口腔微生物與食管疾病關系的研究進展

李曉芳,曹 旭,師曉陽,李玉嬋,王 津,郭嘉璇,呂一豪,王慧潔

食管疾病主要包括胃食管反流病(GERD)、巴雷特食管和食管癌。GERD屬良性食管疾病,流行病學資料顯示,GERD患病率在全球范圍內呈上升趨勢[1],我國GERD患病率高達1.9～7.0%[2-3]。食管癌是世界第7大常見癌癥,也是第6大癌癥死亡原因[4]。2020年我國食管癌發病率為13.80/10萬人,排名第6,病死率為12.70/10萬人,排名第4,是威脅國民生命健康的主要惡性腫瘤之一[5]。按照組織類型分類,食管癌主要分為食管鱗狀細胞癌(ESCC)和食管腺癌(EAC),在我國以ESCC為主[5]。巴雷特食管是由GERD導致的EAC癌前病變。隨著GERD患者的增加,我國巴雷特食管和EAC的發病率也隨之逐年增加,嚴重威脅人們的生命健康。目前,使用內鏡檢查獲得食管樣本進行組織學檢查仍然是診斷食管病變的主要手段。然而,這種方法需要侵入性的操作,是煩瑣和昂貴的檢查方法。因此,迫切需要探索和開發新的簡便有效的檢測方法來進行診斷,并提高對食管疾病病理生物學的理解,以最終改善臨床結果。

雖然大多數食管疾病的發病機制仍有待明確,但病因學研究的重點是遺傳概率、環境因素、宿主免疫調節和共生微生物組之間的相互作用。近年來,臨床學者對揭示微生物組在食管疾病中的作用越來越感興趣。基因組技術的發展使人們能夠同時探索微生物、微環境的眾多部分,包括微生物組成和功能,并推斷群落功能[6]。如下一代測序技術有助于闡明宿主與病原體之間的遺傳變異和相互聯系[7-8]。

口腔微生物群與食管微生物群密切相關,食管微生物群在很大程度上受口腔微生物群的影響[9]。口腔微生物群紊亂會影響并誘發上消化道和下消化道疾病[10]。口腔細菌可能遷移到食管,從而間接影響食管微生物,促進食管疾病的發生和發展[11]。人類口腔微生物群紊亂可通過免疫途徑誘發慢性炎癥,從而導致GERD、巴雷特食管和食管癌的發生。

局部生態失調在食管疾病中已有研究[9,12]。新出現的證據表明,固有的食管微生物組與口腔微生物組有相似之處,但存在關鍵的分類差異[13-15]。近年口腔微生物組與消化系統癌癥之間的關聯已有研究發表[7,16-18]。本文綜述近年人類口腔微生物組與食管疾病之間關聯的最新進展。

1 口腔微生物組

人類口腔微生物組是指在口腔及其毗鄰延伸部分(止于食管遠端)發現的所有微生物,已被廣泛研究[19]。口腔有超過775種細菌[20],其組成受許多因素的影響,包括宿主遺傳[21]、地理[22]、年齡[23]、口腔健康[24]、生活方式習慣[25]、社會因素[26]和藥物[27]等。研究發現,在健康個體的口腔微生物群組成中革蘭陽性菌占優勢,包括乏養菌屬、消化鏈球菌屬、鏈球菌屬、口腔球菌屬、放線菌屬、雙歧桿菌屬、棒狀桿菌屬、真桿菌屬、乳桿菌屬、丙酸桿菌屬、假分枝桿菌屬和羅氏菌屬等[20]。定居在健康口腔微生物群中的革蘭陰性微生物包括莫拉菌屬、奈瑟菌屬、韋榮球菌屬、彎曲桿菌屬、二氧化碳嗜纖維菌屬、脫硫桿菌屬、脫硫弧菌屬、艾肯菌屬、梭桿菌屬、嗜血桿菌屬、纖毛菌屬、普雷沃菌屬、硒單胞菌屬、西蒙斯菌屬、密螺旋體屬和沃林氏菌屬等[20]。這個復雜生態系統的平衡對口腔健康至關重要,并影響宿主對疾病的反應[28]。體內平衡的破壞,即生態失調,可對宿主產生顯著的代謝和免疫影響,最終導致局部和全身性疾病[29-30]。

2 口腔微生物組與食管疾病

現有研究表明,GERD、巴雷特食管和食管癌患者的口腔微生物組特征都發生了顯著變化,由此鑒定出多個與食管疾病相關的差異物種。本文對人類口腔微生物組改變與食管疾病之間關聯的相關文獻進行了整理,以此來分析食管疾病與口腔微生物組之間潛在聯系。

2.1 GERD

WANG等[31]評估了GERD患者(55例)與年齡和性別匹配的健康對照組(51例)之間唾液細菌群落組成的差異,發現在GERD患者中擬桿菌門、普雷沃菌屬、韋榮球菌屬、巨球型菌屬、消化鏈球菌屬、阿托波氏菌屬、假丁酸弧菌屬、真桿菌屬和毛絨厭氧桿菌屬的相對豐度明顯增加,而奈瑟菌屬、鏈球菌屬、羅氏菌屬、顆粒鏈菌屬、孿生球菌屬、聚集桿菌屬、密螺旋體屬、彎曲桿菌屬、產絲菌屬、棒狀桿菌屬和纖維弧菌屬的相對豐度明顯減少。KAWAR等[32]評估了有無使用質子泵抑制劑藥物的GERD患者和健康對照組的唾液微生物組,結果發現未使用質子泵抑制劑的GERD患者產黑素普雷沃菌、蒼白普雷沃菌、纖毛菌和莫氏細小桿菌以及其他13個物種與GERD存在負相關;相比之下,長期使用質子泵抑制劑的GERD患者與對照組相比,唾液微生物組的差異很小。

2.2 巴雷特食管

巴雷特食管是EAC的前期病變,隨著抗生素的出現和幽門螺桿菌感染率的逐漸下降,巴雷特食管和EAC的發病率出現上升趨勢[13]。這增加了上消化道微生物組可能在EAC發展過程中起關鍵作用的可能性,但尚未得到深入探索,目前只有一項研究探索了巴雷特食管和對照組之間口腔微生物組的差異。SNIDER等[33]在內窺鏡檢查前收集共49例研究對象的唾液樣本(32例巴雷特食管,17例對照組),結果顯示在門水平上,巴雷特食管患者的口腔微生物組中厚壁菌門具有較高的相對豐度(巴雷特食管組與對照組相對豐度分別是27.1%與14.6%),而變形桿菌的相對豐度較低(巴雷特食管組與對照組相對豐度分別是23.8%與34.5%);在屬水平上,巴雷特食管患者中鏈球菌屬和韋榮球菌屬富集,奈瑟菌屬、口動菌屬和棒狀桿菌屬的相對豐度降低。

2.3 食管癌

ESCC和EAC具有不同的地理和時間模式以及危險因素特征,盡管進行了數十年的研究,但這些地理、時間模式背后的因素仍未完全了解[12]。相比于口腔微生物組與GERD或巴雷特食管的相關性研究,口腔微生物組與食管癌的關聯研究更多,研究主要分布在中國、美國和日本。在一些研究中,區別于良性食管疾病患者的口腔微生物組只在菌群組成上顯示出顯著變化,食管癌口腔微生物組還在豐富度和α多樣性上出現顯著不同。

1)ESCC:2015年,CHEN等[34]進行了口腔微生物群與ESCC的關聯研究。在這項研究中,從87例確診的ESCC和85例健康對照者中收集了唾液樣本,結果顯示ESCC患者中鏈球菌屬、普雷沃菌屬和卟啉單胞菌屬的相對豐度升高,口動菌屬、布雷德菌屬、卡托氏菌屬、棒狀桿菌屬、毛螺旋菌屬、消化球菌屬和心桿菌屬的相對豐度降低。2017年,在一項前瞻性研究中,PETERS等[35]進一步研究了ESCC中的口腔微生物群,該研究將25例ESCC的漱口水樣本與50例匹配的對照組進行比較,發現牙周病原體牙齦卟啉單胞菌的相對豐度與ESCC風險相關(OR=1.30,95%CI:0.96,1.77)。2021年,LI等[36]采集了33例ESCC和35例健康對照者的唾液樣本,研究結果發現浮霉菌門、疣微菌門、二氧化碳噬纖維菌屬和毛螺菌科在ESCC組富集。2022年,CHEN等[37]納入了90例新診斷ESCC和50例健康對照者,研究結果發現纖毛菌屬、卟啉單胞菌屬、鏈球菌屬、羅氏菌屬、乳酸桿菌屬和消化鏈球菌屬在ESCC患者唾液中的相對豐度高于健康對照者,而嗜血桿菌屬、巴斯德菌科和巴斯德菌目等在ESCC患者唾液中相對豐度顯著降低。JIANG等[38]的一項關于口腔微生物群預測ESCC的研究(ESCC組56例,對照組53例)中發現,與對照組相比,ESCC組的梭桿菌門、梭桿菌目和纖毛菌屬的相對豐度增加,而變形桿菌、奈瑟菌科、巴斯德菌科、奈瑟菌屬和聚集桿菌屬的相對豐度降低。

2)EAC:PETERS等[35]的研究同樣分析了EAC的口腔微生物群特征,該研究將81例EAC的漱口水樣本與160例匹配的對照組進行比較,發現牙周病原體福賽斯坦納菌與EAC風險增加有關(OR=1.21,95%CI:1.01,1.46),而奈瑟菌屬和肺炎鏈球菌的相對豐度降低與EAC低風險相關。

3 口腔微生物對食管疾病的可能作用機制

目前,關于口腔微生物與食管疾病機制的研究比較少。由于細菌遷移,口腔在一定程度上塑造了食管微生物群[35]。食管癌前病變的微生物群發生了改變,例如革蘭陽性菌和革蘭陰性菌之間比例的異常,這種從具有較高革蘭陽性菌比例到革蘭陰性菌更占優勢的轉變被認為與GERD、巴雷特食管以及食管癌的發生發展有關[39-40]。

眾所周知,脂多糖是革蘭陰性菌中最豐富和最重要的細胞壁成分,對細胞完整性、生存能力和抗環境壓力至關重要[41]。Toll樣受體4是人體響應脂多糖誘導信號轉導的受體之一,上皮屏障破壞后,脂多糖-Toll樣受體4結合增加,激活白細胞介素-18產生,引起級聯炎癥反應[42]。Toll樣受體4激活對感染和非感染相關炎癥至關重要,并是革蘭陰性菌引起炎癥性疾病的主要機制[42]。再者,Toll樣受體信號傳導可以促進促炎性趨化因子的轉錄,包括白細胞介素-1、白細胞介素-6、白細胞介素-8和腫瘤壞死因子-α以及一氧化氮合酶等介質[43],其中一氧化氮和環氧化酶-2的產生會分別導致食管下括約肌松弛和胃排空減慢,進而導致GERD的發生[44]。宿主對革蘭陰性菌固有脂多糖升高的反應導致上皮細胞核因子-κB活化。核因子-κB分子途徑是對有害刺激的初始反應步驟,并承擔上調炎癥反應、先天性免疫反應、適應性反應、凋亡抑制、細胞增殖和分化的作用[44]。核因子-κB激活導致白細胞介素-1B和白細胞介素-8的表達增加,形成正反饋環,引發巴雷特食管更穩健的先天免疫應答[44]。此外,革蘭陰性菌脂多糖的表達以及隨后Toll樣受體4-核因子-κB通路的激活與白細胞介素-8和環氧化酶-2的表達有關。這兩者的水平與化生向異型增生轉變直接相關[45]。

食管腫瘤組織的微生物群已被表征為受口腔微生物群和源自口腔牙周病相關物種的嚴重影響[35]。然而,即使在ESCC和EAC之間,微生物群也存在差異。具體到比較明確的物種而言,福賽斯坦納菌與EAC之間存在關系,而牙齦卟啉單胞菌與ESCC的風險增加相關[35]。在一項關于福賽斯坦納菌和牙齦卟啉單胞菌在食管癌發病機制中作用的綜述中,描述了二者在負責癌癥發展信號通路中的作用[46]。福賽斯坦納菌通過增加癌細胞中葡萄糖轉運蛋白-1和葡萄糖轉運蛋白-4的表達促進了癌細胞的營養供應和細胞增殖,并通過CD4+ T輔助細胞和腫瘤壞死因子-α誘導促炎細胞因子干擾宿主的表皮屏障并誘導炎癥[46];而牙齦卟啉單胞菌產生的牙齦卟啉單胞菌素K通過降解免疫球蛋白和補體(C3和C5成分)影響宿主免疫系統[47],同時也促進了基質金屬蛋白酶的產生,這對于ESCC的發展起著重要作用[46]。

4 問題及展望

口腔微生物群和食管疾病之間關聯的流行病學調查仍處于早期階段,不僅研究數量有限,而且目前無法確定是否存在因果關系。當前相關研究存在一些問題:首先是樣本收集(包括漱口水、唾液、牙菌斑等)的可變性、研究的橫斷面性質以及研究設計的異質性,對這些研究結果進行直接比較和分析可能具有挑戰性;其次是使用16S rRNA測序作為研究方法,雖然16S rRNA測序現仍是細菌分類學分析的標準,但其在表征病毒和真菌,以及物種水平上細菌的能力不足,并且不能直接評估宿主和微生物之間的功能或相互作用;而宏基因組學和宏轉錄組學不僅能在物種水平上提供有關微生物組成的信息,還可以提供對所涉及代謝途徑的見解[48]。

建立口腔微生物組和食管疾病之間的關聯可以加深對食管疾病的理解,促進新型非侵入性診斷方法的開發,并有可能通過使用藥物或靶向治療來改變口腔微生物組以改善食管疾病的臨床效果。