結(jié)直腸癌與腸道菌群關(guān)系的研究進(jìn)展

魏莉平 綜述，劉誠明 審校

(新疆醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院檢驗(yàn)科，新疆 烏魯木齊 830011)

結(jié)直腸癌與腸道菌群關(guān)系的研究進(jìn)展

魏莉平 綜述，劉誠明 審校

(新疆醫(yī)科大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院檢驗(yàn)科，新疆 烏魯木齊 830011)

人體腸道微生態(tài)系統(tǒng)在健康狀態(tài)下具有維持腸道正常結(jié)構(gòu)，促進(jìn)腸道對營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收，抵抗病原微生物的侵入及調(diào)節(jié)腸道免疫應(yīng)答等重要功能。有研究表明腸道菌群結(jié)構(gòu)或數(shù)目的改變與結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。了解腸道菌群參與結(jié)直腸癌發(fā)生的機(jī)制，有助于指導(dǎo)臨床對結(jié)直腸癌患者的治療及做好預(yù)防工作。目前腸道菌群在結(jié)腸癌中的具體發(fā)病機(jī)制仍不明確，本文將腸道菌群在結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展中的菌群結(jié)構(gòu)變化和致病機(jī)制最新研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

腸道菌群；結(jié)直腸癌；發(fā)病機(jī)制

在人類常見的各種類型癌癥中，結(jié)直腸癌是最常見的死亡原因之一[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年死于結(jié)直腸癌人數(shù)達(dá)六十多萬[2-4]。人們營養(yǎng)、生活習(xí)慣及鍛煉均可引起腸道菌群活動的改變，從而增加結(jié)直腸癌的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)[5]。早在20世紀(jì)末，有研究者提出腸道菌群與結(jié)直腸癌之間存在相關(guān)關(guān)系的假設(shè)。此后人們通過動物模型實(shí)驗(yàn)及高通量測序技術(shù)等方法更深入的研究了人體正常及病理腸黏膜中菌群構(gòu)成[6-8]，以有助于人們較深入的理解菌群與結(jié)直腸癌的關(guān)系。

1 人體腸道正常菌群概述

人體腸道菌群占據(jù)棲息于人體體表及體內(nèi)微生物的絕大部分。到目前為止，研究者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)人體結(jié)直腸中約有1014個(gè)細(xì)菌[9]，這些細(xì)菌至少有1 000個(gè)不同種類，共有9個(gè)門組成。腸道正常菌群結(jié)構(gòu)及生理活性與人體健康密切相關(guān)[10]。生理情況下，腸道細(xì)菌參與人體許多基本生理活動，如促進(jìn)腸道的發(fā)育成熟，調(diào)節(jié)人體對營養(yǎng)物質(zhì)的消化及吸收，抵抗病原體的入侵等。近年研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群還具有調(diào)節(jié)人體免疫應(yīng)答、參與人體能量代謝等特點(diǎn)。但在體內(nèi)外某些因素刺激下，腸道菌群種類、數(shù)量、結(jié)構(gòu)和代謝特征等會發(fā)生相應(yīng)的變化，從而造成腸道菌群失調(diào)。失調(diào)的腸道菌群不僅會引起腸道微環(huán)境的變化，還會損傷腸道細(xì)胞，導(dǎo)致腸道發(fā)生過敏性腸病或炎癥性腸病。腸道菌群可能通過上述機(jī)制參與結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展。

2 腸道菌群結(jié)構(gòu)與功能研究方法

人體腸道菌群種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因而為科學(xué)家研究腸道菌群帶來了一定困難。起初，人們采用最基本的細(xì)菌分離及選擇性培養(yǎng)的方法。該方法優(yōu)點(diǎn)在于在對細(xì)菌培養(yǎng)的過程中可全面的觀察和了解細(xì)菌的功能及其生理活性，但由于選擇性培養(yǎng)基只能有選擇性的培養(yǎng)部分細(xì)菌，因而此方法不能全面的分析整個(gè)腸道菌群與人類健康的關(guān)系。后來，分子生物學(xué)技術(shù)的誕生及飛速發(fā)展，將科學(xué)家研究腸道菌群方法帶入一個(gè)新的領(lǐng)域。其中最常用的分子生物學(xué)方法是基因檢測方法，主要包括基于分子雜交技術(shù)的分析方法、基于DNA指紋圖譜的分析方法及基于DNA測序的檢測方法?；驒z測方法可檢測出通過分離培養(yǎng)方法不能檢測出的細(xì)菌，為科學(xué)家們?nèi)嫜芯磕c道菌群的結(jié)構(gòu)帶來一定的便利。進(jìn)入21世紀(jì)后，研究者們主要運(yùn)用高通量測序技術(shù)研究腸道微生物的多樣性，這類技術(shù)主要以454測序技術(shù)為代表。

3 結(jié)直腸癌與腸道菌群

3.1 腸道菌群結(jié)構(gòu)變化 目前已有大量研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸癌患者腸道菌群與健康者腸道菌群結(jié)構(gòu)存在明顯的差異。Scanlan等[11]通過運(yùn)用16 SrRNA基因變性梯度凝膠電泳和核糖體基因間隔分析技術(shù)，對20例結(jié)直腸癌患者和腺瘤性息肉病志愿者腸道微生物進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢菌群多樣性在結(jié)直腸癌患者和腺瘤性息肉病患者腸道中明顯增多，柔嫩梭菌和球形梭菌的多樣性也顯著高于健康對照組。Sobhani等[12]運(yùn)用焦磷酸高通量測序技術(shù)對6例結(jié)直腸癌患者和6例健康者腸道菌群進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌患者腸道擬桿門菌、普通菌屬較健康人群增多。郭伯敏等[13]在對90例結(jié)直腸癌患者腸道菌群進(jìn)行測序時(shí)發(fā)現(xiàn)患者腸道中具有產(chǎn)丁酸鹽功能的細(xì)菌明顯降低。而目前已有研究表明丁酸鹽具有抑制腸道炎癥和結(jié)直腸癌等疾病的功能。此外，研究者們采用定量PCR技術(shù)分別對結(jié)直腸癌患者及健康志愿者腸道菌群進(jìn)行檢測，并進(jìn)行DNA序列分析發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸癌患者腸道菌群中的大腸桿菌、糞腸球菌等的含量顯著升高。最近有研究者發(fā)現(xiàn)：結(jié)腸癌患者病變組織黏膜菌群結(jié)構(gòu)明顯不同于周圍正常組織黏膜菌群結(jié)構(gòu)。如Marchesi等[7]運(yùn)用深度rRNA基因測序技術(shù)發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌患者腫瘤組織黏膜中具有益生菌特性的腸道共生菌(如Coriobateria)含量很高，而類似大腸桿菌的潛在致病菌處于低表達(dá)狀態(tài)，腫瘤周圍正常組織的腸道菌群結(jié)構(gòu)卻與之相反。

3.2 促進(jìn)結(jié)直腸癌發(fā)生的共生菌及其代謝產(chǎn)物 大量研究表明，人體腸道內(nèi)微生物與結(jié)直腸癌的發(fā)生密切相關(guān)[14]。腸道菌群參與結(jié)直腸腫瘤發(fā)生發(fā)展的機(jī)制可能有以下幾個(gè)方面：某些腸道內(nèi)微生物的產(chǎn)物可直接損傷腸道黏膜并使其發(fā)生不完全修復(fù)。例如，硫化氫是腸道內(nèi)硫酸鹽還原菌(Sulfate-reducing bacteria，SRB)在降解腸道食物中的有機(jī)物過程中的代謝產(chǎn)物。有研究表明，硫化氫可直接損傷腸道黏膜上皮細(xì)胞，當(dāng)腸道內(nèi)硫化氫達(dá)到一定濃度時(shí)，硫化氫可促進(jìn)結(jié)直腸癌的發(fā)生與發(fā)展[15]。次級膽汁酸(Secondary bile acid)是腸道內(nèi)7α-去羥化菌代謝產(chǎn)物，其可通過激活細(xì)胞因子NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路促進(jìn)腸道炎癥反應(yīng)，誘導(dǎo)腸道上皮細(xì)胞DNA損傷和氧化應(yīng)激等方式參與結(jié)直腸癌的發(fā)生。某些腸道細(xì)菌產(chǎn)生的過氧化物也可促發(fā)結(jié)直腸癌的發(fā)生[16-17]。人體腸道中糞腸球菌(Enterococcus faecalis)的代謝終產(chǎn)物過氧化氫，一方面可直接損傷腸黏膜上皮細(xì)胞的DNA，另一方面其可激活表皮生長因子受體，從而激發(fā)腸黏膜上皮細(xì)胞的異常增殖，最終導(dǎo)致結(jié)直腸惡性腫瘤的產(chǎn)生。某些腸道微生物通過直接或間接方式引起腸道上皮細(xì)胞發(fā)生基因突變，從而誘導(dǎo)結(jié)直腸癌的發(fā)生。例如，脆弱擬桿菌分泌的脆弱擬桿菌毒素可引起結(jié)腸上皮細(xì)胞DNA的損傷，并激活結(jié)腸上皮Wnt、NF-κB、Stat3等信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，引起腸道上皮炎癥反應(yīng)，進(jìn)而促進(jìn)結(jié)腸腫瘤形成。Colibactin蛋白可直接損傷DNA單鏈[18-19]，腸道中的某些大腸桿菌菌株的pks基因具有編碼的Colibactin蛋白的功能，從而間接參與結(jié)直腸癌的發(fā)生。腸致病性大腸桿菌(EPEC)分泌的效應(yīng)蛋白(EspF)作用于腸黏膜上皮細(xì)胞，可引起具有編碼蛋白功能的基因發(fā)生突變，從而促進(jìn)腸道腫瘤的發(fā)生[20]。腸道菌群通過引發(fā)腸道黏膜炎癥反應(yīng)，進(jìn)而在結(jié)直腸癌的發(fā)生過程中起作用。Ohkusa等指出某些腸道菌屬可以直接侵入腸黏膜上皮細(xì)胞(Colonicepithelial cell，CEC)并觸發(fā)炎癥反應(yīng)[21]。有人在誘導(dǎo)大鼠產(chǎn)生結(jié)腸腫瘤的過程中發(fā)現(xiàn)牛鏈球菌可促進(jìn)結(jié)腸黏膜內(nèi)白介素8(IL-8)分泌及高分化ACF的形成，IL-8刺激炎癥細(xì)胞產(chǎn)生的一氧化氮(NO)，可引起細(xì)胞DNA氧化性損傷，進(jìn)而激活腸黏膜上皮細(xì)胞的癌基因或抑制抑癌基因，因而，他們認(rèn)為牛鏈球菌可能對大鼠的結(jié)腸癌前病有一定的促進(jìn)作用。此外，腸道中的某些革蘭陰性桿菌可產(chǎn)生細(xì)菌內(nèi)毒素脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)，其與細(xì)胞表面鐘狀受體4(Toll-like receptor 4，TLR-4)結(jié)合后可激活轉(zhuǎn)錄因子(NF-κB)及蛋白激酶(p38激酶)的活性，促進(jìn)腸道內(nèi)免疫細(xì)胞的產(chǎn)生，進(jìn)而激活尿激酶纖溶酶原活化體(Urokinase plasminogen activator，u-PA)系統(tǒng)，最終促進(jìn)腸道腫瘤細(xì)胞的粘附。目前，腸道菌群在結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展中作用機(jī)制的研究仍處于初級階段，以上只是目前研究所提出的可能的幾個(gè)方面。腸道菌群參與結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展機(jī)制仍具有很廣泛的研究空間。

3.3 抑制結(jié)直腸癌發(fā)生的共生菌及其代謝產(chǎn)物 此外，大量研究表明，某些細(xì)菌及其代謝產(chǎn)物則能改善腸道功能，保護(hù)腸壁細(xì)胞，從而抑制結(jié)直腸癌的發(fā)生。目前，研究最熱門的是乳酸菌及雙歧桿菌。乳酸菌及雙歧桿菌被統(tǒng)稱為腸道內(nèi)益生菌，其是腸道菌群的重要組成部分。益生菌主要通過調(diào)節(jié)腸道黏膜免疫和炎癥、修復(fù)腸上皮黏膜功能、抑制致病菌定值和繁殖、抑制致癌化學(xué)物活性劑抗氧化作用及腫瘤細(xì)胞增殖等，從而對結(jié)直腸腫瘤產(chǎn)生一定預(yù)防和治療作用[22]。此外，膳食纖維類食物經(jīng)過腸道消化，在腸道內(nèi)產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物短鏈脂肪酸(Short chain fatty acid，SCFA)，如乙酸鹽(Acetate)、丙酸鹽(Propionate)、丁酸鹽(Butyrate)等，其中丁酸鹽在維持腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定及抑制結(jié)直腸癌的發(fā)生方面發(fā)揮了重要作用。丁酸鹽具有誘導(dǎo)DNA受損上皮細(xì)胞的分化與凋亡，并抑制癌細(xì)胞生長增殖的功能。

4 小結(jié)

目前大量證據(jù)證明腸道微生物與結(jié)直腸癌密切相關(guān)。鑒于此，臨床對消化系統(tǒng)疾病患者進(jìn)行糞便細(xì)菌監(jiān)測，早期評估結(jié)直腸癌的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，并對炎癥性腸病進(jìn)行適當(dāng)干預(yù)，可能降低結(jié)直腸癌的罹患風(fēng)險(xiǎn)。另外，乳酸桿菌及雙歧桿菌等益生菌可抑制結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展，因此可通過改善飲食結(jié)構(gòu)而調(diào)整腸道菌群結(jié)構(gòu)。但目前，腸道菌群在結(jié)直腸癌中具體作用機(jī)制仍不明確，需要通過大量樣本進(jìn)一步研究和探索，從而為指導(dǎo)臨床治療及預(yù)防工作提供更好的理論依據(jù)。

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Progress on the relationship between colorectal cancer and intestinal flora.

WEI Li-ping,LIU Cheng-ming. Department of Clinical Laboratory,the Affiliated Tumor Hospital of Xinjiang Medical University,Urumqi 830011, Xinjiang,CHINA

The human gut micro ecology system in health state plays the roles of maintaining the normal structure,promoting the intestinal digestion and absorption of nutrients,resisting the invasion of pathogenic microorganism,regulating the intestinal immune response.Studies have shown that the change of structure or number of intestinal flora is closely related to the occurrence of colorectal cancer development.To understand the mechanism of intestinal flora in colorectal cancer can help to guide the clinical treatment of colorectal cancer patients and to do a good job of prevention.But the intestinal flora in the colon specific pathogenesis is still unclear.This article will review latest research progress of gut flora in its flora structure change in the development of colorectal cancer and pathogenic mechanisms.

Intestinal flora;Colorectal cancer;Pathogenesis

R735

A

1003—6350（2015）09—1328—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2015.09.0476

2014-07-25)

魏莉平。E-mail：weiliping1113@163.com