胃內(nèi)微生態(tài)與胃癌關(guān)系的研究進(jìn)展

劉晨晨，張振玉

南京醫(yī)科大學(xué)附屬南京醫(yī)院(南京市第一醫(yī)院)消化科，江蘇 南京210006

胃癌是世界第四大高發(fā)腫瘤、第二大致死性腫瘤，每年新發(fā)病例約70 萬，5 年生存率為20% ～40%［1］。胃癌的危險(xiǎn)因素包括幽門螺桿菌(H. pylori)感染、吸煙、不良飲食習(xí)慣等［2］，其中H.pylori 感染是胃癌的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。胃內(nèi)高酸性環(huán)境不適合細(xì)菌生長(zhǎng)，但二代DNA 測(cè)序技術(shù)結(jié)果顯示，胃內(nèi)除了H.pylori 外還有很多其他細(xì)菌，胃內(nèi)菌群的種類遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)培養(yǎng)方法所檢測(cè)的范圍［3］。多項(xiàng)研究顯示，胃內(nèi)除了H. pylori以外的其他細(xì)菌可能也參與了胃癌的發(fā)病。本文就胃內(nèi)微生態(tài)與胃癌關(guān)系的研究進(jìn)展作一概述。

1 H.pylori 對(duì)胃內(nèi)微生態(tài)的影響

人胃內(nèi)pH 1 ～2，不適合細(xì)菌定植，既往認(rèn)為胃是一個(gè)無菌的器官;但最近應(yīng)用高通量測(cè)序技術(shù)和宏基因組學(xué)方法研究顯示，胃內(nèi)除H. pylori 外還有很多其他細(xì)菌。常見的人類胃內(nèi)菌群有5 大門類:擬桿菌、厚壁菌、變形菌、放線菌和梭桿菌，目前已經(jīng)確認(rèn)的有100 多個(gè)亞類的細(xì)菌［3］。H.pylori 是革蘭陽性菌，人群中有50%的感染率;H.pylori 感染后胃內(nèi)酸度降低、胃內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)吸收和免疫反應(yīng)過程發(fā)生紊亂，胃內(nèi)微生態(tài)容易發(fā)生變化而引起慢性胃炎、消化性潰瘍、胃癌等［4］。但在未感染H.pylori 的人群和小鼠也可以發(fā)生胃炎，提示H.pylori 只是引起胃炎的微生物之一。研究顯示非H.pylori 菌群及其產(chǎn)物可以作為持續(xù)的抗原刺激加劇H.pylori 感染引起的炎癥反應(yīng)，H.pylori 和非H.pylori 的混合感染協(xié)同促進(jìn)萎縮性胃炎的發(fā)生［5］。

研究顯示抗生素可以改變C57BL/6 小鼠胃內(nèi)菌群的組成，服用抗生素組的小鼠與對(duì)照組相比，在H.pylori感染時(shí)的炎癥反應(yīng)較輕［6］;同時(shí)前者胃內(nèi)梭菌屬Ⅳ型和ⅩⅣa 型細(xì)菌數(shù)量增加，這些細(xì)菌可以增強(qiáng)胃黏膜中Treg 細(xì)胞的反應(yīng)性［7］。在轉(zhuǎn)胰島素-胃泌素(INS-GAS)基因小鼠中，H.pylori 定植引起厚壁菌數(shù)量增加，擬桿菌數(shù)量減少［8］。蒙古沙鼠胃內(nèi)pH 值＜2，無食糞癖，與人類胃內(nèi)環(huán)境相似，是研究H.pylori 等菌群致病機(jī)制的有效模型;蒙古沙鼠胃中乳桿菌屬的定植非常普遍［9］，未感染H. pylori 的蒙古沙鼠胃內(nèi)主導(dǎo)菌群是乳桿菌屬，與小鼠模型中結(jié)果一致［10-11］。有研究［11］顯示蒙古沙鼠在感染H. pylori 后乳桿菌數(shù)量下降，但該研究樣本量較小、細(xì)菌的檢測(cè)方法也有局限性。應(yīng)用qPCR 技術(shù)研究蒙古沙鼠感染H. pylori 1 年后胃內(nèi)菌群的變化，結(jié)果顯示實(shí)驗(yàn)組中蒙古沙鼠胃內(nèi)H.pylori 定植的成功率是45%，成功定植H. pylori 的蒙古沙鼠胃內(nèi)梭菌屬數(shù)量較少;未成功定植H. pylori的沙鼠胃內(nèi)梭菌屬和雙歧桿菌屬數(shù)量較少。未感染H.pylori 的蒙古沙鼠胃內(nèi)主導(dǎo)菌群是乳桿菌屬，其次是腸球菌，奇異菌屬和梭菌屬數(shù)量相當(dāng)［10］。H. pylori定植對(duì)小鼠胃內(nèi)菌群的影響取決于多個(gè)因素，如小鼠的遺傳背景、H. pylori 的種類、感染時(shí)間的長(zhǎng)短等。Bik 等［3］應(yīng)用克隆技術(shù)的研究顯示，H.pylori 的定植對(duì)成人胃內(nèi)菌群的組成沒有影響。但應(yīng)用基因芯片技術(shù)的研究顯示，與未感染H. pylori 的成人相比，感染H.pylori的成人胃內(nèi)螺旋菌、非H.pylori 變形菌的數(shù)量增加，而放線菌、擬桿菌、厚壁菌的數(shù)量減少［12］。這些研究結(jié)果的差異可能與研究者選用的檢測(cè)細(xì)菌的方法有關(guān)。胃內(nèi)菌群之間可能通過競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)、生存空間，影響抑菌肽分泌、改變宿主胃內(nèi)環(huán)境等而相互影響，進(jìn)而對(duì)胃癌病程產(chǎn)生作用［13］。目前僅有少量關(guān)于H.pylori對(duì)人胃內(nèi)菌群影響的研究［14］，更多的應(yīng)用測(cè)序技術(shù)的研究亟待進(jìn)行。

2 根除H.pylori 對(duì)胃內(nèi)微生態(tài)的影響

H.pylori 不僅存在于人類，也存在于很多哺乳動(dòng)物和鳥類中;遺傳學(xué)的研究顯示，H.pylori 菌株遺傳多樣性與人類的遺傳多樣性的變化類似，提示H. pylori與人類的共同進(jìn)化至少始于6 萬年前人類從東非向外遷徙［15］。因此，H.pylori 在胃內(nèi)定植有悠久的歷史，可視為是人胃內(nèi)微生態(tài)的正常組成部分?，F(xiàn)代醫(yī)療主張根除H. pylori，抗生素和抑酸劑的應(yīng)用影響了胃內(nèi)正常的生理和免疫功能。

兒童時(shí)期感染H.pylori 后通過誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞(Tregs)而保護(hù)機(jī)體不受過敏性和自身免疫性疾病的侵襲;H. pylori 感染可以誘導(dǎo)胃黏膜局部和全身很強(qiáng)的Treg 細(xì)胞反應(yīng)［16］。H. pylori 定植后引起胃黏膜萎縮，導(dǎo)致產(chǎn)生胃酸的壁細(xì)胞減少而使胃內(nèi)pH 值升高。胃幽門部產(chǎn)生胃泌素可以引起饑餓感和進(jìn)食活動(dòng)，感染H.pylori 的人群由于胃黏膜萎縮胃泌素水平下降，而根除H.pylori 可以增加胃泌素水平。研究顯示，根除H.pylori 與體質(zhì)量的增加有關(guān)，感染H. pylori 的成人較未感染成人的體質(zhì)量指數(shù)(BMI)低［17］。現(xiàn)有的證據(jù)提示，胃內(nèi)H. pylori 的缺失與代謝性疾病如肥胖和2 型糖尿病有關(guān)。

3 H.pylori 在胃癌中的作用

胃癌是世界范圍內(nèi)第四大惡性腫瘤，第二大致死性腫瘤［1］;H.pylori 有明確的致炎和致癌作用，被列為Ⅰ類致癌因子。影響胃癌發(fā)病的因素包括H.pylori 菌株的毒力、感染時(shí)間的長(zhǎng)短、宿主的遺傳背景、飲食等［18］。H.pylori 的種系差別是胃癌風(fēng)險(xiǎn)的強(qiáng)烈提示因素，與亞洲種系的H.pylori 相比，歐洲種系的H. pylori與高分化胃癌的相關(guān)性更強(qiáng)［19］。H.pylori 主要是通過其毒力因子如空泡毒素相關(guān)蛋白A(VacA)、細(xì)胞毒素相關(guān)蛋白(CagA)、脂多糖及感染后引起炎癥和免疫反應(yīng)等參與胃癌的發(fā)病［20］。

VacA 蛋白存在于所有H. pylori 菌株中，VacA 通過干擾線粒體的功能而促進(jìn)胃黏膜上皮細(xì)胞凋亡，進(jìn)而誘導(dǎo)宿主細(xì)胞形成空泡，VacA 可以結(jié)合CD4+T 細(xì)胞，內(nèi)化后阻礙激活的T 細(xì)胞轉(zhuǎn)錄核因子(NFAT)的脫磷酸化作用;磷酸化的NFAT 位于胞液中，無法激活其靶基因及其受體基因，抑制了抗原依賴性T 細(xì)胞的增殖［21］。VacA 可以誘導(dǎo)樹突細(xì)胞表達(dá)及釋放IL-10和IL-18 等抗炎因子，這些炎癥因子可以促進(jìn)Treg 細(xì)胞分化而產(chǎn)生免疫抑制作用。VacA 的免疫抑制效應(yīng)促進(jìn)H.pylori 躲避宿主免疫系統(tǒng)的攻擊，促進(jìn)胃癌細(xì)胞的存活［22-23］。而Cag 毒力島中的基因只存在部分H.pylori 菌株中，其編碼的蛋白形成Ⅳ型細(xì)菌分泌系統(tǒng)，可以將細(xì)菌成分注入宿主細(xì)胞。CagA 蛋白可以引起胃黏膜上皮細(xì)胞伸長(zhǎng)、排列不規(guī)則、細(xì)胞極性喪失等畸變。轉(zhuǎn)CagA 基因小鼠胃黏膜上皮細(xì)胞增殖增強(qiáng)，促進(jìn)胃癌發(fā)生;因此CagA 被列為細(xì)菌性致癌蛋白［24］。除了CagA 蛋白自身外，Ⅳ型細(xì)菌分泌系統(tǒng)還將H.pylori 的肽聚糖注入胃黏膜上皮細(xì)胞中，激活磷脂酰肌醇3 激酶(PI3K)信號(hào)通路，促進(jìn)細(xì)胞遷移和腫瘤發(fā)生［25］。

4 胃內(nèi)其他菌群在胃癌中的作用

胃內(nèi)菌群可能通過影響胃的生理和免疫功能影響疾病的進(jìn)程，H. pylori 感染及其他因素如自身免疫性胃炎導(dǎo)致的胃黏膜萎縮是胃癌發(fā)病過程中的重要環(huán)節(jié)［26］。盡管根除H. pylori 可以推遲胃黏膜已經(jīng)萎縮的患者發(fā)生胃癌的時(shí)間，但不能阻止此類患者胃癌的發(fā)病;而在胃黏膜發(fā)生萎縮之前根除H. pylori 可能阻止胃癌的發(fā)?。?4］。胃內(nèi)其他菌群和H. pylori 協(xié)同促進(jìn)胃癌的發(fā)生。

4.1 相關(guān)的體外研究證據(jù) H. pylori 可以加速轉(zhuǎn)INS-GAS 基因小鼠胃上皮內(nèi)瘤變的進(jìn)程;轉(zhuǎn)INS-GAS基因小鼠于注射H.pylori 后8 周給予抗生素的抗腫瘤效果明顯好于12 周和22 周;同樣的根除H. pylori 療法在未感染H.pylori 的轉(zhuǎn)INS-GAS 基因小鼠中起到了明顯延緩腫瘤進(jìn)程的作用［27］。在感染H. pylori 和未感染H.pylori 的小鼠中早期應(yīng)用抗生素能更有效預(yù)防胃癌，原因可能是早期應(yīng)用抗生素也殺滅了其他有致癌潛能的微生物。Lertpiriyapong 等［28］在轉(zhuǎn)INS-GAS基因無菌小鼠中僅定植改良瓊脂培養(yǎng)(ASF)的3 種細(xì)菌，即ASF519 梭菌屬、ASF361 乳桿菌屬和ASF 擬桿菌屬，形成限菌(rASF)小鼠模型;與無菌轉(zhuǎn)INS-GAS基因小鼠相比，rASF 小鼠胃黏膜中有明顯的病理變化過程，包括胃竇部炎癥、上皮高度增生和不典型增生。盡管兩組小鼠在注射H.pylori 7 個(gè)月后都沒有發(fā)展成胃癌，rASF 小鼠與清潔級(jí)(SPF)未感染H. pylori 的小鼠有相似的病理變化。46%的rASF 小鼠、53%注射腸道細(xì)菌和H.pylori 的小鼠在菌群定植7 個(gè)月后發(fā)展成了胃癌，而單獨(dú)感染H.pylori的小鼠則沒有發(fā)展成胃癌。定植H.pylori 的雄性小鼠，無論是rASF 小鼠還是定植腸道細(xì)菌的小鼠都出現(xiàn)了胃黏膜局部和全身性促炎因子及癌癥相關(guān)基因表達(dá)增強(qiáng)的現(xiàn)象。提示單獨(dú)H.pylori 感染并不足以使胃癌發(fā)病，也不是胃癌發(fā)病的必要條件，其他菌群也參與了胃癌的發(fā)病。Lofgern等［8］的研究顯示，無菌轉(zhuǎn)INS-GAS 基因小鼠發(fā)生萎縮性胃炎和上皮內(nèi)瘤樣病變的時(shí)間比SPF 級(jí)轉(zhuǎn)INS-GAS基因小鼠要遲;與始終無菌的小鼠相比，小鼠單獨(dú)感染H.pylori 加速了胃黏膜萎縮和癌變的進(jìn)程，但是與混合感染H. pylori 和其他細(xì)菌的小鼠相比，單獨(dú)感染H.pylori的小鼠胃炎程度較輕、腫瘤發(fā)生的時(shí)間較遲。且雄性轉(zhuǎn)INS-GAS 基因小鼠比雌性小鼠的胃內(nèi)病變程度重，胃癌發(fā)生時(shí)間也較早，這點(diǎn)與人群中胃癌男性多于女性的現(xiàn)象類似。以上研究結(jié)果提示胃內(nèi)其他菌群與H.pylori 可以協(xié)同促進(jìn)胃癌發(fā)病，胃內(nèi)其他菌群也參與了胃癌的發(fā)病過程。

4.2 相關(guān)的臨床研究證據(jù) Mowat 等［29］比較了根除H.pylori 療法中常用的質(zhì)子泵抑制劑奧美拉唑在感染H.pylori 和未感染H.pylori 人群中的作用，服藥期間，與未感染人群相比，感染H.pylori 的人群胃內(nèi)pH 值較高，胃內(nèi)定植的非H. pylori 菌群比例較高。一些非H.pylori菌群，包括產(chǎn)生亞硝基的菌群，能夠?qū)⑽敢褐械膩喯趸秃衔镛D(zhuǎn)化成有潛在致癌作用的亞硝基化合物。健康人胃內(nèi)由于胃酸的作用，亞硝酸鹽水平很低而檢測(cè)不到，但是在胃酸過少時(shí)亞硝酸鹽水平增加。這可能是胃黏膜萎縮性病變和胃癌的聯(lián)系之一，潛在機(jī)制可能是胃內(nèi)菌群可以產(chǎn)生的具有DNA 損傷作用的活性氧和活性氮，從而促進(jìn)了胃癌的發(fā)病。

隨著大量臨床和基礎(chǔ)研究的進(jìn)行，對(duì)胃內(nèi)菌群在胃部疾病中作用的認(rèn)識(shí)逐漸深入，明確了H. pylori 引起的慢性胃炎在胃癌發(fā)病過程中的重要作用。近來，隨著高通量測(cè)序技術(shù)的興起，與人類健康息息相關(guān)的胃腸道微生態(tài)領(lǐng)域逐漸被關(guān)注，胃內(nèi)其他菌群在胃癌中的作用逐漸被重視。但上消化道菌群的特征尤其是構(gòu)成胃內(nèi)微生態(tài)菌群的研究進(jìn)展不明顯，胃內(nèi)其他菌群在H.pylori 感染相關(guān)胃疾病如胃癌中的作用尚不明確;這些菌群增強(qiáng)了H.pylori 毒力還是抑制了H.pylori的毒力?或是H.pylori 影響了胃內(nèi)其他菌群進(jìn)而促進(jìn)胃癌發(fā)生?胃內(nèi)微生態(tài)在胃癌發(fā)病中的作用研究還處于起步階段，更多的關(guān)于胃內(nèi)微環(huán)境-宿主-環(huán)境之間相互作用的研究亟待進(jìn)行，闡明這一作用必將為胃癌的診斷和治療提供新的思路和希望。

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