腸道菌群對(duì)乳腺癌發(fā)生的影響

田 靜，佘 威，王 爽，林冬靜 (吉林醫(yī)藥學(xué)院，吉林 吉林 132013)

《2020 CSCO乳腺癌診療指南》顯示，我國(guó)乳腺癌年齡標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)病率平均每年增長(zhǎng)為2.8%，年新發(fā)患者人數(shù)達(dá)到30.4萬(wàn)。積極探究和深度挖掘乳腺癌的致病因素和作用機(jī)制，及早預(yù)防、提高治療乳腺癌效果仍是該領(lǐng)域研究的難點(diǎn)。腸道細(xì)菌作為人體“共生”生物，與人類共同進(jìn)化。菌群失調(diào)在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中也起著不可或缺的作用[1]，它可增加激素受體陽(yáng)性乳腺癌細(xì)胞侵襲性。同時(shí)，腸道菌群的多樣性與罹患乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)。本文總結(jié)乳腺癌中腸道菌群的多樣性及其之間的作用機(jī)制，以此尋找可控可調(diào)腫瘤細(xì)胞相關(guān)腸道菌群的藥物，為探討乳腺癌的發(fā)生發(fā)展機(jī)制基礎(chǔ)轉(zhuǎn)化應(yīng)用研究提供理論思路。

1 乳腺癌患者腸道菌群變化

Goedert等[2]提取48例絕經(jīng)后乳腺癌患者(未接受治療)糞便中腸道菌群DNA，經(jīng)illumina測(cè)序和16S rRNA基因分類發(fā)現(xiàn)，與健康絕經(jīng)后婦女比較，絕經(jīng)后乳腺癌患者糞便中腸道菌群的多樣性和組成差異少，腸道菌群中Clostridiaceae(梭菌)，F(xiàn)aecalibacterium(糞桿菌屬)，Ruminococcaceae(瘤胃菌科)的豐度明顯增高，Dorea(多爾氏菌科)和Lachnospiraceae(毛螺菌科)的豐度則降低。其中α-多樣性和β-多樣性發(fā)生了大幅度下降，雌激素水平大幅度提升，總雌激素的含量與糞便腸道菌群α-多樣性直接相關(guān)。

Bard等[3]根據(jù)乳腺癌患者臨床分期和體質(zhì)指數(shù)(body mass index，BMI)不同，將32例病患分組，同樣采用腸道菌群16S rRNA測(cè)序方法，顯示在不同BMI患者的腸道中菌群豐度存在明顯差異。Ⅲ期乳腺癌患者腸道內(nèi)布勞特氏菌的豐度比Ⅰ期乳腺癌患者明顯增高，表明病情分期不同，腸道菌群的構(gòu)成存在差異，腸道菌群與乳腺癌之間存在相關(guān)性。Goedert等[4]隨機(jī)從55～69歲的健康絕經(jīng)婦女中抽取60名進(jìn)行調(diào)查，宿主尿液與糞便樣本中腸道菌群的組成和多樣性與雌激素代謝模式相關(guān)。在絕經(jīng)婦女體內(nèi)，腸道菌群越多樣化，雌激素的代謝產(chǎn)物存留的水平越高，腸道菌群多樣性與其患乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)。劉崇海等通過(guò)使用頭孢菌素類抗生素來(lái)建立腸道菌群失調(diào)的小鼠模型，給予小鼠口服灌注白色念珠菌，進(jìn)一步加重小鼠菌群失調(diào)[5]。服用抗生素后，抗生素通過(guò)諸多因素使乳腺癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)和致病性乳腺癌危險(xiǎn)增加，如免疫相關(guān)功能、炎癥、雌激素代謝及化學(xué)產(chǎn)物代謝等，頻繁和長(zhǎng)期使用抗生素可能會(huì)擾亂正常的微生物群落結(jié)構(gòu)，這與乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)增加以及復(fù)發(fā)相關(guān)[6]。

2 腸道菌群失調(diào)誘發(fā)乳腺癌的主要因素及其機(jī)制

2.1 雌激素代謝

雌激素是雄激素經(jīng)過(guò)芳香化酶催化產(chǎn)生的。芳香化酶存在于性腺、胎盤、脂肪組織、皮膚和腦組織，它們都是雌激素作用的靶器官或靶細(xì)胞。合成后的雌激素進(jìn)入到血液和卵泡液中。血液中的雌激素首先在肝內(nèi)被滅活，生成雌酮和雌三醇小活性物質(zhì)，然后再形成水溶性較強(qiáng)的結(jié)合物，如葡萄糖醛酸酯或硫酸酯，一部分隨尿液排出外，還有一部分隨膽汁流入腸道，再隨糞便一并排出[7]。腸道菌群分泌的β-葡萄糖醛酸酶，是一種進(jìn)行雌激素解偶聯(lián)的酶，隨膽汁進(jìn)入腸道的結(jié)合雌激素在這種酶的作用下被解離、活化。活化后的雌激素更容易被重新吸收，再次進(jìn)入血液循環(huán)，作用于乳腺在內(nèi)的遠(yuǎn)端組織和器官[8]。有學(xué)者認(rèn)為人體腸道內(nèi)許多細(xì)菌含有能夠編碼生成β-葡萄糖醛酸苷酶和β-半乳糖苷酶的基因。腸道菌群的改變可使腸道β-葡萄糖醛酸苷酶含量增加，導(dǎo)致乳腺的性激素水平升高。長(zhǎng)期高水平的雌激素能夠促進(jìn)正常乳腺上皮細(xì)胞癌變，或促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞進(jìn)一步增殖[9]。

研究還發(fā)現(xiàn)，男性和女性體內(nèi)腸道菌群的組成有差異。腸道菌群與內(nèi)分泌系統(tǒng)存在雙向干擾。因?yàn)槟c道菌群可產(chǎn)生和代謝與多種激素類似的物質(zhì)，所以腸道菌群可作為內(nèi)分泌器官發(fā)揮作用；反之內(nèi)分泌也影響腸道菌群，特別是雌激素。雌激素水平高的女性擁有更多樣化的腸道菌群[10]。也有研究顯示，腸道菌群可通過(guò)調(diào)控雌激素非依賴性代謝途徑來(lái)影響患乳腺癌風(fēng)險(xiǎn)[2]。

2.2 肥胖相關(guān)機(jī)制

腸道菌群影響機(jī)體對(duì)食物的消化、吸收和儲(chǔ)存。當(dāng)腸道菌群失調(diào)時(shí)，容易引起體重變化，出現(xiàn)體內(nèi)脂肪過(guò)多堆積或異常分布，導(dǎo)致肥胖[11]。它通過(guò)影響脂肪細(xì)胞因子、胰島素、雌激素水平增加乳腺癌患病風(fēng)險(xiǎn)，它還會(huì)影響乳腺癌的治療效果，進(jìn)一步影響患者預(yù)后。由此，腸道菌群也可通過(guò)改變肥胖狀態(tài)調(diào)控乳腺癌的發(fā)生發(fā)展[12]。腸道菌群對(duì)肥胖的調(diào)節(jié)主要通過(guò)以下五種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。①短鏈脂肪酸的代謝。腸道菌群產(chǎn)生的短鏈脂肪酸可以充當(dāng)宿主維生素的供應(yīng)者，對(duì)人體代謝有益，如丁酸。短鏈脂肪酸首先被腸上皮細(xì)胞利用，調(diào)節(jié)腸上皮細(xì)胞的細(xì)胞周期，通過(guò)促進(jìn)腸道分泌抗菌肽改善腸黏膜保護(hù)屏障。同時(shí)，它也為腸上皮提供部分能量。短鏈脂肪酸還可通過(guò)血液循環(huán)進(jìn)入肝、肌肉調(diào)節(jié)全身能量代謝。肥胖個(gè)體體內(nèi)厚壁細(xì)菌增加(大部分厚壁菌為產(chǎn)丁酸菌)，使宿主從飲食中攝取能量的能力提升[13]，并參與調(diào)節(jié)線粒體功能障礙相關(guān)的DNA表達(dá)，使相關(guān)端粒長(zhǎng)度縮短，降低活性氧簇水平，進(jìn)而使線粒體的功能發(fā)生改變[14]。短鏈脂肪酸中的丁酸也是線粒體能量代謝的關(guān)鍵中介，通過(guò)腺苷酸激活蛋白激酶活化途徑來(lái)影響細(xì)胞線粒體功能[15]。②甘油三酯的儲(chǔ)存。腸道菌群促進(jìn)甘油三酯的儲(chǔ)存和脂肪合成酶的激活，進(jìn)而刺激肝臟產(chǎn)生甘油三酯，增加脂肪細(xì)胞中甘油三酯儲(chǔ)存[16]。它還可以抑制脂蛋白酶抑制劑合成和分泌，從而增強(qiáng)脂蛋白酶活性，促進(jìn)脂肪細(xì)胞甘油三酯積累，誘導(dǎo)肥胖的發(fā)生[17]。也有研究表明，宿主體內(nèi)脂肪儲(chǔ)存的穩(wěn)態(tài)和腸道菌群與線粒體動(dòng)力學(xué)的交流密切相關(guān)[18]。③炎性反應(yīng)的調(diào)節(jié)。肥胖可能造成機(jī)體長(zhǎng)時(shí)間低水平炎性反應(yīng)。腸道菌群誘導(dǎo)脂肪炎癥，活化肥胖相關(guān)基因，進(jìn)而影響肥胖及代謝紊亂的發(fā)展[19]。眾所周知，腸道革蘭陰性細(xì)菌細(xì)胞壁的主要成分之一是脂多糖(即內(nèi)毒素)，而當(dāng)腸道內(nèi)革蘭陰性細(xì)菌數(shù)目增多時(shí)，所產(chǎn)生的脂多糖也會(huì)相應(yīng)增加，從而引起炎癥反應(yīng)，進(jìn)而影響肥胖[20]。④神經(jīng)遞質(zhì)的調(diào)節(jié)。雙歧桿菌改變額皮質(zhì)5-HT和杏仁體3,4-左旋多巴胺的含量。這種特定的腸道菌群會(huì)改變中樞神經(jīng)系統(tǒng)的神經(jīng)遞質(zhì)[21]。腸道菌群通過(guò)調(diào)節(jié)腸-腦軸中神經(jīng)遞質(zhì)調(diào)節(jié)血糖水平、脂肪細(xì)胞功能和能量代謝，維持機(jī)體能量平衡[22]。⑤對(duì)食欲的調(diào)節(jié)。腸道菌群對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有特定結(jié)合能力，影響宿主選擇其偏愛(ài)的食物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，進(jìn)而控制宿主飲食行為[23]，如擬桿菌的減少和放線菌及疣微菌門的增加會(huì)影響宿主厭食[24]。

2.3 炎癥反應(yīng)與免疫反應(yīng)

微生物來(lái)源的肽聚糖對(duì)骨髓有刺激作用，而腸道菌群的缺乏會(huì)削弱刺激并導(dǎo)致中性粒細(xì)胞數(shù)量的減少和功能的降低[25]。Rutkowski等發(fā)現(xiàn)乳腺癌患者體內(nèi)存在微生物、中性粒細(xì)胞和白細(xì)胞介素-6之間的系統(tǒng)對(duì)抗作用[26]。研究人員回顧316例乳腺癌患者的臨床病例，通過(guò)比較中性粒細(xì)胞與淋巴細(xì)胞比率(Neutrophil lymphocyte ratio，NLR)發(fā)現(xiàn)，與NLR<1.8的患者相比，NLR>3.3患者的5年內(nèi)死亡率更高[27]。對(duì)乳腺癌不同分期的患者進(jìn)行研究，NLR>2.5的患者10年內(nèi)復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)比NLR<2.5的患者高四倍[28]。這提示中性粒細(xì)胞的失調(diào)是乳腺癌演變的重要標(biāo)志之一，NLR的改變會(huì)影響乳腺癌的發(fā)生發(fā)展[29]。腸道菌群還通過(guò)誘導(dǎo)并調(diào)節(jié)T細(xì)胞的增殖分化、誘導(dǎo)Ig A蛋白表達(dá)和調(diào)控免疫抗菌肽的表達(dá)等影響機(jī)體免疫系統(tǒng)功能[30]。在生理狀態(tài)下，人體腸道內(nèi)的變形菌門有促進(jìn)效應(yīng)CD8+T細(xì)胞生長(zhǎng)成熟的功能[31]。而當(dāng)發(fā)生炎癥反應(yīng)時(shí)，變形菌門所占比例會(huì)驟然下降，其功能受到明顯抑制，這不利于CD8+T細(xì)胞生長(zhǎng)成熟[32]。CD8+T細(xì)胞也被認(rèn)為是能夠清除外來(lái)抗原與乳腺腫瘤細(xì)胞最有效的免疫細(xì)胞[33]。腸道菌群釋放LPS等病原體，激活相關(guān)分子模式識(shí)別受體，進(jìn)而直接靶向作用于線粒體，激活NF-κβ釋放促炎因子TNF-β、IL-1、IL-6和IL-8等，最終觸發(fā)腫瘤細(xì)胞線粒體自噬過(guò)程[34]。

綜上所述，乳腺癌發(fā)病率逐年遞增，腸道菌群可通過(guò)雌激素代謝、肥胖相關(guān)機(jī)制、炎癥反應(yīng)與免疫調(diào)節(jié)影響乳腺癌的進(jìn)展。目前研究主要集中于腸道菌群對(duì)乳腺癌的影響，但是反映腸道菌群作為標(biāo)志物篩選乳腺癌與對(duì)乳腺癌的治療反應(yīng)的詳細(xì)機(jī)制研究較少，尚缺乏深入的臨床實(shí)驗(yàn)探討腸道菌群與影響乳腺癌發(fā)生因素之間關(guān)系，細(xì)菌代謝產(chǎn)生丁酸鹽、氫氣衍生物、吲哚代謝物和吡咯喹啉醌，這些物質(zhì)均可直接影響線粒體功能；而細(xì)菌也可通過(guò)改變氨基酸和谷胱甘肽等營(yíng)養(yǎng)素的代謝來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)線粒體功能的調(diào)控；腸道菌群的代謝產(chǎn)物可以增強(qiáng)線粒體活性，而線粒體也可通過(guò)調(diào)整氧化還原狀態(tài)，調(diào)節(jié)黏膜免疫反應(yīng)，維持腸道屏障完整性、控制病原菌活動(dòng)來(lái)調(diào)控腸道菌群的組成和功能，進(jìn)而推測(cè)腸道菌群對(duì)乳腺癌的影響機(jī)制也可能是通過(guò)線粒體代謝。這些都將為更好地探究腸道菌群與乳腺癌之間的作用及乳腺癌發(fā)生機(jī)制提供研究思路。