具核梭桿菌與腫瘤相關(guān)性的研究進(jìn)展*

連一帆 任建林 許鴻志#

廈門大學(xué)附屬中山醫(yī)院消化內(nèi)科1(361004) 廈門大學(xué)醫(yī)學(xué)院微生態(tài)研究院2

已有研究表明腸道菌群數(shù)量與人體細(xì)胞總數(shù)相當(dāng)，高達(dá)1013個(gè)[1]。由于其能影響人體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的復(fù)雜多樣的生物學(xué)功能，因而被喻為人類第二基因組[2]。新進(jìn)研究表明腸道菌群紊亂與多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)[3-4]。其中，廣泛存在于人體胃腸道內(nèi)的革蘭陰性專性厭氧菌具核梭桿菌(Fusobacteriumnucleatum)是在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中生物學(xué)作用較為明確的致病菌[3-4]。本文就具核梭桿菌在各種腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用及其潛在機(jī)制作一綜述。

一、具核梭桿菌概述

具核梭桿菌為革蘭陰性桿菌，屬梭桿菌屬，在人體和動(dòng)物中具有相似的致病機(jī)制[5]。根據(jù)基因型和表型差異，具核梭桿菌可分為5個(gè)亞型，即FNn、FNp、FNf、FNv和FNa[6]。既往研究發(fā)現(xiàn)具核梭桿菌廣泛定植黏附于口腔和胃腸道內(nèi)，曾一度被認(rèn)為是人體正常菌群之一[7]。近年來(lái)，由于其在口腔和全身感染性疾病中的檢出率增高并證實(shí)參與了腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，具核梭桿菌由此被認(rèn)定為具有毒性的條件致病菌[8]。典型的具核梭桿菌在顯微鏡下呈細(xì)長(zhǎng)紡錘形，菌體兩端有銳利的尖端[9]。具核梭桿菌最早在牙周疾病中被發(fā)現(xiàn)，是牙周炎的主要致病菌之一[10]。其可黏附于口腔、遷延并定植于腸道，通過(guò)分泌多種黏附素從而增強(qiáng)宿主細(xì)胞能量代謝、增殖、侵襲遷移的能力。具核梭桿菌產(chǎn)生的內(nèi)毒素可抑制機(jī)體免疫應(yīng)答，促發(fā)炎癥微環(huán)境作用[11]。此外，具核梭桿菌可侵襲至深層病變組織，與其他致病菌共聚集，產(chǎn)生協(xié)同作用，破壞機(jī)體菌群的平衡狀態(tài)，加速疾病進(jìn)程，與結(jié)直腸癌、胃癌、食管癌、口腔癌等各種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)[12]。

二、具核梭桿菌與結(jié)直腸癌

結(jié)直腸癌是全世界范圍內(nèi)最為常見(jiàn)的惡性腫瘤之一。尤其在中國(guó)，近年由于西式飲食的流行，結(jié)直腸癌的發(fā)病率和致死率明顯增高。據(jù)國(guó)家癌癥中心統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，每年結(jié)直腸癌新發(fā)病例高達(dá)37.6萬(wàn)例，死亡人數(shù)達(dá)19.1萬(wàn)[13]。早在2012年，國(guó)外多項(xiàng)研究[14-15]通過(guò)全基因組測(cè)序分析發(fā)現(xiàn)，與正常結(jié)直腸黏膜組織相比，結(jié)直腸癌黏膜組織中具核梭桿菌顯著富集，并與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。Mima等[16]對(duì)1 069例結(jié)直腸癌組織中具核梭桿菌DNA表達(dá)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸癌黏膜組織中可見(jiàn)高豐度具核梭桿菌，且與患者的不良預(yù)后有關(guān)。Suehiro等[17]的研究對(duì)糞便中具核梭桿菌DNA豐度進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示結(jié)直腸腺瘤/原位癌以及結(jié)直腸癌患者糞便中的具核梭桿菌豐度明顯高于正常對(duì)照，有望作為日本人群結(jié)直腸腫瘤篩查的生物學(xué)標(biāo)志物。分子機(jī)制研究[18]顯示具核梭桿菌分泌的黏附素FadA可與宿主E-鈣黏蛋白(E-cadherin)結(jié)合，激活β-catenin信號(hào)通路，從而促進(jìn)結(jié)直腸癌的發(fā)生、發(fā)展。結(jié)直腸癌患者臨床產(chǎn)生化療耐藥是造成疾病復(fù)發(fā)和不良預(yù)后的主要因素之一。Yu等[8]的研究發(fā)現(xiàn)具核梭桿菌可通過(guò)靶向觸發(fā)TLR4/MYD88先天性免疫信號(hào)通路來(lái)活化腫瘤細(xì)胞自噬，繼而導(dǎo)致結(jié)直腸癌發(fā)生耐藥，miR-4802和miR-18a*在調(diào)節(jié)這一系列分子信號(hào)通路中發(fā)揮重要作用。另一項(xiàng)研究[19]顯示，結(jié)直腸癌細(xì)胞株與具核梭桿菌共培養(yǎng)后，其細(xì)胞增殖和侵襲能力顯著增強(qiáng)，進(jìn)一步分子機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)具核梭桿菌增強(qiáng)結(jié)直腸癌惡性表型是通過(guò)激活TLR4/MYD88/NF-κB/miR-21信號(hào)通路而實(shí)現(xiàn)的。此外，Bullman等[20]的研究發(fā)現(xiàn)，具核梭桿菌及其共聚細(xì)菌(包括擬桿菌屬、硒單胞菌屬和普雷沃菌屬)不僅定植于結(jié)直腸癌原發(fā)灶，還能隨腫瘤發(fā)生遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移而播散到肝臟轉(zhuǎn)移灶中。進(jìn)一步給予具核梭桿菌陽(yáng)性的結(jié)直腸癌小鼠模型喂飼甲硝唑(一種能抑制具核梭桿菌的抗菌藥物)，腫瘤生長(zhǎng)受到明顯抑制。盡管大多數(shù)證據(jù)表明具核梭桿菌可促進(jìn)結(jié)直腸癌的發(fā)生、發(fā)展，但Repass等[21]的研究利用qPCR法檢測(cè)結(jié)直腸癌組織、癌旁正常組織和健康對(duì)照組織中具核梭桿菌DNA豐度，結(jié)果顯示僅25%的結(jié)直腸癌組織中檢測(cè)到具核梭桿菌，且與癌旁正常組織相比并無(wú)明顯差異。

三、具核梭桿菌與口腔癌

口腔癌是發(fā)生在口腔內(nèi)惡性腫瘤的總稱，90%以上屬鱗狀上皮細(xì)胞癌[22]。近年來(lái)，口腔癌的發(fā)病年齡逐漸年輕化，且女性患者明顯增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界口腔癌每年新發(fā)病例為35～40萬(wàn)[23]。已有研究[24]表明口腔微生物組在維持正?？谇簧憝h(huán)境中發(fā)揮重要作用，口腔微生物群落中具核梭桿菌豐度隨口腔鱗狀細(xì)胞癌進(jìn)展而顯著增加，而鏈球菌、嗜血桿菌、卟啉單胞菌和放線菌數(shù)量隨著癌癥進(jìn)展而明顯減少。此外，口腔鱗狀細(xì)胞癌深層組織中同樣能檢測(cè)到具核梭桿菌富集[25]。具核梭桿菌還可協(xié)同其他口腔致病菌集聚，釋放炎癥刺激因子和內(nèi)毒素，進(jìn)一步上調(diào)細(xì)胞因子如IL-1、IL-8、IL-10、TNF-α和趨化因子的表達(dá)，誘導(dǎo)炎-癌轉(zhuǎn)化途徑，被認(rèn)定為口腔癌發(fā)生、發(fā)展的關(guān)鍵致病菌[7,26-27]。具核梭桿菌的細(xì)胞壁提取物可誘導(dǎo)宿主細(xì)胞產(chǎn)生IL-1α、IL-1β、IL-6、IL-8、MMP-9、MMP-13等細(xì)胞炎癥因子[7,26-28]。而MMP-9、MMP-13可能是治療口腔癌的潛在靶點(diǎn)[7,29]。由此可見(jiàn)，正常人口腔中存在具核梭桿菌定植，在口腔癌的發(fā)生、發(fā)展中具核梭桿菌的豐度明顯增多，并能協(xié)同其他致病菌富集于病變部位，加速疾病進(jìn)程。

四、具核梭桿菌與食管癌

食管癌是我國(guó)最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，每年新發(fā)病例和死亡人數(shù)均位居前列[13]。近年研究結(jié)果表明食管微生態(tài)參與了食管癌的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程。一項(xiàng)研究[30]發(fā)現(xiàn)包括具核梭桿菌在內(nèi)的某些革蘭陰性菌群的富集可能與胃食管反流病的發(fā)生有關(guān)，并可促進(jìn)Barrett食管甚至食管腺癌的發(fā)生。Elliott等[31]對(duì)86例食管黏膜16S rRNA基因擴(kuò)增子進(jìn)行測(cè)序，結(jié)果顯示與正常食管黏膜相比，食管癌黏膜的微生物多樣性明顯降低，且癌組織中具核梭桿菌富集。2011年波蘭一項(xiàng)病例報(bào)道顯示，1例食管癌合并化膿性心包炎患者的心包積液中檢出了擬桿菌和具核梭桿菌，說(shuō)明定植于口腔和腸道的菌群可遷延至患者心包積液中[32]。Yamamura等[33]的研究運(yùn)用qRCR法檢測(cè)325例食管癌黏膜組織中具核梭桿菌DNA含量，結(jié)果顯示其豐度顯著高于癌旁正常黏膜組織；且食管癌組織中具核梭桿菌DNA陽(yáng)性與腫瘤臨床分期和患者不良預(yù)后相關(guān)；KEGG通路分析顯示腫瘤細(xì)胞因子相關(guān)通路明顯活化，具核梭桿菌可能通過(guò)激活趨化因子CCL20促進(jìn)腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移。由此可見(jiàn)，具核梭桿菌在食管癌發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮致癌作用，但相關(guān)分子作用機(jī)制仍需進(jìn)一步探究。

五、具核梭桿菌與胃癌

幽門螺桿菌(Helicobacterpylori, Hp)介導(dǎo)的慢性炎癥在胃癌發(fā)生、發(fā)展中的作用已被廣泛認(rèn)可[34]。但部分胃癌患者Hp為陰性，提示在胃癌發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中可能存在其他致病菌。日本一項(xiàng)研究[35]采用qPCR法檢測(cè)20例胃癌組織中具核梭桿菌DNA豐度，結(jié)果顯示其陽(yáng)性率約為10%，低于食管癌(20%)、結(jié)直腸癌(45%)的檢出率。具核梭桿菌分泌的Fap2 Gal-GalNAc凝集素可特異性識(shí)別結(jié)直腸癌組織Gal-GalNAc抗原并進(jìn)一步富集至病變部位。Abed等[36]的研究發(fā)現(xiàn)在胃癌組織中Gal-GalNAc抗原高表達(dá)，提示胃癌可趨化具核梭桿菌富集并影響疾病進(jìn)展。一項(xiàng)研究[37]對(duì)9例胃炎上皮黏膜、7例胃黏膜腸化生和11例胃癌黏膜標(biāo)本的16S rRNA基因擴(kuò)增子進(jìn)行測(cè)序，結(jié)果顯示梭狀芽孢桿菌、具核梭桿菌和乳酸桿菌在胃癌患者中顯著富集，進(jìn)一步行ROC曲線分析顯示具核梭桿菌聯(lián)合其他兩株致病菌(C.colicanis、F.canifelinum)診斷胃癌的敏感性高達(dá)100%，特異性約為70%。今后仍應(yīng)進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量研究具核梭桿菌豐度診斷胃癌的價(jià)值，并聯(lián)合其他致病菌來(lái)提高診斷胃癌的特異性。

六、具核梭桿菌與其他腫瘤

有研究指出，具核梭桿菌在頭頸部腫瘤、胰腺癌、膀胱癌和乳腺癌的發(fā)生演進(jìn)過(guò)程中可能發(fā)揮致癌因素的作用[7]。國(guó)外一項(xiàng)回顧性研究[38]納入了22例菌血癥患者，具核梭桿菌是其中17例患者的惟一感染病原體。7例(31.8%)被診斷為癌癥，包括食管癌3例，惡性血液病、胃腸道間質(zhì)瘤、黑色素瘤和乳腺癌各1例。腫瘤及其放化療導(dǎo)致的口腔黏膜破損可能是原本定植于口腔的具核梭桿菌侵襲播散至血液的關(guān)鍵原因。同樣，由于解剖學(xué)的毗鄰關(guān)系，口腔中的具核梭桿菌可蔓延至頭頸部腫瘤病變部位，引發(fā)慢性炎癥、腫瘤細(xì)胞免疫逃逸并促進(jìn)腫瘤進(jìn)展[39]。此外，有研究指出，胰腺癌組織中具核梭桿菌富集預(yù)示患者預(yù)后不良，并推測(cè)具核梭桿菌感染所致的慢性炎癥可能是促進(jìn)胰腺癌惡性進(jìn)展的重要因素[40]。

七、結(jié)語(yǔ)與展望

惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展是一個(gè)多因素、多步驟的演變過(guò)程。病原菌感染以及菌群移位引起的慢性炎癥腫瘤微環(huán)境與腫瘤惡性進(jìn)程密切相關(guān)。已有研究表明具核梭桿菌參與了包括結(jié)直腸癌在內(nèi)的多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。具核梭桿菌的致癌性已得到大多數(shù)研究的證實(shí)，其可通過(guò)激活癌癥相關(guān)信號(hào)通路以及誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞免疫逃逸來(lái)促進(jìn)疾病進(jìn)展。新進(jìn)研究表明，以microRNA為代表的表觀遺傳因素可能在具核梭桿菌感染的結(jié)直腸癌進(jìn)程中發(fā)揮關(guān)鍵分子作用。然而，目前多數(shù)具核梭桿菌與腫瘤相關(guān)的研究?jī)H僅是觀察現(xiàn)象關(guān)聯(lián)性，具核梭桿菌與各種腫瘤的因果關(guān)系及其具體作用機(jī)制尚不明確，仍需進(jìn)一步行深入探究。