糞便微生物移植在惡性腫瘤治療中的應用與前景

傅佳琦 余志紅

腸道微生物群是人體最龐大、最復雜的系統之一，數量與人體細胞相當，典型的腸道微生物細菌包括大腸桿菌、糞腸球菌和脆弱桿菌等，在維持宿主消化、代謝、免疫等生理過程中的穩態方面具有重要意義[1-2]。宿主遺傳學、生活方式、抗生素使用等多種因素可導致腸道病原體數量顯著增加而有益細菌水平相對降低，稱為腸道菌群失調[3]。腸道菌群失調和上皮屏障功能破壞導致細菌易位被認為是惡性腫瘤的誘因，特殊腸道菌群能夠通過激活致癌途徑、誘導炎癥、免疫抑制、損傷DNA來誘導或促進惡性腫瘤的發生和發展[2，4-6]。此外，研究還發現腸道菌群影響宿主對惡性腫瘤治療的反應和治療相關不良事件的靈敏性，提示調節腸道微生物群有望成為治療惡性腫瘤的一種新方法。糞便微生物移植（fecal microbial transplantation,FMT）是一種直接改變腸道微生物組成的方法，將從健康供體的糞便中獲得的腸道微生物群移植到患者胃腸道，常被用于治療由病原微生物引起的胃腸道疾病，最近也被用于治療惡性腫瘤[7]。本文就腸道微生物群與惡性腫瘤之間的聯系，FMT在化療、放療和免疫治療等綜合治療中的作用、療效和挑戰作一綜述。

1 腸道微生物與惡性腫瘤治療

越來越多的證據表明腸道微生物群可能影響抗腫瘤藥物的療效?；?-氟尿嘧啶輔助化療是治療晚期結直腸癌的標準方法，其應用受到獲得性耐藥和胃腸毒性的影響。化療耐藥可導致疾病復發，影響患者預后。而藥物吸收障礙、藥物靶點改變、DNA修復途徑激活、細胞凋亡抑制和腫瘤微環境等多種因素參與耐藥[8]。Zhang等[8]研究發現核粒梭形桿菌通過上調凋亡抑制蛋白BIRC3，抑制細胞凋亡，增加5-氟尿嘧啶輔助化療耐藥性和腫瘤復發率，腸道微生物群參與誘導化療相關胃腸道反應。結腸癌小鼠通過5-氟尿嘧啶輔助化療后腸道硬壁菌門豐度減少，疣微菌門豐度增加，加重腸道黏膜炎，影響化療預后[9]。此外，放療引起腸道菌群失調也被發現與放射性腸炎密切相關。動物實驗中輻射可引起獨特的微生物學特性，即硬壁菌門和擬桿菌減少而蛋白菌增加，通過誘導黏膜分泌白介素等促炎因子導致結腸損傷[10]。實體瘤的T細胞浸潤與患者良好的預后有關，個體間腸道微生物的差異可能導致腫瘤免疫的差異[11]。研究發現無菌或抗生素處理后的動物對免疫檢查點抑制劑的有效性降低，特定微生物如雙歧桿菌、嗜黏蛋白-艾克曼菌可促進抗惡性腫瘤免疫、增強抗程序性死亡受體1（programmed cell death 1，PD-1）/程序性死亡受體 1 配體（programmed cell death-Ligand 1，PD-L1）治療的療效，而脆弱類桿菌則可促進抗細胞毒性T淋巴細胞相關抗原（cytotoxic T-lymphocyte-associated protein 4，CTLA-4） 抗體療效[11-13]。上述研究提示基于調節腸道菌群的微生物治療可能對惡性腫瘤治療帶來一定幫助。

2 FMT與惡性腫瘤治療

隨著腸道菌群失調對疾病的影響被人們進一步認識，FMT成為近年來新興的生物療法。FMT是一種直接改變受體腸道微生物群使其成分正常化并獲得治療效果的方法。通過上或下消化道途徑將腸道微生物從健康供體移植到患者體內，恢復患者體內腸道微生物平衡，有助于改善各種胃腸道功能紊亂。FMT已被證實為治療復發性艱難梭菌感染的一種高效、安全和經濟的方法，臨床成功率超過90%[14]。文獻也報道了其在炎癥性腸病、腸易激綜合征、肝性腦病、自閉癥和代謝綜合征等疾病中的有效性[7]。臨床前研究表明FMT通過恢復腸道微生物多樣性和組成比例，來增強宿主免疫功能、抑制腫瘤生長以及改善預后[4-5]。動物實驗揭示了FMT對化療、放療、免疫治療等腫瘤治療及相關并發癥治療的益處，雖然臨床數據較少，但也展示出一定潛力。

2.1 FMT與化療 化療是最常用的治療惡性腫瘤的方式之一，最常見的不良反應是胃腸道毒性?；熕幬镆鹉c道菌群分類和功能失衡，進而誘導炎癥發生，破壞腸上皮完整性，當腸道菌群易位則可引起全身血流感染，嚴重時可危及生命。在接受氨芐西林和5-氟尿嘧啶輔助化療的小鼠中，研究觀察到糞桿菌屬、乳酸菌屬、梭菌屬、瘤胃球菌屬、真細菌屬等具有抗炎作用的生物體的耗竭，以及大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、志賀氏菌促炎癥物種和病原體的過度生長，而在接受健康小鼠FMT后可逆轉上述改變，通過恢復健康和多樣化的腸道微生物群，降低化療相關胃腸道黏膜炎和菌血癥的發生率[3]。同樣的，最近在結直腸癌小鼠模型研究中發現FMT可恢復5-氟尿嘧啶、亞葉酸鈣和奧沙利鉑化療方案誘導的腸道微生物組成變化，抑制炎癥相關信號通路，減輕腹瀉和腸黏膜炎的嚴重程度[10]?；熕幬镯樸K相關的腸道損傷是化療劑量減量、治療延遲的重要決定因素，順鉑選擇性耗竭荷瘤小鼠腸道內瘤胃球菌屬，通過FMT可逆轉順鉑導致的腸道微生物改變而恢復腸道黏膜完整性，加速腸上皮的愈合，改善腸道及全身炎癥反應[15]。提示FMT可以成為治療化療相關腸道損傷的一種可行和安全的方法。

2.2 FMT與放療 放療也是常用的惡性腫瘤治療方式之一，通常會出現腹瀉、腸炎等胃腸道相關不良反應，影響患者生存和治療質量。目前減輕放射性腸炎的主要方法是降低輻射劑量，但可能削弱治療效果，更好地理解輻射誘導黏膜發病機制可能有助于相關并發癥的治療。研究發現輻射可誘導腸道上皮細胞損傷，改變腸道微生物組成，促進腸炎發生[16-17]。將健康小鼠糞便移植到致死劑量照射小鼠模型，恢復了其腸道微生物組成，改善了胃腸道功能和上皮完整性，減輕了輻射誘導的胃腸綜合征，提高了存活率[17]。最近1項病例報告首次證明FMT可以安全有效地改善慢性放射性腸炎患者的黏膜損傷和腸道癥狀，5例女性患者接受FMT治療，其中3例腹瀉、腹痛、便血等胃腸道癥狀好轉以及卡氏體能狀態評分下降，隨訪8～18個月期間未觀察到治療相關死亡和感染性并發癥[18]。提示FMT可能是減輕放射誘導毒性和改善放療預后的一種治療方法。

2.3 FMT與免疫檢查點抑制劑 免疫檢查點抑制劑在治療黑色素瘤和其他惡性腫瘤方面取得了巨大進展，但患者對治療的反應往往不一致且不能獲得持久的療效。研究發現抗PD-1免疫治療產生應答的黑色素瘤患者與未應答患者腸道微生物群的多樣性和組成存在顯著差異，前者富有α多樣性且瘤胃球菌屬的相對豐度較高，將前者的糞便移植到無菌小鼠后可使其對抗PD-1治療反應增強，提示良好的腸道微生物群可增強全身免疫和抗腫瘤免疫、抑制腫瘤生長、提高對免疫治療的反應[19]。免疫檢查點抑制劑在改善患者生存同時也可能引起嚴重不良反應，其中最常見的毒性影響是結腸炎，而腸道微生物群被認為是毒性的潛在機制之一。在接受免疫檢查點抑制劑治療的患者中，某些細菌如擬桿菌屬和雙歧桿菌屬可預防結腸炎，而糞桿菌屬、梭菌屬和埃希氏菌屬與引起腸炎的免疫改變有關，導致治療相關結腸炎風險增加[20-21]。Wang等[21]通過FMT重建腸道微生物群、增加結腸黏膜內調節性T細胞比例，成功治療2例難治性免疫檢查點抑制劑相關結腸炎患者。這些研究提供了初步證據，表明調節腸道微生物群可能消除因免疫檢查點抑制劑治療產生的結腸炎。

上述研究提示FMT在提高抗腫瘤治療反應、減少治療相關不良事件的潛力，特定的腸道菌群在治療惡性腫瘤可能發生有益作用，然而如何鑒定兼顧安全性和有效性的腸道微生物群是一難題。

3 FMT的制備過程

作為一種微生物療法，FMT的使用受到其操作方法、潛在治療相關不良事件、臨床研究證據不足等多方面的限制。為防止疾病傳播，需對供體健康狀態嚴格篩選，排除患有各種傳染性疾病、自身免疫性疾病、惡性腫瘤、炎癥、糖尿病和代謝綜合征，以及超重、飲酒、近期使用影響腸道微生物群的麻醉品或藥物者，此外還需對供體的血液及糞便材料進行病原學和毒素檢測[22-23]。

為保護厭氧菌活性，新鮮糞便應在排便后6 h內處理，將糞便（至少50 g）與0.9%氯化鈉溶液按1:5混合成懸浮液，沉淀后用過濾器或紗布過濾，以清除可能阻塞內鏡通道的大顆粒物質。濾液可以立即使用或添加10%甘油后在-80℃處冷凍保存，最長保存有效期為6個月。需要使用時，糞便懸浮液在室溫中解凍后按上述步驟加入0.9%氯化鈉溶液以達到所需的懸浮液量，并在6 h內使用[23]。較新鮮糞便相比，冷凍材料方便可取，但由于微生物細胞在解凍后較為敏感，需避免反復解凍和凍結[22]。

糞便微生物可通過口服膠囊、鼻胃管、鼻十二指腸管、鼻空腸管、胃鏡、結腸鏡或灌腸等多種消化道途徑進行輸注傳遞，幾種方式療效相當，最佳操作途徑尚未確定，需結合患者依從性、給藥舒適性、經濟情況、感染風險等因素[7，22]。經上消化道途徑操作時需注意可能導致患者發生誤吸、反流、吸入性肺炎等潛在治療相關不良事件，建議操作前評估患者反流風險且輸注糞便不超過100 ml，而經下消化道途徑操作時則需關注機械性組織損傷、糞便保留時長等因素，需提高操作者技術水平[23]。由我國學者發明并應用于臨床的經內鏡結腸置管術，通過結腸內鏡置入軟管并固定于腸道深部，有利于向腸道深部傳遞糞便微生物和藥物，增加其在腸內停留時間，與灌腸方式相比減少了被快速排出的風險[24]。因其方便、省時、安全等特點，值得推廣。

4 FMT在實踐中存在的問題

隨著FMT應用的日益廣泛，也發現了一些潛在風險。最常見的不良反應是腹痛、腹脹、腹瀉等胃腸道反應，其次是一過性的發熱，嚴重治療相關不良事件包括腸穿孔、感染、甚至死亡[25]。FMT中存在的未被識別的感染源及致病基因可導致接受者發生感染性疾病。因此，嚴格篩選健康的供體，制定標準化和個體化的實驗室及臨床工作流程是保證所獲取的糞便微生物的質量、后續的FMT治療療效以及降低治療相關潛在風險的關鍵。FMT的有效性與供體和受體生理狀態、環境因素、遺傳因素、微生物群分類組成和功能差異有關，在很大程度上取決于接受FMT治療者體內恢復供體菌群的程度以及恢復供體菌群中與疾病相關的特定代謝紊亂的能力[7]。目前仍需進一步開展更高質量的研究及長期隨訪以評估FMT是否可以作為一種安全的惡性腫瘤治療措施。為預防或治療相關不良反應，需要更多的基礎研究和臨床試驗來闡明相關機制并制定診療方案。

5 小結

隨著對腸道微生物與惡性腫瘤關系的深入了解，如何利用腸道微生物群輔助治療惡性腫瘤是研究的重點。FMT是改變腸道微生物組成最直接的方法，通過引入健康微生物到宿主腸道，在真菌、病毒和細菌之間相互平衡以促進微生物穩態的恢復。臨床研究表明FMT可調節腸道菌群失調，提高宿主免疫功能，增強化療、放療和免疫治療療效，減少治療相關不良事件的發生以及改善宿主預后。FMT的不良反應主要與糞便供體分析不準確有關，需進一步制定適當的篩選流程來選擇捐贈者，研發新技術以便能準確檢查捐贈者糞便材料中病原微生物含量及有害代謝物，需要經過更多大樣本隨機對照研究來評估治療安全性和有效性。腸道微生物學的迅速發展，FMT有望成為一種具有前景的治療方法。