腸道菌群失調對結直腸癌發(fā)生的影響

鄭晴晴，徐艷麗，常 英*，胡 承

（上海交通大學附屬第六人民醫(yī)院：1消化內鏡室，2內分泌與代謝科，上海 200233）

結直腸癌是世界常見的腫瘤之一，流行病學統(tǒng)計資料顯示全球結直腸癌發(fā)病率男性位于惡性腫瘤第四位，女性位于第三位，每年大約有100萬新發(fā)病例，發(fā)達國家的死亡率近33%，且有逐年增長趨勢，對人類健康造成極大威脅[1,2]。國外研究報道早期結直腸癌5年生存率達80%～90%，而晚期結直腸癌5年生存率不到10%，但只有近40%的患者能夠在早期診斷出結直腸癌，可見早期診斷及預防結直腸癌的重要性[3,4]。結直腸癌的發(fā)生是遺傳、環(huán)境、生活方式等諸多因素的綜合結果。目前，大量研究表明，腸道菌群失調（dysbacteriosis）在結直腸癌發(fā)生中可能起到重要作用，且在早期階段就已發(fā)生，但具體機制尚不明確[5]。本文就腸道菌群與結直腸癌發(fā)生的關系及具體機制進行綜述。

1 腸道菌群與結直腸癌

人類腸道內大約含有1000種、1014個細菌等微生物，是人類真核細胞的10倍以上[6]。腸道菌群與宿主形成共生關系，能夠參與完善腸道免疫系統(tǒng)、修復腸黏膜、增殖和分化上皮細胞、消化食物、降解毒性物質及抵御病原體等，然而腸道菌群失調則可能會導致結直腸癌發(fā)生[6?9]。

研究發(fā)現(xiàn)結直腸癌患者腸道菌群發(fā)生了明顯變化。Sobhani等[10]采用60例結直腸癌患者與119例正常人進行腸道菌群的病例對照研究，結果提示結直腸癌組與正常對照組相比，糞便中擬桿菌屬?普需沃菌（Bacteroides-Prevotella）明顯增加。Chen等[6]采用類似的設計，也證實了上述研究結果，還發(fā)現(xiàn)黏膜相關菌群也發(fā)生了明顯變化。他們認為糞便內細菌可能通過共代謝或參與宿主代謝引起結直腸癌發(fā)生，而黏膜相關細菌可能通過與宿主直接作用促使其發(fā)生。而Scanlan等[11]對結直腸癌、結直腸腺瘤患者及正常人群腸道菌群組成進行研究，結果發(fā)現(xiàn)結直腸腺瘤組與正常組相比菌群組成亦發(fā)生了明顯變化，但結直腸腺瘤組與結直腸癌組相比菌群組成沒有隨著時間推移發(fā)生明顯變化。

Uronis等[12]進一步在動物模型中研究腸道菌群對結直腸癌發(fā)生的影響，他們將致癌劑氧化偶氮甲烷（AOM）暴露于正常有菌小鼠、IL10?/?的易感有菌小鼠及易感無菌小鼠中，結果正常有菌小鼠20%發(fā)生了結直腸腺瘤，易感有菌小鼠62%發(fā)生了結直腸炎和結直腸癌，而且腫瘤呈多樣性、分化程度直接與炎癥分布、嚴重程度有關，易感無菌小鼠無1例腸道炎癥和腫瘤。該實驗提示腸道菌群在啟動腫瘤的發(fā)生中可能起到了重要作用，且炎癥促進了此過程的發(fā)生。Arthur等[13]進行的實驗表明腸道炎癥能夠特異性地促進侵襲性大腸桿菌（pks+E.coli）的增殖，通過改變腸道菌群結構促進腸道腫瘤發(fā)生?？梢姡c道菌群失調在導致結直腸癌的發(fā)生中可能起到了重要作用。

2 腸道菌群失調引起結直腸癌發(fā)生的主要機制

2.1 腸道菌群與腸道遺傳學

腸道菌群失調能夠引起腸黏膜上皮細胞遺傳學變化。Kellermayer等[14]曾用Toll-樣受體2（TLR2）基因敲除小鼠研究菌群失調對腸道黏膜細胞遺傳學的影響，結果發(fā)現(xiàn)腸道黏膜細胞中CpG位點、基因啟動區(qū)及CTCF-結合位點出現(xiàn)異常甲基化，而且Ifit2、spon2、Fas、Anpep及Lgals2等免疫相關基因表達異常。DNA異常甲基化能夠影響細胞循環(huán)、DNA修復、細胞凋亡、血管生成、細胞黏附及侵襲功能，導致細胞異常分化[15]。同時，腸道菌群中擬桿菌屬、梭菌屬、彎曲菌屬等致病菌的大量增加可以引起腸道上皮細胞增殖和癌基因c-Myc表達[7,16?17]。

2.2 腸道菌群與腸道炎癥反應

腸道菌群失調能夠誘發(fā)腸道炎癥[13]，而炎癥性腸病能夠明顯增加結直腸癌發(fā)生率[14,18]。腸道炎癥可刺激中性粒細胞等炎性細胞及IL-6，TNF-α，IL-23，IL-17等炎性介質釋放導致腸黏膜上皮細胞基因突變、DNA損傷、DNA異常甲基化、端粒縮短、細胞衰老，同時增加腸黏膜滲透性，引起腸道微生物產物滲透到黏膜層，加重不正常免疫反應[12,19?20]。炎性介質IL-17與結直腸癌發(fā)生關系密切。腸道菌群失調可通過TLR-MyD88依賴的信號途徑上調腸道上皮細胞IL-17C的分泌，IL-17C則通過自分泌方式誘導Bcl-2和Bcl-xl分泌，促進細胞生存和腫瘤發(fā)生；同時，菌群失調亦可通過刺激IL-23和IL-1β分泌，誘導Th17細胞分泌IL-17A，引起細胞增殖[20]。IL-17還能與TNF-α協(xié)同刺激結直腸癌細胞有氧糖代謝和生長因子分泌促進結直腸癌細胞的生存和增殖[21]。

2.3 腸道菌群與腸道代謝學

腸道菌群失調可以導致腸道代謝紊亂打破腸道微環(huán)境穩(wěn)態(tài)。代謝組學顯示結直腸癌患者癌組織微環(huán)境中葡萄糖和短鏈脂肪酸減少，特別是丁酸鹽、乳酸、氨基酸、脂質及脂肪酸增加[22]。丁酸鹽能夠導致多種腫瘤細胞凋亡，具有抑制結腸細胞硝胺和過氧化氫基因毒性的作用[23?24]。丁酸鹽可通過超活化p300介導的細胞外因子/連環(huán)蛋白信號途徑促進結直腸癌細胞凋亡，丁酸鹽還能夠通過p21WAF1表達減少組蛋白H3乙?；种平Y直腸癌發(fā)生[25?26]。此外，結直腸癌患者腸道中細菌有毒產物明顯增加[7,27]。細菌有毒產物能刺激腸道黏膜發(fā)生炎癥反應，誘導腸道上皮細胞增殖及癌基因c-Myc表達[7]，還能夠將膽汁酸轉化為致癌劑，產生硫化氫，活化偶氮還原酶，分泌亞硝基化合物和氧自由基，抑制解毒功能[11]。

3 某些特異細菌對結直腸癌的影響

關于腸道菌群失調與結直腸癌發(fā)生關系的研究中，部分學者發(fā)現(xiàn)腸道菌群中某些特異細菌對結直腸癌的發(fā)生可能起到了非常重要的作用。關系較為密切的細菌分別表述如下。

3.1 梭菌屬

梭菌屬（clostridium）是一種革蘭陰性專性厭氧菌，通常存在于人類口腔中，是牙菌斑的主要成分，能夠參與多種牙周疾病，人類腸道內梭菌屬含量較少[28]。多個實驗報道結直腸癌患者腸道內梭菌屬明顯增加，與結直腸癌發(fā)生呈正相關[6?7,3]。梭菌屬具有侵襲性和促進炎癥反應的特點，能夠引起腸道炎癥[28]。梭菌內有水解還原酶，可產生基因毒性物質，導致基因突變引起結直腸癌[11]。同時，具核梭菌屬與結直腸癌的淋巴轉移呈正相關[7]。但也有觀點認為梭菌屬可以促進丁酸鹽產生，為腸道上皮細胞提供能量，抑制結直腸癌發(fā)生，所以梭菌屬與結直腸癌的關系尚待進一步研究[28]。

3.2 牛鏈球菌生物型Ⅰ

牛鏈球菌（streptococcus bovis）是一種革蘭陽性菌，分為牛鏈球菌生物型Ⅰ和牛鏈球菌生物型Ⅱ兩種，存在于約10%的人類腸道內[3,4]。自1951年起大量研究指出牛鏈球菌生物型Ⅰ及其感染性心內膜炎與結直腸息肉及結直腸癌發(fā)生密切相關[29]，而且牛鏈球菌生物型Ⅰ與結直腸息肉的關系比結直腸癌更明顯[4]。牛鏈球菌生物型Ⅰ能釋放蛋白，刺激炎癥發(fā)生和使COX-2過度表達，COX-2能夠抑制細胞凋亡，增加血管生成，在結直腸癌中COX-2經常處于高表達狀態(tài)[29]。牛鏈球菌生物型Ⅰ還能合成多種蛋白和多聚糖形成膠囊外殼、膠原結合蛋白和鞭毛，引起菌血癥、心內膜炎和結直腸癌[4]。

3.3 產腸毒素脆弱擬桿菌

脆弱擬桿菌（Bacteroides fragilis）是存在于正常人群和動物腸道內的一種專性厭氧菌，是內源性感染的主要致病菌，而產腸毒素脆弱擬桿菌（enterotoxi-genicB.fragilis，ETBF）與幼兒及動物腹瀉病相關[17]。研究表明ETBF在結直腸癌患者中廣泛增加[17]，能夠促進腸道炎癥及腸道腫瘤發(fā)生[30]。ETBF分泌一種熱不穩(wěn)定金屬蛋白酶毒素，可激活轉錄因子NF-κB，刺激腸道上皮細胞上調炎性趨化因子IL-8、GRO-α、ENA-78DE等的表達，導致腸道黏膜發(fā)生炎癥反應[31]。同時，脆弱擬桿菌腸毒素通過誘導c-IAP-2的產生抑制腸道上皮細胞凋亡，使其有充足的時間激活黏膜炎癥信號通路及增加細菌定植概率[32]，這種毒素還可以通過分解黏連蛋白-E的胞外部分使其降解，引起核內定位的β-連環(huán)蛋白與T細胞依賴性轉錄激活因子結合，導致c-Myc表達，促進結直腸癌發(fā)生[17]。

3.4 侵襲性大腸桿菌

大腸桿菌（Escherichia coli）是自幼存在于人體腸道內的細菌，包括A，B1，B2及D四種種系[33]。結直腸腺瘤或結直腸癌中伴有B2種系E.coli的大量增殖[22]，正常人卻沒有[33]。E.coliB2種系能夠在黏膜組織中表達大量的毒力因子，如產循環(huán)調控蛋白的pks、cnf1及cdt基因，pks能夠合成非核糖體多肽合成酶及聚酮合成酶參與腫瘤發(fā)生的各個階段，cnf可通過激活Rho-GTP酶和刺激細胞由G1期轉向S期，促進細胞增殖，cdt則可引起真核細胞DNA鏈斷裂等，這些作用均促進了腫瘤的發(fā)生、發(fā)展[16,33]。

3.5 人類乳頭狀瘤病毒

人類乳頭狀瘤病毒（human papilloma virus，HPV）是乳頭多瘤空泡病毒科的種屬，是一種嗜上皮性病毒，廣泛分布于人和動物體內，具有高度特異性，分型復雜。曾有9個病例對照研究一致認為，HPV感染與結直腸腺瘤及結直腸癌發(fā)生相關，也有報道指出，21.9%～97.0%的結直腸癌患者中發(fā)現(xiàn)有HPV感染，以HPV16和HPV17型最明顯[29,34]。HPV16的癌基因E7能夠上調p16INK4A的表達，p16INK4A是一種強大的、持續(xù)性的HPV致癌因素，曾經被作為子宮頸癌、口腔高分化鱗癌及肛門直腸上皮內癌的篩選指標[34]。但有研究表明HPV感染與結直腸腺瘤、高分化息肉關系不大[35]。所以，HPV感染與結直腸癌的關系仍需進一步探索。

4 結語及展望

綜上所述，腸道菌群失調可能通過引起腸道上皮細胞基因改變、腸道炎癥反應、腸道微環(huán)境紊亂等機制參與結直腸癌發(fā)生，在結直腸癌的發(fā)生中起到重要作用，是否還存在其他機制參與尚不明確。在大量研究中部分學者發(fā)現(xiàn)某些特異微生物如梭菌屬、牛鏈球菌生物型Ⅰ、產腸毒素脆弱擬桿菌、侵襲性大腸桿菌、HPV等在結直腸癌發(fā)生中可能起到非常重要的作用。但另一方面，也有學者認為結直腸癌的發(fā)生與腸道菌群無關[36]。因此，關于腸道菌群與結直腸癌的關系還需要更大范圍、更大樣本的研究，進一步明確腸道菌群與結直腸癌的相互關系。

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