菌群失調(diào)與食管癌研究進(jìn)展

黃興強(qiáng) 楊丹丹 吳紫瑩 鄭金平

食管癌是人體消化道發(fā)病率較高的惡性腫瘤之一，預(yù)后極差[1]。在人體的消化道內(nèi)存在著不同種類和數(shù)量的微生物菌群，各種菌群共生、競(jìng)爭(zhēng)和拮抗，形成穩(wěn)定的微生態(tài)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，當(dāng)菌群的數(shù)量、比例、分布空間發(fā)生改變時(shí)則會(huì)造成菌群失調(diào)。引發(fā)食管癌的危險(xiǎn)因素很多，但越來(lái)越多的研究表明，菌群失調(diào)與食管癌的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，尋找標(biāo)志菌群對(duì)食管癌的早期診斷和機(jī)制研究具有潛在的意義[2]。本文從口腔菌群、食管菌群、胃菌群及腸道菌群失調(diào)對(duì)食管癌影響及機(jī)制等方面對(duì)菌群失調(diào)與食管癌關(guān)系的研究進(jìn)展作一綜述，為食管癌的防治提供新的依據(jù)和思路。

1 口腔菌群失調(diào)與食管癌

口腔中的微生物密度最高，種類最多，研究表明，在健康的機(jī)體中食道微生物組的組成與口腔微生物組大致相似。這提示食道中的微生物菌群可能是從口腔中遷入的，口腔菌群失調(diào)與食管癌的發(fā)生有著密切關(guān)聯(lián)[3]。

牙齦卟啉單胞菌(Porphyromonas gingivalis，Pg)為寄居在口腔中牙齦上皮細(xì)胞內(nèi)的一種厭氧菌，研究發(fā)現(xiàn)食管癌組織的Pg感染率明顯高于賁門癌及胃癌[4]，Pg在食管鱗癌、賁門及胃癌中的感染率分別為42.00%、16.67%、3.33%[5]，這可能是因?yàn)榭谇恢懈腥镜腜g轉(zhuǎn)移并寄居于食道及胃中所致。S100A2是S100蛋白家族中的重要成員，其表達(dá)異常與腫瘤的演進(jìn)過(guò)程相關(guān)聯(lián)。Pg能使正常食管中的S100A2表達(dá)上調(diào)，研究人員在食管鱗癌組織中發(fā)現(xiàn)Pg的豐度與S100A2表達(dá)呈正相關(guān),推測(cè)其可能通過(guò)上調(diào)食管細(xì)胞S100A2的表達(dá)從而促進(jìn)食管鱗癌細(xì)胞的增殖及侵襲[6]。程序性細(xì)胞死亡因子4是控制細(xì)胞凋亡的重要因子，它可以通過(guò)抑制蛋白翻譯的起始因子從而抑制腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)Pg表達(dá)率的增高，可能導(dǎo)致程序性細(xì)胞死亡因子4的表達(dá)率下降，進(jìn)而促進(jìn)食管鱗癌的發(fā)生，Pg與程序性細(xì)胞死亡因子4相結(jié)合可作為評(píng)價(jià)食管鱗癌惡性程度和預(yù)后的參考指標(biāo)[7]。外泌體作為細(xì)胞間的信息傳遞者與腫瘤微環(huán)境相互作用，介導(dǎo)腫瘤的發(fā)生發(fā)展。Pg來(lái)源的外泌體可通過(guò)調(diào)控TGFβ1/ Smad2信號(hào)通路，表達(dá)TGF-β1、Smad2蛋白來(lái)促進(jìn)食管癌細(xì)胞的增殖及遷移。研究人員在Pg感染的KYSE-30細(xì)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)Pg是通過(guò)影響食管癌外泌體miRNA的表達(dá)譜從而進(jìn)一步調(diào)控細(xì)胞內(nèi)相關(guān)的信號(hào)通路，參與食管癌的發(fā)生發(fā)展[8]。如通過(guò)miR-194介導(dǎo)GRHL3、PTEN表達(dá)下調(diào)，進(jìn)而使P13K-Akt的表達(dá)上調(diào)等機(jī)制來(lái)促進(jìn)食管癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲[9-10]。

具核梭桿菌(Fusobacterium nucleatum，F(xiàn)N)是口腔中最豐富的物種之一，通常被認(rèn)為是一種條件致病菌[11]，它與各種形式的牙周病有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)FN與食管癌之間存在緊密關(guān)聯(lián)，食管癌組織中的FN細(xì)胞核DNA含量與食管癌不良預(yù)后存在相關(guān)性，F(xiàn)N細(xì)胞核DNA含量越高，其預(yù)后越差，且梭菌屬相對(duì)豐度與食管癌分期呈正相關(guān)[12-14]。調(diào)節(jié)性T細(xì)胞可以協(xié)助腫瘤細(xì)胞的長(zhǎng)期定植和免疫逃逸，食管鱗癌組織中FN感染和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞富集的陽(yáng)性率明顯高于癌旁組織，F(xiàn)N慢性感染正常食管并通過(guò)富集調(diào)節(jié)性T細(xì)胞削弱抗腫瘤免疫反應(yīng)，并進(jìn)一步協(xié)助自身定植，促進(jìn)食管癌的病變發(fā)展[15]。

2 食管菌群失調(diào)與食管癌

人體食道中的菌群可分為兩型：以革蘭陽(yáng)性需氧菌如鏈球菌為主的Ⅰ型，多見于正常食道；以革蘭陰性厭氧菌或微需氧菌為主的Ⅱ型，多見于食管炎及Barrett食管[16]。Barrett食管黏膜、異型增生和食管癌患者的食管菌群與健康人群相比較有著明顯的不同，表現(xiàn)為菌群多樣性較健康人群低，并且菌群由Ⅰ型轉(zhuǎn)變成Ⅱ型[17-18]，Ⅱ型菌群多由可產(chǎn)生脂多糖的革蘭氏陰性菌組成。脂多糖已被證實(shí)參與各種癌癥的進(jìn)展，KAUPPILA等[19]研究表明，脂多糖可上調(diào)COX-2和誘導(dǎo)一氧化氮合酶的表達(dá)，延緩胃排空的同時(shí)促進(jìn)食管下段括約肌松弛，引起胃食管反流及Barrett食管，最終造成食管癌的發(fā)生。食管微生物的分布比例及分布空間的改變會(huì)促使食管黏膜組織發(fā)生慢性炎癥反應(yīng)，加速食管局部組織損傷。在食管中，條件致病菌如念珠菌相對(duì)豐度的增加可促使機(jī)體特異性的表達(dá)乙醇、乙醛代謝酶，從而增加食管局部的乙醛含量[20]。乙醛在食管中產(chǎn)生的慢性炎癥反應(yīng)與局部組織損傷會(huì)干擾細(xì)胞中原癌基因和抑癌基因的表達(dá)，從而誘導(dǎo)食管細(xì)胞惡性轉(zhuǎn)化并最終形成食管癌[21]。

研究還發(fā)現(xiàn)胃食管反流病患者食管菌群失調(diào)程度越大，食管炎的嚴(yán)重程度也越大[22]。食道菌群多樣性與Barrett食管患者食道病變分化程度相關(guān),食道菌群多樣性較高的患者其分化程度較高,進(jìn)展為惡變的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高[23]。與健康人群相比，食管癌患者腫瘤組織的微生物菌群失調(diào)表現(xiàn)為微生物多樣性減少，但鏈球菌、放線桿菌、消化鏈球菌、梭桿菌和普氏桿菌的豐度更高[24]，部分菌群如梭桿菌目、瘤胃球菌屬、氣味桿菌屬等可在一定程度上作為診斷食管癌患者的標(biāo)志菌群[25]。研究人員還在功能分析中發(fā)現(xiàn)，與正常組相比，食管癌患者的食管菌群硝酸鹽還原酶和亞硝酸鹽還原酶功能均發(fā)生了改變[26]，食管癌患者生物膜形成、致病潛力、移動(dòng)元件等食管細(xì)菌表型較健康對(duì)照者更豐富[25]，這提示未來(lái)的研究可以集中在特征性細(xì)菌的功能上。

3 胃菌群失調(diào)與食管癌

人體胃內(nèi)因胃酸形成的高濃度酸性環(huán)境曾一度被認(rèn)為不適合微生物菌群的生長(zhǎng)繁殖。但隨著高通量測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展，證實(shí)胃內(nèi)也有特殊的微生態(tài)環(huán)境，食管癌及其癌前病變患者胃內(nèi)微生態(tài)處于失衡狀態(tài)。AMIR等[27]使用16S rRNA測(cè)序技術(shù)在食管炎和Barrett食管患者的胃液中觀察到腸桿菌科細(xì)菌的增加；NASROLLAHZADEH等[28]發(fā)現(xiàn)早期食管鱗癌和食管鱗狀上皮增生患者與健康對(duì)照組相比，胃體黏膜菌群組成存在明顯的差異，表現(xiàn)為厚壁菌門的梭狀芽孢桿菌和丹毒絲菌相對(duì)豐度明顯增加，胃內(nèi)菌群失調(diào)與食管癌發(fā)生之間存在密切關(guān)聯(lián)。

幽門螺旋桿菌(Helicobacter pylori，Hp)是胃癌發(fā)生的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，已感染了世界上超過(guò)半數(shù)的人口[29]。Hp定植對(duì)胃內(nèi)微環(huán)境有著顯著的影響，是引起胃內(nèi)菌群失調(diào)的主要原因，但其與食管癌關(guān)系目前還存在較大的爭(zhēng)議。一方面，Hp可導(dǎo)致萎縮性胃炎，使胃內(nèi)菌群的豐度和復(fù)雜性降低[30]，但產(chǎn)亞硝基細(xì)菌卻大量生長(zhǎng)，生成亞硝酸化合物等致癌物質(zhì)，從而導(dǎo)致食管鱗狀細(xì)胞癌的發(fā)生[31]。另一方面，研究發(fā)現(xiàn)Hp對(duì)食管腺癌具有保護(hù)作用，一項(xiàng)Mate分析顯示Hp的存在使得Barrett食管的風(fēng)險(xiǎn)降低32%～56%，使食管腺癌的風(fēng)險(xiǎn)降低36%～44%[32]。其機(jī)制可能是因?yàn)镠p感染造成胃內(nèi)酸度降低，從而減少胃食管反流病的發(fā)生，進(jìn)而避免了Barrett食管的發(fā)生，最終減少了食管腺癌的發(fā)生。

4 腸道菌群失調(diào)與食管癌

目前臨床上對(duì)菌群失調(diào)與食管癌的研究主要集中于對(duì)食管癌原發(fā)部位進(jìn)行活檢分析，而對(duì)食管癌患者糞便菌群的檢測(cè)則很少。研究發(fā)現(xiàn)食管癌患者的腸道菌群存在明顯的失調(diào)[33]，食管癌患者糞便中的厚壁菌、放線菌和脆弱擬桿菌的豐度顯著高于健康人群，但類桿菌的豐度低。腸道菌群的失調(diào)也與食管癌的發(fā)生存在關(guān)聯(lián)，腸道中的糞腸球菌可以通過(guò)破壞腸道上皮細(xì)胞的DNA導(dǎo)致結(jié)直腸癌，也可以通過(guò)腸道轉(zhuǎn)位引起全身感染，導(dǎo)致腸外腫瘤如食管癌的發(fā)生[34]。腸桿菌及克雷白氏桿菌屬等能產(chǎn)生脂多糖的腸道菌群可能促進(jìn)腸道黏膜破壞，增加腸道通透性，導(dǎo)致脂多糖進(jìn)入血液并遷移到食道組織，與TLR4等受體結(jié)合，通過(guò)影響NF-κB信號(hào)通路從而引發(fā)食管癌[35]。脆弱擬桿菌可通過(guò)產(chǎn)生毒素破壞腸道細(xì)胞的緊密連接，增加消化道的通透性并進(jìn)入血液循環(huán)，引起機(jī)體產(chǎn)生慢性炎癥反應(yīng)最終導(dǎo)致食管癌的發(fā)生[36]。

腸道中的毛螺菌屬及擬桿菌屬等菌群能產(chǎn)生短鏈脂肪酸，短鏈脂肪酸可以調(diào)控生長(zhǎng)過(guò)程中與細(xì)胞脂代謝相關(guān)的多種轉(zhuǎn)錄因子和基因的表達(dá)[37-38]，顯示出抗癌、抗炎和抗氧化活性，從而有助于建立宿主防御和免疫[39]。毛螺菌屬在食管癌患者的糞便中顯著減少，接受者操作特征曲線分析表明其曲線下面積為1，可作為診斷食管癌的潛在微生物群標(biāo)志物[35]。腦-腸軸是腸道和大腦神經(jīng)系統(tǒng)之間的雙向調(diào)節(jié)通路，主要由免疫、代謝、神經(jīng)內(nèi)分泌和迷走神經(jīng)4條途徑構(gòu)成，腸道菌群可通過(guò)腦-腸軸這一遠(yuǎn)端效應(yīng)調(diào)控腸道的黏膜免疫及炎癥反應(yīng)[40]，從而間接參與食管癌的發(fā)生發(fā)展過(guò)程，但其具體機(jī)制復(fù)雜，有待闡明。

5 展望

菌群失調(diào)將導(dǎo)致有害菌群豐度增高，有益菌群豐度減少，產(chǎn)生致癌性代謝產(chǎn)物及細(xì)胞因子?？谇?、食管、胃及腸道任一部位的菌群發(fā)生失調(diào)都將促進(jìn)食管癌的發(fā)生、發(fā)展，研究菌群的變化規(guī)律，尋找菌群的標(biāo)志物種及代謝產(chǎn)物可以對(duì)食管癌進(jìn)行早期的預(yù)防及診斷。目前多數(shù)研究局限于針對(duì)患者標(biāo)本進(jìn)行測(cè)序，初步探索不同患者之間的菌群差異，且樣本量較小。要想明確某種菌群對(duì)于食管癌的具體作用，需要大樣本的前瞻性隊(duì)列研究追蹤食管癌發(fā)展過(guò)程中微生物菌群的縱向變化，并且通過(guò)干預(yù)手段實(shí)現(xiàn)對(duì)菌群變化的監(jiān)測(cè)。宏基因組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)及代謝組學(xué)等多組學(xué)聯(lián)合是未來(lái)研究菌群失調(diào)與食管癌的方向。