糞菌移植與肝癌

張 磊，劉 超

糞菌移植與肝癌

張 磊，劉 超

肝癌；腸道菌群；糞菌移植

人體胃腸道棲息著大量的、種類繁多的微生物，其中最主要的是細(xì)菌，我們稱之為腸道菌群。作為人體最復(fù)雜的微生態(tài)系統(tǒng)之一，腸道菌群對(duì)人類健康有著重要的影響。通過(guò)與腸粘膜相互作用，腸道菌群參與機(jī)體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的新陳代謝和免疫調(diào)節(jié)等過(guò)程[1]。不僅如此，腸道菌群和人體疾病的發(fā)生發(fā)展亦有重要的聯(lián)系[2]。腸道菌群失調(diào)不僅打破了所處腸道微環(huán)境的動(dòng)態(tài)平衡，直接導(dǎo)致腸道疾病，而且可以間接影響到遠(yuǎn)隔器官的病理生理變化[3-5]。腸道與肝臟在解剖和功能上存在著緊密聯(lián)系，腸道微生態(tài)失衡與肝臟疾病的發(fā)展密切相關(guān)。越來(lái)越多的研究表明腸道與肝臟之間的相互作用參與到包括肝癌在內(nèi)的慢性肝病的發(fā)展過(guò)程[6-8]，但其與肝癌的關(guān)系至今尚無(wú)定論。

1 腸道菌群與肝臟

1.1 腸粘膜屏障 腸粘膜屏障是指腸道能夠阻止腸內(nèi)有害物質(zhì)穿過(guò)腸粘膜進(jìn)入其他組織、器官的結(jié)構(gòu)和功能的總和[9，10]。正常腸粘膜屏障由完整的彼此緊密連接的腸粘膜上皮、腸道粘液層、潘氏細(xì)胞（Paneth cells）和杯狀細(xì)胞（Goblet cells）、腸粘膜淋巴組織和腸道內(nèi)漿細(xì)胞分泌型免疫球蛋白（IgA）等構(gòu)成[10]。腸道菌群與腸道形成了一個(gè)相互依賴、相互作用的微生態(tài)系統(tǒng)。在通常情況下，腸道內(nèi)微生物群構(gòu)成一個(gè)對(duì)抗病原體的重要的保護(hù)屏障。當(dāng)腸道微生態(tài)的穩(wěn)定性遭到破壞后，可導(dǎo)致腸道中潛在病原體的入侵和異位定植。

1.2 腸道穩(wěn)態(tài) 腸道穩(wěn)態(tài)是宿主（人體腸黏膜屏障）、腸道內(nèi)環(huán)境（腸道微生物群）、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物等相互作用所構(gòu)成的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，而這種穩(wěn)態(tài)對(duì)維持正常生理功能、調(diào)節(jié)機(jī)體免疫以及拮抗病原微生物異位定植等方面都發(fā)揮了重要作用。腸道微生物與宿主之間處于動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，兩者能夠和諧共生，而一旦這樣的平衡被打破，便會(huì)對(duì)人體造成損害。

1.3 “腸-肝軸” 腸道與肝臟之間存在解剖和功能方面的緊密聯(lián)系。肝臟在通過(guò)門靜脈獲得營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的同時(shí)，也吸收了腸道細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物。腸道菌群的代謝產(chǎn)物通常都會(huì)被肝臟代謝，同時(shí)這些代謝產(chǎn)物還可以影響肝細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、肝巨噬細(xì)胞（Kupffer cells）和肝星狀細(xì)胞（hepatic stellate cells，HSCs）等的活性[11，12]。此外，腸道菌群的種類和數(shù)量的變化還可以導(dǎo)致腸道通透性的增加以及腸源性內(nèi)毒素的吸收，這個(gè)過(guò)程反過(guò)來(lái)又可以誘導(dǎo)肝細(xì)胞變性。腸道菌群是膽汁酸肝腸循環(huán)的關(guān)鍵，它們能將肝臟排入腸道的初級(jí)膽汁酸轉(zhuǎn)變?yōu)榇渭?jí)膽汁酸，彌補(bǔ)肝細(xì)胞合成膽汁酸能力的不足。研究人員把腸道和肝臟之間的這種相互作用稱為“腸-肝軸（gut-liver axis）”[13]?！澳c - 肝軸”的概念已擴(kuò)展至代謝、免疫、腫瘤等諸多領(lǐng)域[14]。

2 腸道菌群促進(jìn)肝癌發(fā)生發(fā)展的機(jī)制

腸道菌群和腸粘膜屏障改變?cè)诟窝?、肝硬化和肝癌的發(fā)病中可能發(fā)揮重要作用[15]。腸道菌群可通過(guò)多種途徑促進(jìn)肝癌發(fā)展。肝癌的發(fā)生被認(rèn)為是一個(gè)多因素、多途徑和長(zhǎng)期作用的結(jié)果，其病理學(xué)基礎(chǔ)是各種致癌因素引起的慢性肝病，包括酒精性肝病（alcoholic liver disease，ALD）、非酒精性脂肪性肝?。╪onalcoholic fatty liver disease，NAFLD）、慢性病毒性肝炎和肝硬化等，約1/3肝硬化患者最終會(huì)發(fā)展為肝癌[16]。慢性肝病的晚期往往伴隨有腸粘膜屏障和腸道菌群的改變，部分早期慢性肝病患者亦存在腸道穩(wěn)態(tài)失調(diào)，也就是說(shuō)腸道菌群的改變參與了慢性肝病的各個(gè)時(shí)期[7，17，18]。

2.1 微生物相關(guān)模式分子（microbiota-associated molecular patterns，MAMPs）-Toll樣受體（Toll-like receptor，TLR（MAMP TLR）信號(hào)通路介導(dǎo) 慢性肝病影響了腸道菌群的組成以及腸粘膜屏障結(jié)構(gòu)和功能的完整性，進(jìn)一步導(dǎo)致腸道穩(wěn)態(tài)失調(diào)和腸粘膜滲透性增加。目前，針對(duì)慢性肝病“腸-肝軸”功能變化的研究主要集中在細(xì)菌脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）的研究。肝癌患者血漿LPS水平顯著升高[19]，可以間接說(shuō)明腸粘膜滲透性發(fā)生改變。LPS可通過(guò)特異性結(jié)合于TLR，促進(jìn)炎癥反應(yīng)。TLR作為模式識(shí)別受體（pattern recognition receptors，PRRs）的一種，可以識(shí)別MAMPs，由其介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程可活化免疫細(xì)胞，上調(diào)炎癥介質(zhì)的表達(dá)[20]，不僅增加肝纖維化的嚴(yán)重程度，而且促進(jìn)肝癌的發(fā)生發(fā)展[21]。相反，阻斷TLR信號(hào)通路可抑制這一過(guò)程的發(fā)生[8]。Yu[19]研究表明腸源性LPS在炎癥性肝細(xì)胞癌的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。LPS通過(guò)與其受體TLR4結(jié)合，在炎癥細(xì)胞中可引起多種炎癥因子的分泌，促進(jìn)肝細(xì)胞癌發(fā)生發(fā)展。抑制腸道細(xì)菌的異位定植可能會(huì)改善肝硬化患者的肝功能，從而減少腫瘤的發(fā)生發(fā)展。

TLR能表達(dá)于多種肝臟細(xì)胞類型，包括肝細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、Kupffer細(xì)胞和HSC等[22]。腸粘膜滲透性增加導(dǎo)致的血漿LPS水平升高可通過(guò)多種途徑促進(jìn)肝癌的發(fā)生發(fā)展。研究表明，Kupffer細(xì)胞LPS/TLR信號(hào)通路的激活可導(dǎo)致TNF/IL-6依賴的肝細(xì)胞代償性增生，同時(shí)誘導(dǎo)氧化應(yīng)激和凋亡的發(fā)生[19]。此外，LPS/TLR的激活可增強(qiáng)肝癌細(xì)胞侵襲能力，促進(jìn)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）。

2.2 腸道穩(wěn)態(tài)失衡 越來(lái)越多的研究表明腸道穩(wěn)態(tài)失衡可以促進(jìn)肝癌的發(fā)生發(fā)展[22]。肝癌動(dòng)物存在腸道穩(wěn)態(tài)的失衡，腸桿菌科等有害菌顯著增加，而乳酸菌（lactobacillus）和雙歧桿菌（bifidobacterium）等有益菌卻顯著減少[23，24]。不同慢性肝臟疾病腸道菌群構(gòu)成略有差異[25]，但這僅局限于小范圍內(nèi)的結(jié)果，缺乏大規(guī)模臨床研究進(jìn)一步證實(shí)。除此之外，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)上消化道腸道菌群的過(guò)度增殖可能增加了血漿LPS水平[26]，可能與小腸和肝臟的解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)。不僅如此，目前已經(jīng)明確肝硬化患者與健康人群口腔和十二指腸常駐菌群存在明顯差異[25，27]。Zhang[28]通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)青霉素破壞的腸道穩(wěn)態(tài)促進(jìn)肝癌的發(fā)展，而益生菌的干預(yù)可起到一定的拮抗作用?？傊?，腸道菌群的構(gòu)成和數(shù)量的變化均可以促進(jìn)肝硬化的發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)肝癌的發(fā)生發(fā)展。

肥胖和高脂飲食被認(rèn)為是肝癌的主要危險(xiǎn)因素之一，而越來(lái)越多的證據(jù)表明肥胖與腸道菌群相關(guān)[29]。那么，前者是否通過(guò)改變宿主腸道菌群的結(jié)構(gòu)和功能從而影響肝癌的發(fā)生發(fā)展呢？日本學(xué)者Yoshimoto研究發(fā)現(xiàn)高脂飲食會(huì)改變腸道菌群的組成，導(dǎo)致脫氧膽酸（deoxycholic acid，DCA）的生成增多，加重細(xì)胞DNA的損傷，從而增加化學(xué)致癌物暴露小鼠肝癌的發(fā)生率[30]。

3 以腸道菌群為靶向的肝癌治療

目前，肝癌的治療仍以治療原發(fā)疾病為主，缺乏有效的治療方法來(lái)延緩肝癌的進(jìn)展?？紤]到腸道菌群在慢性肝病和肝癌發(fā)病中的作用，以腸道菌群為靶向的治療方案，如益生菌（probiotics）、糞菌移植（fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT）等，給患者帶來(lái)了希望。針對(duì)腸道菌群的治療不僅降低了肝癌潛在的危險(xiǎn)因素，而且可以降低肝纖維化[31]、門靜脈高壓[32]、自發(fā)性腹膜炎[33]和肝性腦病[34]的發(fā)生率。然而，現(xiàn)有研究均以臨床前研究為主，缺乏證據(jù)級(jí)別更高的臨床試驗(yàn)研究。

3.1 糞菌移植 FMT是指將健康人糞便中的功能菌群移植到患者腸道內(nèi)，重建具有正常結(jié)構(gòu)和功能的腸道菌群微生態(tài)的過(guò)程[35]。FMT作為重建腸道微生態(tài)的有效方法，已廣泛應(yīng)用于艱難梭狀芽孢桿菌感染（clostridium difficile infection，CDI）引起的偽膜性腸炎（pseudomembranous colitis，PMC）[35，36]。因此，有科學(xué)家提出了靶向腸道微生態(tài)治療可能阻止肝癌進(jìn)展的科學(xué)設(shè)想[37]。Iida[38]發(fā)現(xiàn)腸道菌群可通過(guò)調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境來(lái)控制腫瘤的治療效果。肝癌作為一種慢性肝病，使用FMT是非常吸引人的防治策略。FMT在慢性肝病的治療中有效，可能通過(guò)恢復(fù)患者的腸道微生態(tài)平衡發(fā)揮作用。FMT同樣有利于延緩肝癌的進(jìn)展[39]，但尚缺乏有效的證據(jù)證明這一假設(shè)[22]。同樣，關(guān)于FMT是否可以引起慢性肝病患者腸道微生態(tài)的持續(xù)性改變?nèi)杂写M(jìn)一步研究。另外，需要特別注意的是，慢性肝病患者往往處于免疫抑制狀態(tài)，因此一旦考慮需要進(jìn)行此類治療時(shí)，篩查包括病毒在內(nèi)的病原體尤其重要。安全性問(wèn)題仍然是我們首先需要考慮的，如果未來(lái)的研究能明確FMT過(guò)程中的有效成分，就會(huì)減少因FMT帶來(lái)的未知病原體感染，同時(shí)也更能夠讓醫(yī)生和患者接受該療法。如果這個(gè)問(wèn)題得以解決，將有利于肝癌患者重建腸道微生態(tài)的研究。

3.2 益生菌的應(yīng)用 目前有多種種類的益生菌可以利用，但作用尚未明確[28]。通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群，增加乳酸菌，抑制具有潛在致病能力的革蘭氏陰性菌的數(shù)量及其生長(zhǎng)，就有可能改善肝硬化患者的肝臟功能。事實(shí)上，喂食乳酸菌的大鼠可以抵抗酒精性肝損傷[40]。在Child-PughB級(jí)或C級(jí)的肝硬化患者，利用乳酸菌為主的多種共生菌聯(lián)合療法能夠明顯改善肝功能[41]。

3.3 抗感染治療 各種致肝纖維化因素所引起的肝硬化與腸源性內(nèi)毒素（主要是LPS）密切相關(guān)。因此，研究抗內(nèi)毒素療法在肝癌的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的作用具有十分重要的意義。臨床上發(fā)現(xiàn)肝硬化患者血漿LPS水平持續(xù)增高，并在早期即顯著高于正常水平。應(yīng)用抗生素作用于肝癌動(dòng)物，在降低血漿LPS的水平的同時(shí)，可明顯抑制肝癌的發(fā)生發(fā)展[19]。在臨床工作中，盡管抗生素能夠有效降低內(nèi)毒素血癥，但因其嚴(yán)重的副作用如腎臟毒性，以及長(zhǎng)期抗生素的治療引起的腸道菌群失調(diào)，其應(yīng)用受到了限制。3.4 TLR信號(hào)通路阻斷劑 TLR信號(hào)通路的活化可促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)，因此以TLR信號(hào)通路作為靶點(diǎn)進(jìn)行腫瘤免疫治療有廣泛的應(yīng)用前景?；贚PS特異性結(jié)合TLR，該類治療藥物可以分為抑制細(xì)菌LPS的藥物和直接作用于TLR本身的藥物。由于長(zhǎng)期抑制TLR信號(hào)通路可造成機(jī)體的免疫抑制，所以到目前為止，針對(duì)TLR信號(hào)通路的治療尚未應(yīng)用于臨床患者，其安全性仍需進(jìn)一步評(píng)估。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，腸道穩(wěn)態(tài)與肝癌的發(fā)生發(fā)展都密切相關(guān)。通過(guò)分析腸道菌群的組成分布、生理生化特征、相關(guān)功能、與宿主之間的相互關(guān)系等，可為后續(xù)研究腸道穩(wěn)態(tài)與肝癌的關(guān)系提供重要的理論依據(jù)。在我們考慮應(yīng)用調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)的相關(guān)治療前，還需要開展更多的基礎(chǔ)和相關(guān)轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究。

[1]Rooks MG，Garrett WS.Gut microbiota，metabolites and host immunity.Nat Rev Immunol，2016，16（6）:341-352.

[2]Schroeder BO，Backhed F.Signals from the gut microbiota to distant organs in physiology and disease.Nat Med，2016，22（10）:1079-1089.

[3]Schwabe RF，Jobin C.The microbiome and cancer.Nat Rev Cancer，2013，13（11）:800-812.

[4]Koeth RA，Wang Z，Levison BS，etal.Intestinalmicrobiota metabolism ofL-carnitine，a nutrientin red meat，promotes atherosclerosis.Nat Med，2013，19（5）:576-585.

[5]Zhu W，GregoryJC，OrgE，etal.Gutmicrobialmetabolite TMAO enhances platelet hyperreactivity and thrombosis risk.Cell，2016，165（1）:111-124.

[6]SchnablB，BrennerDA.Interactionsbetween the intestinal microbiome and liver diseases.Gastroenterology，2014，146（6）:1513-1524.

[7]TaoX，WangN，Qin W.Gutmicrobiotaand hepatocellular carcinoma.Gastrointest Tumors，2015，2（1）:33-40.

[8]Dapito DH，Mencin A，Gwak GY，et al.Promotion of hepatocellular carcinoma by the intestinal microbiota and TLR4.Cancer Cell，2012，21（4）:504-516.

[9]Turner JR.Intestinal mucosal barrier function in health and disease.Nat Rev Immunol，2009，9（11）:799-809.

[10]Peterson LW，Artis D.Intestinalepithelialcells:regulatorsof barrier function and immune homeostasis.Nat Rev Immunol，2014，14（3）:141-153.

[11]Jirillo E，Caccavo D，Magrone T，et al.The role of the liver in the response to LPS:experimentaland clinicalfindings.J Endotoxin Res，2002，8（5）:319-327.

[12]Haque TR，Barritt ASt.Intestinal microbiota in liver disease.Best Pract Res Clin Gastroenterol，2016，30（1）:133-142.

[13]Wiest R，Albillos A，Trauner M，et al.Targeting the gut-liver axis in liver disease.J Hepatol，2017，[ahead of print].

[14]Szabo G.Gut-liver axis in alcoholic liver disease.Gastroenterology，2015，148（1）:30-36.

[15]Mima K，Nakagawa S，Sawayama H，et al.The microbiome and hepatobiliary-pancreatic cancers.Cancer Lett，2017，402:9-15.

[16]El-Serag HB.Hepatocellular carcinoma.N Engl J Med，2011，365（12）:1118-1127.

[17]Fatima N，Akhtar T，Sheikh N.Prebiotics:A novel approach to treat hepatocellular carcinoma.2017，2017:6238106.

[18]Seki E，De Minicis S，Osterreicher CH，et al.TLR4 enhances TGF-beta signaling and hepatic fibrosis.NatMed，2007，13（11）:1324-1332.

[19]Yu LX，Yan HX，Liu Q，et al.Endotoxin accumulation prevents carcinogen-induced apoptosis and promotes liver tumorigenesis in rodents.Hepatology，2010，52（4）:1322-1333.

[20]O'Neill LA，Golenbock D，Bowie AG.The history of Toll-like receptors-redefining innate immunity. Nat Rev Immunol，2013，13（6）:453-460.

[21]Achiwa K，Ishigami M，Ishizu Y，et al.DSS colitis promotes tumorigenesis and fibrogenesis in a choline-deficient high-fat diet-induced NASH mouse model.Biochem Biophys Res Commun，2016，470（1）:15-21.

[22]Yu LX，Schwabe RF.The gut microbiome and liver cancer:mechanisms and clinicaltranslation.NatRev Gastroenterol Hepatol，2017，[ahead of print].

[23]Qin N，YangF，LiA，etal.Alterationsofthehuman gut microbiome in liver cirrhosis.Nature，2014，513（7516）:59-64.

[24]Wei X，Jiang S，Chen Y，et al.Cirrhosis related functionality characteristic of the fecal microbiota as revealed by a metaproteomic approach.BMC Gastroenterol，2016，16（1）:121.

[25]Chen Y，JiF，Guo J，etal.Dysbiosis ofsmallintestinal microbiota in liver cirrhosis and its association with etiology.Sci Rep，2016，6:34055.

[26]Bauer TM，Schwacha H，Steinbruckner B，et al.Small intestinal bacterialovergrowth in human cirrhosis is associated with systemic endotoxemia. Am J Gastroenterol，2002，97 （9）:2364-2370.

[27]Bajaj JS，Betrapally NS，Hylemon PB，et al.Salivary microbiota reflects changes in gutmicrobiota in cirrhosis with hepatic encephalopathy.Hepatology，2015，62（4）:1260-1271.

[28]Zhang HL，Yu LX，Yang W，et al.Profound impact of gut homeostasis on chemically-induced pro-tumorigenic inflammation and hepatocarcinogenesis in rats.J Hepatol，2012，57（4）:803-812.

[29]Hara E.Relationship between obesity，gut microbiome and hepatocellular carcinoma development. Dig Dis，2015，33 （3）:346-350.

[30]Yoshimoto S，Loo TM，Atarashi K，et al.Obesity-induced gut microbial metabolite promotes liver cancer through senescence secretome.Nature，2013，499（7456）:97-101.

[31]Zhu Q，Zou L，Jagavelu K，etal.Intestinaldecontamination inhibits TLR4 dependent fibronectin-mediated cross-talk between stellate cells and endothelial cells in liver fibrosis in mice.J Hepatol，2012，56（4）:893-899.

[32]Steib CJ，Hartmann AC，v Hesler C，et al.Intraperitoneal LPS amplifies portal hypertension in rat liver fibrosis.Lab Invest，2010，90（7）:1024-1032.

[33]Lutz P，Parcina M，Bekeredjian-Ding I，et al.Impact of rifaximin on the frequency and characteristics of spontaneous bacterial peritonitis in patients with liver cirrhosis and ascites.PLoS One，2014，9（4）:e93909.

[34]Bass NM，Mullen KD，Sanyal A，et al.Rifaximin treatment in hepatic encephalopathy. N Engl J Med，2010，362 （12）:1071-1081.

[35]Smits LP，Bouter KE，de Vos WM，et al.Therapeutic potential offecalmicrobiota transplantation.Gastroenterology，2013，145（5）:946-953.

[36]van Nood E，Vrieze A，Nieuwdorp M，et al.Duodenal infusion of donor feces for recurrent Clostridium difficile.N Engl J Med，2013，368（5）:407-415.

[37]Darnaud M，F(xiàn)aivre J，Moniaux N.Targeting gut flora to prevent progression of hepatocellular carcinoma.J Hepatol，2013，58（2）:385-387.

[38]Iida N，Dzutsev A，Stewart CA，et al.Commensal bacteria control cancer response to therapy by modulating the tumor microenvironment.Science，2013，342（6161）:967-970.

[39]Vrieze A，Van Nood E，Holleman F，et al.Transfer of intestinal microbiota from lean donorsincreasesinsulin sensitivity in individuals with metabolic syndrome.Gastroenterology，2012，143（4）:913-916.e917.

[40]Nanji AA，Khettry U，Sadrzadeh SM.Lactobacillus feeding reduces endotoxemia and severity of experimental alcoholic liver（disease）.Proc Soc Exp Biol Med，1994，205（3）:243-247.

[41]Liu Q，Duan ZP，Ha DK，et al.Synbiotic modulation of gut flora:effect on minimal hepatic encephalopathy in patients with cirrhosis.Hepatology，2004，39（5）:1441-1449.

（收稿：2017-08-01）

（本文編輯：陳從新）

Fecal microbiota transplantation in primary liver cancer

Zhang Lei，Liu Chao.Department of Biliary-Pancreatic Surgery，Sun Yat-sen MemorialHospital，Sun Yat-sen University，Guangzhou 510120，Guangdong Province，China

Hepatoma；Gut microbiota；Fecal microbiota transplantation

10.3969/j.issn.1672-5069.2017.06.004

510120廣州市中山大學(xué)孫逸仙紀(jì)念醫(yī)院膽胰外科

張磊，男，29歲，博士研究生，E-mail:dw8316291@163.com

劉超，E-mail:mdliuchao@hotmail.com