腸道菌群在結(jié)直腸癌中的研究進(jìn)展

陳方賜 周淋魄 孔文成 單毓強(qiáng)

[摘要]?腸道菌群與結(jié)直腸癌的發(fā)生、發(fā)展關(guān)系密切，是結(jié)直腸癌的潛在治療靶點，以腸道微生物為主要靶點的治療策略被越來越多的學(xué)者所關(guān)注。本文對腸道菌群在結(jié)直腸癌中的作用機(jī)制、臨床應(yīng)用及安全性進(jìn)行綜述，旨在為結(jié)直腸癌的臨床治療提供理論依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]?腸道菌群；結(jié)直腸癌；療效；安全性

[中圖分類號]?R735??????[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]?A??????[DOI]?10.3969/j.issn.1673-9701.2023.15.028

結(jié)直腸癌是常見癌癥之一，近年來發(fā)病率逐年升高，且呈年輕化趨勢。結(jié)直腸癌的治療方法主要包括外科手術(shù)、化學(xué)治療和放射治療；但這些治療方法常引起不良反應(yīng)和并發(fā)癥，且對中晚期結(jié)直腸癌的治療效果有限。腸道菌群是結(jié)直腸癌治療的新興研究領(lǐng)域，越來越多的證據(jù)表明腸道微生物的失調(diào)對結(jié)直腸癌的發(fā)生、發(fā)展起調(diào)控作用[1-3]。腸道菌群的調(diào)節(jié)可逆轉(zhuǎn)腸道微生物的失調(diào)狀態(tài)，是預(yù)防和治療結(jié)直腸癌的新策略[4]。本文對基于腸道菌群調(diào)控的結(jié)直腸癌治療最新研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，闡述腸道菌群在結(jié)直腸癌中的作用機(jī)制、臨床應(yīng)用及安全性，探討腸道菌群調(diào)控在結(jié)直腸癌治療中的臨床應(yīng)用前景。

1??腸道菌群與結(jié)直腸癌的關(guān)系

結(jié)腸區(qū)域是一個巨大的微生物群落宿主[5]。健康狀態(tài)下，腸道微生物有助于消化復(fù)雜的食物成分，增強(qiáng)免疫系統(tǒng)功能，保護(hù)腸道免受有害細(xì)菌和疾病的侵襲[6]。現(xiàn)已證實，腸道菌群的失調(diào)狀態(tài)與結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切；腸道菌群的變化既能促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展，也能抑制腫瘤的發(fā)生發(fā)展，主要與菌群類別有關(guān)。

目前已知的可促進(jìn)結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展的菌群主要有具核梭形桿菌（fusobacterium?nucleatum，F(xiàn)n）、鏈球菌、脆弱擬桿菌等。Yang等[7]研究證實，F(xiàn)n通過上調(diào)微RNA-21的表達(dá)，促進(jìn)結(jié)直腸癌的細(xì)胞增殖，并增強(qiáng)其侵襲能力。Rubinstein等[8]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)n可產(chǎn)生具核梭形桿菌黏附蛋白A（fusobacterium?nucleatum?adhesin?A，F(xiàn)adA），F(xiàn)adA具有較強(qiáng)的侵襲性，可刺激上皮細(xì)胞生長，促進(jìn)炎癥和腫瘤的發(fā)展；同時FadA也可調(diào)節(jié)與結(jié)直腸癌發(fā)展相關(guān)的β-連環(huán)素等信號通路。厭氧消化鏈球菌在腸道富集，誘導(dǎo)促炎免疫微環(huán)境或與上皮細(xì)胞相互作用，促進(jìn)結(jié)直腸癌的發(fā)展[9]。脆弱擬桿菌分泌脆弱擬桿菌毒素等毒力因子，通過激活果蠅無翅/整合素/β-連環(huán)素及核因子-κB信號通路，促進(jìn)上皮細(xì)胞的增殖，誘導(dǎo)產(chǎn)生炎癥介質(zhì)，導(dǎo)致黏膜炎癥甚至結(jié)直腸癌[10]。另有研究發(fā)現(xiàn)，脆弱擬桿菌通過調(diào)節(jié)腫瘤免疫微環(huán)境誘導(dǎo)腫瘤的增殖，也可誘導(dǎo)活性氧的增加和DNA損傷，從而促進(jìn)結(jié)直腸癌的發(fā)生[11-13]。研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸癌患者和健康人群的腸道菌群豐度差異明顯，其中產(chǎn)丁酸鹽細(xì)菌的減少及機(jī)會病原體的增加可能是結(jié)直腸癌患者腸道菌群失調(diào)的主要原因[3]。腸道菌群的富集與耗竭引起的生態(tài)環(huán)境紊亂可導(dǎo)致一系列功能和代謝變化，參與結(jié)直腸癌發(fā)生、發(fā)展的病理變化過程[2]。

結(jié)直腸癌的發(fā)生、發(fā)展過程伴隨腸道菌群的改變，監(jiān)測腸道菌群狀態(tài)的改變對結(jié)直腸癌的早期預(yù)警具有重要意義，同時腸道菌群也可作為腫瘤治療效果和患者預(yù)后的預(yù)測工具。Heshiki等[14]利用健康人群、腫瘤患者治療有效組及治療無效組治療前后的糞便標(biāo)本，探討腸道微生物與治療結(jié)局之間的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與治療無效組腫瘤患者相比，治療有效組腫瘤患者的腸道微生物多樣性更高，腸道菌群的構(gòu)成存在顯著差異，特定菌群與治療結(jié)局呈正相關(guān)。腸道微生物群的特點能較好地預(yù)測腫瘤的生長情況和腫瘤的治療效果。因此，探討腸道菌群和結(jié)直腸癌的關(guān)系有助于腫瘤治療新策略的開發(fā)，腸道菌群調(diào)控是結(jié)直腸癌防治的潛在策略。

2??腸道菌群在結(jié)直腸癌中的作用機(jī)制

2.1??益生菌

益生菌是一類對人體有益的微生物，廣泛用于失調(diào)腸道菌群的調(diào)節(jié)，可誘導(dǎo)宿主體內(nèi)的生理和代謝變化，被認(rèn)為是一種安全的腫瘤治療方式，其中最主要的兩種益生菌為乳酸菌和雙歧桿菌[15-16]。益生菌主要通過以下幾種方式發(fā)揮抗腫瘤功效：①抵抗?jié)撛诓≡w。益生菌可通過競爭營養(yǎng)或與病原菌聚集的方式，阻斷病原菌與腸上皮細(xì)胞結(jié)合；除直接作用外，益生菌還可通過釋放抗菌肽或降低腸內(nèi)pH值抑制病原菌生長[17-18]。研究表明，益生菌可減少潛在病原菌感染，對結(jié)直腸發(fā)揮保護(hù)作用，減少結(jié)直腸癌的發(fā)生[19-20]。②改善腸道屏障功能。腸道屏障功能由上皮細(xì)胞及連接上皮細(xì)胞的緊密連接蛋白構(gòu)成，腸道屏障受損與結(jié)直腸癌的發(fā)展相關(guān)[21]；緊密連接蛋白的減少可誘導(dǎo)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化，促進(jìn)腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移[22]。研究表明，益生菌可通過上調(diào)緊密連接蛋白的表達(dá)、刺激黏蛋白產(chǎn)生，改善腸道屏障功能[23]。③免疫調(diào)節(jié)作用。益生菌可抑制結(jié)直腸炎癥，主要通過激活樹突細(xì)胞、減少輔助性T細(xì)胞表達(dá)、增加調(diào)節(jié)性T細(xì)胞表達(dá)、促進(jìn)巨噬細(xì)胞表型由M1型轉(zhuǎn)化為M2型等途徑實現(xiàn)[24]；益生菌可增加自然殺傷細(xì)胞的細(xì)胞毒性潛力和巨噬細(xì)胞的吞噬作用能力，起到抵抗病原體的作用[25-26]。

2.2??益生元

益生元可選擇性刺激腸道內(nèi)特定細(xì)菌的生長和（或）活性，改善宿主健康，其作用主要與微生物群代謝相關(guān)[27]。研究發(fā)現(xiàn)，益生元可選擇性刺激益生菌的生長和富集，減少病原菌定植，減輕腸道炎癥[28]。在由微生物群產(chǎn)生的益生元發(fā)酵產(chǎn)物中，短鏈脂肪酸主要由乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽組成，其可通過維持腸道pH值、抑制病原體生長、促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡抑制結(jié)直腸癌的發(fā)展[29]。腸細(xì)胞模型研究發(fā)現(xiàn)，丁酸鹽通過調(diào)節(jié)緊密連接蛋白的組裝增強(qiáng)腸道屏障[30]。Gourbeyre等[27]研究發(fā)現(xiàn)，益生元可被腸道直接吸收，發(fā)揮抗炎和免疫調(diào)節(jié)作用，對腸道起到保護(hù)作用。

2.3??抗生素

既往研究證實，腸道菌群失調(diào)與結(jié)直腸癌的發(fā)展密切相關(guān)，抗生素可有效根除有害細(xì)菌，逆轉(zhuǎn)菌群失調(diào)狀態(tài)，是腫瘤預(yù)防和治療的有效方法[31-32]。結(jié)直腸癌小鼠模型研究發(fā)現(xiàn)，抗生素導(dǎo)致腸道微生物群消耗誘發(fā)抗腫瘤免疫應(yīng)答，表現(xiàn)為分泌干擾素的T細(xì)胞數(shù)量顯著增加、分泌白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-17A和IL-10的T細(xì)胞數(shù)量相應(yīng)減少，發(fā)揮抑制腫瘤生長的作用[33]。

2.4??糞便移植

糞便微生物群移植是將糞便微生物群從健康、無疾病的供體移植到患者體內(nèi)，恢復(fù)患者體內(nèi)微生物平衡或增強(qiáng)其有益生物體，是治療結(jié)直腸癌的新興生物治療方法[34]。與其他治療方法相比，糞便微生物群移植具有獨特優(yōu)勢，可提高微生物多樣性，且不破壞腸道微生物的自然平衡狀態(tài)[35]。研究表明將糞便微生物群從野生小鼠移植到實驗小鼠，宿主在炎癥、誘變劑、病毒刺激下的適應(yīng)能力和生存能力得以增強(qiáng)，對結(jié)直腸腫瘤的抵抗能力也得以增強(qiáng)[36]。

3??腸道菌群在結(jié)直腸癌中的臨床應(yīng)用及安全性

3.1??臨床應(yīng)用

3.1.1??預(yù)防結(jié)直腸癌??腫瘤預(yù)防是腫瘤學(xué)中最早嘗試整合腸道菌群調(diào)控的研究領(lǐng)域，調(diào)節(jié)并維持腸道菌群平衡狀態(tài)可有效預(yù)防結(jié)直腸癌的發(fā)生。作為腫瘤化學(xué)預(yù)防劑，益生菌、益生元和合生元可去除食源性誘變劑和致癌物，發(fā)揮預(yù)防結(jié)直腸癌的作用。動物研究表明，益生菌可有效降低致癌物的遺傳毒性和誘變活性，減少結(jié)直腸損傷，預(yù)防結(jié)直腸癌的發(fā)生[37]。多項研究表明，益生菌可預(yù)防癌前病變，降低結(jié)直腸癌發(fā)生率，縮小腫瘤體積，降低腫瘤細(xì)胞數(shù)量[38-40]。Rafter等[41]對結(jié)腸腺瘤性息肉及結(jié)直腸癌切除術(shù)后患者的血液和糞便標(biāo)本進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)與安慰劑組相比，由益生菌和益生元合成的合生元制劑可導(dǎo)致患者腸道菌群發(fā)生顯著變化，雙歧桿菌和乳酸桿菌增加，產(chǎn)氣莢膜梭狀芽胞桿菌減少，結(jié)直腸細(xì)胞的增殖和壞死顯著降低，切除術(shù)患者的上皮屏障功能得到改善。另一臨床研究發(fā)現(xiàn)，益生菌可降低中高度異型性腫瘤的發(fā)生率[42]。

綜上，腸道菌群調(diào)節(jié)的抗腫瘤作用可歸因于：①使誘變劑或致癌物失活；②降低腸道pH值；③免疫調(diào)節(jié)作用；④調(diào)節(jié)腸道微生物群；⑤調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡和分化；⑥抑制酪氨酸激酶信號通路[43]。

3.1.2??減輕與治療相關(guān)的不良反應(yīng)??結(jié)直腸癌的常規(guī)治療包括外科手術(shù)、化學(xué)治療和放射治療，上述療法會導(dǎo)致腸道黏膜屏障受損、腸道菌群紊亂，造成腸黏膜炎、腹瀉、體質(zhì)量下降等不良反應(yīng)[44]。通過調(diào)節(jié)腸道菌群、改善腸道屏障功能，可減少不良反應(yīng)的發(fā)生。Mi等[45]研究發(fā)現(xiàn)，雙歧桿菌可有效緩解化學(xué)治療誘發(fā)的腸黏膜炎。兩項隨機(jī)對照臨床研究表明，結(jié)直腸癌患者經(jīng)外科手術(shù)、化學(xué)治療并輔以益生菌制劑，腸道菌群得到有效調(diào)節(jié)，免疫水平提高，并發(fā)癥發(fā)生率降低[46-47]。化學(xué)治療后期可出現(xiàn)免疫抑制、骨髓抑制、機(jī)會感染等不良反應(yīng)，影響治療進(jìn)程，不利于患者預(yù)后。動物研究顯示，乳酸桿菌能增加小鼠骨髓中未成熟的骨髓祖細(xì)胞，從而在環(huán)磷酰胺給藥后早期恢復(fù)骨髓細(xì)胞；乳酸桿菌還能夠誘導(dǎo)血液中的嗜中性粒細(xì)胞早期恢復(fù)，促進(jìn)吞噬細(xì)胞募集到感染部位，增加對機(jī)會病原體白色念珠菌的抵抗力，提示乳酸桿菌或可被用作減輕腫瘤患者化療誘導(dǎo)的免疫抑制或骨髓抑制[48]。

3.1.3??增強(qiáng)常規(guī)治療抗腫瘤功效??腸道菌群調(diào)節(jié)可增強(qiáng)常規(guī)治療的抗腫瘤功效越來越多地受到學(xué)者關(guān)注。環(huán)磷酰胺是重要的臨床抗腫瘤藥物，其治療效果部分歸因于其具有的刺激抗腫瘤免疫反應(yīng)的能力。動物實驗證明，環(huán)磷酰胺可改變腸道微生物群組成，誘導(dǎo)特定種類革蘭陽性菌易位到次級淋巴器官中，刺激“致病性”Th17細(xì)胞特定亞群的產(chǎn)生及記憶Th1細(xì)胞的免疫反應(yīng)，進(jìn)而發(fā)揮抗腫瘤作用；當(dāng)使用廣譜抗生素抑制腸道微生物后，環(huán)磷酰胺的抗腫瘤作用隨之減弱[49]。靶向程序性死亡蛋白-1（programmed?death-1，PD-1）/程序性死亡受體配體1軸的免疫檢查點抑制劑（immune?checkpoint?inhibitor，ICI）在臨床抗腫瘤治療中的應(yīng)用越來越廣泛，ICI的耐藥性可能與抗生素使用引起的腸道微生物構(gòu)成異常有關(guān)。Routy等[50]將對ICI有持續(xù)反應(yīng)的腫瘤患者的糞便微生物群移植到無菌或抗生素治療小鼠中，發(fā)現(xiàn)該干預(yù)措施可改善PD-1阻斷劑的抗腫瘤作用，證明腸道有益菌群可通過免疫調(diào)節(jié)方式，增強(qiáng)免疫治療的抗腫瘤效果。現(xiàn)有證據(jù)表明，調(diào)節(jié)腸道菌群不僅可作為輔助治療手段增強(qiáng)常規(guī)治療的抗腫瘤效果，還可通過調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境、增強(qiáng)抗炎能力、提高腸道屏障功能、促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡等多種途徑，抑制腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移[4，18，26]。

3.2??安全性

3.2.1??細(xì)菌易位和全身性侵襲??細(xì)菌易位是指腸道活細(xì)菌越過腸黏膜屏障，進(jìn)入人體循環(huán)系統(tǒng)及腸外器官，導(dǎo)致全身性或局部感染。益生菌對健康受試者具有良好的耐受性，但其安全性在有基礎(chǔ)疾病患者中仍有爭議。結(jié)直腸癌患者腸道屏障及免疫功能受損，益生菌易位的概率增大，進(jìn)而造成局部或全身性感染[51-52]。

3.2.2??腸道菌群紊亂??抗生素在減少病原菌的同時也可進(jìn)一步誘導(dǎo)腸道微生物失調(diào)的發(fā)生。抗生素對共生菌的清除是非選擇性的，具有抗腫瘤效應(yīng)的細(xì)菌也被清除，從而使抗腫瘤免疫減弱。抗生素對腸道菌群和腫瘤微環(huán)境的改變也影響腫瘤免疫治療的效果。研究表明抗生素與抗PD-1免疫治療同時使用，可減弱抗PD-1療效，患者總體生存率下降[53]。

3.2.3??病原菌與致病基因的傳播??糞便微生物群移植過程存在未識別病原菌傳播風(fēng)險。目前已知糞便微生物群移植后可引發(fā)菌血癥、巨細(xì)胞病毒感染等[54-55]。有文獻(xiàn)報道2例免疫功能低下患者發(fā)生大腸桿菌菌血癥，他們均從同一供體接受糞便微生物群移植[56]。糞便微生物群移植還存在傳播致病基因的潛在風(fēng)險。移植過程中供體某些與疾病相關(guān)的菌群特征可“傳播”至受體，引起受體腸道菌群的改變，誘導(dǎo)受體慢性疾病的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)1例復(fù)發(fā)性艱難梭菌感染患者在接受健康但超重捐贈者糞便微生物群后，體質(zhì)量快速增加[57]。腸道菌群與多種免疫性疾病相關(guān)，包括風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、代謝綜合征等[58]。因此，加強(qiáng)糞便微生物群移植劑篩查至關(guān)重要。

綜上，腸道微生物群調(diào)節(jié)是預(yù)防和治療腫瘤的潛在治療策略，未來需加強(qiáng)對該治療策略機(jī)制和臨床應(yīng)用的研究，加深對該治療策略的理解，促進(jìn)臨床轉(zhuǎn)化，探討腸道菌群調(diào)節(jié)在結(jié)直腸癌治療中的潛力，使患者獲益。

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