共生菌差異性調節惡性腫瘤放療反應的研究進展△

趙爽彥，段小鈺，扈婷婷，蔡宏懿#

1甘肅中醫藥大學第一臨床醫學院，蘭州 730000

2甘肅省人民醫院放療一科，蘭州 730000

惡性腫瘤成為嚴重影響人類生命健康的第一大疾病，據報道，2020 年全球約有2000 萬新增病例和1000 萬腫瘤相關死亡病例[1]。隨著全球向老齡化社會過渡，預計2040 年腫瘤患者例數將比2020年增加約50%[2]。放射線的發現開啟了腫瘤治療的新大門，但是，放療對周圍正常組織有很大的損傷，所以，人們在不斷探索一種增敏腫瘤放療效應的方法。研究報道，腫瘤放化療和免疫治療的療效受到微生物的影響，共生微生物組與人類疾病之間有很強的相關性，如代謝紊亂、傳染病、消化系統疾病和腫瘤[2]。微生物種類繁多，有細菌、真菌、病毒、朊粒、衣原體、立克次體、支原體、螺旋體、寄生蟲等。本文對共生菌差異性調節惡性腫瘤放療反應的研究進展進行綜述。

1 共生、細菌、真菌

1.1 共生狀態的含義

共生是指兩種不同生物之間，一方為另一方提供有利于生存的條件，同時也獲得對方的幫助。兩種生物共同依存在一起，相互依賴，彼此依靠[3]。倘若彼此分開，則雙方或其中一方便無法維持生命，即共生關系。

1.2 細菌與真菌的區別

細菌屬于原核生物，細菌細胞壁的主要成分是肽聚糖，只有核糖體一種細胞器，分裂方式為細菌特有的二分裂，一般分類有球菌、桿菌、弧菌、螺旋菌。真菌屬于真核生物，有核膜包圍的細胞核，細胞結構有核糖體、內質網、高爾基體、線粒體、中心體等多種細胞器，真菌細胞的增殖主要通過有絲分裂進行。

1.3 共生細菌真菌對機體的影響

隨著測序技術的發展，微生物組在人體中的作用已變得明朗。在健康狀況下，人類宿主和微生物組是共生狀態，人體內微生物從人體出生就伴隨，可從母體產道獲得，也可后期從各種食物或者生活環境中獲得。正常微生物菌群對人體的健康起重要作用，包括保持健康、增強體質、益壽延年及防御疾病。①預防或改善腹瀉、增強人體免疫力、促進消化系統健康、降低血清膽固醇：飲食習慣不良或服用抗生素均會打破腸道菌群平衡，從而導致腹瀉，補充益生菌有助于平衡腸道菌群及恢復正常的腸道pH 值，緩解腹瀉癥狀；益生菌可以通過刺激腸道內的免疫功能，將過低或過高的免疫活性狀態調節至正常，其免疫調節作用也被認為有助于抗腫瘤與抑制過敏性疾病；益生菌還可以抑制有害菌在腸道內的增殖，減少毒素，促進腸道蠕動，降低血清膽固醇。②緩解乳糖不耐癥：乳桿菌可幫助人體分解乳糖，緩解腹瀉、脹氣等不適癥狀，可以與牛奶同食。③合成維生素及人體必需的營養物質：大腸桿菌主要生活在大腸內，是人體腸道內最主要且數量最多的一種細菌，它能幫助人體抵御病原菌的侵入，還能合成維生素B 和維生素K；雙歧桿菌生活在人體腸道內，可以改善腸道環境，抑制腸道有害細菌的生長，產生維生素B1、維生素B2、維生素B6、維生素B12、丙氨酸、纈氨酸、天冬氨酸和蘇氨酸等人體必需的營養物質，有益于人體對營養物質的吸收，預防便秘。人體則為這些菌類提供相應的微環境以及生存的營養物質。當然人體內也有對人體有害的菌類，例如：①幽門螺桿菌（helicobacter pylori，Hp）已經被證實與胃癌、胃潰瘍的發生呈高度相關性；②黃曲霉菌與肝癌密切相關等。有報道稱，微生物群在腫瘤放療療效和預后中起著關鍵作用[4-7]。研究證實，腸道中的微生物也會影響局部黏膜免疫反應和系統免疫反應，從而影響腫瘤發展的免疫過程[8]。而不同的微生物對腫瘤患者放療敏感性的影響也差異較大，更多的影響來自腫瘤內共生細菌真菌對放療反應的免疫應答情況。

2 惡性腫瘤治療現狀

目前消化系統惡性腫瘤的治療方法主要有手術、放療、化療、熱療以及免疫治療，隨著人們生活質量的提高，腫瘤患者對手術及放化療能治愈疾病的期盼越來越強烈。放療是一種目前公認的治愈性或姑息性腫瘤的治療手段，是目前治療惡性腫瘤最有效的方式之一，有助于惡性腫瘤患者的后期聯合治療[8]，通過誘導抗腫瘤CD8+T 細胞產生腫瘤相關抗原（tumor-associated antigen，TAA）和遠隔效應[9]，直接破壞腫瘤細胞的DNA 從而誘導腫瘤細胞凋亡。放療包括三維適形放療（three dimensional conformal radiation therapy，3D-CRT）、調強放療（intensity modulated radiation therapy，IMRT）、立體定向放療（stereotactic body radiation therapy，SBRT）、質子重離子治療等[10]，利用成像精確勾勒腫瘤輪廓，以減少輻射場中對正常組織的輻射，從而減少對周圍正常組織的輻射損傷[11-12]。與3D-CRT 相比，IMRT 可以增加腫瘤的放射劑量，同時減少腫瘤周圍組織的劑量沉積[11,13]。放療的總體目標是實現腫瘤控制，同時盡量減少對周圍正常組織的急性和晚期不良反應[14]。為提高腫瘤對放療的反應性，臨床采取各種方法來刺激腫瘤患者體內的內源性免疫細胞的作用，或從外部為患者提供特定的免疫細胞類型[15-17]。

3 共生細菌真菌差異性調節惡性腫瘤放療反應

Narunsky-Hiziza 等[18]從35 種腫瘤患者的體內采集超1.7 萬樣本，均檢測到了相應的真菌，通過系統分析得出結論，真菌大多隱藏在腫瘤細胞內或腫瘤內的免疫細胞中。癌癥基因組圖譜（The Cancer Genome Atlas，TCGA）顯示，含有曲霉屬真菌的腫瘤通常含有特定細菌，含有馬拉色菌的腫瘤往往含有其他細菌[1,19]。相關研究表明，通過建立小鼠模型，模擬人體惡性腫瘤的發生發展過程，探討真菌與腫瘤的相互關系，結果顯示，真菌消融對腫瘤發生發展具有促進作用，而馬拉色菌（不是念珠菌、酵母菌或曲霉菌）的附屬種群對腫瘤的發生發展提供有利因素[1,19]，這些方面的研究為微生物對腫瘤的影響提供了證據支持。

研究表明，共生狀態細菌和真菌與放療后的抗腫瘤免疫作用呈負相關[20]，共生細菌的消融將會導致共生狀態真菌種群的擴大，通過抗生素介導的共生真菌消融通過抑制抗腫瘤T 細胞的作用，促進促腫瘤巨噬細胞的作用，即共生狀態的真菌促進腫瘤細胞抵抗機體的免疫反應，降低了惡性腫瘤細胞對放療的敏感性。

3.1 胰腺導管腺癌

Aykut 等[1]通過口服強飼法使用綠色熒光蛋白（green fluorescent protein，GFP）標記的釀酒酵母控制攜帶腫瘤的小鼠，結果顯示，腸腔內的真菌可以遷移至胰腺；為探究真菌生態失調對腫瘤進展的影響，在LSL-KrasG12D 模型中使用口服兩性霉素B 消融了真菌組，結果顯示，Kras 誘導的炎癥導致真菌生態失調，進而通過識別真菌病原體并激活MBL-C3 級聯反應促進腫瘤進展。胰腺導管腺癌內含有大量馬拉色菌，通過甘露糖結合凝集素（mannose-binding lectin，MBL）結合真菌壁聚糖以激活補體級聯反應[1]，而瘤外區室中的MBL 或C3缺失或腫瘤細胞中的C3a 受體消融對胰腺發展為惡性腫瘤具有反向保護作用，實驗表明，致病真菌通過MBL 激活驅動補體級聯反應來促進胰腺導管腺癌的發生發展，而由抗生素介導的真菌消融，促進了惡性腫瘤對化療的敏感性。

3.2 腸道遠端化療后的抗腫瘤免疫反應

研究報道，萬古霉素作用于腸道的革蘭陽性菌，可促進放療誘導的抗腫瘤免疫反應和腫瘤生長抑制[9]。這種協同作用依賴于TAA 向細胞溶解性CD8+T 細胞的交叉呈遞和γ干擾素（interferon-γ，IFN-γ）的作用，IFN-γ在激活細胞免疫反應并隨后刺激抗腫瘤免疫反應中起關鍵作用，也可以抑制腫瘤組織中的新生血管生成，誘導調節性T 細胞凋亡和/或刺激促炎M1 型巨噬細胞的活性以抑制腫瘤進展，用低劑量IFN-γ治療的腫瘤獲得轉移性，而用高劑量IFN-γ治療的腫瘤發生腫瘤消退。究其原因，由耗竭萬古霉素的腸道細菌產生的代謝物——丁酸導致，萬古霉素通過遠隔效應增強化療介導的局部和全身抗腫瘤反應。簡而言之，通過消除萬古霉素敏感菌可增強惡性腫瘤對放療的反應[9]。

3.3 黑色素瘤

Dectin-1 是一種C 型凝集素[21-22]，能識別來自真菌病原體（包括念珠菌）的1，3-b-葡聚糖，參與抗真菌免疫應答的啟動。Shiao 等[20]通過建立黑色素瘤小鼠模型發現，共生真菌通過抑制抗腫瘤T 細胞，促進腫瘤相關巨噬細胞抵抗機體免疫反應，腫瘤相關巨噬細胞通過Dectin-1 介導的機制感知宿主體內真菌[22-23]。基因型-組織表達數據庫顯示，Dectin-1Y238X 多態性在Dectin-1中創建了一個過早停止密碼子[21,24]，Dectin-1 的遺傳減量與抗真菌對放療的作用呈負相關，這表明共生真菌靶向放療的療效增強依賴于Dectin-1 對真菌的感知機制，真菌微生物組調節細胞毒性治療后的免疫反應，這種影響不同于細菌微生物組的影響，細菌的減少會導致共生真菌種群的擴大，真菌和細菌共同形成了輻射誘導的治療性抗腫瘤免疫。

研究報道，使用抗真菌抗生素氟康唑或5-氟胞嘧啶聯合化療治療黑色素瘤，與單純采用抗真菌抗生素治療相比，采用抗真菌抗生素聯合化療治療可明顯減緩腫瘤生長，延長無特定病原體（specific pathogen free，SPF）環境小鼠的生存時間，并提高了存活率[20]。抗真菌抗生素的加入導致程序性死亡受體1（programmed cell death 1，PDCD1，也稱PD-1）+CD8+T 細胞、PD-1+CD4+T 細胞以及CD206+F4/80+抑制性巨噬細胞急劇減少[25]；化療聯合抗真菌抗生素治療使CD8+細胞頻率和數量顯著增加；這與真菌枯竭時更強烈的細胞毒性T 細胞反應一致[20]。

研究證明，真菌菌群的消融可以通過改變放療后的腫瘤內免疫抑制水平，以Dectin-1 依賴的方式影響遠處放療誘導的抗腫瘤免疫應答[20,26]。真菌可以幫助形成炎癥反應，主要通過識別受體（包括C型凝集素受體，如Dectin-1、甘露糖結合受體和Nod樣受體）對真菌特異性產物的感知，促進機體的輔助性T 細胞2（helper T cell 2，Th2）免疫反應[27]。共生真菌對Dectin-1 敏感會降低化療的療效，有研究利用Dectin-1缺陷的小鼠，發現在沒有Dectin-1 介導的情況下，在放療中添加抗真菌抗生素的效果會消失，Dectin-1 缺乏增強了對化療的反應，類似于抗真菌抗生素給藥。單獨缺乏Dectin-1 與單獨給抗真菌抗生素類似，對腫瘤生長沒有影響[28]。

4 小結與展望

研究結果表明，真菌可負性調控放療后的抗腫瘤免疫反應，抗生素介導的真菌消融或分離真菌可增強放療后腫瘤對輻射的反應性，而抗生素導致的細菌耗竭會降低化療后腫瘤對輻射的反應性，這些與共生真菌過度生長有關，而細菌可在放療后促進機體的抗腫瘤免疫反應[29]。細菌可以積極影響腫瘤的放療免疫反應，涉及增強抗腫瘤治療的療效和預防炎癥過程，包括放療不良反應。在放化療有反應者和無反應者中發現了腸道菌群的多樣性[30]。

微生物群對免疫穩態系統至關重要，并為細菌和真菌病原體提供競爭性屏障。現今各種研究百花齊放，很多研究還不明確，究其原因，微生物的種類繁多，細菌、真菌、病毒等有不同的分型，某種特定細菌、真菌對某種腫瘤細胞的放療反應是具有積極還是消極的調節作用有待進一步研究。并且，具有影響作用的是細菌或者真菌自身的某一結構還是其產生的分泌物，或是因為相互共生而引起的呢？怎樣獲得相應疾病所對應的細菌或者真菌并用來調節放療后反應？很多腫瘤內查到有馬拉色菌、Dectin-1 系相關物質，是否可以通過這些發現來尋找新的藥物作用靶點？需要探索的微生物種類以及它們自身或代謝產物與人類健康的關系還有很多未知領域，有待進一步探究。