腫瘤微環(huán)境中微生物影響腫瘤發(fā)生發(fā)展的分子機制

李隆杰 柯章敏 劉怡婷 李麗 張允雷 張秀偉

收稿日期：2023-06-25；修回日期：2023-09-06。

基金項目：國家自然科學基金面上項目（81971726）；南京市衛(wèi)生科技發(fā)展專項基金項目（YKK22220）。

作者簡介：#為并列第一作者。李隆杰，碩士研究生；柯章敏，副主任醫(yī)師，主要從事肺癌的基礎(chǔ)研究及綜合治療方面的研究。

* 通信作者：張秀偉，主任醫(yī)師，副教授，主要從事呼吸疾病的綜合治療方面的研究，E-mail： zhangxiuweiywy@126.com；

張允雷，副教授，主要從事癌癥的診療一體化研究，E-mail： Yunleizhang@njmu.edu.com。

摘 要：腫瘤微環(huán)境呈現(xiàn)出一個錯綜復雜的生態(tài)系統(tǒng)，包括腫瘤細胞、非癌細胞、細胞外基質(zhì)以及微生物群落等多種要素。微生物在腫瘤內(nèi)廣泛分布，其在空間分布上呈現(xiàn)出顯著的特異性。這些微生物的組成成分與功能狀態(tài)在腫瘤的發(fā)生和進展中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。本文深入闡明了腫瘤微環(huán)境內(nèi)微生物菌群的特征，并探索其對腫瘤發(fā)生發(fā)展的影響機制，以期為腫瘤的診斷和治療提供全新的策略和視角。

關(guān)鍵詞：腫瘤；腫瘤微環(huán)境；微生物；微生物群落；腫瘤診療

中圖分類號：R73-36+2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：ADOI：10.3969/j.issn.1007-7146.2023.05.001

Deciphering the Intricacies of Microbial Influence on Tumor Initiation and Progression Within the Tumor Microenvironment： Unveiling Molecular Mechanisms

LI Longjiea， b#， KE Zhangmina#， LIU Yitinga， b， LI Lia， ZHANG Yunleia， b， c， ZHANG Xiuweia*

（Nanjing Medical University a. Department of Respiratory and Critical Care Medicine， the Affiliated Jiangning Hospital;

b. School of Biomedical Engineering and Information; c. Department of Central Laboratory， Translational Medicine Research Center， the Affiliated Jiangning Hospital， Nanjing 211100， China）

Abstract： The tumor microenvironment comprises a multifaceted ecosystem encompassing a dynamic interplay between malignant cells， non-neoplastic counterparts， extracellular matrix constituents， and intricate microbial communities. In particular， microorganisms have established a pervasive presence within tumor masses， exhibiting a marked predilection for distinct spatial niches. The intricate amalgamation of their composition and multifaceted functional profiles assumes a commanding role in orchestrating the intricate ballet of tumor genesis and advancement. In this comprehensive review， we endeavor to illuminate the intricacies of intratumoral microbiota， unraveling the intricate molecular mechanisms that underpin its profound influence on the initiation and relentless progression of neoplastic growth. By doing so， we unveil a panorama of novel perspectives that hold promise in revolutionizing both diagnostic paradigms and therapeutic modalities for tumors.

Key words： tumor; tumor microenvironment; microbe; microbial community; oncology treatment

（Acta Laser Biology Sinica， 2023， 32（5）： 385-392）

隨著測序技術(shù)的不斷進步，尤其是單細胞測序技術(shù)和空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)的廣泛應用，我們對癌癥的認知和理解發(fā)生了根本性的變化。癌癥不再被看作是由基因突變引起的單一遺傳疾病，而是一個復雜的生態(tài)系統(tǒng)。通過顯微鏡檢查實體瘤并進行相關(guān)的生物信息學分析，揭示了腫瘤微環(huán)境是一個由腫瘤細胞、基質(zhì)細胞和非細胞成分等組成的復雜網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。其中，瘤內(nèi)微生物的發(fā)現(xiàn)極大地增加了人們對腫瘤微環(huán)境復雜性的認識。起初，這些微生物被視為腫瘤發(fā)生發(fā)展的旁觀者［1］。然而，隨著研究的深入，人們開始認識到腫瘤微環(huán)境中微生物及其代謝物在癌癥的發(fā)病機制中起著關(guān)鍵作用［2-3］。它們不僅促進或抑制腫瘤的發(fā)生和發(fā)展［4］，還顯著影響相關(guān)藥物在體內(nèi)的代謝和治療效果，因而逐漸成為新的腫瘤治療靶點。因此，探究微生物與腫瘤內(nèi)的癌細胞以及非癌細胞之間的相互作用，對于揭示微生物群對癌癥的發(fā)生和發(fā)展作用機制，并且尋找新的治療方法來干預宿主與微生物細胞之間的相互作用具有重要的意義。

本研究擬對微生物與腫瘤微環(huán)境相互作用的最新研究進展進行綜述，從而對微生物和癌癥微環(huán)境相互關(guān)系的相關(guān)問題進行解答，包括微生物和宿主細胞之間的關(guān)系，寄生、共生或是旁觀者？腫瘤內(nèi)微生物如何影響癌癥的發(fā)生發(fā)展？腫瘤內(nèi)微生物對腫瘤治療的意義有哪些？通過對上述問題的回答和討論，我們可以更好地理解微生物與癌癥微環(huán)境之間的相互關(guān)系，揭示微生物在癌癥發(fā)生發(fā)展中的作用機制，為開發(fā)新的癌癥治療策略提供重要的理論依據(jù)。

1 腫瘤微環(huán)境

腫瘤微環(huán)境是指腫瘤細胞周圍的組織環(huán)境，包括腫瘤細胞、微生物、細胞外基質(zhì)、血管和免疫細胞等多種組分，如圖1所示。腫瘤細胞（tumor cell）作為腫瘤微環(huán)境的主要組成部分，具有異常的增殖和侵襲能力，具有通過分泌多種因子促進血管生成、促進遠端轉(zhuǎn)移和免疫抑制、躲避免疫監(jiān)視和抑制細胞凋亡等特點。其中程序性死亡配體1（programmed cell death 1 ligand 1，PD-L1）/程序性死亡受體1（programmed death receptor1，PD-1）是一個比較經(jīng)典的腫瘤細胞和免疫細胞相互作用的范例。癌細胞以及髓系抑制性細胞（myeloid-derived suppressor cells，MDSC）經(jīng)常過度表達免疫檢查點蛋白PD-L1，該蛋白與適應性免疫細胞上的PD-1受體結(jié)合以躲避免疫監(jiān)視［5］。腫瘤微環(huán)境中的細胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）是一種由蛋白質(zhì)、多糖和其他分子組成的三維結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡，存在于腫瘤細胞周圍的組織空間，為腫瘤提供支撐和結(jié)構(gòu)框架，維持組織的穩(wěn)定性和完整性。它們參與調(diào)控細胞的遷移、侵襲和轉(zhuǎn)移過程，但腫瘤細胞也可以通過改變ECM的成分和結(jié)構(gòu)，促進腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移能力。例如，腫瘤細胞能夠改變細胞黏附分子CD44 （cluster of differentiation 44）等表面蛋白糖基化，上調(diào)表面糖萼分子，龐大的糖萼可以增加整合素與ECM的表面張力，從而募集大量的整合素，增加促腫瘤整合素信號通路［6］。腫瘤微環(huán)境中還存在各種類型的免疫細胞，這些免疫細胞在腫瘤微環(huán)境中發(fā)揮著免疫監(jiān)視和抗腫瘤功能。它們可以識別和消滅異常細胞，阻止腫瘤的發(fā)展，并產(chǎn)生免疫記憶，對抗復發(fā)。然而，腫瘤細胞可以通過多種機制逃避免疫監(jiān)視，例如，抑制免疫細胞的功能、改變免疫細胞的分化狀態(tài)，以及在腫瘤周圍形成免疫抑制性微環(huán)境，從而避免被免疫系統(tǒng)清除。現(xiàn)有的研究表明，腫瘤微環(huán)境中存在的腫瘤相關(guān)髓系細胞亞群具有免疫抑制和促炎癥的功能，它們可以分泌T細胞和自然殺傷（natural killer，NK）細胞的抑制性介質(zhì)，包括白細胞介素10（interleukin 10，IL-10）、活性氧（reactive oxygen species，ROS）、誘導型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）、精氨酸酶1 （arginase-1，ARG1）和轉(zhuǎn)化生長因子β（transforming growth factor beta，TGF-β），表達PD-L1等免疫檢查點分子，并產(chǎn)生炎癥介質(zhì)白細胞介素1β （interleukin 1beta，IL-1β）、轉(zhuǎn)化生長因子α （transforming growth factor alpha，TNF-α）和白細胞介素6 （interleukin 6，IL-6）等增強炎癥反應因子［7-10］。腫瘤相關(guān)的成纖維細胞（fibroblast）通過分泌多種介質(zhì)，如IL-6、IL-1β、血管內(nèi)皮生長因子 （vascular endothelial growth factors， VEGF）、集落刺激因子1 （colony stimulating factor 1， CSF-1）、趨化因子配體2（c-c motif chemokine 2，CCL2）和殼多糖酶3樣蛋白1（chitinase3-like1，CHI3L1）等，調(diào)動和激活免疫抑制性的骨髓細胞，進而干擾抗腫瘤免疫的調(diào)節(jié)性T細胞（tregs）的功能［11-15］。腫瘤的發(fā)生與新血管生成密切相關(guān)，當腫瘤生長超過一定程度時，就需要建立自身的血管系統(tǒng)來提供足夠的氧氣和營養(yǎng)供應。在這個過程中，許多分子能夠?qū)θ毖踝龀龇磻龠M新血管的形成，其中血管內(nèi)皮生長因子及其下游信號通路是主要驅(qū)動因素［16］。此外，先進的單細胞測序工具和空間轉(zhuǎn)錄組技術(shù)不僅能夠分辨出腫瘤微環(huán)境中的不同種類的細胞，還提供了腫瘤微環(huán)境細胞中微生物菌群的高分辨率的圖像，為人類探究腫瘤內(nèi)微生物群落及其與宿主細胞之間的相互作用奠定了基礎(chǔ)。同時，這也進一步證明了腫瘤微環(huán)境的結(jié)構(gòu)性和復雜性。

2 腫瘤微環(huán)境中的微生物

現(xiàn)有的研究表明，在腫瘤微環(huán)境中，癌細胞和細菌細胞存在共生關(guān)系，靶向細菌會影響癌細胞的生存，癌細胞和細菌細胞存在相互依賴性。例如，單細胞RNA測序發(fā)現(xiàn)，乳腺癌組織中存在特殊的微生物群，它們存在于細胞內(nèi)，并且可以調(diào)控宿主細胞的肌動蛋白骨架，從而幫助腫瘤細胞在轉(zhuǎn)移過程中對抗循環(huán)系統(tǒng)中的流體剪切力，有利于腫瘤的轉(zhuǎn)移［17］。空間轉(zhuǎn)錄組學的研究表明：腫瘤內(nèi)的微生物群分布并非隨機的，而是高度組織化存在于特定的微生態(tài)位中；這些微生物在這些微環(huán)境中發(fā)揮著重要的作用，影響免疫細胞和上皮細胞的功能，從而促進了癌癥的進展［18］。另外，在具核梭桿菌陽性患者來源的異種移植瘤中使用抗生素治療，可以減緩結(jié)直腸腫瘤的生長并抑制癌細胞的增殖［19-20］。在篩選與結(jié)直腸癌相關(guān)的細菌的抗生素時，研究人員意外地發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸癌的一線治療藥物5-氟尿嘧啶對這些細菌具有顯著的生長抑制效果。這表明，患者對這種化療藥物的反應在一定程度上可能是由于藥物對這種與結(jié)直腸癌相關(guān)的細菌的殺傷作用相關(guān)。腫瘤細胞表面過表達整合素相關(guān)蛋白CD47（cluster of differentiation 47）可以逃避免疫監(jiān)視，當CD47與樹突狀細胞（dendritic cell，DC）和巨噬細胞（macrophages）上表達的信號調(diào)節(jié)蛋白α （signal regulatory protein α，SIRPα）反應時會發(fā)生免疫抑制。在沒有用抗生素消除雙歧桿菌時，CD47的抑制效果顯著增強，這一現(xiàn)象表明，雙歧桿菌可能是潛在佐劑［21］。除此之外，腫瘤內(nèi)細菌和癌細胞還存在一種相互利用的關(guān)系，它們可以從彼此中獲得益處。研究表明，具核梭桿菌中的Fap2黏附蛋白能夠與NK細胞表面的TIGIT結(jié)構(gòu)域（T cell immune receptor with immunoglobulin and ITIIM domain）結(jié)合，從而成功地阻止了NK細胞對腫瘤細胞的殺傷作用［22］。幽門螺桿菌利用其黏附素HopQ（helicobacter pylori adhesin）與癌胚抗原相關(guān)細胞黏附分子1（carcinoembryonic antigen-related cell adhesion molecule 1，CEACAM1）相互作用，抑制了免疫細胞的功能［23］，從而為鄰近的癌細胞提供了免疫逃逸的有利條件。HopQ和CEACAM1之間的相互作用介導了細胞毒素相關(guān)基因 A（cytotoxin-associated gene A，CagA）的轉(zhuǎn)位和白細胞介素8（interleukin 8，IL-8）的釋放。這個過程促進了幽門螺桿菌引起的胃上皮損傷、炎癥和腫瘤的發(fā)生［24］。在腫瘤微環(huán)境中，細菌與癌細胞之間的關(guān)系還存在很多可能性，其受到生態(tài)系統(tǒng)時間和空間特征的影響。因此，深入研究腫瘤微環(huán)境的組成，揭示腫瘤內(nèi)微生物的潛在作用對于理解癌癥的發(fā)生發(fā)展、開發(fā)新的腫瘤治療策略至關(guān)重要。

3 不同腫瘤中微生物與宿主細胞互作特征

腫瘤內(nèi)存在著獨特的微生物群落，稱為瘤內(nèi)微生物群（tumor microbiota），包括細菌、真菌和病毒等。近年來，高通量測序技術(shù)的發(fā)展使得科學家們能夠?qū)δ[瘤中的微生物進行更深入的研究。腫瘤微生物群不僅與腫瘤的發(fā)展和進展有關(guān)，還與宿主免疫系統(tǒng)之間存在著復雜的相互作用。深入探究瘤內(nèi)微生物的功能對于個體化治療、調(diào)節(jié)腫瘤免疫應答、預防和增強臨床腫瘤治療效果有著至關(guān)重要的作用

3.1 胰腺癌

胰腺癌是一種死亡率極高的惡性腫瘤。微生物在胰腺癌腫瘤微環(huán)境中扮演著重要的角色，可以對胰腺癌的發(fā)生發(fā)展和治療產(chǎn)生多方面的影響。例如，胰腺癌瘤內(nèi)微生物通過Toll樣受體（toll-like receptor，TLR）驅(qū)動腫瘤免疫抑制微環(huán)境的形成，其瘤內(nèi)微生物會選擇性地激活單核細胞中的Toll樣受體，誘導M2樣腫瘤相關(guān)巨噬細胞分化。通過抗生素清除瘤內(nèi)微生物可以顯著促進T細胞活化、M1樣腫瘤相關(guān)巨噬細胞分化和PD-1蛋白上調(diào)，同時減少腫瘤內(nèi)的髓系抑制細胞和M2樣腫瘤相關(guān)巨噬細胞［3］。另有研究表明，真菌可以激活宿主的C3補體蛋白（complement protein 3，C3）補體級聯(lián)反應來促進腫瘤細胞增殖，而腫瘤外隔室中甘露聚糖結(jié)合凝集素（mannan binding lectin，MBL）或C3a的缺失或腫瘤細胞中C3a過敏毒素受體（C3a anaphylatoxin receptor，C3aR）的敲低均能阻滯腫瘤生長［25］。這表明，除細菌外，瘤內(nèi)真菌也會影響腫瘤進展。微生物除了直接與細胞作用影響腫瘤微環(huán)境外，還可以間接與某些臨床藥物分子作用影響癌細胞的發(fā)展。例如，γ變形菌門（Gammaproteobacteria）能夠使化療藥物吉西他濱（gemcitabine）代謝和失活，從而促進癌細胞的存活［26］。

3.2 肺癌

肺曾經(jīng)被認為是無菌器官，但是培養(yǎng)技術(shù)以及測序技術(shù)的發(fā)展揭示了肺氣管中潛藏著眾多微生物［27］。肺部微生物群落同樣可以通過影響宿主的免疫反應來影響肺癌的發(fā)生發(fā)展。菌群可以調(diào)節(jié)肺部炎癥反應、免疫細胞的類型和功能，從而影響腫瘤的免疫監(jiān)視和抗腫瘤免疫應答。在肺癌中，微生物可以通過TLR的作用，維持一個免疫刺激性的腫瘤微環(huán)境。這些微生物的細菌脂蛋白能夠激活Toll樣受體2（toll-like receptor 2，TLR2），從而對骨髓抑制細胞進行重新編程，使其分化為具有炎癥性M1表型的細胞，并阻斷其免疫抑制功能［28］。通過TLR激動劑與干擾素-γ（recombinant Human interferon gamma，IFN-γ）的協(xié)同作用，降低抗炎細胞因子IL-10的水平，并增加促炎細胞因子如TNF-α、白細胞介素12p40（interleukin 12/p40，IL-12p40）和白細胞介素12p70（interleukin 12/p70，IL-12p70）的產(chǎn)生，從而創(chuàng)建一個炎癥微環(huán)境，激活抗腫瘤免疫反應［29］。但是，并非所有的炎癥反應都對防止腫瘤發(fā)生發(fā)展有益，一些慢性炎癥可能會誘導或促進腫瘤的發(fā)生發(fā)展。例如，肺微生物群組成的改變會刺激骨髓細胞產(chǎn)生骨髓分化因子 88（myeloiddifferentiationfactor88， Myd88）依賴性IL-1β和白細胞介素23（interleukin 23，IL-23），這些細胞因子的作用可以激活并增加Vy6+Vδ1+γδT細胞的數(shù)量并分泌白細胞介素17（interleukin 17，IL-17）。IL-17的存在會促進炎癥反應和中性粒細胞的浸潤。此外，γδT細胞也會產(chǎn)生白細胞介素22（interleukin 22，IL-22）和其他能夠刺激腫瘤細胞增殖的分子，從而協(xié)同促進腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移過程［30］。

3.3 肝癌

肝癌大多數(shù)發(fā)生在慢性肝病患者身上，通常由持續(xù)數(shù)十年的肝損傷、炎癥和再生的惡性循環(huán)驅(qū)動。越來越多的證據(jù)表明，細菌微生物組在促進肝臟疾病的進展和肝癌的發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。微生物衍生代謝物，如膽汁酸等可以進入血液并作用于肝癌腫瘤微環(huán)境中的腫瘤細胞和免疫細胞，從而促使癌癥性肝臟炎癥、纖維化和遺傳毒性的發(fā)生。次級膽汁酸由腸道微生物從初級膽汁酸中產(chǎn)生［31］，如ω-胞膽酸，它可以降低肝竇內(nèi)皮細胞分泌趨化因子配體16（c-x-c motif ligand 16 protein， CXCL16）的水平，導致CXCL16與其趨化因子受體6（c-x-c chemokine receptors 6， CXCR6）之間的相互作用下調(diào)，進而減少NK細胞的招募。然而，在抗生素的作用下可以消除相應微生物并逆轉(zhuǎn)上述影響［32］，也可以通過CXCR6激動劑促進NK細胞和CD4+T細胞的產(chǎn)生并清除衰老肝細胞，從而降低肝癌發(fā)生的風險［33］。血清脫氧膽酸也是一種次級膽汁酸，這是一種已知的會導致DNA損傷的腸道細菌代謝物［34］，其產(chǎn)生依賴于細菌微生物群（尤其是梭狀芽孢桿菌）對初級膽汁酸的7α-脫羥基化作用。有研究證明，血清脫氧膽酸是一種誘發(fā)肝癌的關(guān)鍵因子，通過在小鼠飲食中添加血清脫氧膽酸，可促進肝癌的形成，而抑制7α-脫羥化作用則抑制肝癌的形成［35］。此外，在與TLR2激動劑脂磷壁酸共同作用下，血清脫氧膽酸A能夠促進肝星狀細胞中衰老相關(guān)分泌表型出現(xiàn)［36］，進而通過前列腺素E2依賴機制抑制抗腫瘤免疫［37］。這充分證明了細菌代謝物在肝癌發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，它們可以影響肝癌細胞的存活、生長和轉(zhuǎn)移，并調(diào)節(jié)腫瘤相關(guān)的免疫反應。

3.4 結(jié)直腸癌

宿主與微生物群落之間的相互作用已經(jīng)在不同類型的胃腸道癌癥中被廣泛研究。這種相互作用對于腫瘤的進展和治療具有重要的影響［38-39］。一方面，微生物可以促進腫瘤的發(fā)生，其通過在宿主體內(nèi)引起雙鏈DNA損傷，或通過激活Wnt/β-catenin通路等致癌信號，或通過增加模式識別受體參與上調(diào)NF-κB（nuclear factor-κ-gene binding）信號來促進炎癥，從而誘導細胞癌變［40-41］。例如，表達聚酮合酶的大腸桿菌產(chǎn)生的大腸桿菌素可以使DNA烷基化并產(chǎn)生DNA加合物，從而導致結(jié)腸上皮細胞中的DNA損傷［42］。熒光原位雜交技術(shù)和微生物學培養(yǎng)分析結(jié)果表明，脆弱擬桿菌和表達聚酮合酶的大腸桿菌共定植，可以加速結(jié)腸癌的發(fā)作并增加CRC小鼠的死亡率［43］。梭桿菌通過Toll樣受體4（toll-like receptor 4，TLR4）依賴機制上調(diào)IL-6、p-STAT3和c-MYC信號通路，進而導致腫瘤相關(guān)巨噬細胞向M2型轉(zhuǎn)化和結(jié)直腸癌進展［44］。另一方面，腸道微生物影響癌癥治療的療效，例如，在經(jīng)歷化療后復發(fā)的結(jié)直腸癌患者的腫瘤組織中發(fā)現(xiàn)了大量的具核梭桿菌。這些具核梭桿菌通過調(diào)控microRNA（miR-18a和miR-4802）的表達水平，激活了自噬途徑，從而促進了腫瘤細胞對化療藥物的耐藥性，這表明，腸道微生物的管理可能對化療耐藥性的預防和治療具有潛在價值［45］。另外，乳酸桿菌屬可以觸發(fā)IL-10的表達，并以Toll樣受體6（toll-like receptor 6，TLR6）依賴的方式抑制結(jié)腸炎癥，從而預防炎癥引發(fā)的結(jié)直腸癌［46］。另外，嗜黏蛋白阿克曼菌（Akkermansia muciniphila）是一種常見的腸道細菌，它被認為在共生體中具有抗癌的輔助作用。嗜黏蛋白阿克曼菌的存在可以通過激活腸系膜淋巴結(jié)中的細胞毒性T淋巴細胞，誘導產(chǎn)生TNF-α，從而降低偶氮甲烷引起的結(jié)腸炎和結(jié)腸癌的發(fā)病率［47］。這些研究充分表明，瘤內(nèi)微生物以及腸道微生物的組成結(jié)構(gòu)對結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展及其治療起著重要作用。

3.5 其他癌癥

除了上述癌癥外，其他類型的癌癥中也存在微生物菌群，包括前列腺癌［48-49］、皮膚癌［50］、卵巢癌［51］和神經(jīng)膠質(zhì)瘤［52］等。例如，2005年，研究人員首次從前列腺癌組織中分離培養(yǎng)出痤瘡丙酸桿菌［38］。感染痤瘡丙酸桿菌會激活體內(nèi)轉(zhuǎn)錄因子NF-κB、STAT3以及COX2-prostaglandin和纖維蛋白溶酶原-金屬基質(zhì)蛋白酶途徑，導致宿主出現(xiàn)強烈的炎癥反應。長期接觸痤瘡丙酸桿菌會影響宿主細胞增殖并導致細胞癌變［49］。另外，Hoste等［53］利用傷口誘發(fā)的皮膚癌小鼠模型探究皮膚微生物群促進炎癥和腫瘤發(fā)生的機制。在皮膚微生物存在的情況下，消除包括 Toll樣受體5（toll-like receptor 5，TLR5）在內(nèi)的幾種先天免疫信號通路可以有效抑制炎癥和腫瘤的發(fā)生，而抗生素治療主要以 TLR5 依賴性方式抑制腫瘤形成。因此，腫瘤內(nèi)微生物菌群有望作為生物標志物用于腫瘤的診斷和治療。

4 腫瘤內(nèi)微生物群的治療潛力

根據(jù)腫瘤內(nèi)微生物群制定腫瘤治療策略已成為近年的研究熱點。盡管針對腫瘤內(nèi)微生物群的治療仍處于早期階段，但對其進行深入研究會為腫瘤治療提供新的策略和機會。例如，腫瘤內(nèi)微生物群可以提供與腫瘤相關(guān)的生物標記物，有助于腫瘤的早期檢測、診斷和預后評估。腫瘤內(nèi)的微生物還可以調(diào)節(jié)宿主免疫系統(tǒng)的活性，影響免疫細胞的功能和腫瘤抗原的呈遞。通過調(diào)節(jié)微生物群落的組成，可以增強抗腫瘤免疫應答，影響免疫治療的效果。總的來說，瘤內(nèi)微生物在診斷標志物、腫瘤發(fā)生發(fā)展、治療療效評估和耐藥性方面發(fā)揮著重要作用。

4.1 診斷標志物

作為腫瘤微環(huán)境的組成部分，腫瘤內(nèi)微生物群的組成可以作為腫瘤類型、分級和預后的潛在標志物。通過比較腫瘤組織或腫瘤周圍組織中微生物群的組成差異，可以發(fā)現(xiàn)特定微生物的存在或缺失與腫瘤的特征相關(guān)聯(lián)。通過對來自33種癌癥的18 116個樣本進行全基因組和全轉(zhuǎn)錄組測序，揭示了腫瘤內(nèi)部獨特的微生物特征。在經(jīng)過嚴格的過濾標準刪除了92.3%的總序列數(shù)據(jù)后，研究人員確定了可預測癌癥類型的瘤內(nèi)微生物血漿特征，揭示了檢測血液中瘤內(nèi)微生物組標志物并將其用作診斷工具的潛在臨床效用［54］。此外，還有研究發(fā)現(xiàn)，在食管鱗狀細胞癌［55］和甲狀腺乳頭狀癌亞型［56］中，瘤內(nèi)微生物組能夠作為預后標志物，幫助指導治療方案的選擇和預測患者的治療效果。瘤內(nèi)微生物作為腫瘤生物標志物，已經(jīng)成為了新的研究熱點，并逐漸在腫瘤臨床治療中得到應用。

4.2 免疫治療

近年來，免疫療法在癌癥的治療中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。免疫抗癌治療主要通過增強患者的自身免疫功能或利用免疫物質(zhì)攻擊顯示外來抗原的癌細胞來抑制癌癥。目前，PD-1/PD-L1和細胞毒性T淋巴細胞相關(guān)蛋白4（cytotoxic t lymphocyte associate protein-4，CTLA-4）的單克隆抗體已廣泛應用于臨床實踐。腫瘤微生物可以通過多種方式影響腫瘤免疫治療的效果。它們可以調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境的免疫反應，改變免疫細胞的功能和數(shù)量，影響腫瘤抗原呈遞和抗原呈現(xiàn)過程，調(diào)節(jié)免疫檢查點的表達。腫瘤微環(huán)境中微生物的調(diào)節(jié)被認為是一個有前途的治療策略［57-58］。

工程菌治療是治療癌癥的重要手段之一，它是一種利用經(jīng)過改造的微生物菌株來治療腫瘤的新興治療方法。通過對微生物菌株進行基因改造，使其具有特定的抗腫瘤功能，可以對腫瘤進行靶向治療。例如，在選擇可特異性識別具核梭桿菌的噬菌體后，加入銀納米顆粒可以清除存在于腫瘤內(nèi)的促腫瘤的具核梭桿菌，減少來自MDSC在腫瘤內(nèi)的存在，增強免疫檢查點抑制劑的治療效果［59］。通過基因改造構(gòu)建的SYNB1891大腸桿菌，可以激活抗原呈遞細胞中的STING通路，從而增強癌細胞的吞噬作用［60］。工程菌療法為免疫治療提供了潛在的組合策略。通過工程微生物傳遞到腫瘤部位，可以增強治療效果并降低全身毒性。例如，對大腸桿菌Nissle1917菌株進行生物工程改造后，它能夠在腫瘤中定殖并將腫瘤中的氮氫化合物轉(zhuǎn)化為L-精氨酸（L-Arginine，L-ARG），這是有效抗腫瘤T細胞反應的關(guān)鍵決定因素，工程細菌以T細胞依賴和L-ARG介導的方式發(fā)揮其抗腫瘤作用［61］。

抗生素作為一種調(diào)節(jié)瘤內(nèi)微生物的手段在臨床使用中會抑制免疫治療效果［62-63］。例如，一項非小細胞肺癌患者回顧性研究中指出，先前接受抗生素治療的患者與接受一線免疫療法的患者結(jié)果呈負相關(guān)，但并不影響化療的治療效果［64-65］。這表明，抗生素可以作為調(diào)節(jié)手段影響腫瘤微生物群落和免疫環(huán)境，但其與免疫治療的臨床結(jié)果之間存在一些不確定性。一方面，抗生素的使用可能會擾亂腸道微生物群落的平衡，從而降低免疫檢查點抑制劑的療效，這是因為微生物群落在調(diào)節(jié)免疫應答中發(fā)揮重要作用，抗生素的廣譜殺菌作用可能會破壞有益菌種的存在，削弱對免疫療法的響應。另一方面，抗生素可以清除這些有害微生物，恢復免疫系統(tǒng)的功能，進而增強免疫檢查點抑制劑的治療效果。

5 總結(jié)與展望

癌癥是最復雜、最具破壞性且我們還知之甚少的人類疾病，這可能與其獨特的微生物菌群變化相關(guān)。本文闡述了不同癌癥腫瘤微環(huán)境中的微生物菌群特征及其在癌癥發(fā)生、進展中的作用機制。隨著研究的不斷深入，癌癥的微生物菌群特征及其分子機制正被用于開發(fā)更多的診斷和治療方法。盡管這些研究還處于初級階段，但是它已經(jīng)在臨床腫瘤治療中顯現(xiàn)出令人振奮的治療效果。未來，微生物在癌癥的診斷和治療中還面臨著艱巨的挑戰(zhàn)和任務。首先，在微生物檢測方面，選擇合適的方法來分析腫瘤內(nèi)微生物組是一項具有挑戰(zhàn)性的工作。例如，難以培養(yǎng)低豐度分類群、16SrRNA測序無法提供詳細的菌株信息和宏基因組測序容易受到宿主DNA干擾等，而在微生物治療癌癥方面，其治療效果在不同患者之間存在顯著差異。其次，針對微生物在腫瘤細胞或者瘤內(nèi)相關(guān)細胞上的作用靶點開發(fā)相應的抑制劑將是未來的重要發(fā)展方向。另外，微生物治療可能引發(fā)安全性和副作用的問題，如宿主免疫反應和微生物過度生長導致感染等。微生物的基因組和代謝產(chǎn)物也可能對宿主產(chǎn)生未知的影響，需要更深入的研究來解決這些問題。

因此，研究腫瘤微生物與腫瘤微環(huán)境之間的相互作用有助于我們深入了解腫瘤的發(fā)生發(fā)展機制，發(fā)現(xiàn)新的預后標志物、治療靶點，優(yōu)化診斷和治療策略。但是，完全解密微生物和腫瘤微環(huán)境中各種細胞的互作的關(guān)系，掌握它們之間的復雜網(wǎng)絡以及將其應用到臨床診斷和治療中依然還有很長的路要走。

參考文獻（References）：

［1］ SEPICH-POORE G D， ZITVOGEL L， STRAUSSMAN R， et al. The microbiome and human cancer ［J］. Science （New York， NY）， 2021， 371（6536）： eabc4552.

［2］ NEJMAN D， LIVYATAN I， FUKS G， et al. The human tumor microbiome is composed of tumor type-specific intracellular bacteria ［J］. Science （New York， NY）， 2020， 368（6494）： 973-980.

［3］ PUSHALKAR S， HUNDEYIN M， DALEY D， et al. The pancreatic cancer microbiome promotes oncogenesis by induction of innate and adaptive immune suppression ［J］. Cancer Discovery， 2018， 8（4）： 403-416.

［4］ ANDREEVA N V， GABBASOVA R R， GRIVENNIKOV S I， et al. Microbiome in cancer progression and therapy ［J］. Current Opinion in Microbiology， 2020， 56： 118-126.

［5］ SUN C， MEZZADRA R， SCHUMACHER T N， et al. Regulation and function of the PD-L1 checkpoint ［J］. Immunity， 2018， 48（3）： 434-452.

［6］ WINKLER J， ABISOYE-OGUNNIYAN A， METCALF K J， et al. Concepts of extracellular matrix remodelling in tumour progression and metastasis ［J］. Nature Communications， 2020， 11（1）： 5120.

［7］ G?? E， POLLARD J W. Redefining macrophage and neutrophil biology in the metastatic cascade ［J］. Immunity， 2021， 54（5）： 885-902.

［8］ DENARDO D G， RUFFELL B. Macrophages as regulators of tumour immunity and immunotherapy ［J］. Nature Reviews Immunology， 2019， 19（6）： 369-382.

［9］ LYU Y， ZHAO Y， WANG X， et al. Increased intratumoral mast cells foster immune suppression and gastric cancer progression through TNF-α-PD-L1 pathway ［J］. Journal for Immunotherapy of Cancer， 2019， 7（1）： 54.

［10］ VEGLIA F， SANSEVIERO E， GABRILOVICH D I， et al. Myeloid-derived suppressor cells in the era of increasing myeloid cell diversity ［J］. Nature Reviews Immunology， 2021， 21（8）： 485-498.

［11］ COHEN N， SHANI O， RAZ Y， et al. Fibroblasts drive an immunosuppressive and growth-promoting microenvironment in breast cancer via secretion of chitinase 3-like 1 ［J］. Oncogene， 2017， 36（31）： 4457-4468.

［12］ COSTA A， KIEFFER Y， SCHOLER-DAHIREL A， et al. Fibroblast heterogeneity and immunosuppressive environment in human breast cancer ［J］. Cancer Cell， 2018， 33（3）： 463-479.

［13］ MACE T A， AMEEN Z， COLLINS A， et al. Pancreatic cancer-associated stellate cells promote differentiation of myeloid-derived suppressor cells in a stat3-dependent manner ［J］. Cancer Research， 2013， 73（10）： 3007-3018.

［14］ KUMAR V， DONTHIREDDY L， MARVEL D， et al. Cancer-associated fibroblasts neutralize the anti-tumor effect of CSF1 receptor blockade by inducing PMN-MDSC infiltration of tumors ［J］. Cancer Cell， 2017， 32（5）： 654-68.

［15］ ERSHAID N， SHARON Y， DORON H， et al. NLRP3 inflammasome in fibroblasts links tissue damage with inflammation in breast cancer progression and metastasis ［J］. Nature Communications， 2019， 10（1）： 4375.

［16］ INOUE M， HAGER J H， FERRARA N， et al. VEGF-A has a critical， nonredundant role in angiogenic switching and pancreatic beta cell carcinogenesis ［J］. Cancer Cell， 2002， 1（2）： 193-202.

［17］ FU A， YAO B， DONG T， et al. Tumor-resident intracellular microbiota promotes metastatic colonization in breast cancer ［J］. Cell， 2022， 185（8）： 1356-1372.

［18］ GALEANO NINO J L， WU H， LACOURSE K D， et al. Effect of the intratumoral microbiota on spatial and cellular heterogeneity in cancer ［J］. Nature， 2022， 611（7937）： 810-817.

［19］ LACOURSE K D， ZEPEDA-RIVERA M， KEMPCHINSKY A G， et al. The cancer chemotherapeutic 5-fluorouracil is a potent fusobacterium nucleatum inhibitor and its activity is modified by intratumoral microbiota ［J］. Cell Reports， 2022， 41（7）： 111625.

［20］ BULLMAN S， PEDAMALLU C S， SICINSKA E， et al. Analysis of fusobacterium persistence and antibiotic response in colorectal cancer ［J］. Science （New York， NY）， 2017， 358（6369）： 1443-1448.

［21］ SHI Y， ZHENG W， YANG K， et al. Intratumoral accumulation of gut microbiota facilitates CD47-based immunotherapy via STING signaling ［J］. The Journal of Experimental Medicine， 2020， 217（5）： e20192282.

［22］ GUR C， IBRAHIM Y， ISAACSON B， et al. Binding of the Fap2 protein of fusobacterium nucleatum to human inhibitory receptor TIGIT protects tumors from immune cell attack ［J］. Immunity， 2015， 42（2）： 344-355.

［23］ GUR C， MAALOUF N， GERHARD M， et al. The helicobacter pylori HopQ outermembrane protein inhibits immune cell activities ［J］. Oncoimmunology， 2019， 8（4）： e1553487.

［24］ JAVAHERI A， KRUSE T， MOONENS K， et al. Helicobacter pylori adhesin HopQ engages in a virulence-enhancing interaction with human CEACAMs ［J］. Nature Microbiology， 2016， 2： 16189.

［25］ AYKUT B， PUSHALKAR S， CHEN R， et al. The fungal mycobiome promotes pancreatic oncogenesis via activation of MBL ［J］. Nature， 2019， 574（7777）： 264-267.

［26］ GELLER L T， BARZILY-ROKNI M， DANINO T， et al. Potential role of intratumor bacteria in mediating tumor resistance to the chemotherapeutic drug gemcitabine ［J］. Science （New York， NY）， 2017， 357（6356）： 1156-1160.

［27］ CHARLSON E S， BITTINGER K， HAAS A R， et al. Topographical continuity of bacterial populations in the healthy human respiratory tract ［J］. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine， 2011， 184（8）： 957-963.

［28］ DENG Y， YANG J， QIAN J， et al. TLR1/TLR2 signaling blocks the suppression of monocytic myeloid-derived suppressor cell by promoting its differentiation into M1-type macrophage ［J］. Molecular Immunology， 2019， 112： 266-273.

［29］ M?LLER E， CHRISTOPOULOS P F， HALDER S， et al. Toll-like receptor ligands and interferon-γ synergize for induction of antitumor M1 macrophages ［J］. Frontiers in Immunology， 2017， 8： 1383.

［30］ JIN C， LAGOUDAS G K， ZHAO C， et al. Commensal microbiota promote lung cancer development via γδ T cells ［J］. Cell， 2019， 176（5）： 998-1013.e16.

［31］ SIPE L M， CHAIB M， PINGILI A K， et al. Microbiome， bile acids， and obesity： how microbially modified metabolites shape anti-tumor immunity ［J］. Immunological Reviews， 2020， 295（1）： 220-239.

［32］ MA C， HAN M， HEINRICH B， et al. Gut microbiome-mediated bile acid metabolism regulates liver cancer via NKT cells ［J］. Science （New York， NY）， 2018， 360（6391）： eaan5931.

［33］ MOSSANEN J C， KOHLHEPP M， WEHR A， et al. CXCR6 inhibits hepatocarcinogenesis by promoting natural killer T- and CD4+ T-cell-dependent control of senescence ［J］. Gastroenterology， 2019， 156（6）： 1877-1889.

［34］ RIDLON J M， KANG D J， HYLEMON P B， et al. Bile salt biotransformations by human intestinal bacteria ［J］. Journal of Lipid Research， 2006， 47（2）： 241-259.

［35］ YOSHIMOTO S， LOO T M， ATARASHI K， et al. Obesity-induced gut microbial metabolite promotes liver cancer through senescence secretome ［J］. Nature， 2013， 499（7456）： 97-101.

［36］ FRIEDMAN S L. Hepatic stellate cells： protean， multifunctional， and enigmatic cells of the liver ［J］. Physiological Reviews， 2008， 88（1）： 125-172.

［37］ LOO T M， KAMACHI F， WATANABE Y， et al. Gut microbiota promotes obesity-associated liver cancer through PGE2-mediated suppression of antitumor immunity ［J］. Cancer Discovery， 2017， 7（5）： 522-538.

［38］ SHALAPOUR S， KARIN M. Cruel to be kind： epithelial， microbial， and immune cell interactions in gastrointestinal cancers ［J］. Annual Review of Immunology， 2020， 38： 649-671.

［39］ DZUTSEV A， BADGER J H， PEREZ-CHANONA E， et al. Microbes and cancer ［J］. Annual Review of Immunology， 2017， 35： 199-228.

［40］ ARTHUR J C， PEREZ-CHANONA E， M?HLBAUER M， et al. Intestinal inflammation targets cancer-inducing activity of the microbiota ［J］. Science （New York， NY）， 2012， 338（6103）： 120-123.

［41］ KOSTIC A D， CHUN E， ROBERTSON L， et al. Fusobacterium nucleatum potentiates intestinal tumorigenesis and modulates the tumor-immune microenvironment ［J］. Cell Host & Microbe， 2013， 14（2）： 207-215.

［42］ WILSON M R， JIANG Y， VILLALTA P W， et al. The human gut bacterial genotoxin colibactin alkylates DNA ［J］. Science （New York， NY）， 2019， 363（6428）： eaar7785.

［43］ DEJEA C M， FATHI P， CRAIG J M， et al. Patients with familial adenomatous polyposis harbor colonic biofilms containing tumorigenic bacteria ［J］. Science （New York， NY）， 2018， 359（6375）： 592-597.

［44］ CHEN T， LI Q， WU J， et al. Fusobacterium nucleatum promotes M2 polarization of macrophages in the microenvironment of colorectal tumours via a TLR4-dependent mechanism ［J］. Cancer Immunology， Immunotherapy： CII， 2018， 67（10）： 1635-1646.

［45］ YU T， GUO F， YU Y， et al. Fusobacterium nucleatum promotes chemoresistance to colorectal cancer by modulating autophagy ［J］. Cell， 2017， 170（3）： 548-563.

［46］ KIM J H， KORDAHI M C， CHAC D， et al. Toll-like receptor-6 signaling prevents inflammation and impacts composition of the microbiota during inflammation-induced colorectal cancer ［J］. Cancer Prevention Research （Philadelphia， Pa）， 2020， 13（1）： 25-40.

［47］ WANG L， TANG L， FENG Y， et al. A purified membrane protein from akkermansia muciniphila or the pasteurised bacterium blunts colitis associated tumourigenesis by modulation of CD8+ T cells in mice ［J］. Gut， 2020， 69（11）： 1988-1997.

［48］ COHEN R J， SHANNON B A， MCNEAL J E， et al. Propionibacterium acnes associated with inflammation in radical prostatectomy specimens： a possible link to cancer evolution？ ［J］. The Journal of Urology， 2005， 173（6）： 1969-1974.

［49］ MA J， GNANASEKAR A， LEE A， et al. Influence of intratumor microbiome on clinical outcome and immune processes in prostate cancer ［J］. Cancers， 2020， 12（9）： 2524.

［50］ NAKATSUJI T， CHEN T H， BUTCHER A M， et al. A commensal strain of staphylococcus epidermidis protects against skin neoplasia ［J］. Science Advances， 2018， 4（2）： eaao4502.

［51］ ZHOU B， SUN C， HUANG J， et al. The biodiversity composition of microbiome in ovarian carcinoma patients ［J］. Scientific Reports， 2019， 9（1）： 1691.

［52］ ZHAO J， HE D， LAI H M， et al. Comprehensive histological imaging of native microbiota in human glioma ［J］. Journal of Biophotonics， 2022， 15（4）： e202100351.

［53］ HOSTE E， ARWERT E N， LAL R， et al. Innate sensing of microbial products promotes wound-induced skin cancer ［J］. Nature Communications， 2015， 6： 5932.

［54］ POORE G D， KOPYLOVA E， ZHU Q， et al. Microbiome analyses of blood and tissues suggest cancer diagnostic approach ［J］. Nature， 2020， 579（7800）： 567-574.

［55］ YAMAMURA K， IZUMI D， KANDIMALLA R， et al. Intratumoral fusobacterium nucleatum levels predict therapeutic response to neoadjuvant chemotherapy in esophageal squamous cell carcinoma ［J］. Clinical Cancer Research： an Official Journal of the American Association for Cancer Research， 2019， 25（20）： 6170-6179.

［56］ GNANASEKAR A， CASTANEDA G， IYANGAR A， et al. The intratumor microbiome predicts prognosis across gender and subtypes in papillary thyroid carcinoma ［J］. Computational and Structural Biotechnology Journal， 2021， 19： 1986-1997.

［57］ KALIA V C， PATEL S K S， CHO B K， et al. Emerging applications of bacteria as antitumor agents ［J］. Seminars in Cancer Biology， 2022， 86（Pt 2）： 1014-1025.

［58］ ROY S， TRINCHIERI G. Microbiota： a key orchestrator of cancer therapy ［J］. Nature Reviews Cancer， 2017， 17（5）： 271-285.

［59］ DONG X， PAN P， ZHENG D W. Bioinorganic hybrid bacteriophage for modulation of intestinal microbiota to remodel tumor-immune microenvironment against colorectal cancer ［J］. Science Advances， 2020， 6（20）： eaba1590.

［60］ LEVENTHAL D S， SOKOLOVSKA A， LI N， et al. Immunotherapy with engineered bacteria by targeting the STING pathway for anti-tumor immunity ［J］. Nature Communications， 2020， 11（1）： 2739.

［61］ CANALE F P， BASSO C， ANTONINI G， et al. Metabolic modulation of tumours with engineered bacteria for immunotherapy ［J］. Nature， 2021， 598（7882）： 662-666.

［62］ KULKARNI A A， EBADI M， ZHANG S， et al. Comparative analysis of antibiotic exposure association with clinical outcomes of chemotherapy versus immunotherapy across three tumour types ［J］. ESMO Open， 2020， 5（5）： e000803.

［63］ XU H， XU X， WANG H， et al. The association between antibiotics use and outcome of cancer patients treated with immune checkpoint inhibitors： a systematic review and meta-analysis ［J］. Critical Reviews in Oncology Hematology， 2020， 149： 102909.

［64］ CORTELLINI A， MAIO M D， NIGRO O， et al. Differential influence of antibiotic therapy and other medications on oncological outcomes of patients with non-small cell lung cancer treated with first-line pembrolizumab versus cytotoxic chemotherapy ［J］. Journal for Immunotherapy of Cancer， 2021， 9（4）： e002421.

［65］ CORTELLINI A， RICCIUTI B， FACCHINETTI F， et al. Antibiotic-exposed patients with non-small-cell lung cancer preserve efficacy outcomes following first-line chemo-immunotherapy ［J］. Annals of Oncology： Official Journal of the European Society for Medical Oncology， 2021， 32（11）： 1391-1399.