腸道菌群與宮頸癌免疫治療關系的研究進展△

謝露，李勇

1貴州中醫藥大學研究生院，貴陽 550025

2貴州省人民醫院腫瘤科，貴陽 550001

腸道微生物群包括細菌、古生菌、病毒和真菌，是寄生在人體腸道的全部微生物。腸道菌群主要由革蘭陰性擬桿菌、革蘭陽性厚壁菌和放線菌組成，據報道，根據年齡、性別和宿主特征，人類細胞與細菌的比例為1∶1～1∶3[1]。腸道菌群位于腸道上皮屏障表面，含有3×1013個細菌，其中大部分與宿主共生[2]。腸道菌群的生理功能是調節機體新陳代謝、炎癥反應和免疫反應[3]，當腸道菌群失調時，一些細菌會迅速增殖并轉化為具有致病性的病原菌，如艱難梭菌或耐萬古霉素的腸球菌[4]。腸道菌群的調節功能主要表現為調節屏障功能、維持黏膜免疫力穩態、宿主細菌共存、防止病原體感染、限制病原微生物過量繁殖等。此外，腸道菌群還可以調節維生素合成和膳食纖維的新陳代謝。因此，腸道微生物、免疫細胞和黏膜屏障共同作用可維持腸上皮穩態，共同調節炎癥反應和免疫反應[5]。探討腸道菌群的變化規律對評價人類健康狀況、深入探討腫瘤發生機制、尋找新的治療靶點具有重要意義。

研究顯示，腸道菌群和女性生殖道微生物群間存在著某種相互交流的方式，這種交流方式影響著機體內的生態平衡，腸道菌群失調在多種腫瘤的發生發展中發揮著關鍵作用[6]。宮頸癌是全球女性生殖系統最常見的惡性腫瘤之一，近年來，隨著人們生活方式的改變，宮頸癌的發病率呈明顯上升趨勢，嚴重威脅女性生命健康。宮頸癌的發生機制很復雜，除遺傳因素外，社會環境因素也在宮頸癌發生、發展過程中發揮關鍵作用。研究發現，腸道菌群與宮頸癌的發生發展密切相關[7]。宮頸癌免疫療法已成為治療宮頸癌的有效方法，腸道菌群可以協助宮頸癌的免疫治療并達到一定的治療效果[8]。本文就腸道菌群與宮頸癌免疫治療的關系進行綜述。

1 腸道菌群

1.1 腸道結構

腸黏膜是由單一的上皮細胞層組成，上皮細胞層包括腸上皮細胞和上皮內淋巴細胞，這種獨特的結構加強了腸道菌群與免疫系統的相互作用[9]。Paneth細胞和杯狀細胞均位于腸上皮細胞層中，其功能為產生抗菌肽和黏液并覆蓋整個上皮層。腸固有層是包含Peyer’s斑塊和各種免疫細胞的結締組織層，包括抗原呈遞細胞（antigen-presenting cell，APC）、固有淋巴細胞、T淋巴細胞和B淋巴細胞。人體免疫系統最大的組成部分是腸道淋巴組織，在局部和全身免疫應答中發揮著關鍵作用[10]。

位于小腸和結腸的腸系膜引流淋巴結，稱為腸系膜淋巴結。在腸系膜淋巴結內，共生菌通過激活適應性免疫反應來誘導幼稚T細胞分化。而模式識別受體介導的病原體相關分子模式（pathogenassociated molecular pattern，PAMP）用于誘導 APC和樹突狀細胞的成熟，樹突狀細胞成熟后在腸系膜淋巴結中與幼稚T細胞匯合，繼續促使幼稚T細胞生長發育為CD4+T細胞，而CD4+調節性T細胞（regulatory T cell，Treg）和輔助性 T 細胞 17（helper T cell 17，Th17）均有維持腸道免疫穩態的作用，活化的T細胞在腸道穩態中發揮關鍵作用。值得注意的是，細菌產生的代謝物短鏈脂肪酸會維持Treg、Th17細胞在腸道水平上的平衡，短鏈脂肪酸的功能依賴于其抑制組蛋白脫乙酰酶活性的能力，表明存在表觀遺傳調節機制[11]。Th17細胞位于腸道固有層并作為CD4+T細胞的特殊亞群，在防止病原菌感染方面發揮重要作用。Th17細胞產生的白細胞介素（interleukin，IL）-17可誘發腸上皮細胞產生并釋放大量抗菌蛋白，導致Th17細胞在黏膜免疫中發揮作用，并可進一步引起其他炎癥因子的釋放。在GF小鼠中，盡管Th17細胞明顯缺失，但它仍可以被一種特定的細胞菌株亞群誘導成為節段絲狀菌[2]。

1.2 腸道菌群的致癌機制

1.2.1 宿主細胞癌變 目前，臨床已經證實，腸道微生物群會產生基因毒素、自由基和活性氧（reactive oxygen species，ROS），這些微生物會破壞宿主的DNA，改變細胞周期，加快腫瘤細胞增殖，破壞細胞死亡的正常生理過程，最終增加腫瘤的發生風險[12]，如大腸桿菌和腸桿菌科產生的大腸桿菌素會破壞宿主細胞的雙鏈DNA，而卟啉單胞菌會產生破壞宿主細胞DNA的ROS[13]。細菌結構及其代謝產物與上皮間質細胞和造血細胞相互作用產生的毒性促進了腫瘤的發生發展，如脆性擬桿菌、核型芽孢桿菌和糞腸球菌產生的毒素，可改變細胞間的黏附作用，從而使靜止的上皮間質細胞轉化為移動的間質細胞。值得注意的是，上皮-間充質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）是良性腫瘤向惡性腫瘤轉化的關鍵步驟。在結直腸癌患者中，細胞核的富集與炎性結腸黏膜細胞的DNA甲基化有關[14]。

1.2.2 促炎微環境 腸道微生物群在炎癥反應中發揮重要作用，如乳酸桿菌、變形桿菌、艱難梭菌、腸球菌和脆弱擬桿菌均可通過刺激不同的免疫細胞發揮促炎和抗炎作用。腸道微生物激活炎癥反應，主要是通過促進促炎細胞的募集和細胞因子的釋放，來增強細胞氧化應激反應，從而改變能量動力學，最終導致DNA損傷，這些作用促使了腫瘤細胞生長、侵襲和轉移。Chung等[15]用產腸毒素脆弱擬桿菌定植APCMin小鼠，結果發現，脆弱擬桿菌毒素可在結腸上皮細胞中誘發炎癥級聯反應，這種級聯反應是白細胞介素-17受體（interleukin-17 receptor，IL-17R）、核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）和信號轉導與轉錄激活因子3（signal transduction and activator of transcription 3，STAT3）信號通路促進細胞癌變所必需的。IL-17R在結腸上皮細胞中的活化作用誘導了CXC趨化因子從近端到遠端黏膜梯度[16]。因此，脆弱擬桿菌毒素可誘導結腸上皮細胞向黏膜Th17細胞發出致癌信號，并選擇性地激活遠端結腸上皮細胞中的NF-κB，共同促進遠端結腸癌的發生。此外，腸道細菌還可以上調Toll樣受體（Toll-like receptor，TLR）的水平，激活相關炎癥信號通路NF-κB，釋放IL-6、IL-12、IL-17、IL-18 和腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α），從而引發腫瘤微環境中的炎癥反應，導致細胞增殖、侵襲，最后抑制細胞的免疫功能[17]。

1.2.3 免疫穩定性 在病理條件下，腸道微生物群受到干擾或腸黏膜防御屏障遭到損傷后，腸道微生物相關基因會刺激巨噬細胞和樹突狀細胞生成促炎因子。隨后，這些細胞因子可激活免疫細胞破壞免疫穩定性。腸道生態失調還會使淋巴細胞不自主地釋放細胞因子，從而導致慢性炎癥和腫瘤易感性，且生態失調的T淋巴細胞也會進一步促進慢性炎癥和腫瘤[18]。同時，抗炎細胞通過激活T細胞免疫受體和細胞黏附分子抑制受體，干擾自然殺傷細胞和T細胞的功能，并誘導β1-連環蛋白（β1-catenin）調節劑膜聯蛋白A1的表達，從而創造一個促進腫瘤發生的免疫抑制環境，這一過程可導致結直腸癌[19]。此外，腸道微生物群的失調還會誘發某些惡性腫瘤，并影響機體對腫瘤治療的反應，如化療、放療和免疫治療[20]。與野生小鼠相比，實驗室小鼠缺乏特定病原體（specific pathogenfree，SPF），鑒于此，將野生小鼠的腸道微生物群遷移到實驗室小鼠中，結果能夠形成長期的免疫調節功能，即便歷經幾代繁衍，這種功能依然保留。因此，腸道菌群有助于對抗病毒感染、突變和炎癥誘導的致癌效應[21]。

1.2.4 代謝變化 腸道微生物參與了宿主的各種新陳代謝活動，而腸道菌群失調則會改變脂質代謝及相關的RNA表達而引發腫瘤[22]。有研究顯示，某些細菌代謝物（如短鏈脂肪酸或次級膽汁酸）和微生物相關的分子（如脂多糖和肽聚糖）會影響宿主的營養攝取、代謝、腸道屏障和全身炎癥反應，如梭狀芽孢桿菌Ⅺ可將初級膽汁酸轉化為次級膽汁酸，發揮潛在的DNA損傷和致癌作用[23]。次級膽汁酸通過調控M3R和β-catenin信號通路來引發結腸癌，從而將正常結直腸上皮細胞轉化為結直腸癌細胞。一些真菌及其菌屬在結腸中代謝膳食纖維和多糖產生乙酸，使乙酰輔酶A合成酶轉化為乙酰輔酶A，該過程可刺激腫瘤細胞的合成代謝反應，使腫瘤細胞得以生長，如乳腺癌、卵巢癌和宮頸癌[24]。

同時，相關研究指出，腸道微生物群產生的代謝物對宮頸癌具有保護作用，已在基于細胞系的實驗模型中研究了觸發宮頸癌細胞系凋亡的主要機制，還提出了短鏈脂肪酸的保護作用[25]。短鏈脂肪酸可減少宮頸癌細胞的增殖，并表明使用益生菌會增加短鏈脂肪酸水平，在宮頸癌發生發展中發揮抗腫瘤作用。

2 腸道菌群與宮頸癌

宮頸癌被認為是全球女性惡性腫瘤病死的第四大常見原因[26]。由于缺乏篩查和預防計劃，浸潤性宮頸癌是女性惡性腫瘤死亡的主要原因[27]。宮頸癌最常見的病因是高危人乳頭瘤病毒（human papilloma virus，HPV）感染，HPV感染誘發宮頸癌的機制涉及E6和E7蛋白的表達[28]。其中E6蛋白參與各種蛋白質的水解與降解過程并刺激端粒酶活性，防止細胞復制性衰老；E7蛋白通過與抑癌轉錄基因結合使其分解失活并產生轉錄因子，最終導致細胞周期進程失控[29]。

有研究在陰道微環境中分析了微生物組與HPV感染致癌能力間的相互作用。陰道內生態失調也與HPV感染的高發病率和持久性相關，從而提高了宮頸上皮內瘤變（cervical intraepithelial neoplasia，CIN）和侵襲性宮頸癌的風險[30]。一項Meta分析發現，細菌性陰道病與白色念珠菌、沙眼衣原體感染和HPV感染相關，同時也發現，細菌性陰道病與CIN的進展有關[31]。陰道感染通過改變陰道pH值和黏液降解酶的作用導致上皮細胞失去完整性，從而增加HPV的致病作用[32]。Kwon等[33]使用霰彈槍測序技術對CINⅡ/Ⅲ級（n=17）、宮頸癌（n=12）和健康對照（n=18）的子宮頸宏基因組進行了研究，結果發現，宮頸癌患者的微生物群富含嗜堿菌、假熱衣原體和沃爾巴克菌，CINⅡ/Ⅲ級患者富含乳酸菌、葡萄球菌和內斜念珠菌，健康對照者富含交替假單胞菌和冷桿菌。宮頸癌宏基因組顯示細菌產生的肽聚糖合成增加，并參與調節炎癥反應以增強中性粒細胞活性，這是一種與癥狀性動脈粥樣硬化發展相關的機制，這一機制與宮頸腫瘤的發生發展有關[34]。

目前關于腸道微生物群在宮頸癌中的潛在作用機制的研究較少。Wang等[35]發現，宮頸癌組（n=8）與對照組（n=5）的腸道菌群組成有顯著差異，在宮頸癌患者中，擬桿菌門是豐度最高的類群，而厚壁菌門的豐度相對較低。另一項研究對42例宮頸癌患者和46例健康對照者的糞便菌群進行檢測，結果顯示，宮頸癌患者中普雷沃菌屬、卟啉單胞菌屬和Dialister菌屬豐度較高，而健康對照者中擬桿菌屬、另枝菌屬和革蘭陰性擬桿菌屬豐度較高[36]。這兩項研究結果表明，腸道微生物群可以通過微生物相關的分子模型（microorganism associated molecular pattern，MAMP）介導的炎癥反應和TLR激活影響宮頸癌的發生發展，但仍需臨床進一步驗證。

3 腸道菌群與宮頸癌的免疫治療

免疫治療已成為抗腫瘤治療的一種新方法，可通過免疫系統發揮抗腫瘤作用。免疫檢查點抑制劑（immune checkpoint inhibitor，ICI）作為一種新型的免疫治療藥物，在晚期惡性腫瘤的治療中效果顯著[37]。腸道菌群在宮頸癌的致癌機制中發揮著重要作用，既能調節雌激素水平和炎癥反應，還能干擾碳水化合物代謝。腸道菌群失調所產生的毒素和代謝產物，會誘發惡性腫瘤進展。因此，腸道菌群已成為腫瘤免疫治療的主要手段，其不僅可參與調節機體免疫反應，而且還協助優化ICI的治療。最初，研究人員不確定共生菌群是否影響機體的自發免疫反應，從而影響ICI的治療活性。為此，有研究從不同實驗室選擇了具有相同基因型的黑色素瘤小鼠（TAC和JAX），并注意到TAC小鼠的黑色素瘤比JAX小鼠嚴重，在同樣的條件下喂食后，研究人員發現，TAC小鼠的腫瘤被抑制了；用兩只小鼠的糞便懸浮液喂養小鼠后，證實JAX小鼠的共生菌群具有抗腫瘤作用；最后，研究人員使用JAX小鼠糞便懸浮液與程序性死亡受體配 體 1（programmed celldeath 1 ligand 1，PDCD1LG1，也稱PD-L1）聯合治療，結果顯示，聯合治療的抗腫瘤效果明顯優于ICI單獨使用，不僅延緩了腫瘤生長，還增加了腫瘤特異性T細胞的應答[38-39]。該研究明確證實了腸道菌群的抗腫瘤作用，可優化和提高ICI的療效，提示其可作為ICI治療的輔助藥物。

在宮頸癌的治療中，除一線化療藥物聯合貝伐珠單抗外，其他治療選擇是有限的，二線單藥化療的有效率為15%～20%[40]，患者的中位總生存時間不足2年。持續性HPV感染可使宮頸癌在ICI中獲益，但迄今為止，單一ICI的治療結果并不理想。目前，程序性死亡受體1（programmed cell death 1，PDCD1，也稱PD-1）是宮頸癌免疫治療最有希望的免疫檢查點。Tao等[41]對12例宮頸癌組織進行免疫組化檢測發現，PD-L1可抑制宮頸癌細胞中T淋巴細胞的活化，在使用特異性封閉抗體下調PD-L1的表達后，T淋巴細胞的作用被抑制。因此，PD-1是抑制宮頸癌免疫應答的關鍵分子，可介導宮頸癌細胞的免疫逃逸。近年來，有研究探討35例宮頸癌放療患者腸道放療毒性與基線腸道微生物群間的關系，結果發現，輻射毒性的增加與腸道微生物群多樣性的減少有關[42]。此外，雖然基線腸道多樣性不能預測治療結束時的腸道毒性，但在毒性較低的患者中發現了與梭狀芽孢桿菌屬相關的特征。放療可以在宮頸癌免疫治療前調節腸道菌群并提供一種替代方法，不僅可以提高宮頸癌患者的治療效果，還可以改善治療相關的毒性。

4 小結與展望

綜上所述，腸道微生物群在腫瘤中的作用，使腸道菌群成為抗腫瘤治療的一個有希望的策略。既往臨床對腸道微生物群對腫瘤和免疫治療的影響進行總結，但對其潛在機制仍不太了解。此外，關于如何調節腸道菌群以提高腫瘤免疫治療效果，仍有一些挑戰。目前尚不明確腸道微生物的哪種特殊成分最能提高抗腫瘤免疫反應，哪種方法可以改善腸道菌群，必須在臨床試驗中加以詳細檢測。只有全面了解這些相互作用，才能更好地調節腸道微生物群，以增強宿主的抗腫瘤免疫反應，并可能改善免疫監測。此外，未來的研究也需要闡明腸道菌群對宮頸癌免疫治療的直接和間接作用機制，從而建立一種基于靶向治療（特定飲食、益生菌）的腸道菌群調節的治療新方法。