腫瘤微環(huán)境在結(jié)直腸癌中的研究進(jìn)展

何奎郝朗松劉琦鄧洋王波

作者單位：563003遵義 1遵義醫(yī)科大學(xué)研究生院；550002貴陽(yáng)2貴州省人民醫(yī)院普外科

結(jié)直腸癌（colorectal cancer，CRC）是消化系統(tǒng)常見的惡性腫瘤，在世界范圍內(nèi)發(fā)病率及死亡率均呈上升趨勢(shì)［1］。癌癥報(bào)告指出，無(wú)論在男性或女性中結(jié)直腸癌新發(fā)病例數(shù)均位列前3［2］。我國(guó)最新統(tǒng)計(jì)的全國(guó)癌癥調(diào)查報(bào)告顯示，結(jié)直腸癌亦居于主要惡性腫瘤之列，總體發(fā)病率和死亡率分別排在第3和第5位［3-4］。結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展往往是多因素、多階段、多環(huán)節(jié)參與的復(fù)雜過(guò)程，在此過(guò)程中，結(jié)直腸癌細(xì)胞及其周圍環(huán)境構(gòu)成了特異性的腫瘤微環(huán)境，結(jié)直腸癌細(xì)胞與腫瘤微環(huán)境（tumor microenvironment，TME）的多種成分相互作用、協(xié)同進(jìn)化，從而促進(jìn)其發(fā)生發(fā)展。在結(jié)直腸癌的腫瘤微環(huán)境中，腸道菌群微環(huán)境、缺氧微環(huán)境及炎癥微環(huán)境目前研究較多且認(rèn)可度較高，因此本文主要圍繞三者在結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 腸道菌群微環(huán)境

近年隨著科學(xué)研究及醫(yī)學(xué)的發(fā)展，分子生物學(xué)及宏基因組學(xué)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?qū)δc道菌群微環(huán)境的研究也越來(lái)越深入，并認(rèn)為腸道菌群微環(huán)境對(duì)多種腫瘤發(fā)生有重要作用［5］。人類腸道中存在超過(guò)100萬(wàn)億細(xì)菌，形成了一個(gè)復(fù)雜的菌群微環(huán)境，可以介導(dǎo)新陳代謝和免疫功能，從而直接或間接影響人類健康［6］。腸道菌群組成雖然復(fù)雜［7］，且具有極高的種水平甚至菌株水平上的多樣性和個(gè)體差異性，但健康成年人腸道菌群的種類和相對(duì)豐度卻相似［8］。大量研究表明［9-10］，腸道菌群的改變及其代謝產(chǎn)物在結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展中起重要作用，結(jié)直腸癌患者與未患腸道疾病人群糞便中菌群種類、相關(guān)菌種豐度等亦存在明顯差異。有研究對(duì)比不同人群糞便中菌群種類與腸道息肉病、結(jié)直腸癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)多種腸道菌群與結(jié)直腸癌發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)高度相關(guān)，其中在結(jié)直腸癌高風(fēng)險(xiǎn)人群中擬桿菌屬與大腸桿菌數(shù)量明顯增加［11］。近年，有學(xué)者［12］通過(guò)16SrRNA基因測(cè)序技術(shù)發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌患者、腸息肉患者與正常人群腸黏膜的腸道微生物組成存在明顯差異，在結(jié)直腸癌患者腸道中擬桿菌屬以及一些口腔來(lái)源的病原菌豐度明顯升高。MIMA等［13］利用2項(xiàng)美國(guó)全國(guó)前瞻性隊(duì)列研究中1 000多例結(jié)直腸癌患者進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌組織中的具核梭桿菌DNA數(shù)量與腫瘤分期、轉(zhuǎn)移情況、生存期均呈正相關(guān)。另有研究發(fā)現(xiàn)具核梭桿菌是結(jié)直腸癌組織中最常見的細(xì)菌種類之一，且結(jié)直腸癌原發(fā)腫瘤與轉(zhuǎn)移瘤間的腸道菌群具有穩(wěn)定性和一致性。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌異種移植瘤小鼠通過(guò)連續(xù)傳代，具核梭桿菌及其相關(guān)微生物群仍能存活，而經(jīng)抗生素甲硝唑治療后可減少具核梭桿菌細(xì)菌載量，且抑制癌細(xì)胞增殖和整體腫瘤生長(zhǎng)［14］。而有研究通過(guò)多組臨床前模型，發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡有利于防治結(jié)直腸癌，且通過(guò)菌群移植可改善結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移與復(fù)發(fā)［15］。此外，化療失敗是結(jié)直腸癌患者復(fù)發(fā)和預(yù)后差的主要原因。YU等［16］研究發(fā)現(xiàn)具核梭桿菌可導(dǎo)致結(jié)直腸癌細(xì)胞產(chǎn)生化療耐藥性，可能是癌細(xì)胞通過(guò)激活自噬細(xì)胞存活機(jī)制從而逃避細(xì)胞凋亡，因?yàn)橥ǔＧ闆r下自噬能夠被開啟或關(guān)閉，具核梭桿菌可阻止微小核糖核酸-18a*和miRNA-4802表達(dá)，從而阻止自噬關(guān)閉，使自噬狀態(tài)處于持續(xù)“開啟”狀態(tài)，最終導(dǎo)致耐藥發(fā)生。另有研究報(bào)道豐富的腸道微生物區(qū)系可調(diào)節(jié)腸內(nèi)外組織的癌變和抗癌治療反應(yīng)，在這過(guò)程中細(xì)胞毒性化療藥物可誘導(dǎo)腸道微生物的組成和形狀、生理和基因表達(dá)改變，進(jìn)一步調(diào)節(jié)其對(duì)藥物代謝的影響［17］。綜上認(rèn)為，雖然目前腸道菌群對(duì)結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展的機(jī)制未闡明，但均顯示腸道菌群在其發(fā)病中發(fā)揮重要作用，且有效調(diào)控腸道菌群可能有助于預(yù)防和治療結(jié)直腸癌。

2 炎癥微環(huán)境

炎癥是腫瘤微環(huán)境的重要組成部分，與腫瘤發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。其中慢性炎癥主要以免疫細(xì)胞浸潤(rùn)（包括單核巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和漿細(xì)胞），組織破壞，纖維化和血管生成等為主要特征。慢性炎癥反復(fù)遷延可誘發(fā)癌變，甚至顯著促進(jìn)惡性進(jìn)展［18］。在腫瘤進(jìn)展后期，炎癥反應(yīng)相關(guān)因子表達(dá)的增加亦可促進(jìn)腫瘤擴(kuò)散和轉(zhuǎn)移［19］。近年研究表明，炎性細(xì)胞因子與結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，其中較為常見的有轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β（transforming growth factorβ，TGF-β）、白細(xì)胞介素6（interleukin 6，IL-6）、核因子κB（nuclear factorκB，NF-κB）、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）、腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factorα，TNF-α）等細(xì)胞因子，這些細(xì)胞因子可通過(guò)調(diào)節(jié)各路信號(hào)通路影響結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展。NF-κB于1986年在B淋巴細(xì)胞的細(xì)胞核提取物中發(fā)現(xiàn)［20］，是一類重要的轉(zhuǎn)錄激活因子，可參與炎癥、免疫、應(yīng)激等反應(yīng)及細(xì)胞凋亡調(diào)控，并在惡性腫瘤包括結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展中起重要作用［21-23］。一項(xiàng)納入265 261例結(jié)直腸癌患者的研究數(shù)據(jù)顯示，NF-κB在結(jié)直腸癌組織中高表達(dá)，且與腫瘤侵襲性和生存率顯著相關(guān)［24］。癌癥進(jìn)化發(fā)育學(xué)（cancer evolutiondevelopment，Cancer Evo-Dev）是從多方面驗(yàn)證與描述惡性腫瘤的共性規(guī)律，其中談及慢性炎癥與結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)化之間的共性規(guī)律時(shí)認(rèn)為慢性炎癥誘導(dǎo)的基因組突變是驅(qū)動(dòng)結(jié)直腸癌進(jìn)化發(fā)育的共性前提，而由免疫反應(yīng)與基因組損傷-修復(fù)失調(diào)促進(jìn)的細(xì)胞突變是結(jié)直腸癌細(xì)胞進(jìn)化的基本動(dòng)力［25］。同樣在慢性炎癥微環(huán)境中，在選擇和生存競(jìng)爭(zhēng)中存活下來(lái)的突變型細(xì)胞，通?？梢鸺?xì)胞中關(guān)鍵信號(hào)通路傳導(dǎo)模式的改變，例如在促進(jìn)腸腺瘤生成的環(huán)節(jié)中存在Wnt信號(hào)通路的持續(xù)激活，其可打破正常腸上皮細(xì)胞增生、分化和凋亡的調(diào)節(jié)平衡［26］。固有免疫系統(tǒng)是宿主免疫防御系統(tǒng)中普遍的、穩(wěn)定的組成部分，能對(duì)入侵的病原體做出快速反應(yīng)。它主要通過(guò)模式識(shí)別受體（pattern recognition receptor，PRR）傳遞信號(hào)，其中包括NOD樣受體（NOD-like receptors，NLRs）和Toll樣受體（tolllike receptors，TLRs），可使宿主對(duì)不同刺激產(chǎn)生免疫感知和反應(yīng)。不同微生物的病原體相關(guān)分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMPs）被其同源的TLRs識(shí)別，同時(shí)TLRs也可激活下游的NF-κB信號(hào)通路，從而導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子和趨化因子產(chǎn)生，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖和進(jìn)展［27］?？傊琓LRs信號(hào)通路在慢性炎癥中扮演重要角色，其異常激活可導(dǎo)致NF-κB相關(guān)信號(hào)通路激活和引起IL-1β、TNFα、IL-6等炎性因子過(guò)表達(dá)，從而促進(jìn)炎癥反應(yīng)發(fā)生，與結(jié)直腸癌亦密切相關(guān)。TLRs信號(hào)通路還可通過(guò)調(diào)節(jié)基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）和整合素增強(qiáng)結(jié)直腸癌細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移能力，進(jìn)而促進(jìn)結(jié)直腸癌進(jìn)展［28-29］。炎癥性腸?。╥nflammatory bowel disease，IBD）也稱為結(jié)腸炎相關(guān)結(jié)直腸癌（colitis-associated cancer，CAC），是易癌變的炎癥性病變，故減弱炎癥性腸病的發(fā)生率在一定程度上有助于預(yù)防相關(guān)性結(jié)直腸癌的發(fā)生。輔助T細(xì)胞17（helper T cell，Th17）分泌的IL-17是IBD重要的相關(guān)因子，而IL-23作為Th17細(xì)胞的積極調(diào)控因子可影響IL-17分泌。小鼠實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)阻斷IL-23信號(hào)通路可誘導(dǎo)Th17細(xì)胞凋亡，進(jìn)而減弱結(jié)腸炎反應(yīng)［30］。因此，目前認(rèn)為炎癥微環(huán)境可影響結(jié)直腸癌的發(fā)生、發(fā)展與免疫抑制等。當(dāng)腸道受到內(nèi)源或外源性刺激時(shí)，會(huì)激活相應(yīng)的炎癥信號(hào)通路而產(chǎn)生炎性細(xì)胞因子（NF-κB、TNF-α、IL-17等），從而促進(jìn)腸道炎癥發(fā)生甚至引起腸道細(xì)胞癌變。

3 缺氧微環(huán)境

組織缺氧不僅可影響腫瘤代謝、血管生成和固有免疫，也被認(rèn)為是促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移的重要微環(huán)境因素之一。低氧或氧的可利用性降低是腫瘤微環(huán)境的共同特征，會(huì)觸發(fā)一系列相關(guān)缺氧信號(hào)蛋白的表達(dá)和基因轉(zhuǎn)錄發(fā)生變化，從而影響血管生成和新陳代謝，促進(jìn)腫瘤發(fā)生和進(jìn)展［31-32］。缺氧微環(huán)境是腫瘤生長(zhǎng)所必需的，這個(gè)過(guò)程中缺氧誘導(dǎo)因子（hypoxia inducible factor，HIF）發(fā)揮了關(guān)鍵作用［33］。HIF是由氧依賴的α亞基和氧不敏感的β亞基形成的異二聚體復(fù)合物。到目前為止，在人類中已發(fā)現(xiàn)3種α形式：HIF-1α、HIF-2α和HIF-3α，其中HIF-1α是研究最多的亞型，在缺氧環(huán)境中普遍表達(dá)。β亞基也叫芳香烴受體核轉(zhuǎn)運(yùn)子（arylhydrocarbon receptor nuclear translocator，ARNT），在細(xì)胞核中表達(dá)，活動(dòng)不受缺氧的影響［34］。雖然HIF主要與缺氧反應(yīng)有關(guān)，但近年部分研究也證明了HIF在炎癥反應(yīng)中的作用。

多項(xiàng)研究認(rèn)為缺氧微環(huán)境與結(jié)直腸癌發(fā)生、發(fā)展相關(guān)的信號(hào)通路息息相關(guān)［35-37］。研究發(fā)現(xiàn)［38-39］，結(jié)直腸癌組織與炎癥性腸病的黏膜組織中不同程度高表達(dá)HIF-1α。HIF-1α在T細(xì)胞、B細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞的活性中起關(guān)鍵作用，同時(shí)與NF-κB存在“串?dāng)_”現(xiàn)象，凸顯了免疫、炎癥和細(xì)胞對(duì)缺氧反應(yīng)的復(fù)雜相互作用［40-42］。1994年，缺氧誘導(dǎo)NF-κB通路的激活首次被報(bào)道［43-44］，隨即開啟了腫瘤領(lǐng)域中缺氧與炎癥關(guān)系的研究。多項(xiàng)研究認(rèn)為炎癥過(guò)程中HIF-1α和NF-κB可能存在一定聯(lián)系［45-46］，但是兩者具體如何參與炎癥過(guò)程的機(jī)制并不清楚。FITZPATRICK等［47］利用NF-κB干擾控制下表達(dá)熒光素酶的轉(zhuǎn)基因小鼠作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，證明低氧在體內(nèi)可激活小鼠心臟和肺中的NF-κB，并得出當(dāng)缺氧依賴的HIF-1α表達(dá)時(shí)，NF-κB通路就存在，且有相互作用，同時(shí)NF-κB可調(diào)控HIF-1α表達(dá)。此外，JIANG等［48］研究發(fā)現(xiàn)，NF-κB對(duì)HIF-1α具有雙重調(diào)節(jié)機(jī)制，NF-κB的p65亞基可促進(jìn)HIF-1α轉(zhuǎn)錄，而c-Rel會(huì)降低HIF-1α在缺氧條件下的轉(zhuǎn)錄。JIANG等［49］采用原位雜交和免疫組織化學(xué)法分析71例結(jié)直腸腫瘤（大腸腺瘤9例，結(jié)直腸癌62例）中HIF-1α和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）蛋白的表達(dá)，結(jié)果顯示HIF-1α與VEGF表達(dá)呈正相關(guān)，且在腺瘤及結(jié)直腸癌中的表達(dá)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且Dukes C期、D期組織中HIF-1α和VEGF的表達(dá)水平明顯高于Dukes A期、B期。該研究還發(fā)現(xiàn)HIF-1α和VEGF表達(dá)與PTEN基因（gene of phosphate and tension homology deleted on chromsome ten，PTEN）表達(dá)水平顯著降低相關(guān)，認(rèn)為PI3K/Akt/FRAP（FKBP雷帕霉素相關(guān)蛋白）通路參與了HIF-1α的表達(dá)上調(diào)。有研究［50-51］報(bào)道除缺氧或信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路上調(diào)外，在結(jié)直腸癌中VHL（von Hippel-Lindau）抑癌基因表達(dá)的降低或丟失往往伴隨著HIF-1α的表達(dá)上調(diào)。還有研究發(fā)現(xiàn)在低氧條件下，癌癥相關(guān)成纖維細(xì)胞（cancer-associated fibroblasts，CAFs）通過(guò)HIF-1α和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β2（transforming growth factor-β，TGF-β）的協(xié)同作用，可誘導(dǎo)結(jié)直腸癌化療耐藥［52］。

4 三者在結(jié)直腸癌中的相互作用

腸道菌群微環(huán)境、炎癥微環(huán)境及缺氧微環(huán)境三者在結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展過(guò)程中聯(lián)系緊密、互為因果。當(dāng)腸道菌群紊亂時(shí)，特殊菌種間相互作用可導(dǎo)致結(jié)直腸上皮細(xì)胞產(chǎn)生系列炎癥反應(yīng)，而炎癥刺激可導(dǎo)致上皮細(xì)胞缺氧，進(jìn)而加重炎癥反應(yīng)；長(zhǎng)期的炎癥刺激也可導(dǎo)致結(jié)直腸上皮細(xì)胞癌變，最終促進(jìn)結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展。CHUNG等［53］通過(guò)建立結(jié)直腸癌ApcMin小鼠模型，發(fā)現(xiàn)脆弱類桿菌毒素（bacteroides fragilis enterotoxin，BFT）在結(jié)腸上皮細(xì)胞（colonic epithelial cells，CECs）中觸發(fā)了一種致癌前、多步的炎性級(jí)聯(lián)反應(yīng)，其中需要IL-17、NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，因此認(rèn)為IL-17、NF-κB是產(chǎn)毒性脆弱擬桿菌誘導(dǎo)結(jié)直腸炎癥性級(jí)聯(lián)反應(yīng)的啟動(dòng)器。該研究還發(fā)現(xiàn)BFT可與腸道上皮細(xì)胞特異性結(jié)合，誘導(dǎo)Th17生成，進(jìn)而產(chǎn)生IL-17；IL-17又可進(jìn)一步激活NF-κB信號(hào)通路，從而產(chǎn)生一系列炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)，最終促進(jìn)結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展。另外，HIF除了依賴O2調(diào)節(jié)外，炎癥與HIF調(diào)節(jié)也密切相關(guān)。NF-κB是炎癥反應(yīng)中的主要轉(zhuǎn)錄因子，也是HIF-1α在炎癥反應(yīng)中的直接轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，NF-κB被激活物激活時(shí)，NF-κB可直接增加巨噬細(xì)胞HIF-1αmRNA表達(dá)［54］。

5 小結(jié)

目前研究認(rèn)為腫瘤微環(huán)境中腸道菌群、炎癥與缺氧在結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展及治療中扮演了重要角色，并相互作用、相互影響，形成了多步驟、多環(huán)節(jié)、多因素的致病因素。例如脆弱擬桿菌、具核梭桿菌等特殊菌種在結(jié)直腸癌的腸黏膜組織中高度富集，且與分期、腫瘤大小及耐藥等具有明顯相關(guān)性；炎癥信號(hào)通路在特殊情況下被激活，產(chǎn)生炎性因子，造成炎性反應(yīng)，促進(jìn)腸道細(xì)胞癌變；腸道缺氧環(huán)境形成與炎性反應(yīng)息息相關(guān)，相互促進(jìn)，三者有“串?dāng)_交互”現(xiàn)象。但是腸道是一個(gè)復(fù)雜的大環(huán)境，從而造就了結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展的復(fù)雜性，雖然目前對(duì)腫瘤微環(huán)境與結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展的認(rèn)知更加全面，但是面對(duì)復(fù)雜的腸道環(huán)境與多變的菌群，仍有很多未知領(lǐng)域亟待探索。在未來(lái)進(jìn)一步系統(tǒng)性探索三者之間的關(guān)系以及各菌種的相互作用，深入了解腫瘤微環(huán)境與結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展的關(guān)系及其分子機(jī)制，將有益于結(jié)直腸癌的預(yù)防、診斷和治療。