益生菌預(yù)防腫瘤作用研究進(jìn)展

王愛云，沈 穎，仲金秋，張婷婷，陳文星，孫志廣，陸 茵

(南京中醫(yī)藥大學(xué) 1.江蘇省中藥藥效與安全性評價重點實驗室、2.江蘇省中醫(yī)藥防治腫瘤協(xié)同創(chuàng)新中心、3.附屬江蘇省第二中醫(yī)院，江蘇 南京 210023)

人體通常攜帶數(shù)十億個細(xì)菌，它們寄居在人體的內(nèi)臟、皮膚、口腔、鼻腔以及生殖系統(tǒng)中，科學(xué)家將其稱為微生物組。經(jīng)過數(shù)百萬年的進(jìn)化，機體及其周圍微生物環(huán)境共同演化為在多種關(guān)系內(nèi)建立的一個復(fù)雜“超級有機體”，這是一個包含共棲、共生和寄生關(guān)系的生態(tài)系統(tǒng)。其中，益生菌是一類對宿主有益的活性微生物，能改善宿主微生態(tài)平衡、對人體發(fā)揮有益作用。

微生物與腫瘤的關(guān)系早就為人所知。1911年，Avian Rous sarcoma virus(RSV) 成為第一個被證實的腫瘤病毒。而上世紀(jì)六十年代發(fā)現(xiàn)的EB病毒是第一個證實的人類腫瘤病毒。幽門螺桿菌也被世界衛(wèi)生組織定義為一類致癌原[1]。由于器官和位置的不同，微生物的群落和數(shù)量也不盡相同[2]，這些差異可能是造成癌癥發(fā)生和癌癥發(fā)生在器官內(nèi)特定位置的原因。例如，大腸中微生物密度比小腸高得多，其癌癥發(fā)病率就較高。在胃腸道，管腔中和黏膜部位菌群也是不同的。雖然許多器官，例如肝臟，不包含已知的微生物，但它們可能通過與腸解剖部位相連而暴露于微生物相關(guān)分子和細(xì)菌代謝產(chǎn)物環(huán)境下[3-4]。

實際上，微生物組和癌癥之間的關(guān)聯(lián)非常復(fù)雜，有些微生物可以促進(jìn)癌細(xì)胞增殖，另一些微生物卻會保護(hù)機體抵御癌癥生長。盡管大多數(shù)研究顯示了細(xì)菌菌群的促腫瘤作用，但也有研究觀察到了益生菌的抗腫瘤作用。2017年，Science子刊《Science Translational Medicine》發(fā)表文章證實，鼠傷寒沙門氏菌經(jīng)基因改造后能夠強效地摧毀小鼠腫瘤[5]。近年來，科學(xué)界對于微生物的研究呈爆發(fā)式的增長，微生物相關(guān)研究逐漸成為抗擊癌癥的前沿。越來越多的研究證明，益生菌具有抗癌作用。在此，本文就益生菌預(yù)防腫瘤的作用進(jìn)行探討。

1 益生菌在腫瘤防治中的作用機制探討

由于99%的微生物都寄居在胃腸道內(nèi)，很多研究集中于探索微生物與結(jié)腸癌的相關(guān)性[6]，也有少部分涉及了乳腺癌、黑色素瘤等腫瘤。在結(jié)直腸癌中，腫瘤抑制機制是由益生菌的多種行為綜合造成的，如改變腸道微生物，使致癌物失活，與腐敗和致病微生物競爭，提高宿主免疫反應(yīng)，通過抗增殖反應(yīng)阻礙腫瘤進(jìn)展，通過調(diào)節(jié)凋亡和細(xì)胞分化抑制腫瘤生長，未消化食物的發(fā)酵，抑制酪氨酸信號通路等。

1.1調(diào)整腸道菌群腸道微生物紊亂與結(jié)腸癌發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。結(jié)直腸癌患者的糞便菌群與常人有明顯差異，這種菌群種類與相對豐度的變化可能影響機體黏膜免疫反應(yīng)。益生菌可以改善腸道菌群，從而降低由某些微生物產(chǎn)生的某些酶如β-葡萄糖醛酸酶和硝基還原酶，這些酶能把腸道前致癌物轉(zhuǎn)換為致癌物。研究證明，補充多種益生菌如乳酸桿菌、雙歧桿菌和嬰兒雙歧桿菌，可以抑制結(jié)腸癌的發(fā)展進(jìn)程[7]。腸道菌群的改變也能夠使未消化的碳水化合物被細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)生的短鏈脂肪酸發(fā)生變化。微生物衍生的短鏈脂肪酸(如丁酸)通過miRNA的調(diào)控，調(diào)節(jié)涉及腸道動態(tài)平衡宿主基因的表達(dá)以及癌變。報道顯示，保加利亞乳酸桿菌(Lactobacillusbugaricus, Lb)的salivarius Ren菌株調(diào)節(jié)結(jié)腸菌群結(jié)構(gòu)和腸腔代謝(增加短鏈脂肪酸水平)，并預(yù)防二甲基肼(dimethylhydrazine, DMH)誘導(dǎo)的大鼠早期大腸癌[8]。Zitvogel等[9]認(rèn)為，腸道內(nèi)特定類型的細(xì)菌參與了微生物的抗腫瘤效應(yīng)。為了驗證這一猜想，他們將特定的微生物(脆弱擬桿菌和/或多形擬桿菌與伯克氏菌)定植到無菌小鼠腸腔內(nèi)。結(jié)果顯示，腸道菌的再生能夠增強免疫檢查點抑制劑的療效。Sivan 等[10]得到了相似的結(jié)論，他們發(fā)現(xiàn)兩株來源不同的同一品系小鼠產(chǎn)生了不同的表型：來自于Jackson 實驗室的小鼠體內(nèi)黑色素瘤的生長速度明顯慢于來自Taconic Farms的小鼠，而將它們共同飼養(yǎng)之后，這一差異便消失了，由此推測腸道微生物種群的差異影響了腫瘤的生長。

1.2益生菌及其細(xì)胞組分具有免疫調(diào)節(jié)作用由于共同黏膜免疫系統(tǒng)的存在，益生菌和發(fā)酵產(chǎn)品的口服給藥可以影響人體不同的黏膜部位。腸道受刺激后，B細(xì)胞和T細(xì)胞可以從淋巴結(jié)遷移到呼吸系統(tǒng)、胃腸道、生殖泌尿道的黏膜，以及外分泌腺，如淚腺、唾液腺、乳腺和前列腺。

多個動物實驗研究表明，益生菌能夠通過調(diào)節(jié)宿主免疫系統(tǒng)，發(fā)揮潛在的預(yù)防結(jié)直腸癌(colorectal cancer, CRC)的作用。小鼠灌胃給予益生菌乳酸菌干酪CRL431能激活乳腺免疫系統(tǒng)發(fā)揮抗腫瘤作用[11]。益生菌能刺激免疫系統(tǒng)發(fā)生高水平的巨噬細(xì)胞活化(腫瘤中的主要浸潤細(xì)胞)，產(chǎn)生高水平的腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)。共生的雙歧桿菌能提高機體抗腫瘤免疫力，并提高抗程序性死亡受體-配體1(programmed death-ligand 1, PD-L1)腫瘤免疫療法的效果[10]。針對細(xì)胞毒T淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原4(cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4,CTLA-4)的抗腫瘤免疫療法也依賴腸道微生物。因此，若罹患某種癌癥的小鼠腸道里沒有細(xì)菌，則針對CTLA-4的抗癌藥無效；反之，如果有某些擬桿菌存在，抗癌藥就有效[9]。

很多研究報道了益生菌對乳腺癌的抑制作用。科研工作者通過對合用益生菌的大豆異黃酮攝取進(jìn)行評價，觀察到高濃度的益生菌能改變異黃酮代謝，經(jīng)常食用含Shirota乳酸桿菌干酪和大豆異黃酮的飲料，可以降低日本婦女的乳腺癌發(fā)病率[12]。有研究評估了牛奶益生菌發(fā)酵的乳酸菌干酪CRL 431對乳腺癌模型小鼠的影響，發(fā)現(xiàn)這種益生菌發(fā)酵乳激發(fā)了小鼠對乳腺癌的免疫反應(yīng)，能抑制或延緩乳腺癌形成。預(yù)防性給予益生菌產(chǎn)物或給予已誘發(fā)出腫瘤的小鼠益生菌產(chǎn)物時，也可以觀察到這種效應(yīng)[13]。

環(huán)磷酰胺是臨床重要的抗癌藥，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)[14]，環(huán)磷酰胺改變小腸微生物群的組成，并誘導(dǎo)特定種類革蘭陽性菌易位至次級淋巴器官。一旦到達(dá)靶器官，細(xì)菌刺激“致病”輔助性T細(xì)胞17 (pathogenic T helper 17 cells, pTh17)和記憶Th1細(xì)胞產(chǎn)生免疫反應(yīng)，提高環(huán)磷酰胺功效。這項研究提示，與具有豐富腸道微生物組的小鼠相比，無菌小鼠對于腫瘤靶向性治療的反應(yīng)較差。由此可以推測，腸道微生物可以調(diào)節(jié)機體對癌癥治療的免疫反應(yīng)。

1.3益生菌還能通過調(diào)整菌群、調(diào)控免疫細(xì)胞，發(fā)揮抗炎作用有研究表明，一種名為Prohep的益生菌混合物可使小鼠腫瘤縮小40%，這可能是益生菌將腸道微生物群落轉(zhuǎn)移到具有抗炎代謝物的Prevotella和Oscillibacter等益生菌，從而降低前炎癥細(xì)胞因子IL-17的產(chǎn)生，改善小鼠腸道中的抗炎性環(huán)境來實現(xiàn)的[15]。腸道微生物能調(diào)控外周的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cell, Treg)，使機體在對炎癥反應(yīng)以及抗炎作用中取得平衡。最近Hughes等[16]闡明了驅(qū)動腸道菌群失衡及炎癥發(fā)生的分子機制，認(rèn)為機體的微生物群落能促進(jìn)消化，保護(hù)機體免于感染或者調(diào)節(jié)機體健康免疫系統(tǒng)的發(fā)育；而炎癥會改變環(huán)境，進(jìn)而干擾腸道中棲息的厭氧菌生長，促進(jìn)大腸桿菌群體快速生長擴張，導(dǎo)致炎癥性腸病或結(jié)直腸癌等疾病。

1.4通過代謝使致癌物失活對熟食尤其是肉類飲食中致突變化合物的解毒，可能是益生菌預(yù)防結(jié)直腸癌的機制。乳酸桿菌能完全清除致癌物并抑制誘變形成，改變總體代謝，吸收和清除毒物、致突變性代謝產(chǎn)物，并產(chǎn)生保護(hù)性的代謝產(chǎn)物[17]。

研究發(fā)現(xiàn)，微生物還可通過膳食纖維-菌群-丁酸鹽軸影響腫瘤[17]。飲食和其他環(huán)境因素可在胃腸道和其他解剖部位調(diào)節(jié)微生物群落中某些菌株的豐度。很多研究顯示，纖維的消化比其他飲食因素對胃腸微生物的影響要大，并且會增加產(chǎn)丁酸鹽的細(xì)菌數(shù)目[18]。一些飲食因素由共棲/共生腸道菌群代謝成具有防癌作用的生物活性成分，如膳食纖維在結(jié)腸中被細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)生丁酸鹽，它是一種腫瘤抑制代謝物，是短鏈脂肪酸和組蛋白脫乙酰酶抑制劑，抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞系的活性和生長[19]。多個微生物組研究報道了產(chǎn)丁酸鹽菌在結(jié)腸癌中明顯降低，但是還很難判定產(chǎn)丁酸鹽菌降低是因還是果。最近有研究顯示，丁酸鹽激活CD4+T細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞表達(dá)FoxP3，誘導(dǎo)Treg細(xì)胞的分化和擴張[20]。另外有研究顯示，丁酸鹽通過腸內(nèi)巨噬細(xì)胞，下調(diào)炎癥前細(xì)胞因子的產(chǎn)生[21]。采用悉生小鼠模型研究表明，纖維可以通過微生物和丁酸鹽依賴方式防止結(jié)腸癌的發(fā)生。

1.5抗氧化作用氧化應(yīng)激和上皮損傷通常與胃腸道的病理如CRC相關(guān)，所以益生菌預(yù)防癌癥的另一機制是通過產(chǎn)生抗氧化酶，降解活性氧簇(reactive oxygen species, ROS)或減少其形成。由于大多數(shù)乳酸菌并不直接產(chǎn)生能降解ROS的酶，因此，利用基因編碼把抗氧化酶插入乳酸菌基因可以作為抗氧化和抗炎的策略。研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，DMH誘導(dǎo)大鼠CRC前，給予共生的鼠李糖乳桿菌+嗜酸性乳桿菌+菊糖，能降低腫瘤發(fā)生率，這種效果與脂質(zhì)過氧化物丙二醛的水平降低，谷胱甘肽還原酶、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶的水平升高相關(guān)[22]。

1.6誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡對植物乳桿菌5BL菌株體外評價顯示，其對不同人癌細(xì)胞系具有明顯的抗癌活性，但對人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞這種正常細(xì)胞無細(xì)胞毒性作用[23]。同樣，從健康能生育的伊朗婦女陰道分離的嗜酸乳桿菌36YL，對4個測試腫瘤細(xì)胞株表現(xiàn)出抗癌作用，而對正常細(xì)胞沒有細(xì)胞毒作用，這種抗癌效應(yīng)與菌體分泌物誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡有關(guān)[24]。

2 益生菌用于臨床腫瘤防治的現(xiàn)狀

2017年，Mehta等[25]報道，在人體研究中首次發(fā)現(xiàn)，腸道細(xì)菌能夠同機體所攝入的飲食相互協(xié)作來降低或增加個體患特殊結(jié)直腸癌的風(fēng)險。通過對超過13.7萬名個體的飲食進(jìn)行長達(dá)10年的追蹤，并且對1 000份結(jié)直腸癌腫瘤樣本進(jìn)行具核梭桿菌的檢測，研究人員發(fā)現(xiàn)富含全谷物和纖維的飲食能夠有效降低個體患結(jié)直腸癌的風(fēng)險(包含具核梭桿菌)，如果缺失具核梭桿菌，個體患結(jié)直腸癌的風(fēng)險似乎并無改變。

當(dāng)然，用微生物防治腫瘤也有患病的風(fēng)險——維持體內(nèi)穩(wěn)態(tài)的調(diào)控被干擾，因此，考察微生物對宿主是否可能產(chǎn)生免疫抑制來評估這些產(chǎn)品的安全性也同樣重要。同時，這也提示了濫用抗生素的危險，在抗生素治療后腸道細(xì)菌組成永遠(yuǎn)不會恢復(fù)到初始狀態(tài)。因此，在患者的一生中頻繁使用抗生素，或是用抗生素治療癌癥及癌癥相關(guān)感染，有可能會影響抗癌治療的成敗。

3 小結(jié)

目前，關(guān)于益生菌菌株和發(fā)酵產(chǎn)品對腸道和非腸道腫瘤具有抗腫瘤作用有許多報道。這個作用涉及了不同的作用機制，其中最重要的機制是對宿主免疫功能的調(diào)節(jié)。腸道菌群通過多種機制，包括微生物的數(shù)量和多樣性、代謝和/或免疫影響癌癥，多種機制相互作用。但目前還缺乏更多闡明這些機制的研究。因此，作為未來的一種癌化學(xué)預(yù)防策略，益生菌對腫瘤防治作用的研究還需要投入更多實驗研究和臨床研究。

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