腸道微生物與結直腸腺瘤性息肉相關性的研究進展

楊 怡，張 琳，張鑫鑫

（湖北三峽職業技術學院，湖北 宜昌 443000）

成人腸道中存在比體細胞和生殖細胞總和還多的微生物，可以形容為人類身體內的“微生物器官”，對人類健康的維持和疾病的產生起著至關重要的作用。近年來，隨著我國居民生活水平的提高及飲食結構及習慣的改變，結直腸癌（colorectal cancer，CRC）的發病率也在逐年升高。“腺瘤- 癌”是大多數CRC 發生發展所遵循的序列，一般需要5 ～10 年的時間[1]。結直腸腺瘤已被證實是與CRC 發生密切相關的病理變化，也是目前公認的CRC 癌前病變[2]。大量研究表明，結直腸息肉患者相較于健康人群的腸道微生物菌群結構和數量存在顯著不同，特別是腺瘤性息肉患者。本文將對結直腸腺瘤性息肉患者的腸道微生物改變，以及腸道微生物變化在結直腸腺瘤性息肉發生發展中的作用機制進行綜述。

1 腸道微生物

腸道微生物群包含1000 余種細菌，以厚壁菌、擬桿菌、變形菌和放線菌為主。這些微生物以互利共生的關系存在于人類腸道中：宿主為微生物提供營養和生活環境，微生物則通過參與和調節宿主的一系列生理活動以促進腸道的穩態，如免疫、防御病原體的入侵以及協助膳食化合物的代謝等。腸道菌群可促進宿主黏膜免疫系統的發育與應答、增強腸上皮細胞間的緊密連接，并對病原體具有拮抗作用[3]。大量宏基因組測序研究顯示，健康個體和患病個體之間的腸道微生物群落組成存在顯著差異[4]。由此可以推論，腸道微生物群在一定程度上可預防或導致包括癌癥在內的多種疾病，這一觀點得到了嚴格控制特定細菌定植的無菌小鼠定植模型實驗的支持。

2 結直腸腺瘤性息肉

大腸息肉廣義上指任何突出于大腸管腔內的隆起性病變，但一般指來源于腸黏膜上皮的局限性隆起，約占腸道息肉的80%。大多數CRC 經由“腺瘤- 癌”途徑形成，結直腸腺瘤性息肉為CRC 最常見的癌前病變。根據結直腸腺瘤的組織學特點，可將其分為管狀腺瘤、絨毛狀腺瘤和混合性腺瘤3 種，其中絨毛狀腺瘤的癌變率最高，管狀腺瘤最低。目前，經結腸鏡活檢是結直腸息肉診斷的“金標準”，通過取活檢組織對息肉進行病理學檢查，可判斷其組織學分型。

3 腸道微生物與息肉

盡管健康的生活方式和結腸鏡篩查能在一定程度上預防CRC 的發生，但確定突變的因果機制對于了解“腺瘤- 癌”的發生發展和開發新的個性化預防策略至關重要。在過去的幾年中，高通量測序技術的進步及臨床應用發現了腸道微生物群與結直腸腺瘤及CRC 的發病機制有關，并為個性化預防提供了新途徑。在健康的腸道中，腸道微生物與宿主保持穩態，如果由于菌群本身的不平衡，功能組成和代謝活動的改變或局部分布的改變而干擾腸道菌群的內穩態，在某些條件下一些微生物就會轉化為條件致病菌，宿主可能出現屏障功能的喪失和炎癥，但目前確切觸發因素暫無定論。腸道菌群的組成和功能受到多種因素的影響，如流行病、免疫反應、飲食（攝入紅肉、高脂肪、低纖維飲食）、生活方式（肥胖、吸煙、飲酒等）、結腸微環境的改變以及藥物等。學者普遍認為，在從炎癥到發育不良再到結直腸腺瘤的逐步發展過程中，微生物菌群結構的改變是一種驅動力。因此，通過改善腸道微生物群可能會延緩結直腸腫瘤的進展。通過了解結直腸腺瘤患者腸道微生物群的變化，能夠更好地對CRC 的預防提供個性化指導。現階段，具核梭桿菌、脆弱擬桿菌、大腸埃希菌已被大量實驗證實與CRC的發生發展密切相關，在此就以上細菌以及腸道代謝產物與結直腸腺瘤性息肉的關系進行論述。

3.1 具核梭桿菌

具核梭桿菌是一種革蘭氏陰性、不形成孢子的厭氧菌，常見于唾液和口腔生物膜中。具核梭桿菌是一種機會致病菌，通常存在于口腔中，但能利用唾液通過胃進入下消化道生存。大量研究表明，具核梭桿菌與CRC 的發生發展存在密切的關系，但其與結直腸腺瘤發生發展相關性的研究較少。Zhang 等[5]通過定量聚合酶鏈式反應（qPCR）檢測唾液中具核梭桿菌的DNA，并與結直腸增生性息肉、腺瘤以及CRC患者唾液中具核梭桿菌的DNA 相對水平進行比較，發現結直腸腺瘤以及CRC 患者唾液中具核梭桿菌的DNA 相對水平均有所升高。這是首次報道的唾液具核梭桿菌DNA 可作為CRC 診斷和預后評估的生物標志物。是否可通過控制口腔具核梭桿菌來抑制結直腸腺瘤的發生則需要通過更多的前瞻性研究來證實。有薈萃分析表明，在健康結直腸組織向腺瘤轉變并最終向CRC 轉變的過程中，具核梭桿菌的DNA 相對水平也會隨之增高。以上研究都證明具核梭桿菌沿正常組織- 腺瘤- 癌的途徑豐度逐漸增加，表明其在結直腸腺瘤發展中的潛在因果關系。Proen?a 等[6]通過qPCR 對27 名結直腸腺瘤患者和43 名CRC 患者的患病組織和鄰近正常組織中提取的DNA 和RNA 進行檢測，發現在結直腸腺瘤和CRC 患者的組織中，具核梭桿菌的DNA 相對水平更高，且在CRC 樣本中更為突出。該研究同時發現結直腸腺瘤病變中Toll 樣受體4（TLR4）、白細胞介素（IL）-1B、IL-8 和miR-135b 的表達量均明顯增加，根據促炎因子的高表達以及與具核梭桿菌DNA 水平的相關性，為具核梭桿菌在結直腸腺瘤發生中的免疫性促炎作用的研究提供了依據。有證據表明，具核梭桿菌在腸道內的定植創造了一個有利于腫瘤生長、促炎的微環境，最終導致結直腸腺瘤的發生。Xue 等[7]通過qPCR 測定患者腺瘤性息肉切除術前糞便中具核梭桿菌的豐度，并進行隨訪，發現糞便中具核梭桿菌的豐度可預測內鏡下息肉切除后異時性腺瘤的發生。然而，有研究對結直腸腺瘤患者和非腺瘤患者糞便菌群的16S rRNA 基因序列進行檢測，未發現具核梭桿菌的富集，這可能是由于研究人群、糞便收集和保存技術等原因導致。結直腸腺瘤性息肉患者唾液以及糞便樣本中具核梭桿菌的豐度較健康人群高，表明具核梭桿菌的豐度可作為結直腸腺瘤性息肉篩查的預測性生物標志物，同時能在一定程度上預測CRC 的發生發展。具核梭桿菌的豐度在CRC 中較結直腸腺瘤性息肉更高，在CRC 中具核梭桿菌的豐度與正常組織差距更大，而結直腸腺瘤性息肉和非腺瘤性息肉中具核梭桿菌的豐度可能會出現較小差距，甚至在樣品收集、保存、檢測方法不同等的情況下會出現無差距的情況，需要通過進一步實驗增加檢測敏感性或發現更有意義的指標。

3.2 脆弱擬桿菌

脆弱擬桿菌是一種共生的革蘭氏陰性、專性厭氧菌，寄生于哺乳動物的下段腸道，可顯著影響宿主對炎癥性疾病的易感性。脆弱擬桿菌菌株可分為非產腸毒素脆弱擬桿菌（NTBF）及產腸毒素脆弱擬桿菌（ETBF），其中ETBF 與多種腸道疾病的發生密切相關，而NTBF 菌株通常被認為是益生菌，且可通過種間競爭拮抗ETBF。有研究證明，口服NTBF 可以顯著增加沙門氏菌感染大鼠腸道內容物中的短鏈脂肪酸（SCFAs）濃度，進一步減輕炎癥并恢復腸道屏障的完整性。說明NTBF 可以通過調整腸道菌群的組成或增強腸壁防御功能來阻止CRC 的發生。ETBF 的關鍵毒力因子是脆弱擬桿菌毒素（BFT），它是一種鋅依賴性金屬蛋白酶，由γ- 分泌酶依賴性信號轉導，通過與尚未確定的結腸上皮細胞受體結合，破壞結腸上皮細胞的緊密連接，增加結腸上皮細胞屏障的通透性，且ETBF 可觸發環加氧酶（COX）-2 的表達，釋放前列腺素E2（PGE2）以誘導炎癥和控制細胞增殖。Chung 等[8]分別將正常ETBF 和BFT 染色體缺失的ETBF 定植于APCmin 小鼠體內，觀察到定植ETBF的APCmin 小鼠平均形成18.5±5.2 個腺瘤，而定植BFT 染色體缺失的ETBF 和未定植任何細菌的小鼠之間腺瘤數量無區別（1.8±0.5、1.7±0.8）。此項前瞻性動物實驗證實了ETBF 中的BFT 會誘發結直腸腺瘤性息肉的形成。有研究表明，與健康人群相比，家族性腺瘤性息肉病（FAP）患者腸道微生物中的脆弱擬桿菌豐度會有一定增加，對FAP 患者切除的結腸黏膜組織中的息肉和正常組織進行16SrRNA 熒光原位雜交探針標記，發現每個FAP 患者都表現出細菌穿透黏液層沿結腸軸線散布入侵并形成細菌生物膜的特點，且主要由脆弱擬桿菌和大腸桿菌組成，這些細菌生物膜的形成可能促進結直腸腺瘤性息肉向CRC 發展，對散發性CRC 的治療提供了新思路。目前越來越多的研究證明ETBF 與結直腸腺瘤性息肉密切相關，但在結直腸腺瘤中檢測到ETBF 是否能證明其更有可能發展為CRC，以及預測CRC 的發展則需要更多的前瞻性研究來驗證。

3.3 大腸埃希菌

大腸埃希菌是腸桿菌科的一種，常見于人體腸道黏膜，尤其是大腸內，它是一種普遍的兼性厭氧菌，呈桿狀，革蘭氏染色陰性，不形成孢子。大腸埃希菌可以攜帶致病島pks，該pks 編碼一組合成大腸桿菌素的酶，這種化合物被認為能在腺嘌呤殘基上烷基化DNA，并在培養的細胞中誘發雙鏈斷裂，目前多數研究認為pks+ 大腸埃希菌與CRC 的發生發展顯著相關。有研究表明，吸煙以及肥胖的結直腸腺瘤性息肉患者腸道中大腸埃希菌的數量顯著增加，一定程度上提示生活方式及代謝狀態會影響腸道菌群的分布，且大腸埃希菌可促進結直腸息肉的發生。Ambrosi 等[9]分析了272 株結腸鏡活檢的大腸桿菌菌株，結果顯示定植在結直腸腺瘤性息肉的大腸桿菌菌株與來自正常腸黏膜的大腸桿菌菌株相比，具有較低的活動性、強大的生物膜形成活性、較差的蛋白水解能力。根據以上差異可以推測大腸埃希菌能逐漸適應腸黏膜環境的變化，且在息肉和鄰近組織中大腸桿菌生物膜的形成可能是促進腫瘤形成的步驟之一。但也有研究表明，pks+ 大腸埃希菌定量在腺瘤組與健康組之間未見明顯差異（可能與樣本較少或腺瘤較小等有關），但與CRC 分期相關。ETBF 和pks+大腸桿菌通過兩個不同但互補的途徑促進CRC 的發生：（1）ETBF 降解黏液使pks+ 大腸桿菌的黏附能力增強，通過大腸桿菌素誘導結腸上皮細胞DNA 損傷加劇；（2）IL-17 的誘導主要由ETBF 促進，早期由pks+大腸桿菌增強。大腸埃希菌毋庸置疑可導致CRC 的發生發展。以上研究盡管表明大腸埃希菌與結直腸腺瘤性息肉相關，但無法作為本病的早期預測性生物指標，且其與結直腸腺瘤性息肉的因果關系仍需要更多的前瞻性實驗來證明。

3.4 腸道代謝產物

許多已知的結直腸腺瘤風險因素也是決定腸道菌群結構和功能的關鍵因素，這些因素反過來影響宿主代謝、免疫反應和致癌的基因組/ 表觀基因組改變，從而影響結直腸腺瘤的發展。紅肉和加工肉制品中含有大量的含硫氨基酸和無機硫，大量食用紅肉和加工肉制品已被證明可以增加生硫細菌的豐度，而這些微生物會在腸道中產生具有遺傳毒性的硫化氫（H2S），從而誘導腸上皮細胞DNA 損傷并促進癌變。攝入膳食纖維會引起雙歧桿菌和乳酸桿菌的富集，它們能將膳食纖維發酵成SCFAs，而SCFAs 可通過多種機制對CRC 發揮保護作用，包括通過抑制組蛋白去乙酰化酶調節T 細胞穩態和腫瘤細胞的表觀遺傳修飾等。以上例子說明通過外源性攝入可影響腸道微生物的穩態，從而導致代謝產物的改變以及產生有利于結直腸腺瘤發生發展的環境。有研究比較了結直腸腺瘤患者和非腺瘤患者的糞便微生物群，發現糖、蛋白質和脂質代謝的增加以及膽汁酸產生的增多可以促進嗜膽菌和脫硫弧菌等耐受性微生物的生長，這些微生物可能會產生基因毒性或炎癥代謝物，如H2S 和次級膽汁酸，這些代謝物可能在催化結直腸腺瘤發展和促進CRC 發生中發揮作用。腸道代謝產物是將飲食與腸道微生物群連接起來的橋梁，飲食影響腸道代謝產物，而腸道代謝產物通過影響腸道環境從而影響腸道微生物群。提示通過飲食的干預及控制或益生菌的攝入能在一定程度上遏制結直腸腺瘤性息肉及CRC 的發生發展。

4 小結

結直腸腺瘤相關的腸道微生物菌群的變化可能代表導致CRC 途徑的早期事件，具核梭桿菌、脆弱擬桿菌、大腸埃希菌的富集已經確定會對腸道微環境產生不良影響，可以在一定程度上預測結直腸腺瘤性息肉的發生發展。但從整體來看，結直腸病變包括腺瘤的產生，是腸道微生物菌群共同作用的結果。細菌代謝產物與宿主飲食以及身體健康狀態密切相關，其與結直腸腺瘤發病機理的分子機制之間有潛在的聯系，但需要進一步探索。明確飲食、腸道菌群和“腺瘤-癌”序列代謝產物之間的關鍵關系，可以為預防和管理結直腸息肉以及CRC 的個性化診療提供重要依據。