的炎癥靶點(diǎn)、炎癥通路及腸道屏障的穩(wěn)定性方面研究了中藥有效成分通過改善腸道菌群治療CRC 的機(jī)制,而對(duì)誘導(dǎo)CRC 發(fā)生的其他方面如腸道菌群調(diào)節(jié)的膽汁酸、色氨酸代謝等研究的較少,故后續(xù)研究也應(yīng)借助多種現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段,對(duì)CRC 患者或動(dòng)物模型腸道中變化的微生物及與微生物相關(guān)的代謝物、炎癥因子和激素等進(jìn)行定量分析,深入挖掘腸道菌群與宿主之間的共代謝譜,以揭示引發(fā)CRC 的腸道微生物及與腸道菌群密切相關(guān)的代謝物,為進(jìn)一步闡釋中藥通過腸道菌群治療CRC的作用機(jī)制提供理論基礎(chǔ)。
廣東藥科大學(xué)學(xué)報(bào)2022年2期