腸道菌群影響結直腸癌治療的研究進展

【摘要】人類腸道菌群是一個復雜多樣的微生態系統，在結直腸癌（CRC）的發展和治療中扮演著重要的角色，逐漸成為學科研究熱點。近年來，隨著高通量測序技術和宏基因組測序技術的發展，人們不斷地從不同層面認識腸道菌群和結直腸癌的關系。本文通過對腸道菌群對CRC治療的作用及影響進行綜述，旨在為CRC的治療提供更多思路。

【關鍵詞】結直腸癌 ; 腸道菌群 ; 靶向細菌 ; 研究進展

【中圖分類號】R735.3 【文獻標識碼】A 【文章編號】2096-3718.2024.03.0028.04

DOI：10.3969/j.issn.2096-3718.2024.03.010

結直腸癌（colorectal cancer，CRC）是一種常見的消化道惡性腫瘤，CRC的發生、發展由遺傳因素和環境因素共同驅動。而人體腸道菌群是一個復雜的微生態系統，在腸道結構、免疫及代謝中起到重要作用，隨著高通量測序技術和宏基因組測序技術的發展，人們從不同層面認識到腸道菌群和CRC的關系，腸道菌群也逐漸成為學科熱點[1]。有研究表明，隨著腸道菌群組成的變化引發菌群失衡，不僅會影響腫瘤的發生和發展，還會影響CRC抗腫瘤藥物的療效和毒性，以及免疫和化學治療的效果[2]。通過研究腸道菌群對CRC的發生及治療的影響可以為腫瘤治療提供新思路和方法，在維持腸道菌群平衡與多樣性的同時，提高CRC的治療效果及改善患者的預后等方面至關重要。本文旨在對通過調節腸道菌群對CRC治療的影響展開綜述，以期為CRC的治療提供不同思路。

1 腸道菌群與CRC的關系

腸道菌群是定植于腸道內的一個龐大而復雜的微生物群落，在腸道微生態系統中意義重大。據人類微生物組計劃研究顯示，腸道內存在超過100萬億個微生物，相當于人體細胞總數的10倍；腸道菌群分布并不均勻，定植菌體最多的部位在結腸和直腸，不僅寄居著約3×1013種細菌，還包括真菌、病毒、原生生物及古細菌，因此常被稱為人體的另一大“器官”[3]。不同種類的細菌按照一定的比例組合分布，彼此依存又相互制約，形成了一種動態平衡。但腸道菌群微生態結構又存在不確定性，腸道菌群定植、疾病、益生菌及藥物的使用、不同的飲食結構等因素均可導致致病菌入侵或機會致病菌異常富集，引起菌群失衡。有研究結果表明，腸道菌群失調與CRC的發生、發展密切相關，一旦腸道菌群失衡，腸道益生菌類群減少，致病菌數量增加，致病菌分泌許多毒性因子，損傷腸上皮細胞，引發慢性炎癥反應，促進CRC的發生、發展[4]。目前，腸道菌群與CRC的關系模型主要有以下幾種：①司機 - 乘客模型；②Alpha?Bugs模型；③大腸腺瘤癌序列模型；④生物膜模型。根據司機 - 乘客模型理論，某些腸道細菌及代謝產物損傷腸上皮細胞，誘發CRC腸道微生態改變[5]。在癌變過程中，“細菌乘客”（如葡萄球菌屬、卟啉單孢菌屬、韋永氏球菌、鏈球菌屬）增殖，“細菌司機”（如腸桿菌科、假單胞菌科、奈瑟菌科、金黃桿菌屬）在腫瘤微環境中失去競爭力逐漸被淘汰。在Alpha?Bugs模型中，

α菌如產腸毒素脆弱擬桿菌（ETBF）可能通過影響腸道內的免疫反應和微生物群落，促使CRC的發生。ETBF分泌的脆弱類桿菌毒素可以促進結腸上皮細胞中白細胞介素-17受體、核因子κB（NF?-κB）、抗信號轉導及轉錄激活因子3（Stat3）等信號通路轉導，參與促癌與多步驟炎癥級聯反應，破壞腸上皮屏障，引起菌群移位，觸發腫瘤的發生，并通過激活Wnt/β-連環素（Wnt/β-catenin）信號傳導途徑，誘發CRC [6]。細菌致病途徑可能是侵入結腸黏液層后直接接觸黏膜上皮細胞后，炎癥反應增強并產生毒性細菌代謝產物與CRC發生、發展相關的腸道菌群中，以具核梭菌（Fn）、EFBF和pks+大腸桿菌等為主。Fn可產生具核梭形桿菌黏附蛋白A（FadA），黏附侵襲宿主細胞，刺激上皮細胞生長；同時FadA也可通過調節β-catenin等信號通路誘導促炎反應和致癌效應。有研究顯示，在CRC患者的結腸黏膜中pks+大腸桿菌普遍存在，并且在CRC易感小鼠模型中促進CRC發生；pks+大腸桿菌可能通過多種機制促進CRC的發生和發展，包括引起DNA雙鏈斷裂、活性氧產生和細胞周期停滯等，這可能是pks+大腸桿菌促進CRC發生的一個重要機制[7]。

2 腸道菌群對CRC治療的干預及影響

2.1 腸道菌群對免疫治療效果的影響 目前，腫瘤免疫治療是CRC治療中比較熱門的方式。免疫檢查點抑制劑（ICIs）在免疫治療中應用廣泛，以程序性死亡受體-1（PD-1）/程序性死亡 - 配體-1（PD-L1）為靶點的免疫療法逐漸成為研究焦點。推測腸道菌群可能通過調節宿主免疫系統參與CRC的抗腫瘤應答，還能在一定程度上降低免疫治療相關的毒性。腸道菌群擁有豐富的抗原庫，具有免疫刺激潛能，可被先天免疫細胞表達的模式識別受體識別。研究顯示，CRC患者腸道菌群數量和代謝與健康人群有明顯不同，并且其腫瘤組織中的微生物區系多樣性降低[8]。雙歧桿菌可以通過調節菌群的構成和白細胞介素-10（IL-10）抑制調節性T細胞（Tregs細胞）來緩解ICIs相關結腸炎。脆弱芽孢桿菌能夠刺激樹突狀細胞（DC）成熟，而后增強細胞毒性T淋巴細胞相關蛋白-4（CTLA-4）阻斷的抗腫瘤活性。SHI等[9]指出，腸道菌群可以通過調節腫瘤微環境（TME）和腸道免疫來影響抗CD47免疫治療的療效。積聚于TME的雙歧桿菌可激活干擾素基因刺激因子（STING）信號通路，刺激抗CD47抗體的產生，從而改變腫瘤微環境，達到免疫治療的效果。在一項綜合分析研究中招募了接受抗PD-1/PD-L1治療的晚期胃腸道癌癥患者，研究結果發現，其糞便中普氏菌屬/擬桿菌屬的比例上升，意味著其可能會有更好的抗PD-1/PD-L1治療反應，且其中某些特定菌群的亞組可能會表現出更高比例的普氏菌屬、毛螺菌科及瘤胃菌科，而擬桿菌、糞球菌等在治療反應差的患者腸道中富集[10]。另有研究表明，PD-1抑制劑的較好療效與高豐度的普雷沃菌屬、狄氏副擬桿菌、嗜黏蛋白阿克曼菌等有關，而PD-1抑制劑對CRC無效的原因之一可能是高豐度的擬桿菌屬[11]。特定的腸道細菌在免疫治療中可以提高腫瘤的應答。有研究提出，在CRC和黑色素瘤小鼠模型中，口服鼠李糖乳桿菌可激活環鳥苷酸 - 腺苷酸合成酶（cGAS）/STING信號通路，觸發DC活化，增強抗腫瘤細胞功效，從而增強抗PD-1的療效[12]。

腸道菌群的多樣性和組成對ICIs療效起著關鍵作用。ZHANG等[13]研究發現，在應用PD-1抑制劑前，使用廣譜抗生素耗竭小鼠腸道內源性菌群會影響其抑制癌細胞的作用，這表明腸道菌群的的種類和數量可能是抑制癌細胞生長并影響腫瘤免疫治療效果的一個關鍵因素；進一步研究發現，在接受腫瘤免疫治療反應良好的小鼠體內，乳桿菌數量顯著上升；此后，研究將篩選分離出的副乳桿菌株作用到腸道菌群缺乏的小鼠體內，結果表明，小鼠接受抗PD-1抑制劑治療，也能抑制癌細胞的擴散，且這些小鼠的身體也未受到任何疾病影響。LV等[14]研究發現，在具有微衛星穩定（MSS）的CRC患者中，可以通過腸道菌群的重構來增強PD-1阻斷的有效性；結果還發現，中藥葛根芩連湯可以增強抗PD-1抗體免疫治療的療效，并在體內抑制腫瘤生長；通過結合多種藥物的應用還顯著提高了腫瘤組織和外周血中CD8+ T淋巴細胞的比例，促進干擾素和白細胞介素-2（IL-2）的表達；這些結果表明，腸道菌群相互作用并誘導細胞因子通過調節免疫系統來提高CRC免疫治療的療效。

2.2 腸道菌群對化療效果的影響 CRC患者的腫瘤復發和轉移主要源于化療耐藥性。因此，闡明CRC患者化療耐藥機制并尋找新的治療目標對于改善患者預后至關重要。Fn以TLR-4和microRNA為靶點，通過激活自噬途徑誘導CRC細胞對5-氟尿嘧啶（5-FU）和奧沙利鉑耐藥；同時提示Fn的豐度可以作為預測CRC患者預后的重要指標之一。腫瘤干細胞被認為是CRC化療耐藥和轉移的一個來源。有證據表明，Fn通過促進脂肪酸氧化和Notch信號的激活來促進CRC干細胞的自我更新[15]。這些發現揭示，Fn是一種旨在克服CRC患者化療耐藥的潛在干預目標。

腫瘤組織內細菌可調節腫瘤化療藥物的生物利用度。從CRC患者體內獲得的大腸桿菌分離株也具有降解5-FU的能力，這可能導致治療效果下降。根據GELLER等[16]的研究，揭示了采用吉西他濱治療CRC小鼠，通過依賴胞苷脫氨酶的長異構體可將藥物轉化為無活性的形式，進而導致吉西他濱耐藥；此外，體外將CRC細胞與含有胞苷脫氨酶的細菌共同培養，后將其定植于同種異體移植的小鼠體內，可引起對吉西他濱的耐藥性，這一效應可通過使用抗生素來消除。

2.3 靶向細菌調節對CRC治療的影響 CRC患者放療后腸道菌群明顯變化，可能出現各種不良反應，生活質量嚴重下降。通過對接受過放療的CRC患者進行腸道微生物組研究，結果表明，共生細菌如雙歧桿菌、糞桿菌和梭菌屬減少，而類桿菌屬和腸球菌屬增加[17]。最近的一項研究探討了口腔微生物群對CRC放療療效及預后的影響，Fn可通過食物或其他方式進入腸道后可能會在腸道中定植并大量富集，影響放療療效和預后，在這種情況下，使用甲硝唑進行干預可有效阻斷Fn在腸道中的定植和繁殖，從而降低其對放療療效和患者預后的不良影響[18]。糞便微生物群移植（FMT）可改善腫瘤放療后胃腸道功能和腸上皮的完整性。近年來，腸道菌群的靶向調節是CRC治療領域中的新興方法。臨床試驗已經開始試圖操縱微生物群以達到治療目的，靶向細菌調節，如FMT、益生菌及益生元和工程細菌的調節，已經顯示出優化癌癥治療的潛力，逐漸出現在胃腸道癌癥的治療中。

2.3.1 糞便微生物群移植 FMT即用健康供體的糞便通過內窺鏡或口服膠囊等方法轉移到患者的腸道中，可輔助恢復微生物穩態，這可能有助于優化腫瘤患者的預后。FMT聯合PD-1阻斷劑可克服抗PD-1的原發性耐藥性。在大多數情況下，用抗PD-1治療有反應的患者的糞便重建無菌小鼠，相應的小鼠也對PD-1阻斷有反應；相比之下，用無反應患者的糞便重建的無菌小鼠對PD-1阻斷無反應。小鼠的這種無應答表型可通過來自應答患者的額外FMT來逆轉。FMT的另一種作用形式是補充一種確定的細菌組，通過與宿主免疫系統協同作用，改善治療療效。TANOUE等[19]通過從健康人群糞便中分離出一個包含11株細菌的特殊聯合體，該聯合體可以促進腸道內CD8+ T淋巴細胞的形成，而且將其應用到MC38腫瘤小鼠模型上，不僅顯著改變了小鼠腸道的生態結構，也提升了ICIs抗癌藥物的有效性。MONTALBAN-ARQUES等[20]選擇了4種梭菌菌株，定植在MC38小鼠模型中，補充這種混合菌株可以抑制腫瘤生長，且比單獨抗PD-1治療更有效。顯然，通過改變腸道菌群的生態結構，可以有效地預防和治療一些癌癥，或許這種微生態結構的調節不僅能夠提高免疫力，還能作為更加廣泛的癌癥預防和治療的靶標，有效地改善患者的預后。

2.3.2 益生菌及益生元 益生菌在調節腸道菌群、增強腸道屏障的完整性、抑制致病菌生長等方面都有著重要作用。益生元是食物中難以消化的被選擇性發酵的成分，可引起胃腸道菌群組成和/或活動的特定變化，從而有益于宿主健康。由于益生菌具有良好的安全性和廣泛的健康益處，可作為CRC的預防及治療藥物。通過使用益生菌療法，可以提高腫瘤免疫治療的安全性，一種新的益生菌羅伊氏乳桿菌已被確認能夠阻止CRC進展，其獨特的代謝產物導致蛋白質翻譯受抑制從而抑制體內外CRC淋巴的生長。在多種小鼠模型中，益生元豐富了某些細菌屬及其代謝物，從而提高抗PD-1抗體的活性，誘導抗腫瘤免疫，并促進對ICIs的反應性。包含于益生菌制劑中的微生物可產生多種益生菌，其代謝產物對CRC的治療有一定療效。短鏈脂肪酸（SCFA）如丁酸鹽、丙酸鹽和乙酸鹽不僅被認為是腸道菌群的必需營養素，而且還發揮著多種不同的功效，例如調節局部免疫反應、保護腸道屏障和抑制腸道炎癥反應，尤其對于維持結腸黏膜的正常生理功能方面具有重要作用。SCFA可在體內外直接促進CD8+ T淋巴細胞的抗腫瘤作用，改善抗腫瘤免疫反應。丁酸鹽可通過阻斷DNA結合2依賴性白介素-12通路直接提升CD8+ T淋巴細胞對抗腫瘤的毒力。

研究顯示，特定的腸道菌株如幽門螺桿菌、Fn、pks等在CRC患者腸道中富集[21]。因此，篩查并評估CRC患者術前腸道菌群的基本狀況，可以更好地了解患者的腸道菌群，從而采取必要的干預措施來改善預后，減少圍手術期不良事件的發生。口服乳酸菌和雙歧桿菌活菌制劑等益生菌療法在CRC治療中具有顯著的臨床效果，CRC術后感染率明顯降低。根治性切除腫瘤是CRC最佳的外科治療方案，盡管外科醫師在術中盡量采取恰當的吻合口技術預防吻合口漏的發生，但術后吻合口漏仍然是一個需要關注的問題。研究結果發現，糞腸球菌、銅綠假單胞菌以及pks+大腸桿菌可能會導致吻合口漏的發生，這些細菌都會分泌明膠酶以分解膠原蛋白，而膠原蛋白是促進吻合口愈合的關鍵物質。HAJJAR等[22]學者的實驗發現，在提供益生元，如菊粉、半乳糖的情況下，SCFA的產生會顯著增多，從而使得圍手術期小鼠模型吻合口周圍組織的膠原蛋白含量相應提升，達到加速吻合口愈合和促進腸道屏障修復的作用。這些研究結果提示，益生菌的補充對于術后的恢復至關重要，其代謝產物如SCFA、丁酸鹽等對于術后的恢復具有積極的作用，對結腸上皮的增殖、組織修復及黏膜連續性均有影響，通過補充益生菌或其代謝產物，有可能預防和治療術后吻合口漏。

ZHENG等[23]制備了益生元封裝的益生菌孢子，將作為益生菌的丁酸梭菌和作為益生元的右旋糖酐（經化學修飾）相結合，并在CRC模型中評估了其抗癌活性。丁酸梭菌在病變中發酵葡聚糖，可產生具有抗癌活性的SCFA。此外，孢子可以增加產生SCFA的細菌，并顯著抑制腫瘤的生長。產生SCFA的細菌通過在腸道內建立一個抑制腫瘤的微環境來阻止腫瘤生長；結果證實，口服給藥后，結腸癌的孢子指數增加，產生SCFA的細菌抑制腫瘤生長效果明顯。HO等[24]通過改造可將天然成分轉化為具有抗癌活性的代謝物的共生微生物，后與CRC細胞上的硫酸乙酰肝素蛋白聚糖結合，用改造后的共生微生物及食物喂食CRC小鼠，發現腫瘤顯著消退。

具有增強功能的工程益生菌可能提供一種安全有效的輔助治療方法。工程益生菌被開發出來，試圖改善大多數MSS-CRC的免疫微環境。研究人員設計了一種名為 Nissle1917大腸桿菌菌株的益生菌，該菌株表達靶向PD-L1和CTLA-4的單域抗體片段，具有用于腫瘤特異性的釋放機制。在MSS-CRC的小鼠模型中，表達抗PD-L1和抗CTLA-4抗體，以及粒細胞 - 巨噬細胞集落刺激因子的三工程大腸桿菌，降低了腫瘤的生長速度，患者生存率有所提高，突出了基因工程益生菌在提高CRC治療療效方面的潛力。

3 小結與展望

調節腸道菌群作為預防和治療CRC的潛力巨大，通過免疫治療、放化療、益生菌及其制品以及FMT等不同的治療方式可能對腸道菌群在CRC治療方面產生影響，其中包括免疫調節功能、恢復腸道生態失調、提高藥物生物利用度、降低藥物毒性、提高殺瘤活性和產生抗癌物質等。雖然目前的研究取得了一些成就。但是，鑒于技術、研究方法、環境條件等客觀原因，對腸道菌群的研究仍然充滿挑戰，例如，克服CRC相關致病菌誘導化療耐藥性的難題，確保FMT的安全性和有效性，以及合適地篩選菌株等。因此，為了獲得可靠且全面的結果，還需要通過大量的實際操作，包括嚴謹的動物實驗、臨床實踐，來評其治療作用、安全性及預后，為臨床應用提供更加科學的依據。

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基金項目：2022年度自治區衛生健康科技計劃項目（編號：202202219）

作者簡介：張校銘，2021級在讀碩士生，研究方向：胃腸道腫瘤的研究。

通信作者：武永勝，碩士研究生，主任醫師，研究方向：胃腸道腫瘤的基礎與臨床研究。E-mail：wudasheng1210@126.com