腸道菌群與肝癌

姚 琳 楚慧款 楊 玲

華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院 (湖北 武漢， 430022)

1 背景介紹

1.1 肝癌 肝癌包括原發(fā)性肝癌和繼發(fā)性肝癌。肝細(xì)胞癌(HCC)是原發(fā)性肝癌最常見的類型，占75%～85%[1]，每年約有841 000例新發(fā)病例和782 000例死亡病例，全球死亡率為9.1%，是全世界癌癥死亡的第四大原因[1]。肝癌(下文中的“肝癌”指HCC)的治療方法主要包括外科治療和保守治療。肝癌切除術(shù)是肝癌的首選治療方法，要求患者有良好的全身情況和肝臟儲(chǔ)備功能，能獲得手術(shù)切除的機(jī)會(huì)的患者僅20%～30%，且術(shù)后5年腫瘤復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移率高達(dá)40%～70%。肝移植術(shù)存在肝源難以獲得的問題。近年來廣泛使用局部消融治療，僅適用于單個(gè)腫瘤直徑≤5 cm、無(wú)遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移、肝功能分級(jí)Child-PughA/B級(jí)者。保守治療目前推薦一線治療藥物為索拉非尼，是一種激酶抑制劑，適用于晚期患者，然而只有不到1/3的患者能從中獲益，并且在使用6個(gè)月內(nèi)即出現(xiàn)明顯的耐藥性[2]。因此，進(jìn)一步尋找更好的治療肝癌的方法很有必要。

1.2 腸道菌群 人類胃腸道由一系列與宿主有共生關(guān)系的細(xì)菌和其他微生物居住，包括細(xì)菌、真菌、病毒和古生菌，被稱為腸道菌群[3]。人類腸道菌群有35 000多種細(xì)菌組成，對(duì)宿主免疫系統(tǒng)和代謝發(fā)揮重要作用，同時(shí)，宿主也為微生物群的生存提供了位置和營(yíng)養(yǎng)。腸道屏障功能的完整性是保證這種平衡的必要條件，當(dāng)屏障功能受損，腸道通透性增加，細(xì)菌易位，會(huì)產(chǎn)生大量的細(xì)菌及代謝產(chǎn)物，如脂多糖(LPS)等，導(dǎo)致各種疾病的發(fā)生。由于腸道和肝臟特殊的解剖關(guān)系，肝臟從門靜脈吸收腸道70%的血液，使肝臟成為被攻擊的首要目標(biāo)，促進(jìn)肝損傷及肝癌的發(fā)生。

2 腸道菌群影響肝癌的機(jī)制

2.1 膽汁酸 膽汁酸由肝細(xì)胞合成，是膽固醇的最終代謝產(chǎn)物，約占膽汁固體成分的85%。具有乳化脂肪、促進(jìn)脂質(zhì)和脂溶性維生素的吸收，調(diào)節(jié)膽固醇、甘油三酯和葡萄糖等代謝平衡的作用。膽汁酸分為初級(jí)膽汁酸和次級(jí)膽汁酸，初級(jí)膽汁酸包括膽酸和鵝脫氧膽酸，初級(jí)膽汁酸在腸道內(nèi)被細(xì)菌7-a脫氫酶轉(zhuǎn)化為次級(jí)膽汁酸，膽酸成為脫氧膽酸，鵝脫氧膽酸成為石膽酸。膽汁酸與甘氨酸或?；撬峤Y(jié)合后由游離膽汁酸轉(zhuǎn)化為結(jié)合膽汁酸。在空腸末端，大約95%的膽汁酸通過門靜脈系統(tǒng)重吸收回肝臟，5%的膽汁酸隨糞便或尿液排出體外，這就是膽汁酸的腸肝循環(huán)，使有限膽汁酸得以重復(fù)利用，維護(hù)了膽汁酸代謝的平衡穩(wěn)定，對(duì)腸道微生物群穩(wěn)定、脂質(zhì)和碳水化合物代謝平衡、胰島素敏感性和先天免疫都至關(guān)重要。研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群可影響膽汁酸池大小和成分，如梭狀芽胞桿菌可影響初級(jí)膽汁酸代謝為次級(jí)膽汁酸[4],初級(jí)膽汁酸可增加肝竇內(nèi)皮細(xì)胞CXCL16的表達(dá)，促進(jìn)肝臟自然殺傷細(xì)胞(NKT)的積累，提高肝臟的抗腫瘤效應(yīng)；而次級(jí)膽汁酸則起到相反的作用[5]。另有研究發(fā)現(xiàn)，改變腸道微生物群，可增加脫氧膽酸(DCA)水平，DCA可通過產(chǎn)生活性氧導(dǎo)致DNA損傷[6]，DNA損傷是衰老相關(guān)分泌表型(SASP)的關(guān)鍵誘導(dǎo)劑[7]，增強(qiáng)肝癌的致癌性，引起肝星狀細(xì)胞(HSCs)的衰老相關(guān)分泌表現(xiàn)(SASP)，促進(jìn)HSCs在肝臟中分泌炎癥和促腫瘤因子，促進(jìn)腫瘤發(fā)生；而阻斷DCA的產(chǎn)生和減少腸道菌群可以有效阻止小鼠肝癌的發(fā)展[8]。在一項(xiàng)小鼠的NASH相關(guān)肝癌模型中發(fā)現(xiàn)，次級(jí)膽汁酸的積累可導(dǎo)致肝臟炎癥和損傷，促進(jìn)癌變[9]。Huang等[10]通過對(duì)HBV相關(guān)肝癌和健康志愿者的糞便進(jìn)行微生物組16sRNA分析發(fā)現(xiàn)，擬桿菌、Lachnospiracea incertae sedis和XIVa梭菌在高腫瘤負(fù)荷的HCC患者中富集，揭示腸道微生物通過膽汁酸引起腫瘤免疫微環(huán)境的改變可能是與腫瘤負(fù)荷和不良臨床結(jié)果相關(guān)的重要因素。

2.2 微生物相關(guān)分子模式 細(xì)胞壁成分(革蘭氏陰性菌的內(nèi)毒素、真菌的β-葡聚糖)和DNA統(tǒng)稱為微生物相關(guān)分子模式(MAMPs/PAMPs)[11]。當(dāng)腸道屏障功能受損和腸通透性增高后，容易產(chǎn)生細(xì)菌易位，可產(chǎn)生大量MAMPs/PAMPs。Toll受體是研究最深入的模式識(shí)別受體家族(PRRs)，廣泛表達(dá)于正常上皮細(xì)胞、免疫細(xì)胞和癌細(xì)胞中。作為宿主防御的第一道防線，通過PAMPs響應(yīng)各種入侵的外源性病原體，并通過DAMPs識(shí)別壞死細(xì)胞的內(nèi)源性配體[12]，激活先天免疫。目前研究最多的微生物相關(guān)分子模式是脂多糖。Kupffer細(xì)胞是其最佳靶點(diǎn)，通過結(jié)合TLR，促進(jìn)Kupffer細(xì)胞分泌炎性細(xì)胞因子，如IL-1β，IL-1β刺激肝細(xì)胞脂質(zhì)積累和細(xì)胞死亡，導(dǎo)致脂肪變性和炎癥[13]，促進(jìn)肝癌的發(fā)生。另有研究發(fā)現(xiàn)，在DEN(二乙基亞硝胺)注射后，TLR4缺失的小鼠與野生型小鼠相比，肝腫瘤的大小和數(shù)量更小，未發(fā)現(xiàn)明顯纖維化，推測(cè)是TLR4的缺失保護(hù)肝臟免受化學(xué)誘導(dǎo)的癌變[14]。因此，保證腸道屏障的完整性對(duì)預(yù)防肝癌的發(fā)生至關(guān)重要。

2.3 短鏈脂肪酸 短鏈脂肪酸(SCAFs)是腸道細(xì)菌代謝產(chǎn)物，主要是丁酸鹽、乙酸鹽和丙酸鹽，是細(xì)菌在腸道中發(fā)酵碳水化合物和蛋白質(zhì)的主要產(chǎn)物[15]。 SCAFs對(duì)保護(hù)腸道屏障，防治細(xì)菌進(jìn)入血液循環(huán)有重要作用。結(jié)腸中的丁酸鹽是TJP(緊密連接蛋白)最重要的調(diào)節(jié)因子，可增加claudin-1和Occludens-1 (ZO-1)的表達(dá)和occludin再分配來增強(qiáng)腸道屏障功能[16]，同時(shí)可逆轉(zhuǎn)ZO-1的異常表達(dá)，減少脂多糖易位，抑制巨噬細(xì)胞激活、促炎細(xì)胞因子產(chǎn)生和中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)，從而減輕肝損傷[17]。Huang等[18]還發(fā)現(xiàn)，丁酸鹽可通過抑制Kupffer細(xì)胞中NF-κ b的激活來抑制TNF-α、IL-6和髓過氧化物酶活性，從而減少肝臟損傷，甚至肝癌的進(jìn)展。但有研究發(fā)現(xiàn)，在生物失調(diào)、膽堿血脂和炎癥的背景下，大量丁酸鹽可能會(huì)促進(jìn)腫瘤發(fā)生，超過它的益處，這一結(jié)論符合丁酸悖論[19]，因此，SCAFs在人體的作用還需要進(jìn)一步研究。

2.4 膽堿 膽堿是一種水溶性營(yíng)養(yǎng)素，主要在肝臟代謝和儲(chǔ)存，被腸道微生物代謝為TMA(三甲胺)。隨后通過門靜脈循環(huán)輸送到肝臟，在肝臟中，含黃素單加氧酶3(FMO3)等單加氧酶作用下代謝為三甲胺n-氧化物(TMAO)[20]。一項(xiàng)前瞻性隊(duì)列研究顯示，較高的血清膽堿水平與更好的肝癌生存相關(guān)，特別是在有全身炎癥狀態(tài)的肝臟中[21]。膽堿缺乏的飲食，可引起異常的磷脂合成，長(zhǎng)期以來一直被用于研究脂肪肝的機(jī)制及進(jìn)展，雖然大多數(shù)停留在良性階段，但仍可發(fā)展為肝纖維化、肝癌[22]。研究發(fā)現(xiàn)，這與膽堿缺乏飲食導(dǎo)致Wnt/β-Catenin通路的下調(diào)導(dǎo)致腸道血管屏障(GVB)的破壞和PV1 (GVB的標(biāo)記物)的上調(diào)，腸道屏障破壞，微生物失調(diào)有關(guān)[23]，緊密連接蛋白和通透性標(biāo)記物occludens-1在接受MCD飲食的患者中較低[24]。腸道屏障功能的破壞，促進(jìn)肝癌進(jìn)展。

2.5 內(nèi)源性酒精 臨床研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)體在攝入不含酒精的食物后，仍可以在血液中檢測(cè)到酒精[25]，這說明腸道菌群可能產(chǎn)生內(nèi)源性酒精。非酒精性脂肪性肝炎(NASH)患兒血清中酒精含量明細(xì)高于健康兒童[26]，這一研究顯示內(nèi)源性酒精在NASH及其進(jìn)展為肝癌的發(fā)病過程中起重要作用。酒精通過形成蛋白質(zhì)和DNA復(fù)合物產(chǎn)生乙醛毒性，增加活性氧、脂質(zhì)過氧化、炎癥和免疫反應(yīng)受損以及DNA甲基化修飾導(dǎo)致腫瘤的形成[27]。酒精不僅可直接導(dǎo)致肝臟損傷，還可通過改變腸道菌群，導(dǎo)致肝臟疾病。酒精喂養(yǎng)誘導(dǎo)的小鼠發(fā)生ALD，大腸起始部位盲腸的小腸細(xì)菌過度生長(zhǎng)，生態(tài)失調(diào)，厚壁菌門減少，擬桿菌門豐度相對(duì)增加[28]。乙醇也能破壞腸道細(xì)胞壁間緊密連接，導(dǎo)致細(xì)菌移位，腸道屏障破壞，通透性增加，內(nèi)毒素如LPS水平增加，刺激肝臟TLR受體，最終導(dǎo)致肝臟脂肪沉積和炎癥，促進(jìn)肝癌發(fā)生[29]。

3 腸道菌群在肝癌早期診斷中的作用

肝癌患者預(yù)后較差，一方面與目前的治療手段有限有關(guān)，另外一方面與肝癌早期癥狀不明顯、不能及時(shí)的明確診斷和治療也有重要關(guān)系。腸道菌群對(duì)肝癌的影響貫穿于肝癌形成的整個(gè)過程，從肝臟炎癥、纖維化、肝硬化直至肝癌的發(fā)生，均各有其特點(diǎn)。了解肝癌早期腸道菌群的改變，對(duì)肝癌的早期診斷有重要作用。1/3的肝硬化患者可發(fā)展為肝癌。Zhang等[30]研究發(fā)現(xiàn)，肝硬化患者糞便中腸桿菌科和鏈球菌的豐度增加，而Akkermansia豐度降低，在HCC患者中，擬桿菌和瘤胃球菌科增加，雙歧桿菌減少。Ren等[31]研究發(fā)現(xiàn)，與肝硬化患者相比，HCC早期患者中放線菌屬和擬桿菌屬較多，而Verrucomicrobia和Alistipes屬、Phascolarctobacterium和Ruminococcus顯著減少，而克雷伯氏菌和嗜血桿菌增加。在上述研究中均發(fā)現(xiàn)，擬桿菌科在肝癌早期升高，為肝癌的早期診斷提供思路，但還需更多相關(guān)研究進(jìn)一步驗(yàn)證，并進(jìn)一步尋找其他特異性菌群，為肝癌的早期診斷做出貢獻(xiàn)。

4 針對(duì)腸道菌群的肝癌治療方法

通過以上總結(jié)，我們發(fā)現(xiàn)腸道菌群與肝癌的進(jìn)展密切相關(guān)，為針對(duì)腸道菌群的肝癌治療提供了依據(jù)。目前已有多項(xiàng)研究證實(shí)了這一觀點(diǎn)。

4.1 益生菌 益生菌是一類對(duì)宿主有益的活性微生物，當(dāng)給與足夠數(shù)量的益生菌時(shí)，宿主或獲得健康益處[32]。益生菌可改變腸道微生物的種類和數(shù)量，降低腸道炎癥，維持腸道菌群平衡，改善腸道屏障功能，抑制HCC的發(fā)生發(fā)展。如由鼠李糖乳桿菌GG、活菌大腸桿菌Nissle 1917和熱滅活菌VSL#3(1∶1∶1)組成的益生菌可改變腸道菌群，增加普氏菌和振蕩菌等有益菌，導(dǎo)致肝癌生長(zhǎng)和Th17細(xì)胞分化減少[33]。益生菌還能降低某些毒素的致癌作用。在HCC小鼠模型中，益生菌治療prohep通過降低Th17細(xì)胞水平和IL-17的產(chǎn)生，顯著減緩腫瘤生長(zhǎng)，縮小腫瘤大小[33]。雙歧桿菌、乳酸菌等部分益生菌可加強(qiáng)短鏈脂肪酸的合成，產(chǎn)生抗炎脂肪酸如丁酸、丙酸等，而丁酸、丙酸等可增加三羧酸循環(huán)，使羧酸降解，為防止HCC的發(fā)生提供保護(hù)[34]。也有研究表明，益生菌可作為一種飲食方式，減少黃曲霉素或DEN誘導(dǎo)的HCC的發(fā)生[32]。截至目前，僅在鼠類肝癌模型中作益生菌相關(guān)研究，缺乏臨床證據(jù)，需要擴(kuò)展人類研究，并進(jìn)一步完善其作用機(jī)制。

4.2 抗生素 腸道屏障功能受損，菌群失調(diào)，導(dǎo)致細(xì)菌及其產(chǎn)物進(jìn)入血液循環(huán)，導(dǎo)致炎癥和促腫瘤因子產(chǎn)生，進(jìn)而促進(jìn)肝癌的發(fā)生發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)，抗生素可有效減少腫瘤的發(fā)生。在TLR5基因敲除(KO)小鼠中，給甲硝唑可降低丁酸菌水平和HCC的發(fā)生率[35]，萬(wàn)古霉素可通過選擇性消耗革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌Lachnospiraceae(XIVa)、瘤胃球菌科(Ruminococcaceae)和雙歧桿菌(Bifidobacteria)來阻止HCC的發(fā)生，這些細(xì)菌發(fā)酵纖維并產(chǎn)生次級(jí)膽汁酸[36]，而次級(jí)膽汁酸可促進(jìn)肝癌發(fā)生?？诜股鼗旌衔?氨芐青霉素、新霉素、甲硝唑、萬(wàn)古霉素)進(jìn)行腸道清潔，有效減少DEN+CCl4或DMBA+HFD誘導(dǎo)的小鼠肝癌的數(shù)量和大小[37]。另有研究表明，諾氟沙星可有效減少患者小腸細(xì)菌過度生長(zhǎng)和細(xì)菌易位；利福昔明可減少肝硬化患者自發(fā)性腹膜炎的發(fā)展。這顯示出對(duì)鼠類模型HCC的有效性，但仍然需要進(jìn)一步研究以明確。

4.3 糞便微生物抑制 糞便微生物抑制(FMT)最近已成為生物醫(yī)學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)的研究熱點(diǎn)，也是對(duì)微生物群在多種疾病中作用的有效證明。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，腸道微生物組提高了基于抗PD-L1的免疫治療對(duì)抗上皮腫瘤的療效，提示FMT可以用于治療癌癥[38]。此外，F(xiàn)MT可有效預(yù)防NASH進(jìn)展及通過改善抗癌免疫反應(yīng)，預(yù)防肝癌的發(fā)生[39]。

通過研究腸道菌群與肝癌關(guān)系，我們發(fā)現(xiàn)生物靶向治療作為肝癌的輔助治療成為一種可能。隨著研究的深入，腸道菌群與肝臟之間的關(guān)系越來越清晰，為臨床治療提供更多選擇。但是，兩者之間具體的發(fā)病機(jī)制還有待研究，針對(duì)腸道菌群的治療方法也存在許多需要完善的地方，有待進(jìn)一步研究。