微生物群與胰腺癌關系的研究進展

郝少龍 紀宇 韓威

首都醫(yī)科大學附屬北京潞河醫(yī)院普外科，北京 100069

【提要】 微生物群參與調節(jié)人體代謝以及炎癥、免疫反應、腫瘤發(fā)生和發(fā)展等多種病理生理過程。有證據表明，特定微生物群的改變與胰腺癌的發(fā)生、發(fā)展有關，并可影響患者手術、化療及免疫治療效果。本文通過綜述微生物群與胰腺癌的關系，旨在為進一步開展該領域的研究提供參考。

人類微生物群是指所有棲息在人體內的微生物生態(tài)群落，包括真核生物、古生菌、細菌和病毒，主要分布在人體皮膚、呼吸道、口腔、泌尿生殖道，尤其是胃腸道的黏膜上皮中[1]。整個微生物基因組約是人類基因組的150倍，可參與機體多種生理和病理過程[2]。約20%腫瘤的發(fā)生及發(fā)展與微生物群有關[3]，如幽門螺桿菌定植于胃黏膜并產生CagA癌蛋白，對胃腺上皮細胞進行重新編程促使胃癌的發(fā)生[4]；產腸毒素脆弱類桿菌通過分解代謝產生活性氧化物誘導DNA損傷促進結腸腫瘤的發(fā)生[5]；甚至在遠離胃腸道的乳腺癌，微生物群失調也會通過改變宿主的炎癥反應，促進乳腺腫瘤細胞的侵襲和轉移[6]。有證據表明，人體微生物群可通過多種調控機制影響胰腺癌的發(fā)生和發(fā)展、治療耐受及預后等過程。本文著重就胰腺癌微生物群的來源、分布及其在治療中的作用進行綜述。

一、胰腺癌組織微生物群的特征

胰腺因含有大量蛋白酶，長期以來一直被認為是無菌器官。近期研究發(fā)現胰腺癌組織的細菌數量較正常胰腺組織增加了1 000倍[7]。Pushalkar等[8]研究亦證實，無論小鼠還是人，胰腺癌組織中的微生物菌群均較正常胰腺組織豐富，且癌組織中的細菌數量與腸道相比顯著增加，其中以變形桿菌(45%)、類桿菌(31%)和厚壁菌(22%)最為豐富。此外，高度異型增生的胰腺導管內乳頭狀黏液瘤(intraductal papillary mucinous neoplasms, IPMN)和惡變IPMN的囊內細菌16sDNA拷貝數和IL-1β蛋白含量均顯著高于非惡變IPMN[9]。為明確胰腺癌組織中的菌群特征，Serra等[10]應用16s rRNA基因測序發(fā)現胰頭癌患病風險與克雷伯菌呈正相關，而與大腸桿菌和假單胞菌呈負相關。由此可見，胰腺癌組織中存在特征性的微生物菌群，不同微生物群構成與胰腺癌進展相關，但目前仍需要樣本量更大的多中心隊列研究以明確胰腺癌組織中微生物群的特征性構成，從而進一步探究微生物群變化對胰腺癌的診斷和預測效能。

二、胰腺癌組織微生物群的作用機制

癌細胞與微生物群相互作用促進腫瘤的發(fā)生和進展[3]。在胰腺癌，微生物主要通過促進胰腺炎癥和免疫抑制誘導腫瘤的發(fā)生和發(fā)展[11]。據統(tǒng)計，慢性胰腺炎患者罹患胰腺癌的風險是健康者的13倍[12]，而多項隊列研究亦表明，急性胰腺炎也與胰腺癌的發(fā)生有關[13-14 ]。巨噬細胞吞噬及Wnt/β-catenin、LPS/TLR、NF-κB/MAPK等信號通路可將微生物、胰腺炎癥和胰腺癌聯(lián)系起來[15]，但具體分子機制仍不清楚。微生物群失調誘導的免疫失衡是促進腫瘤發(fā)生的重要因素。胰腺中的微生物群能有效調節(jié)腫瘤免疫微環(huán)境，Pushalkar等[8]發(fā)現胰腺癌組織中微生物群失調與腫瘤免疫原性重編程有關，而應用抗生素可抑制胰腺癌小鼠腫瘤進展，可能的機制與抗生素消融瘤內微生物群后促進了Th1極化的CD4+T細胞分化和CD8+T細胞的激活，并使髓系來源的抑制細胞減少和M1巨噬細胞分化增加有關。另一項研究亦表明，減少FOXP3+調節(jié)性T細胞可促進胰腺癌腫瘤細胞的免疫逃逸，而腸道微生物可調節(jié)T細胞的分化[16]。Toll樣受體(Toll-like receptors，TLR)作為I型跨膜蛋白質，可識別侵入體內的微生物并激活免疫細胞的應答，在先天性免疫反應中發(fā)揮關鍵作用。Ayala-Cuellar等[17]研究發(fā)現胰腺癌組織中的微生物可通過調節(jié)單核細胞中的TLR促進腫瘤的發(fā)生。此外，微生物可引起人體糖、脂肪、蛋白質等營養(yǎng)物質代謝的變化，導致各種代謝性疾病，促進胰腺癌的發(fā)生[18]。雖然，目前微生物與代謝性疾病之間的因果關系尚未明確，但其利用營養(yǎng)物質影響機體代謝性疾病及腫瘤發(fā)生、發(fā)展的作用機制值得深入探索。

三、胰腺癌組織微生物群的來源

1．腸道微生物群：腸道微生物群失調和腸黏膜屏障功能損傷導致的細菌易位被認為是誘導腫瘤發(fā)生的重要因素[19]。既往研究發(fā)現，腸道微生物群不僅可以直接接觸高危器官，促進喉癌、食管癌、胃癌和結直腸癌等多種消化系統(tǒng)惡性腫瘤的發(fā)生[20]，還可通過易位促進遠離消化腔道的其他臟器腫瘤包括肝癌、肺癌、黑色素瘤等的進展[21-22]。Pushalkar等[8]給小鼠口服熒光標記的糞腸球菌和大腸桿菌，6 h后在小鼠胰腺組織中檢測到熒光標記的細菌，從而證明了胰腺組織中的菌群來源于胃腸道。此外，亦有研究發(fā)現，胰腺癌組織與十二指腸組織內微生物群之間存在高度的相似性，胰腺腫瘤中微生物群可能來自十二指腸的逆向遷移[23]。Kohi等[24]一項病例對照研究結果表明，與胰腺囊腫患者和健康對照者相比，胰腺癌患者十二指腸菌群變化最為顯著。除了細菌，Aykut等[25]研究發(fā)現真菌可在口服后30 min內到達胰腺，且隨著病情進展逐漸在小鼠胰腺腫瘤顯著富集。該研究在胰腺癌患者中也獲得了相似結論。上述研究結果表明，胰腺癌組織中微生物群主要是胃腸道微生物經過十二指腸乳頭逆行進入胰腺內導管系統(tǒng)，最終定植于胰腺癌組織中發(fā)揮作用，因此針對胃腸道或胰腺導管內微生物群的檢測和治療在胰腺癌早期診斷和輔助性治療方面作用的研究具有潛在價值。

2．口腔微生物群：口腔微生物群被認為與胰腺癌發(fā)生有關。Jacob等[26]通過分析唾液微生物群組成或牙齦卟啉單胞菌抗體血清與胰腺癌發(fā)病率的關系，揭示了口腔病原體和牙周炎與胰腺癌罹患風險的相關性。與健康人群相比，胰腺癌患者口腔中類桿菌屬、放線菌屬及毗鄰貧養(yǎng)菌屬顯著增加，而長鏈奈瑟菌、鏈球菌屬、棒狀桿菌屬、聚集桿菌屬、纖毛菌屬的濃度明顯下降[27]。此外，1項較大樣本量的隊列研究結果表明，牙周疾病是胰腺癌發(fā)生的獨立危險因素，牙齦卟啉單胞菌和伴生放線桿菌攜帶者罹患胰腺癌的風險大大增加[28]；而高度異型增生的胰腺囊性腫瘤囊液中存在并富集了口腔細菌分類群，包括核梭桿菌和亞洲顆粒菌，揭示了口腔細菌在胰腺囊性腫瘤癌前病變中的作用。更有研究表明[29]，即使在調整了常見的風險因素后，牙周炎和胰腺癌之間也普遍存在正相關。Miao等[30]研究發(fā)現，牙齦卟啉單胞菌、齒垢密螺旋體和福賽坦菌是引起牙周炎的主要病原菌，它們分泌降解精氨酸的肽基精氨酸脫亞胺PAD 酶，與胰腺癌的p53和K-ras基因精氨酸點突變有關。另有研究發(fā)現，通過升高特定共生口腔細菌的抗體水平，可以抑制病原菌的生長，從而降低胰腺癌的患病風險[31]。近期Gnanasekaran等[32]首次在體外證實了暴露于牙齦卟啉單胞菌對胰腺癌細胞系致瘤行為的直接影響，揭示了牙周炎與胰腺癌進展的相關機制。Torres等[33]在胰腺癌患者唾液中發(fā)現纖毛菌屬/牙齦卟啉單胞菌比例升高，并通過對高纖毛菌屬/牙齦卟啉單胞菌比例的消化系統(tǒng)疾病患者進行全面評估，最終確診了胰腺癌的發(fā)生，從而提示纖毛菌屬/牙齦卟啉單胞菌比例升高作為一種無創(chuàng)、便捷的檢測方法在胰腺癌診斷方面具有獨特優(yōu)勢，但該結果尚需更大樣本量的隊列研究進行驗證。由此可見，口腔微生物群圖譜分析對胰腺良惡性腫瘤的鑒別診斷以及通過調節(jié)口腔微生物群預防胰腺癌的發(fā)生和進展，將是今后研究的重要方向。

3．外周血或糞便微生物群：胰腺癌發(fā)生與外周血或糞便中微生物群關系的研究相對較少。Hassan等[34]研究發(fā)現，既往HBV暴露可能與胰腺癌的發(fā)生有關，并建議在化療期間預防HBV相關性胰腺癌患者的HBV被重新激活。相似的結果還被Chen等[35]報道，其相關機制可能是HBV可上調PI3K/AKT、MAPK和ERK等下游信號通路從而促進胰腺癌細胞的增殖和遷移，并可誘導上皮-間充質轉化表型。近期，Kim等[36]比較了38例胰腺癌患者和52例健康受試者外周血微生物菌群的組成差異，結果顯示，在門水平上，胰腺癌患者外周血中疣狀微生物、脫鐵菌和類桿菌含量較多而放線菌較少，在屬水平上，反芻球菌科UCG-014、乳螺科NK4A136群、阿克曼屬、尿路桿菌、反芻桿菌和乳螺科UCG-001含量豐富，而狹義營養(yǎng)單胞菌、鞘氨醇單胞菌、丙酸桿菌和棒狀桿菌含量較少。利用這些微生物群標志的最佳組合，作者構建了1個較為理想的胰腺癌預測模型，揭示了外周血微生物群標志物在胰腺癌早期診斷中的應用價值。此外，Half等[37]應用16s rRNA基因擴增序列分析了30例胰腺癌、6例癌前病變、16例非酒精性脂肪肝患者和13例健康者的糞便微生物區(qū)系，探討其在胰腺癌篩查中的應用價值，結果表明，胰腺癌和健康者糞便微生物群存在14個差異性細菌區(qū)系，雖然部分結果與Ren等[38]的報道相同，但受試者之間的差異性很高，并且在胰腺癌前病變患者中也只觀察到少部分與胰腺癌相關的微生物群改變，這意味著基于糞便微生物組的早期檢測在胰腺癌篩查中的應用前景尚存在一定的挑戰(zhàn)性。

四、微生物群對胰腺癌治療的影響

胰腺癌根治性手術切除后輔以化療是能夠延長胰腺癌患者生存期相對有效的治療方案。目前晚期胰腺癌患者的化療主要以5-氟尿嘧啶、奧沙利鉑和伊立替康，吉西他濱單獨或聯(lián)合NAB-紫杉醇為主的綜合治療[39]。而免疫檢查點抑制劑雖在肺癌、乳腺癌等腫瘤中獲得了一定療效，但單藥治療在晚期胰腺癌中療效不佳[40]。近年來，腫瘤內微生物群被證實是腫瘤微環(huán)境的重要組成部分，即腫瘤內存在的特定細菌和真菌等微生物群，胰腺癌組織中的微生物群通過調節(jié)免疫反應和新陳代謝對胰腺癌的臨床治療和預后產生重要影響。

1．微生物群與胰腺癌化療：Geller等[41]研究發(fā)現，胰腺癌組織內γ蛋白桿菌可通過表達胞苷脫氨酶將吉西他濱的活性形式由5′二磷酸和三磷酸衍生物代謝成非活性形式2′二氟脫氧尿嘧啶核苷，誘導其產生耐藥性，而經抗生素處理后可恢復吉西他濱的療效。然而，近期的1項臨床研究卻表明，在接受吉西他濱治療的Ⅳ期胰腺癌患者中，抗菌藥物的使用與白細胞降低和胃腸道不良事件風險增加相關[42]。Aykut等[25]發(fā)現，應用兩性霉素B抑制自發(fā)性或原位小鼠胰腺癌模型中的真菌，可以顯著延遲腫瘤的形成和生長，同時增強了吉西他濱的化療效果。真菌病原體附著在甘露糖結合凝集素(mannose binding lectin,MBL)上，激活補體級聯(lián)系統(tǒng)將C3裂解成C3a和C3b，促進致癌活性和腫瘤進展。MBL缺乏延緩了腫瘤的發(fā)生，而抗真菌藥物對腫瘤生長的延緩作用在MBL缺失的小鼠中消失。由此說明微生物群作為胰腺癌微環(huán)境的一個重要組成部分，無論是參與了腫瘤的發(fā)生和發(fā)展，還是作為機會致病因素而存在，都可能導致胰腺癌腫瘤組織中的藥物濃度低于其他器官，在介導化療耐藥性方面產生作用。因此，在應用抗生素、益生菌和菌群移植等方法改善胰腺癌組織中的微生物區(qū)系，從而提高吉西他濱等化療藥物敏感性方面值得進一步探索。

2．微生物群與胰腺癌免疫治療：微生物群誘導的免疫破壞是促進胰腺癌發(fā)生、發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，通過調控微生物群增強抗癌免疫反應，在輔助性提高胰腺癌免疫治療效果中具有潛在價值。Erick等[43]比較了長期和短期胰腺癌幸存者的瘤內微生物群，發(fā)現較高的微生物α多樣性及4個特定細菌分類群的豐富性與胰腺癌患者手術治療后長期存活相關，其原因可能與提高瘤內CD8+T淋巴細胞介導的免疫反應有關。此外，他們還發(fā)現與接受胰腺癌短期存活者糞便微生物移植(fecal microbiota transplantation, FMT)的小鼠相比，接受長期幸存者FMT的小鼠存活時間更長。上述研究為胰腺癌患者預后判斷的微生物群風險分層和進一步改善胰腺癌患者的預后提供了新策略。另外，Pushalkar等[8]研究發(fā)現細菌消融可上調胰腺癌小鼠腫瘤內CD4+和CD8+T細胞中PD-1的表達，而抗生素與PD-1阻斷劑的聯(lián)合應用則顯示出與T細胞活化相關的協(xié)同抗腫瘤效應。然而，抗生素對免疫治療反應也存在負面影響，David等[44]在196例包括非小細胞肺癌、黑素瘤和其他惡性腫瘤的患者中發(fā)現，廣譜抗生素可削弱對免疫檢查點抑制劑的反應，而Routy等[45]也在部分肺癌、膀胱癌和腎癌患者中發(fā)現了同樣的現象。因此，需要采取更全面的方法探究微生物的功能與免疫反應的關系，而腫瘤微生物群對腫瘤免疫治療的潛在影響是腫瘤免疫治療領域的重要研究方向。

3．微生物群與胰腺癌手術治療：根治性手術切除仍是目前治療胰腺癌最有效的方法[46]。近年來，隨著醫(yī)療技術和器械的進步，胰腺癌術后死亡率較前降低，但術后并發(fā)癥發(fā)生率仍高達22.4%～50.0%[47-48]。其中胰瘺是胰腺癌根治術最常見的并發(fā)癥。有研究發(fā)現，術中膽汁細菌培養(yǎng)陽性是術后胰瘺的獨立危險因素之一[49]。Belmouhand等[50]在70例接受胰十二指腸切除術患者的腹腔引流液中發(fā)現，糞腸球菌在吻合口漏患者中的檢出率明顯高于無吻合口漏患者(53%比24%，P=0.02)。與其結論相似，Langheinrich等[51]也分析了接受胰腺手術治療患者膽管、十二指腸黏膜、腫瘤組織、術后引流液和手術前后糞便樣本中的微生物組，以及它們與支架放置、胰瘺和腺體質地等臨床因素的關聯(lián)。結果表明，術后患者胰瘺的發(fā)生與更高微生物群β多樣性顯著相關，其中腸球菌屬組成增加可能是術后胰瘺發(fā)生的危險因素。此外，新的證據表明，胃腸道重建也會影響腸道微生物區(qū)系的組成，在Rouxen-Y胃分流術的小鼠模型中，糞便類桿菌和變形桿菌的數量增加；將腸道微生物區(qū)系移植到非手術的無菌小鼠，可導致受體動物的體重減輕和脂肪量減少[52]。提示特征性微生物菌群失調是導致胰腺癌術后并發(fā)癥和營養(yǎng)不良發(fā)生的危險因素。

4．靶向調整微生物群治療胰腺癌：目前腸道及腫瘤內微生物群與胰腺癌患者生存預后的關系尚未完全確定，但腫瘤內特定微生物的存在與胰腺癌進展、化療耐藥及免疫治療抵抗等關系密切，因此，微生物區(qū)系作為胰腺癌患者新的抗腫瘤治療靶點逐漸受到關注。近年來，針對胰腺癌中微生物群的干預措施主要包括抗生素治療，以選擇性地對抗致瘤性細菌[41]；益生菌及其衍生物或糞菌移植，旨在豐富腫瘤保護微生物區(qū)系[53]；質子泵抑制劑治療，旨在調整胃酸分泌間接影響腸道微生物群[24]；二甲雙胍治療，通過消除飲食誘發(fā)的肥胖，改善十二指腸內微生物群等[54]。目前，以上研究的開展僅在模型動物或少量受試者人群中進行，由于微生物群落存在復雜性和相互依賴性的作用關系，廣譜抗生素或針對某個單一菌種的益生菌或菌群移植在胰腺癌中的治療效果難以體現，而在宏觀層面改善機體的營養(yǎng)狀態(tài)和胃腸道功能從而間接的影響人體微生物群可能更具優(yōu)勢。

綜上所述，目前關于微生物群與胰腺癌關系的研究仍處于探索階段。微生物群在胰腺癌發(fā)生和進展中的作用機制、腸道及腫瘤微生物群在抗腫瘤免疫反應中的調節(jié)作用以及微生物群及其代謝產物對化療、免疫治療及手術治療的影響，已成為當前研究微生物群與胰腺癌關系的前沿和熱點方向。雖然既往的研究結果已經提供了部分臨床前證據，但仍需要更加深入的研究和更加可靠的數據進行驗證，以便更好地了解微生物群在胰腺癌發(fā)生、發(fā)展中的作用機制。

利益沖突所有作者聲明無利益沖突