人體微生態(tài)與食管鱗狀細(xì)胞癌關(guān)系的研究進(jìn)展

但婉悅，閆 斌，潘 飛

1 解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心 消化科，北京 100853；2 南開大學(xué)醫(yī)學(xué)院，天津 300071

食管癌是人體主要的惡性腫瘤之一，其侵襲性強(qiáng)，預(yù)后差，是全球癌癥相關(guān)死亡的第6大原因，在我國位居腫瘤相關(guān)死亡的第4位[1-3]。中國是食管癌高發(fā)區(qū)，部分地區(qū)的食管癌發(fā)病率遠(yuǎn)高于全國平均水平。我國食管癌組織學(xué)上以食管鱗狀細(xì)胞癌(esophageal squamous cell cancer，ESCC)為主，占食管癌總數(shù)的90%[1,3]。美國ESCC患者5年生存率僅為21.1%[4]。因此，迫切需要找到一種早診早治和有效預(yù)防ESCC的新策略。人體的皮膚、呼吸道、消化道、生殖道等部位和體液中都存在著大量的共生微生物和病原微生物，這些微生物共同構(gòu)成了復(fù)雜的人體微生物生態(tài)群落。人體微生態(tài)在人體消化吸收、物質(zhì)代謝、免疫反應(yīng)、生長發(fā)育等方面均具有重要作用。近年來很多學(xué)者從ESCC發(fā)生發(fā)展可能機(jī)制、預(yù)后、疾病預(yù)測標(biāo)志物等方面報(bào)道人體微生態(tài)與ESCC的關(guān)系。本文擬對人體微生態(tài)與ESCC關(guān)系的研究進(jìn)展 進(jìn)行綜述。

1 人體微生態(tài)特征與ESCC

1.1 口腔微生態(tài)與ESCC 人類口腔微生物組數(shù)據(jù)庫(human oral microbiome database，HOMD)是一個詳細(xì)記錄口腔細(xì)菌類型、代謝、致病能力的人類口腔微生物組綜合數(shù)據(jù)庫。HOMD總共發(fā)現(xiàn)了約150屬700種口腔細(xì)菌，其中鏈球菌屬的菌群豐度明顯高于其他菌屬。這些口腔微生物和宿主共生構(gòu)成了復(fù)雜的人類口腔微生態(tài)，協(xié)助維持口腔正常生理環(huán)境以及全身各系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)。而口腔微生態(tài)失衡可促進(jìn)齲齒、牙周炎等口腔疾病以及ESCC、賁門癌、腹主動脈瘤、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、阿爾茨海默病等全身各系統(tǒng)疾病的發(fā)生[5]。

許多研究報(bào)道了口腔微生態(tài)與ESCC的發(fā)生有關(guān)，低刷牙頻率和牙齒缺損者更易罹患ESCC及其癌前病變——食管鱗狀上皮不典型增生(esophageal squamous dysplasia，ESD)[6-7]。Wang等[8]發(fā)現(xiàn)ESCC患者的唾液樣本與健康對照組相比，其細(xì)菌豐度和多樣性較低，而變異性較高。Chen等[9]發(fā)現(xiàn)唾液微生物群的改變與ESCC患病風(fēng)險存在相關(guān)性，與非ESCC患者的唾液相比，ESCC患者唾液中的微生物多樣性降低，且勞特羅普菌屬(Lautropia)、布雷德菌屬(Bulleidia)、卡氏菌屬(Catonella)、棒狀桿菌屬(Corynebacterium)、Moryella、消化球菌屬(Peptococcus)、心桿菌屬(Cardiobacterium)的攜帶率減少。Kawasaki等[10]發(fā)現(xiàn)食管癌患者齦下菌斑樣本中具核梭形桿菌(Fusobacterium nucleatum，F(xiàn)n)感染率明顯高于未患腫瘤及癌前病變的對照組，且唾液樣本中伴放線聚集桿菌(Aggregatibacter actinomycetemcomitans，Aa)感染率明顯高于對照組。多項(xiàng)研究表明在食管癌患者中檢出更高水平的牙齦卟啉單胞菌(Porphyromonas gingivalis，Pg)以及咽峽炎鏈球菌(Streptococcus anginosus，Sa)等口腔感染菌[10-11]。這些研究提示口腔菌群的改變與ESCC的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，為ESCC發(fā)病機(jī)制的研究提供了新 思路。

1.2 食管微生態(tài)與ESCC 食管內(nèi)存在其獨(dú)有的微生態(tài)，而不僅是從口腔或胃遷移而來。正常成人食管遠(yuǎn)端組織中有近100種共生細(xì)菌，其中最常見的是鏈球菌，其次是普雷沃菌屬和韋榮球菌屬[12]。基于食管獨(dú)有的微生物群，建立了食管微生物群的分型——以鏈球菌為主的Ⅰ型微生物群和以革蘭陰性厭氧菌為主的Ⅱ型微生物群。其中，Ⅰ型多見于正常食管，而Ⅱ型多見于Barrett食管(Barrett’s esophagus，BE)和反流性食管炎等食管疾病[13]。

多項(xiàng)研究表明，ESCC患者食管微生物群與正常食管微生物群存在顯著差異。一項(xiàng)來自中國ESCC高發(fā)區(qū)的病例對照研究表明，與非腫瘤組織相比，同一ESCC患者腫瘤組織中的梭桿菌豐度在門水平和屬水平上呈一致性升高，而其厚壁菌門和鏈球菌屬相對降低，并發(fā)現(xiàn)腫瘤組織中梭桿菌屬的相對豐度與腫瘤分期呈正相關(guān)[14]。Li等[15]的研究則表明，與健康對照組相比，ESCC組食管黏膜中假單胞菌屬的比例增加，而青枯菌屬和伯克菌屬的比例降低。另一項(xiàng)研究則進(jìn)一步證實(shí)了上消化道菌群豐度與ESD呈負(fù)相關(guān)，提示上消化道中微生物豐度低的患者癌變風(fēng)險更高。從而推測，食管乃至上消化道的微生態(tài)改變與ESCC密切 相關(guān)[16]。

2 人體微生態(tài)在食管癌發(fā)病機(jī)制中的作用

目前，人體微生態(tài)在ESCC發(fā)病中的具體機(jī)制尚不清楚，但多項(xiàng)研究證實(shí)微生態(tài)菌群失調(diào)在ESCC發(fā)生發(fā)展過程中具有獨(dú)特的作用。綜合目前文獻(xiàn)報(bào)道，認(rèn)為特殊機(jī)會致病菌(具核梭形桿菌和牙齦卟啉單胞菌)的感染可能導(dǎo)致ESCC的發(fā)生和發(fā) 展。

2.1 Fn可以通過激活趨化因子CCL20促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移 Fn可通過黏附素FadA與宿主細(xì)胞黏附分子鈣黏蛋白結(jié)合，增加炎性細(xì)胞因子(如IL-6、IL-8、TNF-α)表達(dá)并刺激癌基因和Wnt基因表達(dá)等促進(jìn)腫瘤侵襲[17]。Yamamura等[18]對東京基因和基因組百科全書(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行富集分析，找到了在Fn陽性的ESCC中上調(diào)程度最大的通路和趨化因子，即“細(xì)胞因子-細(xì)胞因子受體相互作用”通路和CCL20趨化因子，并進(jìn)一步證實(shí)了ESCC組織中Fn陽性組CCL20的表達(dá)分?jǐn)?shù)顯著高于Fn陰性組。所以認(rèn)為Fn可能通過激活趨化因子C CL20促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移。

2.2 Pg可以通過調(diào)控多種信號通路促進(jìn)ESCC細(xì)胞的增殖和遷移 越來越多的研究表明，microRNAs(miRNAs)作為腫瘤癌基因或抑癌基因，在疾病的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。Liang等[19]研究發(fā)現(xiàn)Pg可能通過由miR-194介導(dǎo)的miR-194/GRHL3/PTEN/Akt負(fù)反饋信號通路促進(jìn)ESCC細(xì)胞的增殖和遷移。除此之外，TGF-β信號通路可促進(jìn)腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移。Qi等[20]研究發(fā)現(xiàn)Pg通過協(xié)調(diào)TGF-β的經(jīng)典和非經(jīng)典信號通路，促進(jìn)TGF-β的分泌并增加其生物活性，調(diào)控GARP，激活Smad/YAP/TAZ信號通路，從而產(chǎn)生致癌作用。反之，干預(yù)GARP/TGF-β或SMADS/YAP/T AZ級聯(lián)反應(yīng)則可以消除Pg的促癌作用。

3 人體微生態(tài)與ESCC的診斷和預(yù)后

3.1 微 生 態(tài) 與ESCC診 斷 伴 放 線 聚 集 桿菌(Aa)是一種與牙周疾病相關(guān)的兼性厭氧革蘭陰性細(xì)菌，該菌在成年人群的發(fā)病率為9.7%[21]。研究表明食管癌患者唾液標(biāo)本中Aa感染率及其拷貝數(shù)顯著高于對照組[10]，考慮到該菌在非腫瘤患者中較低的檢出率，Aa有望成為食管癌早期篩查的生物標(biāo)志物。此外，一些研究者關(guān)注到牙齦卟啉單胞菌(Pg)的感染與ESCC的發(fā)病有關(guān)。Peters等[22]的前瞻性隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn)Pg感染與ESCC發(fā)病率增高有關(guān)。Gao等[23-24]發(fā)現(xiàn)ESCC患者血清中Pg抗體IgG和IgA滴度明顯高于食管炎患者及健康對照組，血清Pg抗體IgA早期診斷ESCC的敏感度為54.54%，而IgA和IgG聯(lián)合檢測特異性高達(dá)91.5%。因此，血清Pg抗體IgG和IgA聯(lián)合檢測有助于ESCC的早期診斷。另外，Li等[15]發(fā)現(xiàn)ESCC患者與健康對照組、ESCC患者與食管癌根治術(shù)后的ESCC患者食管微生物組成均存在顯著差異，而食管癌根治術(shù)后的ESCC患者食管微生物組成及代謝與健康對照組相似，提示食管微生態(tài)與ESCC發(fā)病有關(guān)，根治術(shù)后ESCC患者的食管 微生態(tài)監(jiān)測可能是腫瘤復(fù)發(fā)的重要預(yù)測方法之一。

3.2 微生態(tài)與ESCC預(yù)后 多因素分析顯示血清Pg抗體IgG和IgA是ESCC的獨(dú)立預(yù)后因素，在0 ～Ⅱ期或淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移陰性的ESCC患者中，IgG或IgA水平高的患者總生存期明顯低于IgG或IgA水平低的ESCC患者，而IgG和IgA均高水平者預(yù)后最差，提示血清Pg抗體IgG和IgA水平有利于ESCC的預(yù)后分層[24]。Liu等[25]發(fā)現(xiàn)ESCC患者腫瘤組織中普氏桿菌屬和鏈球菌屬的豐度與ESCC患者存活率呈負(fù)相關(guān)，并首次提出基于鏈球菌和普氏桿菌豐度判斷ESCC患者預(yù)后的分級模型，鏈球菌和普氏桿菌豐度均高的“H+H”組預(yù)后明顯差于其中一菌豐度高而一菌豐度低的“H+L”組及兩菌豐度均低的“L+L”組，并且“L+L”組直至隨訪結(jié)束未報(bào)道有死亡病例，認(rèn)為鏈球菌和普氏桿菌的聯(lián)合豐度是ESCC獨(dú)立的預(yù)后生物標(biāo)志物。

具核梭形桿菌(Fn)是主要存在于人類口腔內(nèi)的革蘭陰性厭氧菌。大量研究表明Fn是多種疾病的機(jī)會性病原體，包括牙周疾病[26]、絨毛膜羊膜炎[17]、闌尾炎[27]、炎癥性腸病[28]、結(jié)直腸癌[29-30]。2016年，Yamamura等[18]首次發(fā)現(xiàn)ESCC患者腫瘤組織中的Fn細(xì)胞核DNA含量與食管癌不良預(yù)后存在相關(guān)性，組織中的Fn細(xì)胞核DNA含量越高，預(yù)后越差，提示Fn細(xì)胞核DNA可能是識別ESCC患者預(yù)后的生物標(biāo)志物。2019年，Shao等[14]的研究發(fā)現(xiàn)ESCC患者T1期、T2期、T3期腫瘤組織中梭菌屬(Fusobacterium)的相對豐度分別為0.34%、1.1%、1.9%，梭菌屬相對豐度與腫瘤分期呈正相關(guān)。如果后續(xù)研究能夠驗(yàn)證并進(jìn)一步闡明Fn調(diào)控ESCC發(fā)生、發(fā)展的機(jī)制，可以 考慮將Fn作為ESCC的預(yù)后生物標(biāo)志物。

4 微生態(tài)療法在食管癌輔助治療中的作用

微生態(tài)療法通過增加機(jī)體益生菌數(shù)量和抑制病原菌作用從而達(dá)到治療疾病的目的，主要包括微生態(tài)制劑[31](益生菌、益生元、合生元)、糞菌移植(fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT)和抗菌藥。近年來，微生態(tài)制劑在炎癥性腸病、結(jié)腸癌、抗生素相關(guān)性腹瀉、腸易激綜合征等多種疾病中取得了顯著療效。2018年，英國胃腸病學(xué)會和醫(yī)療感染學(xué)會聯(lián)合指南正式將FMT用于難治性/復(fù)雜性艱難梭菌感染的治療[32]。另外，越來越多的臨床研究報(bào)道了FMT在治療炎癥性腸病、腸易激綜合征、肝性腦病、自閉癥等疾病的顯著療效?；诖罅繉θ祟愇⑸鷳B(tài)與食管癌關(guān)系的研究，我們有望找到以下食管癌的治療或輔助治療方法：1)通過個體化微生態(tài)治療減少食管的革蘭陰性菌，將食管Ⅱ型微生物群轉(zhuǎn)換為Ⅰ型微生物群，降低食管癌前病變的發(fā)生率，從而達(dá)到預(yù)防和治療的目的。2)基于Fn和Pg在ESCC發(fā)生、發(fā)展過程中的重要作用，如果Fn和Pg明確的致癌作用得以進(jìn)一步證實(shí)，那么針對Fn和Pg使用特異的抗生素以及針對下游信號通路(如GARP/TGF-β、SMADS/YAP/TAZ)的靶向治療可能成為ESCC的有效治療和預(yù)防措施。3)Cheung等[33]發(fā)現(xiàn)，與未進(jìn)行FMT治療的ESCC小鼠相比，F(xiàn)MT治療的ESCC小鼠腫瘤肝轉(zhuǎn)移面積顯著減少，因此認(rèn)為健康小鼠的腸道微生物有助于減少ESCC肝轉(zhuǎn)移。如果有更多的研究支持這一觀點(diǎn)，則有望通過FMT減少ESCC腫瘤轉(zhuǎn)移，從而改善ESCC患者的預(yù)后。

此外，研究表明腸道微生態(tài)制劑與谷氨酰胺聯(lián)合應(yīng)用能夠增強(qiáng)ESCC患者術(shù)后的體液免疫[34]。食管癌患者圍術(shù)期積極的腸內(nèi)營養(yǎng)供給有助于腸道微生態(tài)平衡及胃腸功能恢復(fù)，而術(shù)后長期使用抗生素則易導(dǎo)致腸道微生態(tài)失衡[35-36]。Motoori等[37]研究發(fā)現(xiàn)，ESCC患者新輔助化療期間應(yīng)用合生元能夠減少腹瀉以及淋巴細(xì)胞減少等化療相關(guān)不良反應(yīng)的發(fā)生。因此，適量的腸道微生態(tài)制劑 聯(lián)合腸內(nèi)營養(yǎng)有助于ESCC患者術(shù)后恢復(fù)。

5 展望

人體微生態(tài)參與ESCC的發(fā)生發(fā)展，但其作用機(jī)制尚未充分闡明，是當(dāng)前的重要研究熱點(diǎn)。未來的研究將深入揭示人體微生態(tài)調(diào)控ESCC的作用機(jī)制，有助于為ESCC的早診早治提供新策略。鑒于不良口腔衛(wèi)生狀況會增加ESCC的患病風(fēng)險，未來有望通過改善口腔微生態(tài)有效預(yù)防ESCC。不僅如此，微生態(tài)模型未來極有可能作為ESCC的早期診斷和預(yù)后標(biāo)志物；通過抗生素、微生態(tài)制劑以及FMT等微生態(tài)療法實(shí)現(xiàn)個體化菌群治療，達(dá)到預(yù)防或輔助治療腫瘤的目的。然而，以上方法用于ESCC診斷和治療的安全性、有效性及機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究驗(yàn)證。