人體菌群與肺癌的治療相關(guān)性

周卉潔 鎖嬌嬌 朱江

1 人體菌群簡(jiǎn)介

人體菌群，被稱為“人類的另一個(gè)基因組”[1-4]，主要分布在胃腸道、呼吸道、泌尿生殖道及皮膚表面，影響著宿主的營養(yǎng)狀態(tài)、物質(zhì)的新陳代謝及生理和免疫功能[5,6]。腸道是容納人體菌群數(shù)量最多的部位，約1.5 kg的細(xì)菌定植于此。腸道細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物通過肝腸循環(huán)或受損的腸道粘膜進(jìn)入血液循環(huán)，其中益生菌參與人體的新陳代謝、營養(yǎng)物質(zhì)合成及炎癥反應(yīng)；而致病菌通過影響神經(jīng)、免疫系統(tǒng)，促進(jìn)肥胖、糖尿病、癌癥等疾病的發(fā)生[7,8]。然而與腸道菌群相比，呼吸道菌群的研究熱度明顯減少，這與“下呼吸道為無菌環(huán)境”的歷史觀點(diǎn)不無關(guān)系。近年來研究發(fā)現(xiàn)下呼吸道仍然存在著共生菌群，其組成與上呼吸道相似，菌群數(shù)量從上呼吸道至下呼吸道呈階梯式減少，據(jù)此推測(cè)上呼吸道的菌群可能通過呼吸到達(dá)下呼吸道[9]。目前研究證實(shí)呼吸道的菌群失調(diào)與囊性纖維化（cystic fibrosis,CF）、慢性阻塞性肺疾?。╟hronic obstructive pulmonary disease, COPD）、哮喘等疾病密切相關(guān)[10-12]?？谇痪旱臄?shù)量?jī)H次于腸道菌群，是人體寄生菌群第二多的部位[13]，口腔菌群與某些疾病如齲齒、牙周炎、口腔腫瘤等疾病的發(fā)生密切相關(guān)，如鏈球菌、放線菌和乳酸桿菌等糖酵解菌，通過將碳水化合物降解為有機(jī)酸，引發(fā)齲齒[14]；普氏菌和卟啉單胞菌等氨基酸降解菌，通過將蛋白質(zhì)和多肽降解成短鏈脂肪酸，含氨、硫化合物以及吲哚、糞臭素等，導(dǎo)致牙周炎和口腔惡臭[15]。口腔中的核梭桿菌，念珠菌等更是與口腔惡性腫瘤不無關(guān)系[16]。生殖道菌群是一個(gè)以乳酸桿菌為主動(dòng)態(tài)平衡的微生態(tài)系統(tǒng)，通過將陰道鱗狀上皮細(xì)胞內(nèi)的糖原分解成乳酸，使陰道局部形成弱酸性環(huán)境來抑制其他寄生菌的過度生長(zhǎng)，維持陰道微生態(tài)環(huán)境的平衡。

2 菌群與肺癌（lung cancer, LC）的發(fā)生

流行病學(xué)調(diào)查顯示，全球惡性腫瘤中發(fā)病率、死亡率最高的均為L(zhǎng)C。但與哮喘、COPD、CF等肺部疾病相比，目前研究尚不能完全闡明人體菌群在LC發(fā)生中的作用與機(jī)制[17-20]。

有多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)LC的發(fā)生與人體菌群存在一定相關(guān)性：人體呼吸道中嗜木聚糖真桿菌、挑剔真桿菌及梭菌屬的增多可能與小細(xì)胞肺癌（small cell lung cancer, SCLC）的發(fā)生率呈正相關(guān)；而普氏菌、瘤胃假丁酸弧菌的數(shù)量卻與SCLC的發(fā)生可能存在負(fù)相關(guān)關(guān)系[21]。在無吸煙史的人群中，將LC患者與非LC患者的痰標(biāo)本進(jìn)行對(duì)比，從LC患者痰標(biāo)本中分離出更多的Granulicatella、Abiotrophia和Streptococcus[22]。LC組織中的Modestobacter相較于鄰近正常組織更多；而丙酸桿菌、腸桿菌科含量較少[23]。而抗生素如青霉素、頭孢菌素的使用，改變了菌群數(shù)量及構(gòu)成，與此同時(shí)，LC患病風(fēng)險(xiǎn)隨之增加[24]。

以上研究，支持人體菌群的變化可能會(huì)推動(dòng)LC的發(fā)生這一觀點(diǎn)，究其機(jī)制，有研究者[25,26]認(rèn)為：肺部菌群可能以肺部炎癥為觸發(fā)點(diǎn)，進(jìn)而促進(jìn)LC的發(fā)生。肺部微生物群的結(jié)構(gòu)和數(shù)量變化可以加速COPD炎癥狀態(tài)的進(jìn)展；而大量證據(jù)表明COPD與LC發(fā)生之間存在關(guān)聯(lián)[27,28]。但炎癥產(chǎn)生的原因以及其特異性免疫介質(zhì)是什么？近來一項(xiàng)研究表明：LC的發(fā)展與局部的菌群失調(diào)和炎癥有關(guān)。肺部共生菌群通過激活肺部駐留的gd T細(xì)胞引起與肺腺癌相關(guān)的炎癥。在消除共生菌群后，肺腺癌的發(fā)生率顯著降低。共生菌群刺激骨髓細(xì)胞產(chǎn)生Myd88依賴性IL-1b和IL-23，誘導(dǎo)Vg6+Vd1+gd T細(xì)胞的增殖和活化，產(chǎn)生IL-17和其他效應(yīng)分子，促進(jìn)炎癥發(fā)生，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞增殖[29]。

而與此觀點(diǎn)相反，一項(xiàng)小樣本研究對(duì)比了肺部腫瘤組織與鄰近正常肺組織，結(jié)果并未發(fā)現(xiàn)腫瘤組織中存在特異性的菌群改變[30]。是否LC組織中存在菌群的變化，以及這些變化是否促進(jìn)了癌癥的發(fā)生，仍需進(jìn)一步探索。

3 菌群與LC的治療

3.1 菌群與化療 化療是LC患者的主要的治療手段之一。而化療，這種細(xì)胞毒性治療，會(huì)造成LC患者菌群的顯著變化：導(dǎo)致腸道益生菌減少，致病菌增加。以鉑類為基礎(chǔ)的兩藥聯(lián)合方案是晚期LC患者的標(biāo)準(zhǔn)一線化療方案，有研究通過對(duì)30例接受含鉑方案化療的LC患者治療前后的糞便菌群進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)：化療后腸道內(nèi)的益生菌如雙歧桿菌、乳酸桿菌、柔嫩梭菌屬、胃球菌屬的數(shù)量減少，致病菌如肺炎克雷伯桿菌數(shù)量增加[31]。上述結(jié)果與另兩項(xiàng)研究——SCLC經(jīng)依托泊苷+順鉑（Etoposide+Cisplatin,EP）方案化療后梭狀芽胞桿菌增多[32]，NSCLC經(jīng)含鉑雙藥化療后挑剔真桿菌數(shù)量增加[33]——結(jié)果基本一致。而這種致病菌的增加是否與化療后免疫力下降導(dǎo)致感染幾率增加有關(guān)尚不清楚，以及這種菌群變化對(duì)LC患者的預(yù)后是否會(huì)產(chǎn)生影響仍需進(jìn)一步探索。

目前還發(fā)現(xiàn)腸道共生菌群可能參與了抗腫瘤反應(yīng)。益生菌聯(lián)合化療可能具有協(xié)同作用：針對(duì)Lewis肺癌小鼠模型的研究顯示，順鉑聯(lián)合ABX（vancomycin, ampicillin, and neomycin, ABX）一種可以破壞宿主共生微生物群的抗生素混合物，由萬古霉素、氨芐青霉素和新霉素混合制成，處理荷瘤小鼠，其腫瘤生長(zhǎng)速度顯著超過單用順鉑處理的小鼠，存活率亦顯著降低；而順鉑聯(lián)合乳酸桿菌處理的小鼠，腫瘤被良好控制且存活率更高[34]。研究者推測(cè)有益共生菌群有助于順鉑的抗腫瘤作用。對(duì)基因表達(dá)的進(jìn)一步研究表明，順鉑聯(lián)合ABX可以通過上調(diào)癌基因血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子A（vascular endothelial growth factor A, VEGFA）的表達(dá)，下調(diào)抑癌基因BAX和CDKN1B的表達(dá)來部分降低順鉑的療效。ABX共處理小鼠的CD8+T細(xì)胞中IFN-γ、GZMB和PRF1的表達(dá)降低，表明腸道菌群結(jié)構(gòu)被破壞后機(jī)體抗腫瘤免疫作用也隨之降低；相反，乳酸桿菌共處理小鼠顯示出增強(qiáng)的抗腫瘤免疫反應(yīng)。另有研究[35]發(fā)現(xiàn)，晚期LC患者在接受以鉑類為基礎(chǔ)的化療后，其體內(nèi)特異性識(shí)別E.hirae和B.intestinihominis的記憶性Th1細(xì)胞的數(shù)量越多，預(yù)示著更長(zhǎng)的無進(jìn)展生存期（progression-free survival, PFS） 。

3.2 菌群與放療 LC患者在放療期間容易發(fā)生肺部感染。接受根治性放療后發(fā)生感染的局部晚期NSCLC患者，其病原菌主要分布于呼吸道，以大腸埃希菌、銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌為主[36]。有研究對(duì)240例行放化療治療的LC患者臨床資料進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)生肺部感染的感染率為19.17%，且感染患者均為復(fù)合感染[37,38]。回顧性調(diào)查分析252例住院行同步放化療的局部晚期NSCLC患者，其中58例發(fā)生院內(nèi)感染（占23.02%）[39]。局部晚期非小細(xì)胞LC患者接受放療后，呼吸道菌群可能發(fā)生改變，從而導(dǎo)致院內(nèi)感染的發(fā)生，應(yīng)重點(diǎn)予以關(guān)注。

關(guān)于LC放療副反應(yīng)方面，有研究[40,41]發(fā)現(xiàn)口服補(bǔ)充益生菌可增加雙歧桿菌、乳酸桿菌、腸球菌等優(yōu)勢(shì)有益菌，減少大腸桿菌等潛在致病菌。有效調(diào)節(jié)放療后腸道菌群失調(diào)，能預(yù)防、治療放療所致急性放射性腸炎發(fā)生。此外，目前關(guān)于菌群與放療效果的研究還非常有限，值得進(jìn)一步探索。

3.3 菌群與基因治療 雙歧桿菌是腸道固有的無致病性厭氧菌，能特異地聚集于乏氧的腫瘤組織：因乏氧腫瘤組織中新生血管的內(nèi)皮系統(tǒng)尚未完全形成，故雙歧桿菌能靶向性地進(jìn)入到腫瘤組織中[42,43]。研究[44]顯示：將自殺基因和免疫調(diào)節(jié)因子等導(dǎo)入雙歧桿菌，這些雙歧桿菌將在包括LC在內(nèi)的實(shí)體腫瘤中特異性的增殖，發(fā)揮抗腫瘤作用。例如：可溶性類fms酪氨酸激酶-1（soluble fms-like tyrosine kinase receptor, sFlt-1）是一種具有酪氨酸激酶活性的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）抑制物，利用雙歧桿菌介導(dǎo)的sFlt-1基因轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)可以在基因和蛋白質(zhì)水平上表達(dá)sFlt-1，能顯著抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞的生長(zhǎng)，更有效、安全地控制小鼠Lewis LC的生長(zhǎng)[40]。因此，雙歧桿菌可作為包括LC在內(nèi)的實(shí)體瘤基因治療的合適載體，可能在LC未來的基因治療發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

3.4 菌群與免疫治療 免疫治療在晚期LC治療領(lǐng)域發(fā)展迅速，取得了LC一線適應(yīng)證并廣泛用于LC的臨床治療。臨床上最重要的免疫檢查點(diǎn)是細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原4（cytotoxic T-lymphocyte-associated protein 4, CTLA-4）和程序性細(xì)胞死亡蛋白-1（programmed death-1, PD-1）及其配體1（programmed cell death protein 1 ligand 1, PD-L1）。通過阻斷免疫檢查點(diǎn)，可以使已經(jīng)對(duì)腫瘤免疫耐受的T細(xì)胞重新被激活，激活的T細(xì)胞可有效識(shí)別并攻擊腫瘤細(xì)胞。然而，免疫檢查點(diǎn)阻滯劑僅使部分晚期LC患者受益，導(dǎo)致療效差異的部分原因可能是患者體內(nèi)微生物的組成差異。

Routy等[45]的研究中觀察了包括140例晚期NSCLC在內(nèi)的共249例上皮性腫瘤患者，69例在第一次接受免疫檢查點(diǎn)阻滯劑（immune checkpoint inhibitors, ICI）前后2個(gè)月內(nèi)接受過抗生素（antibiotics, ATB）治療。單獨(dú)對(duì)晚期NSCLC患者進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)ATB暴露組的PFS、OS縮短，這一結(jié)果同整體分析結(jié)果一致。多變量Cox回歸分析顯示，在NSCLC及RCC患者ICI療效預(yù)測(cè)中，抗生素暴露是獨(dú)立于經(jīng)典預(yù)測(cè)因子的又一療效預(yù)測(cè)因子。另一項(xiàng)包含了239例晚期NSCLC患者的研究[46]，將48例免疫治療前30 d內(nèi)接受過抗生素治療的患者與未接受過抗生素治療的患者進(jìn)行比較，結(jié)果同樣顯示，抗生素暴露人群的中位PFS與中位OS降低，ATB對(duì)于NSCLC患者OS的影響顯著。

既往已有研究[47]表明ATB可以改變腸道微生物組的組成。進(jìn)一步分析抗生素暴露與無抗生素暴露兩組NSCLC患者的腸道菌群，發(fā)現(xiàn)A.muciniphila與ICI療效顯著相關(guān)。為了證實(shí)其相關(guān)性，使用ATB對(duì)Lewis肺癌小鼠進(jìn)行微生物群滅菌，再口服補(bǔ)充A.muciniphila，ICI抗癌效果恢復(fù)，以荷RET黑素瘤小鼠為對(duì)象，亦得出相同結(jié)果。利用ICI治療未獲益者的糞便，對(duì)無特定病原體（specefic pathogen free, SPF）小鼠進(jìn)行糞便菌群移植（fecal microbiota transplantation, FMT），經(jīng)處理后的小鼠亦不能從ICI治療中獲益；但繼續(xù)口服補(bǔ)充A.muciniphila，小鼠體內(nèi)更多的CCR9+T淋巴細(xì)胞、CXCR3+T淋巴細(xì)胞、CD4+T淋巴細(xì)胞以白細(xì)胞介素-12依賴性方式向瘤床的募集，小鼠得以從ICI治療中獲益[45]。

以上研究以肺癌小鼠及患者為研究對(duì)象，證實(shí)了腸道菌群對(duì)PD-1阻滯劑療效的顯著影響。而近來我國一項(xiàng)研究對(duì)37例接受ICI治療的晚期NSCLC患者進(jìn)行分析[48]，發(fā)現(xiàn)：治療響應(yīng)者的基線腸道微生物多樣性更高，并且在治療期間其組成更為穩(wěn)定。而腸道微生物多樣性更高的患者，PFS顯著延長(zhǎng)。在響應(yīng)者糞便中，Alistipes putredinis、長(zhǎng)雙歧桿菌、普氏菌的含量更高，而非響應(yīng)者的糞便中，未分類的Ruminococcus含量更豐富。進(jìn)一步分析患者全身免疫反應(yīng)，結(jié)果顯示腸道微生物組多樣性更高的患者，在使用納武利尤單抗后產(chǎn)生了更多的記憶CD8+T細(xì)胞及NK細(xì)胞亞群。該研究揭示了中國晚期NSCLC患者的腸道微生物多樣性與ICI療效之間的強(qiáng)相關(guān)性。

以上臨床前研究及臨床研究結(jié)果均顯示，腸道菌群影響著LC的ICI療效，然而有研究得出了相反的結(jié)論。

兩項(xiàng)回顧性研究調(diào)查了抗生素暴露是否會(huì)影響nivolumab對(duì)NSCLC患者的療效。一項(xiàng)研究分析了90例接受nivolumab治療的NSCLC患者。13例患者存在抗生素暴露。發(fā)現(xiàn)抗生素暴露組較未暴露組的PFS顯著縮短。兩組生存曲線之間的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。然而在多變量分析中，抗生素暴露與ICI療效之間并未顯示出顯著相關(guān)性[49]。 另一項(xiàng)研究納入了74例NSCLC患者。在接受nivolumab治療前后3個(gè)月內(nèi)，15例（20.3%）患者接受過抗生素治療。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)抗生素暴露并未對(duì)免疫治療反應(yīng)率（CR或PR）及PFS造成影響。該研究認(rèn)為使用抗生素導(dǎo)致的菌群改變對(duì)nivolumab在NSCLC患者中的療效似乎不造成影響[50]。

分析造成結(jié)論差異可能的原因，在不同研究中，定義“抗生素暴露”的時(shí)間節(jié)點(diǎn)不一致，微生物群在ATB中斷后1個(gè)月-3個(gè)月內(nèi)恢復(fù)到其基線狀態(tài)，而某些細(xì)菌可能需要數(shù)年才能完全恢復(fù)[47]。ATB的類型、給藥持續(xù)時(shí)間、給藥途徑的不同，是否會(huì)造成抗生素暴露后不同的菌群狀態(tài)，以及發(fā)生改變的菌群是否為“免疫治療有益菌”，亦會(huì)對(duì)結(jié)果造成影響。而研究中是否排除了其他如抗酸劑，非甾體抗炎藥等其他影響菌群的藥物，也是影響研究結(jié)果的因素。

目前大量針對(duì)多種癌種的研究證實(shí)了腸道菌群在調(diào)節(jié)ICI療效中的作用[51-57]。補(bǔ)充雙歧桿菌能有效控制荷黑色素瘤小鼠體內(nèi)腫瘤生長(zhǎng)，增強(qiáng)抗PD-L1藥物的抗腫瘤作用[58]。從PD-1治療中獲益的黑色素瘤患者腸道內(nèi)微生物多樣性更高，Ruminococcaceae的豐度更高[59]。多個(gè)不同模型的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)ICI在無菌小鼠或抗生素處理的荷瘤小鼠中幾乎無效，但將含免疫治療“有益菌”（如，Akkermansia、Faecalibacterium、Bifidobacterium longum、Collinsella aerofaciens、Enterococcus faecium和B.fragilis）的免疫治療響應(yīng)者的糞便微生物移植到無菌荷瘤小鼠體內(nèi)，則ICI的療效不同程度提高[59-62]。有學(xué)者進(jìn)一步認(rèn)為，腸道中對(duì)免疫治療“有益菌”與“無益菌”比例或許是ICI最有效的療效預(yù)測(cè)指標(biāo)[60,62]。

4 總結(jié)與展望

人體是復(fù)雜多樣的微生物棲息地，人體菌群有助于維持宿主的整體穩(wěn)態(tài)。越來越多的基礎(chǔ)研究逐漸發(fā)現(xiàn)人體菌群對(duì)惡性腫瘤如LC的發(fā)生發(fā)展以及治療、預(yù)后等有著重要影響，其臨床價(jià)值尚待更多隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)及真實(shí)世界研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)和驗(yàn)證。有望通過“設(shè)計(jì)益生菌”等手段調(diào)節(jié)腸道菌群，從而改善LC患者療效和預(yù)后。