具核梭桿菌在結(jié)直腸癌中的作用

朱耘函，郝朗松，何奎，鄧洋，王波，陳琪穎

【提要】 結(jié)直腸癌(CRC)是全球第三大常見(jiàn)癌癥和第四大常見(jiàn)癌癥死亡原因。近年來(lái)，越來(lái)越多的證據(jù)支持腸道微生物在結(jié)直腸癌的發(fā)生、發(fā)展中起到了重要作用。在這些結(jié)直腸癌患者中經(jīng)常觀察到健康微生物平衡紊亂，稱為失調(diào)。引起腸道失調(diào)的病原微生物已成為在腫瘤發(fā)生中作用的重要靶點(diǎn)。有趣的是，在結(jié)直腸癌患者的組織和糞便中檢測(cè)到不同菌株的存在，如具核梭桿菌(Fn)。具核梭桿菌是一種居住在口腔內(nèi)的革蘭氏陰性需氧菌，與牙周病、呼吸道感染、心血管疾病、阿爾茨海默病、炎癥性腸病和幾種癌癥有關(guān)。在結(jié)直腸癌患者的組織和糞便中檢測(cè)到Fn的存在并且豐度高于正常人水平，同時(shí)還有研究報(bào)道Fn與化療耐藥性和低生存率顯著相關(guān)。因此，本篇綜述中我們將回顧具核梭桿菌在結(jié)直腸癌發(fā)生、發(fā)展中的作用，以及其對(duì)于化療抵抗的作用，希望能將具核梭桿菌作為癌癥預(yù)防、治療、化療抵抗的新靶點(diǎn)。

結(jié)直腸癌(colorectal cancer，CRC)是男性第三常見(jiàn)的癌癥，女性第二常見(jiàn)的癌癥，2018年全球共有180萬(wàn)例，88.1萬(wàn)人死亡[1]。其病因可能非常復(fù)雜。目前已確定的結(jié)直腸癌病因包括：高齡(>50歲)、結(jié)直腸癌或腺瘤的個(gè)人病史、炎癥性腸道疾病、遺傳易感性、低纖維、高脂肪和紅肉的飲食、久坐的生活方式、糖尿病、肥胖、吸煙、酒精和放療[2]。腸道菌群通過(guò)調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)、遺傳損傷和凋亡在宿主生理和癌癥等疾病中發(fā)揮作用[3-5]。大量研究表明，腸道微生物群的失調(diào)與CRC有著密切的關(guān)系[6]。

具核梭桿菌(Fusobacteriumnucleatum，F(xiàn)n)是一種革蘭氏陰性細(xì)菌，是人類口腔的正常成分[7]。作為口腔微生物群的常住成員，具核梭桿菌主要因其在牙周健康和疾病中的作用[7]而被研究，該菌被認(rèn)為是一種機(jī)會(huì)性病原體，不僅參與炎癥過(guò)程，如牙周炎、炎癥性腸病、胰腺膿腫、早產(chǎn)兒和肝膿腫，還參與癌癥的發(fā)展和進(jìn)展，包括結(jié)直腸癌和口腔癌[8]。

之前的研究表明，具核梭桿菌的豐度在結(jié)腸癌組織中含量明顯高于正常組織，并與結(jié)腸癌的轉(zhuǎn)移有關(guān)[9]。此外，結(jié)直腸癌組織中的具核梭桿菌的數(shù)量與患者生存期顯著縮短有關(guān)[10]，這些發(fā)現(xiàn)表明具核梭桿菌可能是結(jié)直腸癌的一個(gè)重要風(fēng)險(xiǎn)因素，已有許多先例表明微生物在各種癌癥的發(fā)展中發(fā)揮作用，如人乳頭瘤病毒(HPV)和宮頸癌、E-B病毒和鼻咽癌、幽門(mén)螺桿菌和胃癌。因此，探索具核梭桿菌和結(jié)直腸癌之間的潛在關(guān)系非常重要。本文綜述了具核梭桿菌引起CRC以及化療抵抗的各種機(jī)制。從而為腫瘤的預(yù)防和治療提供參考方向。

1 具核梭桿菌促進(jìn)結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展的機(jī)制

具核梭桿菌可以通過(guò)多種途徑促進(jìn)結(jié)直腸癌的發(fā)展。具核梭桿菌粘附蛋白(Fap2)通過(guò)與D-半乳糖-β(1-3)-N-乙酰-D-半乳糖胺(Galnac)結(jié)合，從而促進(jìn)結(jié)直腸癌的發(fā)展[11]。此外，具核梭桿菌粘附素A(FadA)可以幫助具核梭桿菌粘附腸上皮細(xì)胞的E-鈣粘蛋白[12]。因此，具核梭桿菌可以通過(guò)Fap2和FadA選擇性地定植于結(jié)直腸癌組織，當(dāng)與腸上皮細(xì)胞接觸時(shí)，激活β-連環(huán)蛋白，導(dǎo)致不受控制的細(xì)胞生長(zhǎng)[8,12-13]。當(dāng)注射到癌前和惡性結(jié)直腸癌小鼠模型的尾靜脈中時(shí)，也發(fā)現(xiàn)具核梭狀芽孢桿菌定植于大腸組織，這表明具核梭狀芽孢桿菌通過(guò)造血途徑從口腔到達(dá)大腸組織[13]。在ApcMin/+小鼠模型中，具核梭桿菌增加了腫瘤的多樣性，激活了核因子-κB(NF-κB)途徑，并促使髓樣細(xì)胞浸潤(rùn)到腫瘤中，產(chǎn)生促進(jìn)結(jié)直腸癌發(fā)展的促炎癥環(huán)境[11]。此外，具核梭桿菌可以通過(guò)TLR4信號(hào)激活增加結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖和腫瘤的發(fā)展[14]。

幾項(xiàng)研究表明，在患有高度異型增生和腺瘤的大腸組織中，具核梭桿菌富集[15-16]。毒力因子FadA可促進(jìn)E-鈣粘蛋白介導(dǎo)的腫瘤生長(zhǎng)，并誘導(dǎo)宿主產(chǎn)生促炎性細(xì)胞因子，腺瘤和腺癌患者結(jié)腸組織中的FadA基因水平比健康人高出10～100倍[12]。具核梭桿菌的Fap2蛋白還可以直接與具有Ig和ITIM結(jié)構(gòu)域(TIGIT)蛋白的T細(xì)胞免疫受體相互作用，抑制自然殺傷細(xì)胞的細(xì)胞毒性[17]。

2 腸道細(xì)菌代謝物

具核梭桿菌可以利用氨基酸和肽作為腫瘤微環(huán)境中的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源。Fn產(chǎn)生的各種氨基酸代謝物：包括甲酰甲氧基亮氨酸、苯丙氨酸和短鏈脂肪酸可以作為髓細(xì)胞刺激物，導(dǎo)致腫瘤中的髓細(xì)胞擴(kuò)張。與腸腔中的許多其他專性厭氧細(xì)菌相比，具核梭桿菌還具有基本的電子傳遞鏈，可以限制它們吸入氧氣的能力[18]。因此，具核梭桿菌可以在缺氧腫瘤微環(huán)境中持續(xù)存在并緩慢復(fù)制。此外，各種粘附分子可以增強(qiáng)具核梭桿菌促進(jìn)細(xì)菌聚集和生物膜形成的能力，從而提高耐氧性[19]?？偟膩?lái)說(shuō)，各種具核梭桿菌代謝物可通過(guò)直接促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、血管生長(zhǎng)或免疫細(xì)胞入侵，使腫瘤微環(huán)境隨著時(shí)間的推移變得更易于腫瘤生長(zhǎng)。

3 骨髓源性抑制細(xì)胞(MDSCs)和自然殺傷細(xì)胞(NK)介導(dǎo)的免疫機(jī)制

骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞被認(rèn)為是骨髓、脾臟或腫瘤微環(huán)境中的髓樣細(xì)胞，是腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(M2型巨噬細(xì)胞)、粒細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞(DC)的前體。MDSCs是一種免疫抑制細(xì)胞，參與免疫抑制，促進(jìn)血管生成和癌變[20]。研究也表明，大腸癌的發(fā)生可能與腸道微生物群有關(guān)。例如，結(jié)直腸癌中具核梭桿菌的富集可以選擇性擴(kuò)增免疫抑制性髓系細(xì)胞，形成免疫抑制性腫瘤微環(huán)境(TME)，可有效抑制大腸癌T細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)T細(xì)胞凋亡，浸潤(rùn)性T細(xì)胞亞群(即CD3+、CD8+、CD45RO+和FOXP3+細(xì)胞)水平較高，預(yù)后較好[21]。此外，在腫瘤的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中，骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞也能對(duì)不同的信號(hào)做出反應(yīng)，并分化為M1和M2表型。這兩種表型的巨噬細(xì)胞與腫瘤的發(fā)生呈相反作用。觀察到M1表型阻礙了腫瘤的形成和發(fā)展，而M2表型促進(jìn)了腫瘤的形成和遷移。此外，還發(fā)現(xiàn)抑制M2極化或促進(jìn)M1極化在介導(dǎo)抗腫瘤作用中發(fā)揮積極作用[22]。此外，以前的研究也發(fā)現(xiàn)M2型巨噬細(xì)胞是人類大腸癌中巨噬細(xì)胞的主要表型，而具核梭桿菌感染促進(jìn)了M2型巨噬細(xì)胞極化以及腫瘤微環(huán)境中的腫瘤生長(zhǎng)[22-23]。在不同的臨床實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)了類似現(xiàn)象，結(jié)直腸癌小鼠腸道微環(huán)境中M2型巨噬細(xì)胞的數(shù)量在喂食具核梭桿菌后顯著增加7-8倍[11]。此外，發(fā)現(xiàn)通過(guò)感染具核梭桿菌可以激活I(lǐng)L-6/p-STA T3/c-MYC和TLR4/NF-κB/S100A9信號(hào)通路，以TLR4依賴的方式促進(jìn)M2型巨噬細(xì)胞的極化和大腸癌的進(jìn)展[11]。

NK細(xì)胞可以通過(guò)釋放各種趨化因子和細(xì)胞因子來(lái)殺死感染病原體和腫瘤細(xì)胞，從而積極參與早期防御機(jī)制。胃腸道中高水平的具核梭桿菌可顯著降低NK細(xì)胞活性[24]。帶有免疫球蛋白和ITIM結(jié)構(gòu)域的T細(xì)胞免疫受體(TIGIT)是一種能有效抑制NK細(xì)胞和其他免疫細(xì)胞的受體，可被脊髓灰質(zhì)炎病毒受體(PVR)和連接蛋白-2分子激活。這些配體與TIGIT結(jié)合后，主要通過(guò)影響細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域和免疫受體酪氨酸基抑制基序(ITIM)來(lái)啟動(dòng)抑制信號(hào)[25]。Fap2蛋白參與具核梭桿菌與癌細(xì)胞的結(jié)合，并可直接與NK、Treg、CD8+和CD4+T細(xì)胞上的TIGIT相互作用[26]。Fap2與TIGIT的結(jié)合可抑制NK細(xì)胞對(duì)抗腫瘤細(xì)胞的活性，從而導(dǎo)致大腸癌的生長(zhǎng)和進(jìn)展。

4 DNA損傷

基因組不穩(wěn)定性是大腸癌的重要特征之一，如微衛(wèi)星不穩(wěn)定性(MSI)、CpG島甲基化表型(CIMP)以及KRAS、BRAF和PIK3CA基因突變[27]。 具核梭桿菌介導(dǎo)的炎癥可通過(guò)增強(qiáng)活性氧(ROS)的產(chǎn)生和刺激促炎基因表達(dá)，從而導(dǎo)致異常DNA甲基化和DNA損傷，從而影響結(jié)直腸癌的進(jìn)展[28]。MSI可因DNA修復(fù)機(jī)制的缺失而產(chǎn)生，該機(jī)制可顯著降低細(xì)胞修復(fù)短鏈DNA或串聯(lián)重復(fù)的能力，錯(cuò)誤修復(fù)的累積即可導(dǎo)致基因突變。

已經(jīng)證實(shí)，各種腫瘤抑制基因的突變均可導(dǎo)致結(jié)直腸癌發(fā)生[29]。例如，在Okita等[27]報(bào)告的一項(xiàng)研究中，具核梭桿菌感染與結(jié)直腸癌中兩種不同類型的微衛(wèi)星改變有關(guān)。高濃度或中等濃度的具核梭桿菌DNA分別與微衛(wèi)星高不穩(wěn)定性突變(MSI-H)和微衛(wèi)星低不穩(wěn)定性(MSI-L)結(jié)直腸癌相關(guān)，并能觸發(fā)DNA損傷。

Koi等[30]報(bào)告說(shuō)，CIMP/MSI-H和具核梭桿菌之間可能存在關(guān)聯(lián)。CIMP/MSI-H和Fn感染之間的關(guān)聯(lián)可以用MSH2和MSH6(MutSα)之間形成的錯(cuò)配修復(fù)(MMR)蛋白復(fù)合物的作用來(lái)解釋，即修復(fù)由ROS產(chǎn)生的異常堿基，形成7,8-二氫-8-氧代鳥(niǎo)嘌呤(8-oxoG)。由ROS在富含CpG的區(qū)域(包括啟動(dòng)子)形成的聚集的8-oxoG對(duì)堿基切除修復(fù)(BER)是難于修復(fù)的。在這些條件下，MutSα與DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNMTs)和多瘤抑制復(fù)合體4(PRC4)合作啟動(dòng)修復(fù)。受損部位的DNMTs對(duì)CpG島進(jìn)行甲基化，以抑制目標(biāo)基因的轉(zhuǎn)錄并促進(jìn)修復(fù)反應(yīng)。因此，通過(guò)慢性Fn感染持續(xù)產(chǎn)生的ROS可能啟動(dòng)1)以 MSH2/MSH6依賴的方式啟動(dòng)CIMP陽(yáng)性腺瘤和癌，2)以MSH3依賴的方式啟動(dòng)低水平的微衛(wèi)星不穩(wěn)定性(MSI-L)和選定的四核苷酸重復(fù)序列中的微衛(wèi)星改變(EMAST)類型的CRC。

5 具核梭桿菌通過(guò)自噬作用促進(jìn)結(jié)直腸癌的化療抵抗

在晚期大腸癌患者中，化療的目的是縮小腫瘤大小，減少腫瘤生長(zhǎng)，抑制腫瘤轉(zhuǎn)移。一般來(lái)說(shuō)，細(xì)胞活性毒性藥物，包括5-氟尿嘧啶(5-FU)和卡培他濱，在DNA復(fù)制過(guò)程中能抑制胸苷酸合成酶的酶活性[31]，從而抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)。另一種化療藥物奧沙利鉑通過(guò)共價(jià)結(jié)合DNA并形成鉑-DNA加合物抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)并導(dǎo)致細(xì)胞G2期阻滯[32]。這些化療藥物的組合廣泛用于CRC的治療[33]。大多數(shù)晚期大腸癌患者最初對(duì)聯(lián)合化療有反應(yīng)。然而，由于耐藥性，患者最終會(huì)經(jīng)歷腫瘤復(fù)發(fā)，因此，闡明大腸癌患者化療耐藥的機(jī)制至關(guān)重要。

微生物群通過(guò)調(diào)控腸道炎癥[34-35]和腫瘤相關(guān)信號(hào)通路[36]促進(jìn)或者抑制結(jié)直腸癌的發(fā)生和發(fā)展。Yu等[37]的研究發(fā)現(xiàn)，具核梭桿菌通過(guò)激活自噬途徑促進(jìn)結(jié)直腸癌的化療耐藥性，自噬元件ULK1和ATG7參與了具核梭桿菌介導(dǎo)的結(jié)直腸癌細(xì)胞化療耐藥性，并且在mRNA和蛋白質(zhì)水平上通過(guò)選擇性丟失miR-18a*和miR-4802，誘導(dǎo)pULK1、ULK1和ATG7上調(diào)從而激活自噬，增強(qiáng)腫瘤的化療抵抗。

6 具核梭桿菌是CRC的潛在生物標(biāo)志物

在大腸癌篩查中，糞便潛血試驗(yàn)、AFP、CEA等指標(biāo)通常用于輔助診斷，結(jié)腸鏡檢查主要用于檢查，不僅繁瑣，而且對(duì)患者的創(chuàng)傷也很大。關(guān)于Fn的一些研究顯示，它在大腸癌患者的糞便和組織中顯著富集，比較后有顯著的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異[38]，這表明Fn可作為診斷結(jié)直腸癌的有用標(biāo)志物。

但冷凍組織和FFPE組織標(biāo)本的使用受到手術(shù)或結(jié)腸鏡檢查的限制。而結(jié)直腸癌患者糞便標(biāo)本較容易獲得，但往往會(huì)導(dǎo)致高假陽(yáng)性檢出率[39]。因此，仍需一種更為準(zhǔn)確且經(jīng)濟(jì)的檢測(cè)方式以檢測(cè)結(jié)直腸癌患者體內(nèi)具核梭桿菌豐度，從而輔助患者的診斷及診療。

7 總結(jié)與展望

CRC的發(fā)生及發(fā)展與多種腸道微生物有關(guān)，腸道菌群的失調(diào)與結(jié)直腸癌之間的潛在聯(lián)系是復(fù)雜的。目前研究表明，具核梭桿菌是結(jié)直腸癌的重要致病危險(xiǎn)因素，能在通過(guò)多種機(jī)制(免疫調(diào)節(jié)、毒力因子、腸道代謝物、DNA損傷)積極參與大腸癌的發(fā)生和轉(zhuǎn)移，并且可以通過(guò)自噬途徑來(lái)促進(jìn)CRC的化療抵抗。因此，需要深入研究和干預(yù)具核梭桿菌誘導(dǎo)的結(jié)直腸癌通路可能為結(jié)直腸癌的靶向治療和預(yù)防提供新的方向。此外，具核梭桿菌在一定程度上可以作為檢測(cè)大腸癌的一種可能的生物標(biāo)志物，但其檢測(cè)效率不穩(wěn)定，需要進(jìn)一步研究以提高該技術(shù)的檢測(cè)性能，相信以后具核梭桿菌可以為結(jié)直腸癌的預(yù)防及治療開(kāi)辟新的途徑。