具核梭桿菌與結(jié)直腸癌相關(guān)性的研究進展

程玉 譚詩云 李明 馬鳳梅

[摘要] 結(jié)直腸癌（CRC）具有高發(fā)病率及死亡率，具核梭桿菌（Fn）與CRC發(fā)生發(fā)展及耐藥性關(guān)系密切，但作用機制尚不明確，本文擬從炎癥、免疫、表型遺傳、代謝、耐藥等途徑對機制進行探討。此外，F(xiàn)n還可作為新型生物標志物用于CRC的臨床診斷中，糞便檢測、血清學(xué)檢測、電噴霧電離質(zhì)譜檢測等極具臨床診斷價值。同時，針對Fn的抗生素治療及疫苗治療為CRC治療提供了新方向。本文擬Fn導(dǎo)致CRC發(fā)生發(fā)展及耐藥機制、診斷價值、治療方式進行綜述。

[關(guān)鍵詞] 具核梭桿菌;結(jié)直腸癌;機制;診斷;治療

[中圖分類號] R735.37? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-7210（2020）01（c）-0030-04

Research progress on the relationship between fusobacterium nucleatum and colorectal cancer

CHENG Yu TAN Shiyun LI Ming Ma Fengmei1

1.The First Clinical Medical College， Wuhan University， Hubei Province， Wuhan? ?430060， China; 2.Department of Gastroenterology? Hubei Key laborary of Digestive System Disease， Renmin Hospital of Wuhan University， Hubei Province， Wuhan? ?430060， China

[Abstract] Colorectal Cancer （CRC） has high incidence and mortality. Fusobacterium nucaleatum （Fn） is closely related to the occurrence， development and drug resistance of CRC， however， the mechanism is not clear. This paper intends to explore mechanisms from inflammation， immunity， phenotypic inheritance， metabolism， drug resistance and so on. Moreover， Fn can also be used as a new biomarker in the clinical diagnosis of CRC， while fecal test， serological test and electrospray ionization mass spectrometry are of great value in clinical diagnosis. At the same time， antibiotic treatment and vaccine therapy for Fn provide a new direction for the treatment of CRC. This article reviews the mechanism of pathogenesis， drug resistance， the diagnostic value and the treatment of CRC caused by Fn.

[Key words] Fusobacterium nucleatum; Colorectal cancer; Mechanism; Diagnose; Treatment

結(jié)直腸癌（CRC）在全球惡性腫瘤中，發(fā)病率位居第四，死亡率位居第二[1]。越來越多證據(jù)顯示[2]，利用微生物菌群治療癌癥具有巨大潛力。具核梭桿菌（Fn）作為共生菌，是一種革蘭陰性厭氧桿菌，在口腔中含量最高，是CRC組織中最常見細菌種類之一[3]。2012年首次通過微生物基因組分析揭示Fn在CRC中顯著富集，F(xiàn)n與CRC癌的發(fā)生相關(guān)[4-5]。研究人員發(fā)現(xiàn)，40%以上的CRC患者病變部位和唾液中具有相同的Fn，提示CRC中Fn來源于口腔，進一步顯示口腔Fn靶向治療在CRC的應(yīng)用前景[6]。

1 Fn促進CRC可能機制

1.1 誘導(dǎo)慢性炎癥

Kostic等[7]研究顯示，被Fn感染后的ApcMin/+小鼠腫瘤生長加速，通過驅(qū)動髓樣細胞浸潤形成促炎癥腫瘤環(huán)境。核因子-κB（NF-κB）已被確定為炎癥與癌癥之間的中心聯(lián)系，F(xiàn)n還激活了NF-κB通路并誘導(dǎo)了編碼促炎細胞因子的表達，為血管生成及腫瘤生長提供炎癥微環(huán)境。FadA是Fn的黏附因子，Rubinstein等[8]發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)n能通過FadA與腸上皮細胞的E-鈣黏蛋白結(jié)合激活β-連環(huán)蛋白信號通路，導(dǎo)致Wnt的轉(zhuǎn)錄活性增強，促進炎性因子分泌、癌基因激活和癌細胞增殖。

1.2 調(diào)節(jié)免疫功能

自然殺傷（NK）細胞屬于先天免疫系統(tǒng)，含免疫球蛋白和ITIM基序的T細胞免疫受體（TIGIT）是NK細胞和其他免疫細胞的抑制性受體，F(xiàn)n細胞表面糖蛋白2（Fap2）能結(jié)合TIGIT，抑制NK細胞的毒性作用，保護腫瘤細胞不被免疫細胞殺死[9]。Fn表面Fap2凝集素還能與含有Gal-GalNAc腫瘤細胞結(jié)合，導(dǎo)致Fn富集[10]。此外，F(xiàn)n還能結(jié)合并激活人抑制癌胚抗原相關(guān)細胞黏附分子（CEACAM1）導(dǎo)致T細胞和NK細胞活性的抑制，導(dǎo)致腫瘤細胞免疫逃避[11]。腫瘤相關(guān)巨噬細胞（TAM）參與宿主防御、組織修復(fù)、血管生成和誘導(dǎo)炎癥，在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中起著重要的作用。Chen等[12]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)n免疫抑制作用是通過Toll樣受體4（TLR4）依賴性機制促進巨噬細胞M2極化，導(dǎo)致ApcMin/+小鼠中CRC生長，TLR4可能是Fn相關(guān)CRC的免疫治療靶標。Tahara等[13]研究76例Fn陽性CRC患者顯示，CRC中Fn數(shù)量與CD3+ T細胞密度呈負相關(guān)，F(xiàn)n通過下調(diào)T細胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)促進CRC發(fā)生。

1.3 影響表型遺傳

Fn富集可能與表型遺傳因素相關(guān)，包括微衛(wèi)星不穩(wěn)定性（MSI）、CpG島甲基化表型（CIMP）和微小RNA（miRNA）。各種miRNA對CRC發(fā)生起著重要的作用，miRNA-21被認為是Fn的作用靶點，髓樣分化因子（MYD88）是TLR信號通路中的一個關(guān)鍵接頭分子，在傳遞上游信息和疾病發(fā)生發(fā)展中具有重要的作用，F(xiàn)n通過激活CRC細胞的TLR4/MYD88/NF-κB信號途徑上調(diào)miRNA-21的表達[14]。Ito等[15]研究465個癌前病變和511個CRC，確定高豐度Fn的CRC發(fā)生與CIMP高病變有關(guān)。Mima等[16]研究推測微衛(wèi)星不穩(wěn)定性（MSI）可能影響抗腫瘤T細胞介導(dǎo)的適應(yīng)性免疫。Tahara等[13]研究149例結(jié)腸直腸癌組織、89例癌旁正常組織和72個正常組織，證實Fn與CIMP、MSI有關(guān)。細胞周期依賴激酶抑制劑2A（CDKN2A）是失活率最高的腫瘤抑制基因，是CIMP標志物的一種。相關(guān)研究[17]對160個高MSI的CRC中Fn的DNA狀態(tài)分析，F(xiàn)n富集與高MSI的CRC組織中CDKN2A（p16）啟動子甲基化顯著相關(guān)，提示Fn能使CDKN2A基因啟動子甲基化而失活，并證明Fn在高MSI的CRC中發(fā)揮積極作用。Yang等[18]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)n通過TLR4/MYD88途徑導(dǎo)致NF-κB活化、上調(diào)miR21，F(xiàn)n和miR-21水平共同升高與不良預(yù)后相關(guān)。

1.4 代謝產(chǎn)物影響

硫化氫（H2S）是一種已知的基因毒性產(chǎn)物，在結(jié)腸癌細胞中觀察到H2S酶的表達增加，過量的H2對CRC的增殖有著重要的作用[19]。Fn可產(chǎn)生揮發(fā)性硫化物，如H2S等，即使?jié)舛群艿?，對組織也是致癌的，可能導(dǎo)致基因組不穩(wěn)定或累積突變，通過激活增殖、侵襲等信號傳導(dǎo)途徑影響腫瘤生長和轉(zhuǎn)移，并增強腫瘤血管生成[20]。丁酸鹽因能減緩結(jié)腸癌細胞生長、激活癌細胞凋亡，對結(jié)腸癌有預(yù)防作用。Fn能夠消耗丁酸鹽，并通過多種途徑誘導(dǎo)CRC的發(fā)生[21]。Fn產(chǎn)生的氨基酸代謝產(chǎn)物，如甲硫氨酰、亮氨酸、苯丙氨酸以及短鏈脂肪酸，均是髓系細胞趨化劑，可能是癌內(nèi)髓樣細胞擴張的原因[22]。

1.5 誘導(dǎo)化療耐藥

大多數(shù)晚期CRC患者初期對聯(lián)合化療有反應(yīng)，然而最終由于耐藥導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)。目前認為，F(xiàn)n調(diào)節(jié)Toll樣受體、miRNA和自噬的信號通路，實現(xiàn)CRC的化療耐藥。凋亡抑制因子BIRC3通過抑制癌細胞凋亡誘導(dǎo)化療抗性。有研究[23]顯示，F(xiàn)n通過TLR4/NF-κB途徑上調(diào)CRC細胞中的BIRC3表達促進對5-氟尿嘧啶（5-Fu）的化療耐藥性，F(xiàn)n豐度與晚期CRC患者的化學(xué)耐藥性相關(guān)，且Fn和BIRC3可作為降低晚期CRC中5-Fu化療耐藥性的治療靶點。另有研究[24]顯示，F(xiàn)n作為潛在CRC治療的靶向藥物，可下調(diào)miRNA-18a和miRNA-4082，誘導(dǎo)CRC細胞從凋亡轉(zhuǎn)變?yōu)樽允赏緩?，促進CRC患者對奧沙利鉑和5-Fu的化療抵抗。

2 Fn臨床檢測方法

Fn作為潛在微生物標志物，可能代表未來篩選CRC的重要策略，選擇具有“高?！盕n感染的患者進入下一步的診療流程（如結(jié)腸鏡檢查等），是非常有臨床前景的診斷方式。

糞便免疫化學(xué)試驗（FIT）用于篩查CRC，然而FIT陽性可能是許多非CRC的先兆，許多攝入的物質(zhì)也可能導(dǎo)致假陽性。添加微生物標志物（如糞便Fn豐度）可以作為非侵入性篩查CRC的補充手段。Tunsjo等[25]研究對CRC患者糞便和黏膜中的Fn進行檢測，發(fā)現(xiàn)CRC中糞便中的Fn含量明顯高于正常組和息肉組，且糞便中Fn與CRC組織中Fn比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義，反映了糞便中高豐度的Fn可用于CRC患者腫瘤組織中Fn的檢測。Wong等[26]研究顯示，當Fn的糞便定量顯著提高CRC檢出的靈敏度及特異度，與FIT聯(lián)合測試時可以挽救超過75%的獨立FIT遺漏CRC患者。證實Fn的糞便定量可作為診斷CRC有價值的生物標志物，以及FIT漏診的補充診斷，對篩查晚期結(jié)直腸腺瘤有著巨大的潛力。Liang等[27]研究顯示，F(xiàn)n和其他腸道菌群的聯(lián)合診斷與單獨Fn診斷比較，對CRC特別是對于非轉(zhuǎn)移性CRC癌的診斷效能提高，提示微生物聯(lián)合診斷具有廣闊的應(yīng)用前景。

除了糞便診斷，血清中針對Fn-IgA或Fn-IgG抗體的檢測也具有作為診斷潛力。Wang等[28]將Fn陽性的CRC患者血清分別與HRP-IgA、HRP-IgG孵育。研究顯示，F(xiàn)n蛋白抗原可引起強烈的體液反應(yīng)，并在CRC患者中產(chǎn)生高水平的特異性抗體。血清抗Fn-IgA和抗Fn-IgG顯示出診斷Fn感染的能力，抗Fn-IgA和癌胚抗原（CEA）的組合更好地用于診斷CRC（靈敏度和特異性分別為53.10%和96.41%）。然而，還需要進一步審查血清抗體測試的特異性和敏感性，并且Fn的遺傳和抗原多樣性以及牙周炎或其他梭桿菌感染的病史可能是混雜因素。

電噴霧電離質(zhì)譜（ESI-MS）是一種新型診斷技術(shù)，特別適用于疑似厭氧菌感染以及培養(yǎng)呈假陽性。在傳統(tǒng)微生物檢測和PCR/ESI-MS技術(shù)檢測Fn前瞻性比較中，抗菌治療后獲得的72%的培養(yǎng)物是陰性的，而運用ESI-MS技術(shù)在60%培養(yǎng)假陰性的病例中檢測到Fn，極大提高了Fn檢測的靈敏性，對于指導(dǎo)抗Fn治療具有極高的意義[29]。

3 抗Fn治療

除青霉素外，大多數(shù)Fn的臨床分離菌株對許多抗生素都很敏感，包括甲硝唑、克林霉素和許多β-內(nèi)酰胺類抗生素。Bullman等[30]研究顯示，在高負荷Fn的CRC來源的異種移植模型中，甲硝唑可以通過減少Fn數(shù)量、減少腫瘤體積，進一步強調(diào)了微生物菌群調(diào)節(jié)作為Fn相關(guān)CRC的潛在治療方法的必要性。然而，部分厭氧菌的存在改善了放化療的反應(yīng)，而甲硝唑廣泛靶向作用于厭氧菌及其耐藥性，都是需要解決的問題。由于對抗生素耐藥性的擔憂，抗病毒策略可能更為合適?？寡趸鞍淄榛鶜溥^氧化物還原酶亞基C（AhpC）可在各種病原體感染期間誘導(dǎo)強烈的抗菌免疫應(yīng)答，相關(guān)研究[31]顯示，AhpC重組蛋白可以被CRC患者血清中的抗體特異性識別，AhpC/明礬的全身預(yù)防性免疫在77.3%小鼠中有抗Fn作用，具有高抗AhpC抗體滴度的血清可抑制Fn生長。研究結(jié)果支持使用AhpC作為針對腸道中Fn居住或感染的潛在疫苗候選物，可以提供預(yù)防與Fn感染相關(guān)的CRC的實用策略。

4 小結(jié)

目前已經(jīng)證實，F(xiàn)n在CRC發(fā)生發(fā)展、化療耐藥中起著重要的作用，F(xiàn)n的診斷、治療價值也被發(fā)現(xiàn)。近年來，微生物群菌群相關(guān)疾病的研究成為熱點，F(xiàn)n作為微生物菌群中的一員，診治在臨床領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。流行病學(xué)研究也已開始討論改變生活方式、調(diào)節(jié)腸道微生物菌群，如飲食、調(diào)節(jié)腸道菌群藥物、抗生素等，旨在影響體內(nèi)Fn水平從而防治CRC?？紤]針對性診斷及治療Fn之前，必須更多地了解基本生物學(xué)特性，包括天然生態(tài)位置和其他可能與疾病相關(guān)的位置、與宿主細胞及與其他微生物相互作用、與眾多疾病的因果關(guān)系，只有掌握共生關(guān)系和致病機制，才能更好的用于診斷、預(yù)防和治療。

[參考文獻]

[1]? Bray F，F(xiàn)erlay J，Soerjomataram I，et al. Global cancer statistics 2018：GLOBOCAN estimates of incidence and mortality worldwide for 36 cancers in 185 countries [J]. CA Cancer J Clin，2018，68（6）：394-424.

[2]? Garrett WS. Cancer and the microbiota [J]. Science，2015， 348（6230）：80-86.

[3]? Brennan CA，Garrett WS. Fusobacterium nucleatum-symbiont，opportunist and oncobacterium [J]. Nat Rev Microbiol，2019，17（3）：156-166.

[4]? Kostic AD，Gevers D，Pedamallu CS，et al. Genomic analysis identifies association of Fusobacterium with colorectal carcinoma [J]. Genome Res，2012，22（2）：292-298.

[5]? Castellarin M，Warren RL，F(xiàn)reeman JD，et al. Fusobacterium nucleatum infection is prevalent in human colorectal carcinoma [J]. Genome Res，2012，22（2）：299-306.

[6]? Komiya Y，Shimomura Y，Higurashi T，et al. Patients with colorectal cancer have identical strains of Fusobacterium nucleatum in their colorectal cancer and oral cavity [J]. Gut，2019，68（7）：1335-1337.

[7]? Kostic AD，Chun E，Robertson L，et al. Fusobacterium nucleatum potentiates intestinal tumorigenesis and modulates the tumor-immune microenvironment [J]. Cell Host Microbe，2013，14（2）：207-215.

[8]? Rubinstein MR，Wang X，Liu W，et al. Fusobacterium nucleatum promotes colorectal carcinogenesis by modulating E-cadherin/beta-catenin signaling via its FadA adhesin [J]. Cell Host Microbe，2013，14（2）：195-206.

[9]? Gur C，Ibrahim Y，Isaacson B，et al. Binding of the Fap2 protein of Fusobacterium nucleatum to human inhibitory receptor TIGIT protects tumors from immune cell attack [J]. Immunity，2015，42（2）：344-355.

[10]? Abed J，Emgard JE，Zamir G，et al. Fap2 Mediates Fusobacterium nucleatum Colorectal Adenocarcinoma Enrichment by Binding to Tumor-Expressed Gal-GalNAc [J]. Cell Host Microbe，2016，20（2）：215-225.

[11]? Gur C，Maalouf N，Shhadeh A，et al. Fusobacterium nucleatum supresses anti-tumor immunity by activating CE-ACAM1 [J]. Oncoimmunology，2019，8（6）：e1581531.

[12]? Chen T，Li Q，Wu J，et al. Fusobacterium nucleatum promotes M2 polarization of macrophages in the microenvironment of colorectal tumours via a TLR4-dependent mechanism [J]. Cancer Immunol Immunother，2018，67（10）：1635-1646.

[13]? Tahara T，Yamamoto E，Suzuki H，et al. Fusobacterium in colonic flora and molecular features of colorectal carcinoma [J]. Cancer Res，2014，74（5）：1311-1318.

[14]? Hashemi GN，Heidarzadeh S，Jahangiri S，et al. Fusobacterium nucleatum and colorectal cancer：A mechanistic overview [J]. J Cell Physiol，2019，234（3）：2337-2344.

[15]? Ito M，Kanno S，Nosho K，et al. Association of Fusobacterium nucleatum with clinical and molecular features in colorectal serrated pathway [J]. Int J Cancer，2015，137（6）：1258-1268.

[16]? Mima K，Sukawa Y，Nishihara R，et al. Fusobacterium nucleatum and T Cells in Colorectal Carcinoma [J]. JAMA Oncol，2015，1（5）：653-661.

[17]? Park HE，Kim JH，Cho NY，et al. Intratumoral Fusobacterium nucleatum abundance correlates with macrophage infiltration and CDKN2A methylation in microsatellite-unstable colorectal carcinoma [J]. Virchows Arch，2017， 471（3）：329-336.

[18]? Yang Y，Weng W，Peng J，et al. Fusobacterium nucleatum Increases Proliferation of Colorectal Cancer Cells and Tumor Development in Mice by Activating Toll-Like Receptor 4 Signaling to Nuclear Factor-kappaB，and Up-regulating Expression of MicroRNA-21 [J]. Gastroenterology，2017，152（4）：851-866.

[19]? Hellmich MR，Szabo C. Hydrogen Sulfide and Cancer [J]. Handb Exp Pharmacol，2015，230：233-241.

[20]? Kezuka Y，Ishida T，Yoshida Y，et al. Structural insights into the catalytic mechanism of cysteine（hydroxyl）lyase from the hydrogen sulfide-producing oral pathogen，F(xiàn)usobacterium nucleatum [J]. Biochem J，2018，475（4）：733-748.

[21]? Scharlau D，Borowicki A，Habermann N，et al. Mechanisms of primary cancer prevention by butyrate and other products formed during gut flora-mediated fermentation of dietary fibre [J]. Mutat Res，2009，682（1）：39-53.

[22]? Kostic AD，Chun E，Robertson L，et al. Fusobacterium nucleatum potentiates intestinal tumorigenesis and modulates the tumor-immune microenvironment [J]. Cell Host Microbe，2013，14（2）：207-215.

[23]? Zhang S，Yang Y，Weng W，et al. Fusobacterium nucleatum promotes chemoresistance to 5-fluorouracil by upregulation of BIRC3 expression in colorectal cancer [J]. J Exp Clin Cancer Res，2019，38（1）：14.

[24]? Yu T，Guo F，Yu Y，et al. Fusobacterium nucleatum Promotes Chemoresistance to Colorectal Cancer by Modulating Autophagy [J]. Cell，2017，170（3）：548-563.

[25]? Tunsjo HS，Gundersen G，Rangnes F，et al. Detection of Fusobacterium nucleatum in stool and colonic tissues from Norwegian colorectal cancer patients [J]. Eur J Clin Microbiol Infect Dis，2019，38（7）：1367-1376.