腸道菌群紊亂與肝癌的研究進(jìn)展

劉樂恒，趙艷，張茜，王丹妮

0 引言

肝細(xì)胞肝癌（hepatocellular carcinoma,HCC）是消化系統(tǒng)最常見的惡性腫瘤之一，約占全部原發(fā)性肝癌的90%左右。慢性肝臟炎性反應(yīng)被認(rèn)為是HCC發(fā)生的最主要因素，炎性反應(yīng)誘因包括慢性HBV/HCV感染、黃曲霉素暴露等；其他諸如酒精性肝病、代謝綜合征及自身免疫性肝病等也是HCC的誘發(fā)因素[1]。

近年來，人們發(fā)現(xiàn)腸道菌群失調(diào)在肝癌的發(fā)生發(fā)展中起到重要作用，可通過多種途徑促進(jìn)HCC的發(fā)生，如內(nèi)毒素血癥、代謝紊亂以及增大機(jī)體暴露于HBV與黃曲霉素的風(fēng)險(xiǎn)。在HCC的治療中，除了傳統(tǒng)的手術(shù)為主的綜合治療外，針對(duì)菌群失調(diào)的治療在改善預(yù)后、減輕并發(fā)癥等方面發(fā)揮了獨(dú)特的作用。本文將綜述腸道菌群的失調(diào)與紊亂對(duì)HCC的病因?qū)W作用以及針對(duì)腸道菌群的HCC預(yù)防與治療前景。

1 腸道菌群

1.1 正常腸道菌群組成

腸道菌群為寄生在人體腸道內(nèi)的龐大細(xì)菌種群。腸道菌群在人體的物質(zhì)代謝、免疫調(diào)節(jié)等方面發(fā)揮著巨大的作用，可被視為人體的另一大“器官”。正常人體腸道菌群由1 000余種的細(xì)菌組成，數(shù)量估計(jì)約為1×1014個(gè)，即約1 000億個(gè)[2]。腸道內(nèi)大部分細(xì)菌屬于五個(gè)門類，即擬桿菌門（Bacteroidetes）、厚壁菌門（Firmicutes）、放線菌門（Actinobacteria）、變形菌門（Proteobacteria）和疣微菌門（Verrucomicrobia），其中擬桿菌門和厚壁菌門數(shù)量較多，占健康人腸道細(xì)菌90%以上，而放線菌門、變形菌門和疣微菌門的數(shù)量較少[2]。數(shù)量較多的幾類細(xì)菌有雙歧桿菌、真桿菌、類桿菌、消化球菌等，其他諸如大腸埃希菌、腸球菌、乳桿菌、韋榮球菌等占少數(shù)，還有極少數(shù)如銅綠假單胞菌、變形桿菌等為過路菌而并非腸道常駐菌群。雖然構(gòu)成腸道細(xì)菌的種類大致相同，但在不同個(gè)體以及每個(gè)個(gè)體的不同階段，腸道菌群的具體組成和占比存在著較大的差異。

1.2 腸黏膜屏障與腸-肝軸

腸黏膜屏障是隔離機(jī)體與腸道菌群的屏障。腸黏膜屏障包括機(jī)械屏障、免疫屏障與功能屏障。機(jī)械屏障包括完整的腸黏膜細(xì)胞與表面黏液層等，免疫屏障包括免疫細(xì)胞、淋巴組織與sIgA等，功能屏障包括正常存在的腸道菌群、腸道的正常蠕動(dòng)以及膽汁酸等。腸道細(xì)菌是構(gòu)成腸道黏膜免疫的重要成分之一，一方面，腸道菌群在腸道黏膜表面形成一層生物屏障，可阻擋病原微生物的入侵與定植；部分腸道細(xì)菌產(chǎn)生抑菌物質(zhì)、細(xì)菌素和有機(jī)酸等從而有殺滅病原菌、中和毒素的作用；正常存在的腸道細(xì)菌還與潛在的病原微生物競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)。另一方面，腸道菌群還可以增強(qiáng)宿主的免疫功能，如增強(qiáng)吞噬細(xì)胞的游走吞噬功能，生成干擾素，以及激活補(bǔ)體等促進(jìn)機(jī)體免疫系統(tǒng)對(duì)病原微生物的防御作用[2]。

腸與其他器官之間關(guān)系密切，尤其是肝臟，故有學(xué)者提出腸-肝軸的概念，并認(rèn)為腸-肝軸發(fā)生紊亂在部分肝臟疾病的發(fā)生中起到重要作用[3]。腸系膜靜脈與門靜脈相連，門靜脈承擔(dān)了肝臟約70%～75%的血液供應(yīng)。腸道吸收的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過門靜脈入肝，當(dāng)小腸吸收過多的脂質(zhì)，多余的脂質(zhì)蓄積在肝臟可引起肝細(xì)胞發(fā)生脂肪變性，可導(dǎo)致非酒精性脂肪肝?。╪on alcoholic fatty liver disease,NAFLD）的發(fā)生[4]。當(dāng)腸黏膜屏障受到到損傷后，肝臟便是機(jī)體暴露于毒素、抗原的第一道屏障。肝臟是人體最大的解毒器官，但當(dāng)毒素、循環(huán)抗原超過肝臟的解毒能力后，便會(huì)引起肝臟的炎性反應(yīng)。多種機(jī)制引起的肝臟慢性炎性反應(yīng)可逐步發(fā)展為肝纖維化及肝癌。

2 菌群失調(diào)引起肝癌的機(jī)制

正常情況下腸道菌群與人體保持一定的平衡，共同參與人的生命活動(dòng)。當(dāng)各種原因打破這種平衡時(shí)，腸道菌群就可能會(huì)促進(jìn)一些疾病的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，HCC患者大都存在著腸道菌群失調(diào)，而這種菌群失調(diào)可能與肝臟慢性炎性反應(yīng)的產(chǎn)生與肝臟纖維化的發(fā)展有關(guān)[5]。

2.1 內(nèi)毒素血癥與菌群移位

腸道菌群紊亂發(fā)生時(shí)，其正常的防御、免疫功能受到影響，正常的腸屏障功能被破壞，導(dǎo)致菌群移位、腸源性內(nèi)毒素血癥（intestinal endotoxemia,IETM）與細(xì)菌代謝產(chǎn)物的過量吸收[6]。這些因素啟動(dòng)了肝細(xì)胞的損傷與修復(fù)過程，尤其是在原有肝臟疾病的基礎(chǔ)上，大量肝細(xì)胞的損傷可促進(jìn)疾病的進(jìn)一步發(fā)展。臨床試驗(yàn)表明，腸黏膜屏障的破壞可能是慢性肝炎、肝硬化進(jìn)展的關(guān)鍵因素[7]。

細(xì)菌內(nèi)毒素即脂多糖（lipopolysaccharide,LPS），是革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁外成分。LPS可特異性激活Toll樣受體4（toll-like receptor 4,TLR4），TLR4廣泛存在于多種肝臟細(xì)胞中，如肝細(xì)胞、肝星狀細(xì)胞（hepatic stellate cells,HSCs）和Kupffer細(xì)胞（kupffer cells,KCs）等[8]。LPSTLR4途徑被認(rèn)為是HCC發(fā)生的關(guān)鍵啟動(dòng)子。薈萃分析顯示，TLR4的激活與肝細(xì)胞損傷、HCC的發(fā)生密切相關(guān)[9]。KCs的LPS-TLR4通路激活可以引起TNF-α、IL-6等多種炎性反應(yīng)介質(zhì)的過量分泌，不但誘導(dǎo)了肝細(xì)胞代償性增殖與凋亡信號(hào)的減少，還會(huì)導(dǎo)致肝臟的炎性反應(yīng)與誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，引起DNA損傷，從而導(dǎo)致突變的發(fā)生與積累[10]。LPS-TLR4途徑可激活HSCs，促進(jìn)HSCs分泌血管生成因子（VEGF），VEGF與LPS共同作用，引起間質(zhì)內(nèi)內(nèi)皮細(xì)胞的遷移并最終形成血管，血管的形成是HCC進(jìn)展中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[11]。HSCs在TLR4激活后還會(huì)產(chǎn)生大量細(xì)胞外基質(zhì)蛋白，這些蛋白可以促進(jìn)纖維化的形成，從而促進(jìn)了肝硬化的進(jìn)展[11]。LPS激活HCC細(xì)胞的TLR4受體，通過NF-κB通路誘導(dǎo)了上皮細(xì)胞-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-Mesenchymal Transition,EMT），而EMT是腫瘤細(xì)胞擴(kuò)散、轉(zhuǎn)移的重要分子機(jī)制[12]。

HBV是與HCC發(fā)生密切相關(guān)的肝炎病毒，其致病力主要是通過介導(dǎo)機(jī)體對(duì)被感染的肝細(xì)胞產(chǎn)生免疫損傷。腸道菌群失調(diào)引起的菌群移位與IETM在HBV感染過程中起到重要作用，可以影響宿主對(duì)HBV的正常免疫過程，從而使HBV感染更易慢性化，并可促進(jìn)肝纖維化及癌變的過程。在臨床試驗(yàn)中，慢性HBV感染的患者體內(nèi)往往存在腸道菌群失調(diào)，且調(diào)節(jié)腸道菌群可以改善免疫介導(dǎo)的肝細(xì)胞損傷[13]。研究發(fā)現(xiàn)，免疫細(xì)胞可激活受感染肝細(xì)胞的LPS-TLR4通路，TLR4的激活引起局部炎性反應(yīng)介質(zhì)的過度分泌，使機(jī)體對(duì)HBV產(chǎn)生強(qiáng)烈的免疫反應(yīng)，引起肝細(xì)胞大量損傷[14]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，接受TLR4沉默的小鼠在8周后可清除HBV病毒并可產(chǎn)生抗體[15]。

2.2 腸道菌群代謝產(chǎn)物失調(diào)

腸道菌群的正常代謝產(chǎn)物如SCFA、次級(jí)膽汁酸等，在維持機(jī)體生理功能方面起到重要作用，當(dāng)菌群失調(diào)發(fā)生時(shí)，代謝產(chǎn)物的改變也會(huì)引起一系列的繼發(fā)性改變，促進(jìn)HCC的發(fā)生。

短鏈脂肪酸（short-chain fatty acid,SCFA）是由腸道菌群發(fā)酵多種人體無法消化的多糖（如纖維素及多種低消化糖類）產(chǎn)生的可被腸道吸收的物質(zhì)。SCFA由1至6個(gè)碳原子構(gòu)成主鏈，主要包括乙酸鹽、丙酸鹽、丁酸鹽等，其中乙酸鹽、丙酸鹽主要由擬桿菌門細(xì)菌提供，丁酸鹽主要由厚壁菌門細(xì)菌提供。SCFA是腸黏膜細(xì)胞的直接能量來源，可減少細(xì)胞凋亡，維持機(jī)械屏障的完整。SCFA還可以降低腸道內(nèi)的pH，對(duì)病原菌的生長(zhǎng)、定植有抑制作用，并減輕炎性反應(yīng)的發(fā)生[16]。當(dāng)SCFA的產(chǎn)生受到影響后，可促進(jìn)腸屏障滲漏的發(fā)生，引起細(xì)菌代謝產(chǎn)物的過量吸收與IETM，繼而激活LPS-TLR4通路引起肝細(xì)胞損害。

SCFA在肥胖、糖尿病的發(fā)生過程有著其獨(dú)特的作用，而肥胖和糖尿病是與HCC相關(guān)性最高的代謝因素?，F(xiàn)代觀念認(rèn)為，肥胖與2型糖尿病是以胰島素抵抗（insulin resistance,IR）為核心的代謝異常，IR的出現(xiàn)是肝臟出現(xiàn)NAFLD的重要因素[17]。NAFLD不僅可以逐步發(fā)展為非酒精性脂肪性肝炎（non alcoholic steatohepatitis,NASH）、隱源性肝硬化并最終發(fā)展為HCC，還可以不經(jīng)過肝臟纖維化的過程而直接發(fā)展為HCC。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，外源性補(bǔ)充乙酸鹽、丙酸鹽可以預(yù)防小鼠肝臟脂肪變性與胰島素抵抗，并有效減少小鼠肝臟對(duì)脂肪酸的攝取與抑制肝臟脂肪合成[18]。丁酸鹽可以通過激活肝細(xì)胞AMPK通路引起轉(zhuǎn)錄因子SREBP-1CDE活性降低，抑制了脂肪的合成，對(duì)肥胖、胰島素抵抗有著較好的改善，從而阻止了NAFLD的發(fā)展，同時(shí)丁酸鹽可通過上調(diào)細(xì)胞核中p53水平，從而有效促進(jìn)HCC細(xì)胞的凋亡過程[19]。SCFA還可以通過誘導(dǎo)膽汁淤積而增加了HCC的患病風(fēng)險(xiǎn)[20]。

膽汁酸是促進(jìn)HCC發(fā)生的另一代謝性因素。肝細(xì)胞內(nèi)合成的初級(jí)膽汁酸隨膽汁進(jìn)入腸道內(nèi)，在腸道菌群的作用下，轉(zhuǎn)化為具有疏水性的次級(jí)膽汁酸。體內(nèi)主要的膽汁酸受體包括核受體FXR及G蛋白偶聯(lián)受體TGR5等。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，與腸道菌群失調(diào)相關(guān)膽汁酸代謝紊亂可誘導(dǎo)小鼠NAFLD的發(fā)生并產(chǎn)生HCC[21]。脫氧膽酸可誘導(dǎo)肝臟產(chǎn)生氧化應(yīng)激損傷，尤其是出現(xiàn)肝臟脂肪變性的患者中這種氧化應(yīng)激反應(yīng)再次作用于受損肝細(xì)胞，促進(jìn)了慢性肝臟炎性反應(yīng)的過程；脫氧膽酸還可以通過直接損傷DNA及誘導(dǎo)產(chǎn)生多種炎性反應(yīng)介質(zhì)而促進(jìn)HCC的發(fā)生[22]。FXR受體長(zhǎng)期激活可預(yù)防小鼠HCC的發(fā)生，但同時(shí)也有研究發(fā)現(xiàn)HCC細(xì)胞中FXR受體受特異性激活劑激活后可促進(jìn)EMT的發(fā)生，從而誘發(fā)HCC出現(xiàn)間質(zhì)侵犯與轉(zhuǎn)移等惡性程度增加的表現(xiàn)[23-24]。

3 針對(duì)腸道菌群的肝癌預(yù)防與治療

我國(guó)是HCC的高發(fā)地區(qū)，HCC發(fā)病率與死亡率均位于惡性腫瘤的前列，因此針對(duì)HCC的預(yù)防便尤為重要。許多研究已經(jīng)證明[5,7]，HCC的發(fā)生確與腸道菌群紊亂有著密不可分的關(guān)系，針對(duì)調(diào)整腸道菌群進(jìn)行HCC的預(yù)防和治療的研究具有重要的臨床意義。

預(yù)防腸道菌群失調(diào)是針對(duì)腸菌失調(diào)相關(guān)HCC的第一級(jí)預(yù)防措施。高脂飲食是引起腸道菌群紊亂的重要原因。高脂飲食可以誘導(dǎo)腸道菌群的紊亂，具體表現(xiàn)為乳酸菌、雙歧桿菌等益生菌數(shù)量減少，而擬桿菌門數(shù)量增加，這種改變可引起肥胖的發(fā)生。高脂飲食還會(huì)引起腸道內(nèi)脂質(zhì)的代謝產(chǎn)物如次級(jí)膽汁酸增多，引起腸道黏膜的損傷，促進(jìn)IETM的發(fā)生。飲食中缺少纖維素也會(huì)對(duì)腸道菌群產(chǎn)生一定的影響，飲食中適量的纖維素是維持正常腸道菌群結(jié)構(gòu)的必要條件，且可以降低循環(huán)膽固醇水平和通過產(chǎn)生SCFA來維持腸黏膜屏障的完整性[16]。長(zhǎng)期使用廣譜抗生素會(huì)導(dǎo)致腸道內(nèi)敏感菌數(shù)量的減少及耐藥菌數(shù)量的增加，也會(huì)引起腸道菌群的紊亂。因此，提倡低脂飲食、多食用富含纖維素的食物以及避免抗生素的濫用是維持腸道菌群正常結(jié)構(gòu)的良好預(yù)防措施。

在HCC的治療過程中，改善患者腸道菌群失調(diào)狀態(tài)可以限制腫瘤的生長(zhǎng)及減輕并發(fā)癥，對(duì)患者預(yù)后有著積極的作用，是針對(duì)腸菌失調(diào)的HCC患者的第三級(jí)預(yù)防措施。臨床上常用的改善腸道菌群失調(diào)的治療方法包括益生菌制劑、糞菌移植技術(shù)（fecal microbiota transplantation,FMT）、抗生素諾氟沙星與利福昔明等以及促進(jìn)腸道運(yùn)動(dòng)的藥物西沙必利、普萘洛爾等。

益生菌是一類有利于維持腸道菌群穩(wěn)態(tài)的活的微生物制劑，通過補(bǔ)充一種或多種對(duì)人體有益的細(xì)菌（如雙歧桿菌、乳酸菌等）從而起到穩(wěn)定腸道菌群的作用。益生菌制劑作用于腸道菌群，有利于正常腸道生態(tài)的維持，在降低炎性反應(yīng)的發(fā)生、改善肥胖以及預(yù)防腸道菌群移位、IETM的發(fā)生等方面發(fā)揮獨(dú)特的作用。研究證明，益生菌制劑可以使腸道中致病菌與條件致病菌的數(shù)量減少，對(duì)HCC的治療有積極的作用[25]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在HCC小鼠中添加益生菌可增加腸道內(nèi)有益菌的數(shù)量并產(chǎn)生抗炎介質(zhì)，從而降低腫瘤內(nèi)Th17細(xì)胞的水平，對(duì)腫瘤的生長(zhǎng)起到一定的限制性作用[26]。

糞菌移植作為治療手段有著悠久的歷史。明朝李時(shí)珍在《本草綱目》上也有記載以糞便為處方治療腹瀉等疾病?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)對(duì)此進(jìn)行改良，通過將健康人的腸道菌群移植到患者腸道內(nèi)，改善患者腸道菌群失調(diào)狀態(tài)，對(duì)疾病的轉(zhuǎn)歸產(chǎn)生積極的影響。難辨梭狀芽胞桿菌（clostridium difficile infection,CDI）感染引起的腸道菌群失調(diào)存在常規(guī)治療措施療效較差的現(xiàn)狀，而FMT對(duì)CDI的復(fù)發(fā)性感染有著較好的療效[27]。FMT還可以改善肝臟和外周的IR狀態(tài)，對(duì)NAFLD有著積極的作用[28]。

慢性肝臟疾病的治療中，臨床常用諾氟沙星與利福昔明等抗生素來治療腸道菌群失調(diào)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，抗生素治療可以顯著抑制HCC的增殖[28]。諾氟沙星可以改善循環(huán)和腹水中的腸道菌群移位狀態(tài)，減少感染的發(fā)生，還可以減少炎性反應(yīng)因子的水平；利福昔明可以有效減輕門靜脈高壓狀態(tài)并減少自發(fā)性細(xì)菌性腹膜炎的發(fā)生，從而起到一定的對(duì)并發(fā)癥的控制作用[29]。薈萃分析顯示，利福昔明在預(yù)防自發(fā)性細(xì)菌性腹膜炎的發(fā)生方面優(yōu)于諾氟沙星，同時(shí)利福昔明的不良反應(yīng)較小，且相對(duì)不易誘發(fā)肝性腦病[30]。

此外，促進(jìn)腸道蠕動(dòng)也對(duì)腸道菌群產(chǎn)生一定的穩(wěn)定作用。促胃腸動(dòng)力藥物西沙必利與β受體阻滯劑均可以抑制腸道細(xì)菌的過度增長(zhǎng)，防止腸黏膜屏障滲漏從而減少了菌群移位、IETM的發(fā)生[31]。

4 展望

人們對(duì)腸道細(xì)菌的認(rèn)識(shí)僅有百余年的歷史，對(duì)每種腸道細(xì)菌的具體作用以及腸道菌群在疾病發(fā)生中的具體機(jī)制還沒有完全認(rèn)知，但以腸道菌群為靶點(diǎn)的治療方法在臨床上已經(jīng)取得了不錯(cuò)的療效。益生菌制劑、FMT等針對(duì)腸道菌群紊亂的治療方法在HCC以及肝臟慢性炎性反應(yīng)的發(fā)展與治療中已展現(xiàn)了其獨(dú)特的效果。HCC的發(fā)生發(fā)展與腸道菌群紊亂密切相關(guān)，針對(duì)腸道菌群的臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用前景十分光明，還需要科研人員的進(jìn)一步探索?；蛟S在未來以腸道細(xì)菌為靶點(diǎn)可以成為更多難治疾病的治療突破點(diǎn)。