腸道菌群微生態(tài)與結(jié)直腸癌的研究進(jìn)展*

近年來(lái)結(jié)直腸癌的發(fā)病率逐年升高，據(jù)2018年中國(guó)癌癥中心發(fā)布的最新腫瘤數(shù)據(jù)顯示，結(jié)直腸癌居中國(guó)居民腫瘤發(fā)病率第3位。目前認(rèn)為，結(jié)直腸癌的發(fā)生與多種因素有關(guān)。隨著分子生物學(xué)及宏基因組學(xué)研究的深入，發(fā)現(xiàn)腸道菌群微生態(tài)及其代謝模式的改變?cè)诮Y(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用。

研究表明［1］，年齡、飲食以及生活方式和基因型等因素可引起腸道微生物種群結(jié)構(gòu)和豐度的改變，從而導(dǎo)致腸道菌群微生態(tài)失衡，進(jìn)而破壞細(xì)胞DNA、激活致癌信號(hào)傳導(dǎo)通路，最終影響結(jié)直腸癌的發(fā)生和發(fā)展。通過改變飲食習(xí)慣、合理應(yīng)用抗生素、補(bǔ)充益生菌等方法可改善結(jié)直腸癌患者的腸道菌群微生態(tài)，為結(jié)直腸癌的預(yù)防及治療提供新的思路。本文就腸道菌群微生態(tài)與結(jié)直腸癌的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 腸道菌群微生態(tài)

人體腸道作為一個(gè)多元化的微生態(tài)系統(tǒng)，其中共生著100多萬(wàn)億個(gè)微生物菌群，這些微生物菌群、消化液、上皮細(xì)胞等生物成分以及食源性非生物成分共同組成了腸道微生態(tài)系統(tǒng)。健康人群腸道微生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的菌群以厭氧菌為主，不同菌群之間相互制約，維持著腸道微生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)，共同參與了宿主正常的消化吸收、物質(zhì)代謝及能量轉(zhuǎn)化過程。這些腸道微生物菌群以高密度種群數(shù)量阻止和抑制外來(lái)致病菌的侵入與定植，通過調(diào)動(dòng)調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)和防護(hù)病原體來(lái)維護(hù)腸道黏膜屏障結(jié)構(gòu)的完整性［2-3］。

人體腸道內(nèi)存在大量細(xì)菌，小腸內(nèi)的細(xì)菌較少，跨過回盲瓣后細(xì)菌倍增。從種類看，空腸僅有極少量的需氧菌如鏈球菌、乳酸菌和葡萄球菌；遠(yuǎn)端回腸則以類桿菌、大腸桿菌、芽胞桿菌為代表的厭氧菌為主；結(jié)腸內(nèi)厭氧菌的數(shù)量急劇升高。腸道菌群根據(jù)與人體的關(guān)系分為3大類：對(duì)人體有益的益生菌群如雙歧桿菌、乳酸桿菌等；對(duì)人體有害的致病菌群如梭狀芽孢菌、糞腸球菌等；在某些特定環(huán)境下可危害人體的條件致病菌如大腸桿菌等［4-5］。腸道中不同菌屬的細(xì)菌相互制約，共同維持著腸道微生態(tài)的穩(wěn)定。

2 腸道菌群微生態(tài)失衡及表現(xiàn)

腸道菌群微生態(tài)失衡包括菌群失衡和菌群易位。菌群失衡是指腸道原有菌群發(fā)生改變，益生菌減少和（或）致病菌增多。菌群易位可分為橫向易位和縱向易位。橫向易位指細(xì)菌由原定植處向周圍轉(zhuǎn)移，如下消化道細(xì)菌向上消化道轉(zhuǎn)移，結(jié)腸細(xì)菌向小腸轉(zhuǎn)移，引起如小腸感染綜合征等。縱向易位指細(xì)菌由原定植處向腸黏膜深層乃至全身轉(zhuǎn)移。

影響腸道菌群微生態(tài)失衡的因素包括宿主生活方式或飲食結(jié)構(gòu)改變、免疫缺陷、腸道感染以及服用抗菌藥物等。如高脂飲食或西方膳食結(jié)構(gòu)（高熱量、高蛋白、高膽固醇）可能引起宿主腸道菌群結(jié)構(gòu)改變，從而引起腸道菌群微生態(tài)失衡，后者通過破壞正常組織細(xì)胞DNA，激活致癌信號(hào)傳導(dǎo)途徑，產(chǎn)生促腫瘤代謝物和抑制抗腫瘤免疫反應(yīng)等影響結(jié)直腸癌的發(fā)生和發(fā)展，并可導(dǎo)致宿主出現(xiàn)多種疾病如肥胖、糖尿病以及免疫相關(guān)性疾病等。

3 腸道菌群微生態(tài)與結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展

腸道菌群微生態(tài)失衡時(shí)，腸道內(nèi)致病菌占優(yōu)勢(shì)并且發(fā)生代謝特征變化，釋放的毒素結(jié)合細(xì)胞表面受體繼而影響子細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)；另外腸道細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物可作用于基因易感性宿主，產(chǎn)生免疫應(yīng)答，激活炎癥反應(yīng)。此外，Grivennikov等［6］研究認(rèn)為結(jié)直腸癌的發(fā)生是基因突變和微生物共同作用所致。腸道上皮細(xì)胞基因突變，引起腸上皮細(xì)胞連接蛋白分解和黏液分泌減少，腸道屏障破壞，腸腔細(xì)菌易位至固有層，細(xì)菌及細(xì)菌產(chǎn)物和Toll樣受體結(jié)合，促進(jìn)IL-1、IL-6和IL-23釋放，IL-23活化下游Th17細(xì)胞，其分泌的IL-17進(jìn)而活化STAT3，后者可以調(diào)節(jié)VEGF的表達(dá)影響腫瘤血管形成，促進(jìn)上皮細(xì)胞的增殖、侵襲。該研究提示結(jié)直腸癌的發(fā)生應(yīng)是上皮基因突變、黏膜屏障、腸道菌群和炎癥的綜合作用。

3.1 腸道菌群微生態(tài)失衡直接作用于結(jié)直腸癌病變

腸道微生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)改變以及腸道菌群豐度變化均可引起腸道菌群失調(diào)。腸道菌群失調(diào)后，腸內(nèi)益生菌群如雙岐桿菌、乳桿菌、擬桿菌等減少，致病菌群如產(chǎn)腸毒素脆弱類桿菌、大腸桿菌、艱難梭菌等數(shù)量增加。致病菌分泌大量毒性因子損傷腸上皮細(xì)胞，引發(fā)慢性炎性反應(yīng)，促發(fā)結(jié)直腸癌的發(fā)生［7-8］。

近年隨著微生態(tài)研究方法的發(fā)展，二代、三代測(cè)序技術(shù)及生物芯片技術(shù)已經(jīng)成為腸道微生物研究的重要方法［9］。Gueimonde等［10］研究發(fā)現(xiàn)，與健康人群相比，結(jié)直腸癌患者的腸道菌群具有顯著差異，結(jié)直腸癌患者有更多的腸球菌、鏈球菌、埃希氏桿菌、克雷伯氏桿菌等，同時(shí)羅氏菌和一些產(chǎn)丁酸鹽細(xì)菌則顯著減少。另有研究［11-12］發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌患者腸道內(nèi)富含脆弱擬桿菌、具核梭桿菌等7種細(xì)菌，而微桿菌和芽孢桿菌則顯著減少。這些細(xì)菌微生物可能成為結(jié)直腸癌的潛在的診斷性細(xì)菌標(biāo)志物。

腸道菌群失調(diào)，致病菌可通過激活識(shí)別受體，吸附分泌腸毒素或侵入等方式引起腸道炎癥反應(yīng)［13］，進(jìn)一步誘導(dǎo)腸上皮細(xì)胞的癌基因突變，從而使腸上皮過度增殖，最終可發(fā)展為腫瘤。有研究顯示［14-15］腸道腫瘤的促腫瘤性菌群如埃希桿菌屬通過分泌聚酮肽基因毒素，擬桿菌屬通過分泌活化的氧自由基，從而降低子基因組的穩(wěn)定性，促使細(xì)胞突變和腫瘤的發(fā)生。另有研究顯示［16-17］核粒梭桿菌等促腫瘤性菌群可通過直接調(diào)控腫瘤細(xì)胞本身的信號(hào)通路：如βcatenin、E-cadherin等激活轉(zhuǎn)錄，增加促炎基因（NF-kB和TCF）和致癌基因（Cyclin D1和Myc）的表達(dá)，促發(fā)炎癥反應(yīng)并激活腫瘤細(xì)胞信號(hào)通路，誘發(fā)大腸癌。

3.2 腸道菌群微生態(tài)通過調(diào)控機(jī)體免疫系統(tǒng)影響結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展

腸道菌群微生態(tài)失衡時(shí)，致病微生物及其分泌物可與宿主相應(yīng)受體結(jié)合產(chǎn)生免疫應(yīng)答，或直接產(chǎn)生免疫活性成分，激活炎癥反應(yīng)，調(diào)節(jié)腫瘤血管形成，促進(jìn)腫瘤上皮細(xì)胞的增殖、侵襲。一項(xiàng)關(guān)于炎性結(jié)腸癌模型的研究發(fā)現(xiàn)，保持腸道菌群微生態(tài)平衡可以保護(hù)腸道上皮免受損傷，而這種保護(hù)作用部分通過配體識(shí)別信號(hào)通路發(fā)揮作用［18］。

腸道菌群紊亂時(shí)不僅腸道有害菌增加，同時(shí)腸上皮細(xì)胞高表達(dá)IL-17C，此分子可以抑制腸道上皮細(xì)胞的凋亡，促進(jìn)腸道上皮異常增生，最終可誘發(fā)結(jié)直腸癌的發(fā)生［19］。另外，腸道致病菌與腸上皮接觸后，通過Toll樣受體TLR和My D88通路高表達(dá)IL-17C，進(jìn)而促進(jìn)抗凋亡分子Bcl-2和Bcl-xL的高表達(dá)，抑制腸道上皮細(xì)胞凋亡，促進(jìn)腫瘤發(fā)展?；诖耍ㄟ^減少腸道菌群失調(diào)引起的慢性炎性反應(yīng)，阻斷致病菌群的效應(yīng)分子，可明顯減少致癌因子的過度分泌，降低結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展。此外，有研究顯示［20］致病菌具核梭桿菌能抑制T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)，促進(jìn)結(jié)直腸癌腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)，且其DNA含量與結(jié)直腸癌患者的較短生存相關(guān)，是一種潛在的預(yù)后預(yù)測(cè)標(biāo)記物。

3.3 腸道菌群通過調(diào)節(jié)機(jī)體代謝間接影響結(jié)直腸癌細(xì)胞

腸道菌群的種類、數(shù)量可直接影響腫瘤的發(fā)生和發(fā)展，而腸道菌群也可通過調(diào)節(jié)機(jī)體代謝間接影響結(jié)直腸癌細(xì)胞。與此同時(shí)在腫瘤生長(zhǎng)過程中，腫瘤細(xì)胞通過下調(diào)有益菌群的代謝產(chǎn)物來(lái)逃逸其對(duì)腫瘤的殺傷作用。有益菌群經(jīng)發(fā)酵作用后可產(chǎn)生短鏈脂肪酸（short-chain fatty acid，SCFA），常見SCFA包括乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽等。其中丁酸鹽進(jìn)入腫瘤細(xì)胞核內(nèi)可發(fā)揮組蛋白去乙?；敢种苿┑淖饔茫M(jìn)而發(fā)揮抗腫瘤的作用［21］。

G蛋白偶聯(lián)受體43（G protein-coupled receptor 43，GPR43）與GPR109A為SCFA的主要受體之一，是介導(dǎo)細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)物SCFA抑癌作用的重要分子［22］。有研究顯示［23］，在結(jié)直腸癌細(xì)胞中若再次表達(dá)GPR109A，可上調(diào)促凋亡因子的表達(dá)，下調(diào)腫瘤增殖相關(guān)基因的表達(dá)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡，減少腫瘤細(xì)胞的定植和生長(zhǎng)。另有研究顯示［24］，GPR43在結(jié)腸癌原發(fā)灶和轉(zhuǎn)移灶中的表達(dá)均明顯降低。結(jié)腸癌細(xì)胞株中若異位表達(dá)GPR43，將導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯，最終引起腫瘤細(xì)胞的凋亡。有研究者［25］發(fā)現(xiàn)在結(jié)腸腫瘤細(xì)胞中，易位表達(dá)SCFA的鈉離子偶聯(lián)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，可以通過蛋白質(zhì)相互作用將細(xì)胞核內(nèi)的凋亡抑制蛋白survivin易位至細(xì)胞膜上，通過抑制其生存素的轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的凋亡。

3.4 腸道菌群與結(jié)直腸癌的治療

一直以來(lái)，研究者們均嘗試?yán)梦⑸鷳B(tài)制劑治療和預(yù)防腫瘤［26］。目前主要的微生態(tài)制劑包括益生菌及其代謝產(chǎn)物和生長(zhǎng)促進(jìn)因子。至今已開發(fā)出的微生態(tài)制劑主要有益生菌、益生元和合生元［27］。益生菌指對(duì)人體有益的活的微生物，應(yīng)用最廣泛的有乳酸菌、雙歧桿菌、酪酸梭菌等。益生元指能被人體消化的低聚糖如菊糖、果糖寡聚體等，益生元可刺激有益共生菌群生長(zhǎng)。合生元是益生菌和益生元的混合制劑，其既可發(fā)揮益生菌的生理活性，又能選擇性地增加益生菌數(shù)量，使其作用更加顯著和持久。研究發(fā)現(xiàn)［28］，微生態(tài)制劑特別是益生菌可通過刺激機(jī)體的免疫應(yīng)答，增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的吞噬活性，促進(jìn)腫瘤壞死因子-α、干擾素-γ、白細(xì)胞介素-12、一氧化氮等細(xì)胞因子發(fā)揮抗腫瘤作用。體外研究發(fā)現(xiàn)［29-30］，聚酵素芽孢桿菌能夠黏附在結(jié)腸癌細(xì)胞表面，劑量依賴性地抑制結(jié)腸癌細(xì)胞的增殖；青春雙歧桿菌可以抑制人結(jié)腸癌細(xì)胞SW480、HT29、Caco2增殖，從而改變細(xì)胞形態(tài)來(lái)抑制腫瘤生長(zhǎng)；乳酸菌衍生的聚磷酸酯可以誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞凋亡。體外研究還發(fā)現(xiàn)［31］酪酸梭菌能夠抑制人結(jié)腸癌SW480細(xì)胞的增殖，誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞凋亡和細(xì)胞周期阻滯。因?yàn)槿梭w的有效益生菌較難獲取，因此目前微生態(tài)制劑還達(dá)不到臨床抗腫瘤治療的目的。

近年來(lái)較為熱門的排泄物移植技術(shù)（fecal micro?biota transplantation，F(xiàn)MT）是通過提取健康人的排泄物濾液，注入患者腸道內(nèi)來(lái)治療慢性結(jié)腸炎、糖尿病等疾病的一種新型技術(shù)。該技術(shù)較益生菌及益生元治療有其個(gè)體化的優(yōu)勢(shì)及較豐富菌群和較高豐度等特點(diǎn)，臨床上也顯示利用FMT法治療可以改善結(jié)腸癌患者病情，減輕化療不良反應(yīng)，但仍存在許多問題亟待解決，如排泄物濾液的獲取與保存、如何有效提高抗腫瘤療效等。理論上說(shuō)，若能在早期有效干預(yù)和平衡腸內(nèi)細(xì)菌群的微生態(tài)，正向調(diào)控微生態(tài)與宿主關(guān)系的發(fā)展，就能較早有效地抑制腫瘤發(fā)生。

腸道微生態(tài)與機(jī)體本身的生活方式和飲食習(xí)慣有著密切的聯(lián)系，良好的生活方式能促進(jìn)有益菌群的生長(zhǎng)，抑制致病菌群。通過增加膳食纖維，適當(dāng)降低蛋白質(zhì)類物質(zhì)的攝入，合理應(yīng)用抗生素等改變可有效防止機(jī)體免疫系統(tǒng)的激活，降低細(xì)胞基因組的不穩(wěn)定性，預(yù)防腸道腫瘤的發(fā)生。還需進(jìn)一步明確腸道菌群微生態(tài)與結(jié)直腸癌的相互作用的分子機(jī)制，以及腸道菌群微生態(tài)與腫瘤微環(huán)境的關(guān)系。

4 結(jié)語(yǔ)

腸道菌群微生態(tài)與結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展的關(guān)系以及在結(jié)直腸癌治療中的應(yīng)用前景，近年來(lái)已成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。但仍有許多問題未得到完全闡明，如環(huán)境因素如何改變腸道菌群的微生態(tài)；致病菌群如何導(dǎo)致結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展；腸道修復(fù)與菌群相互作用的具體機(jī)制等。這其中復(fù)雜又精細(xì)的相互作用亟待解釋，有望研究出針對(duì)腸道微生物群新的結(jié)直腸癌預(yù)防和治療策略。