腸道菌群在肝細胞癌中的作用機制及治療研究進展

孫湛博，劉麗賢，盧再鳴

（中國醫科大學附屬盛京醫院 1.放射科；2.急診科，沈陽 110004）

肝臟與腸道有著緊密的解剖學聯系，營養豐富的血液從腸道運輸到肝臟，通常都伴隨著腸道微生物衍生的代謝物和產物，稱為微生物相關分子模式（microbiota-associated molecular patterns，MAMPs）。機體和微生物形成互利共生的穩態，其中腸道屏障的存在具有重大意義。腸道菌群失衡后，可推進慢性肝病、肝硬化及肝細胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）的進程。此外，腸道屏障的改變導致腸泄露，使肝臟暴露于MAMPs和菌群代謝物中，近十年來越來越多的證據表明，腸道菌群在慢性肝病和HCC的發展中起著關鍵作用。本文回顧分析腸道菌群在HCC中的作用，探討菌群失調、腸泄露及菌群代謝物通過腸-肝軸促進HCC發展的機制，并對近年來腸道菌群作為HCC的潛在診斷工具以及在免疫治療背景下作為新治療靶點的進展做一綜述。

1 腸道菌群及其與肝臟的關系

據估計，人類腸道里存在著至少1 000種細菌，包括垂直傳播從母體獲得的定植細菌（如自體細菌）和通過飲食和環境中獲得的益生菌等，這些細菌隨著時間的推移趨于穩定狀態［1-2］。在最常見的細菌里，優勢菌群有5類：厚壁菌門、放線菌門、擬桿菌門、變形菌門和疣微菌門，其中厚壁菌門占60%～80%，其次，為擬桿菌門，占20%～40%［3］。

腸-肝軸理論用來描述肝臟和腸道之間的相互作用，其通過門靜脈和膽道相連接并雙向溝通。一方面，門脈系統收集來自腸道的血液、各種營養物質以及菌群的代謝產物，運輸至肝臟，腸道環境時刻影響著肝臟的微環境；另一方面，肝臟生成的各種物質通過膽管系統運輸至腸道。這種聯系是腸道菌群和肝臟疾病相互作用的解剖學基礎［4］。

在腸道中微生物與宿主間的嚴格分離通過完整的腸道屏障來實現［5］。有研究［6］表明，腸道菌群對腸道屏障的完整性有著至關重要的影響，腸道屏障受損導致的腸道菌群改變可導致慢性炎癥，并影響肝臟疾病的進展，從而增加HCC發生發展的風險。

2 腸道菌群失調和腸泄露在HCC發展中的作用

2.1 腸道菌群失調

大多數HCC發生于肝硬化的基礎上，有學者對肝硬化患者和健康人群的糞便進行了菌群分析，發現肝硬化患者存在嚴重的菌群失調，并得到了特異性的腸道菌群譜，該學者認為該腸道菌群譜對肝硬化患者有一定的臨床診斷價值［7］。研究［8］表明，腸道菌群通過Toll樣受體（toll-like receptors，TLR）對肝纖維化發揮著重要作用。2016年首次在肝硬化和HCC患者中發現大腸桿菌過度生長，最近有學者［9］研究了肝硬化和HCC患者的腸道菌群多樣性，發現從健康對照組到肝硬化，菌群多樣性下降；從肝硬化到早期HCC均伴有乙型肝炎病毒（hepatitis B virus，HBV）感染，菌群多樣性增加。

2.2 腸泄露

腸泄露指腸道黏膜通透性的改變，大量研究［10-11］已證實腸泄露存在于各種疾病中，包括炎癥性疾病、代謝性疾病、腫瘤和自身免疫性疾病等。有學者［12］通過檢測血清革蘭氏陰性菌的細胞壁主要成分脂多糖（lipopolysaccharide，LPS），發現在患有慢性肝病的小鼠和患者以及HCC患者的體內LPS水平表達增高，說明在慢性肝病和HCC發生的多個階段存在腸泄露。FEDIRKO等［13］分析了HCC患者體內LPS水平，結果證實LPS水平與HCC發生率呈正相關，提示由腸泄露導致的微生物產物異位在HCC的發生發展過程中扮演著重要的角色。

目前，所有關于腸道菌群在HCC中起的作用的研究報道都基于對小鼠的動物實驗研究，還沒有臨床研究表明特定的腸道菌群與HCC的發生風險有關。有研究［14-17］表明，用MAMPs或菌群代謝產物治療小鼠，或用葡聚糖硫酸鈉破壞腸道屏障，增加小鼠的LPS水平和肝臟纖維化，可促進小鼠HCC的形成。

3 腸道菌群作用于肝臟的主要機制

研究［18］表明，免疫和代謝是腸道菌群作用于肝臟的主要機制。在HCC發生的多個階段，腸泄露可導致體內循環中MAMPs的水平增高（如LPS），通過多種機制促進肝臟疾病的進展和HCC的發生。有研究［12，19］顯示，在DEN、DEN+CCL4誘導和DMBA+高脂飲食誘導的HCC小鼠中，存在細菌異位導致慢性炎癥狀態，分別通過LPS-Toll樣受體4（LPS-TLR4）通路及脂壁酸-Toll樣受體2（lipoteichoic acid toll-like receptors，LTA-TLR2）通路，促進肝細胞的分化，抑制細胞凋亡，促進HCC的進展。TLR4通過肝細胞如肝星狀細胞、巨噬細胞介導HCC的發生，除了能引起慢性炎癥外，還可促進肝纖維化的發展。研究［14］還表明，TLR4基因可抑制DEN+CCL4誘導的HCC發生，而通過注入低劑量的LPS可促進小鼠HCC的發生。在缺乏活化的肝星狀細胞和纖維化單純由DEN誘導的HCC模型中，TLR4不僅促進了炎癥基因的表達，還促進了腫瘤的增值，同時抑制了腫瘤的死亡。而TLR2在脂肪相關性的HCC中的影響很大程度上是由肝星狀細胞釋放環氧合酶2（cyclooxygenase 2，COX2）和前列腺素E，導致衰老相關表型（Senescence associated phenotype，SASP）表達，這不僅觸發了促炎癥反應，前列腺素E還通過介導免疫細胞中的免疫抑制作用促進了HCC的發生［19］。

高脂飼料喂養的小鼠發生的主要變化之一是革蘭氏陽性菌的增多，其膽汁酸的代謝能力增強，因此，當抗生素萬古霉素抑制內源性膽汁酸的產生時，高脂飼料喂養導致細菌產生次級膽汁酸（deoxycholic acid，DCA）水平增高，共同促進了HCC的發生［15］。DCA可以引起肝臟星狀細胞向SASP轉化，促進HCC進展。有學者［20］通過抗生素介導的菌群清除模型和相關免疫缺陷小鼠模型，證實了初級膽汁酸在CXC16的調節中起關鍵作用，進而調節NKT細胞的募集，參與HCC的發生發展。在另一項由高膽固醇高脂肪飲食誘導的HCC研究中，抗生素可通過減少次級膽汁酸抑制HCC的發展，也與上述研究［21］相一致。另一類主要的菌群代謝產物為短鏈脂肪酸（short chain fatty acid，SCFA）。傳統觀念認為短鏈脂肪酸通常有利于健康，但最近的研究［22］表明，高菊粉飲食可引起膽汁淤積，并促進HCC的發生發展，這一作用可能是通過腸道菌群分解纖維素產生的SCFA而進行的。除此之外，其他能促進HCC發生發展的菌群代謝產物還包括三甲胺（trimethylamine，TMA）及其代謝產物三甲胺氧化物（trimethylamine oxide，TMAO）以及乙醇。TMA由膳食中的膽堿和肉堿產生，經腸道吸收后在肝臟轉化為TMAO，有研究［23-24］表明TMAO不僅與心臟代謝風險有關，還能引起慢性炎癥，與腸道腫瘤的發生有關。目前TMA/TMAO在慢性肝病的進展和HCC發生發展中的作用仍不清楚，有研究［25］認為菌群代謝為TMA，導致膽堿水平的降低，可引起肝毒性。此外，高TMAO水平與胰島素抵抗有關，可能促進非酒脂肪性肝病（nonalooholic fatty liver disease，NAFLD）和NASH相關的HCC發展［26］。目前TMAO對肝癌形成影響的機制尚不明確，需要進一步研究。乙醇也不斷有腸道菌群產生［27］，NASH患者中乙醇含量增加［28-29］。乙醇不但能引起肝臟損傷，而且是一種已知的致癌物質［30］。

4 腸道菌群在HCC患者中的臨床應用

4.1 篩查和診斷HCC

腸道菌群有望作為早期診斷HCC的一個標志物。通過對75例早期HCC患者和105例健康對照組進行菌群組成研究，確定了最佳的30種菌群標記物，其曲線下面積達到80.64%，因此，腸道菌群標志物可作為早期診斷HCC的潛在非侵入性工具［9］。也有研究［31］對1組HCC患者特異性的血清菌群基因組學特征譜進行了定義，構建了基于5個菌群基因的HCC診斷模型，受試者操作特征曲線下面積可達到0.879，準確度也達到0.816。

4.2 預防HCC

從腸道菌群作用于HCC發生的分子機制出發，有學者［8］對相關靶點藥物進行了綜述，包括抗生素如利福昔明、FXR激動劑、TLR受體拮抗劑以及細菌代謝產物抑制劑等。對小鼠的動物研究［14］中表明使用抗生素可能對晚期HCC的發展有抑制作用。另一方面，菌群移植和益生菌是調控腸道菌群的直接方法，使腸道菌群失調得到改善，從而免疫微環境發生改變導致有益菌增加，進一步使炎癥性代謝產物減少［32］。因此，可以預測未來可將菌群療法作為高危患者的一級預防，或作為HCC癌切除術后患者的二級預防，但是這還需要進一步的臨床研究來驗證。

4.3 治療HCC

最近有研究［33-34］發現腸道菌群可能在調節腫瘤免疫抑制治療中發揮重要作用。免疫抑制劑靶向T細胞表面的免疫調節分子（或其配體）可增強抗腫瘤免疫應答，這已經在HCC患者的治療中得到證實［35-36］。有學者［37］將應用免疫抑制治療的HCC患者的腸道菌群移植至無菌或接受抗生素治療的小鼠模型中，結果表明腸道菌群可改善抗腫瘤效應。

調節腸道菌群可能是當前抗癌治療的一種新穎且重要的輔助手段。最近1項針對肥胖或胰島素抵抗患者的臨床試驗研究［38］表明，對患者使用巴氏殺菌的阿克曼氏菌治療3個月是安全的，耐受性良好，且改善了患者的胰島素敏感性和血脂情況。可以猜測該方法可能降低NAFLD相關性HCC患者的風險。

5 結論

腸道菌群與肝臟之間的密切聯系為它在HCC發生發展中作用的研究提供了理論依據。腸道菌群主要通過免疫和代謝機制作用于肝臟。研究肝臟和腸道的緊密聯系將為HCC患者基于微生物的診斷、治療和預防提供理論依據。