糞便微生物移植在惡性腫瘤治療中的應(yīng)用與前景

傅佳琦 余志紅

腸道微生物群是人體最龐大、最復(fù)雜的系統(tǒng)之一，數(shù)量與人體細(xì)胞相當(dāng)，典型的腸道微生物細(xì)菌包括大腸桿菌、糞腸球菌和脆弱桿菌等，在維持宿主消化、代謝、免疫等生理過程中的穩(wěn)態(tài)方面具有重要意義[1-2]。宿主遺傳學(xué)、生活方式、抗生素使用等多種因素可導(dǎo)致腸道病原體數(shù)量顯著增加而有益細(xì)菌水平相對降低，稱為腸道菌群失調(diào)[3]。腸道菌群失調(diào)和上皮屏障功能破壞導(dǎo)致細(xì)菌易位被認(rèn)為是惡性腫瘤的誘因，特殊腸道菌群能夠通過激活致癌途徑、誘導(dǎo)炎癥、免疫抑制、損傷DNA來誘導(dǎo)或促進(jìn)惡性腫瘤的發(fā)生和發(fā)展[2，4-6]。此外，研究還發(fā)現(xiàn)腸道菌群影響宿主對惡性腫瘤治療的反應(yīng)和治療相關(guān)不良事件的靈敏性，提示調(diào)節(jié)腸道微生物群有望成為治療惡性腫瘤的一種新方法。糞便微生物移植（fecal microbial transplantation,FMT）是一種直接改變腸道微生物組成的方法，將從健康供體的糞便中獲得的腸道微生物群移植到患者胃腸道，常被用于治療由病原微生物引起的胃腸道疾病，最近也被用于治療惡性腫瘤[7]。本文就腸道微生物群與惡性腫瘤之間的聯(lián)系，F(xiàn)MT在化療、放療和免疫治療等綜合治療中的作用、療效和挑戰(zhàn)作一綜述。

1 腸道微生物與惡性腫瘤治療

越來越多的證據(jù)表明腸道微生物群可能影響抗腫瘤藥物的療效?；?-氟尿嘧啶輔助化療是治療晚期結(jié)直腸癌的標(biāo)準(zhǔn)方法，其應(yīng)用受到獲得性耐藥和胃腸毒性的影響?；熌退幙蓪?dǎo)致疾病復(fù)發(fā)，影響患者預(yù)后。而藥物吸收障礙、藥物靶點(diǎn)改變、DNA修復(fù)途徑激活、細(xì)胞凋亡抑制和腫瘤微環(huán)境等多種因素參與耐藥[8]。Zhang等[8]研究發(fā)現(xiàn)核粒梭形桿菌通過上調(diào)凋亡抑制蛋白BIRC3，抑制細(xì)胞凋亡，增加5-氟尿嘧啶輔助化療耐藥性和腫瘤復(fù)發(fā)率，腸道微生物群參與誘導(dǎo)化療相關(guān)胃腸道反應(yīng)。結(jié)腸癌小鼠通過5-氟尿嘧啶輔助化療后腸道硬壁菌門豐度減少，疣微菌門豐度增加，加重腸道黏膜炎，影響化療預(yù)后[9]。此外，放療引起腸道菌群失調(diào)也被發(fā)現(xiàn)與放射性腸炎密切相關(guān)。動物實(shí)驗(yàn)中輻射可引起獨(dú)特的微生物學(xué)特性，即硬壁菌門和擬桿菌減少而蛋白菌增加，通過誘導(dǎo)黏膜分泌白介素等促炎因子導(dǎo)致結(jié)腸損傷[10]。實(shí)體瘤的T細(xì)胞浸潤與患者良好的預(yù)后有關(guān)，個(gè)體間腸道微生物的差異可能導(dǎo)致腫瘤免疫的差異[11]。研究發(fā)現(xiàn)無菌或抗生素處理后的動物對免疫檢查點(diǎn)抑制劑的有效性降低，特定微生物如雙歧桿菌、嗜黏蛋白-艾克曼菌可促進(jìn)抗惡性腫瘤免疫、增強(qiáng)抗程序性死亡受體1（programmed cell death 1，PD-1）/程序性死亡受體 1 配體（programmed cell death-Ligand 1，PD-L1）治療的療效，而脆弱類桿菌則可促進(jìn)抗細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原（cytotoxic T-lymphocyte-associated protein 4，CTLA-4） 抗體療效[11-13]。上述研究提示基于調(diào)節(jié)腸道菌群的微生物治療可能對惡性腫瘤治療帶來一定幫助。

2 FMT與惡性腫瘤治療

隨著腸道菌群失調(diào)對疾病的影響被人們進(jìn)一步認(rèn)識，F(xiàn)MT成為近年來新興的生物療法。FMT是一種直接改變受體腸道微生物群使其成分正?；@得治療效果的方法。通過上或下消化道途徑將腸道微生物從健康供體移植到患者體內(nèi)，恢復(fù)患者體內(nèi)腸道微生物平衡，有助于改善各種胃腸道功能紊亂。FMT已被證實(shí)為治療復(fù)發(fā)性艱難梭菌感染的一種高效、安全和經(jīng)濟(jì)的方法，臨床成功率超過90%[14]。文獻(xiàn)也報(bào)道了其在炎癥性腸病、腸易激綜合征、肝性腦病、自閉癥和代謝綜合征等疾病中的有效性[7]。臨床前研究表明FMT通過恢復(fù)腸道微生物多樣性和組成比例，來增強(qiáng)宿主免疫功能、抑制腫瘤生長以及改善預(yù)后[4-5]。動物實(shí)驗(yàn)揭示了FMT對化療、放療、免疫治療等腫瘤治療及相關(guān)并發(fā)癥治療的益處，雖然臨床數(shù)據(jù)較少，但也展示出一定潛力。

2.1 FMT與化療 化療是最常用的治療惡性腫瘤的方式之一，最常見的不良反應(yīng)是胃腸道毒性。化療藥物引起腸道菌群分類和功能失衡，進(jìn)而誘導(dǎo)炎癥發(fā)生，破壞腸上皮完整性，當(dāng)腸道菌群易位則可引起全身血流感染，嚴(yán)重時(shí)可危及生命。在接受氨芐西林和5-氟尿嘧啶輔助化療的小鼠中，研究觀察到糞桿菌屬、乳酸菌屬、梭菌屬、瘤胃球菌屬、真細(xì)菌屬等具有抗炎作用的生物體的耗竭，以及大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、志賀氏菌促炎癥物種和病原體的過度生長，而在接受健康小鼠FMT后可逆轉(zhuǎn)上述改變，通過恢復(fù)健康和多樣化的腸道微生物群，降低化療相關(guān)胃腸道黏膜炎和菌血癥的發(fā)生率[3]。同樣的，最近在結(jié)直腸癌小鼠模型研究中發(fā)現(xiàn)FMT可恢復(fù)5-氟尿嘧啶、亞葉酸鈣和奧沙利鉑化療方案誘導(dǎo)的腸道微生物組成變化，抑制炎癥相關(guān)信號通路，減輕腹瀉和腸黏膜炎的嚴(yán)重程度[10]。化療藥物順鉑相關(guān)的腸道損傷是化療劑量減量、治療延遲的重要決定因素，順鉑選擇性耗竭荷瘤小鼠腸道內(nèi)瘤胃球菌屬，通過FMT可逆轉(zhuǎn)順鉑導(dǎo)致的腸道微生物改變而恢復(fù)腸道黏膜完整性，加速腸上皮的愈合，改善腸道及全身炎癥反應(yīng)[15]。提示FMT可以成為治療化療相關(guān)腸道損傷的一種可行和安全的方法。

2.2 FMT與放療 放療也是常用的惡性腫瘤治療方式之一，通常會出現(xiàn)腹瀉、腸炎等胃腸道相關(guān)不良反應(yīng)，影響患者生存和治療質(zhì)量。目前減輕放射性腸炎的主要方法是降低輻射劑量，但可能削弱治療效果，更好地理解輻射誘導(dǎo)黏膜發(fā)病機(jī)制可能有助于相關(guān)并發(fā)癥的治療。研究發(fā)現(xiàn)輻射可誘導(dǎo)腸道上皮細(xì)胞損傷，改變腸道微生物組成，促進(jìn)腸炎發(fā)生[16-17]。將健康小鼠糞便移植到致死劑量照射小鼠模型，恢復(fù)了其腸道微生物組成，改善了胃腸道功能和上皮完整性，減輕了輻射誘導(dǎo)的胃腸綜合征，提高了存活率[17]。最近1項(xiàng)病例報(bào)告首次證明FMT可以安全有效地改善慢性放射性腸炎患者的黏膜損傷和腸道癥狀，5例女性患者接受FMT治療，其中3例腹瀉、腹痛、便血等胃腸道癥狀好轉(zhuǎn)以及卡氏體能狀態(tài)評分下降，隨訪8～18個(gè)月期間未觀察到治療相關(guān)死亡和感染性并發(fā)癥[18]。提示FMT可能是減輕放射誘導(dǎo)毒性和改善放療預(yù)后的一種治療方法。

2.3 FMT與免疫檢查點(diǎn)抑制劑 免疫檢查點(diǎn)抑制劑在治療黑色素瘤和其他惡性腫瘤方面取得了巨大進(jìn)展，但患者對治療的反應(yīng)往往不一致且不能獲得持久的療效。研究發(fā)現(xiàn)抗PD-1免疫治療產(chǎn)生應(yīng)答的黑色素瘤患者與未應(yīng)答患者腸道微生物群的多樣性和組成存在顯著差異，前者富有α多樣性且瘤胃球菌屬的相對豐度較高，將前者的糞便移植到無菌小鼠后可使其對抗PD-1治療反應(yīng)增強(qiáng)，提示良好的腸道微生物群可增強(qiáng)全身免疫和抗腫瘤免疫、抑制腫瘤生長、提高對免疫治療的反應(yīng)[19]。免疫檢查點(diǎn)抑制劑在改善患者生存同時(shí)也可能引起嚴(yán)重不良反應(yīng)，其中最常見的毒性影響是結(jié)腸炎，而腸道微生物群被認(rèn)為是毒性的潛在機(jī)制之一。在接受免疫檢查點(diǎn)抑制劑治療的患者中，某些細(xì)菌如擬桿菌屬和雙歧桿菌屬可預(yù)防結(jié)腸炎，而糞桿菌屬、梭菌屬和埃希氏菌屬與引起腸炎的免疫改變有關(guān)，導(dǎo)致治療相關(guān)結(jié)腸炎風(fēng)險(xiǎn)增加[20-21]。Wang等[21]通過FMT重建腸道微生物群、增加結(jié)腸黏膜內(nèi)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞比例，成功治療2例難治性免疫檢查點(diǎn)抑制劑相關(guān)結(jié)腸炎患者。這些研究提供了初步證據(jù)，表明調(diào)節(jié)腸道微生物群可能消除因免疫檢查點(diǎn)抑制劑治療產(chǎn)生的結(jié)腸炎。

上述研究提示FMT在提高抗腫瘤治療反應(yīng)、減少治療相關(guān)不良事件的潛力，特定的腸道菌群在治療惡性腫瘤可能發(fā)生有益作用，然而如何鑒定兼顧安全性和有效性的腸道微生物群是一難題。

3 FMT的制備過程

作為一種微生物療法，F(xiàn)MT的使用受到其操作方法、潛在治療相關(guān)不良事件、臨床研究證據(jù)不足等多方面的限制。為防止疾病傳播，需對供體健康狀態(tài)嚴(yán)格篩選，排除患有各種傳染性疾病、自身免疫性疾病、惡性腫瘤、炎癥、糖尿病和代謝綜合征，以及超重、飲酒、近期使用影響腸道微生物群的麻醉品或藥物者，此外還需對供體的血液及糞便材料進(jìn)行病原學(xué)和毒素檢測[22-23]。

為保護(hù)厭氧菌活性，新鮮糞便應(yīng)在排便后6 h內(nèi)處理，將糞便（至少50 g）與0.9%氯化鈉溶液按1:5混合成懸浮液，沉淀后用過濾器或紗布過濾，以清除可能阻塞內(nèi)鏡通道的大顆粒物質(zhì)。濾液可以立即使用或添加10%甘油后在-80℃處冷凍保存，最長保存有效期為6個(gè)月。需要使用時(shí)，糞便懸浮液在室溫中解凍后按上述步驟加入0.9%氯化鈉溶液以達(dá)到所需的懸浮液量，并在6 h內(nèi)使用[23]。較新鮮糞便相比，冷凍材料方便可取，但由于微生物細(xì)胞在解凍后較為敏感，需避免反復(fù)解凍和凍結(jié)[22]。

糞便微生物可通過口服膠囊、鼻胃管、鼻十二指腸管、鼻空腸管、胃鏡、結(jié)腸鏡或灌腸等多種消化道途徑進(jìn)行輸注傳遞，幾種方式療效相當(dāng)，最佳操作途徑尚未確定，需結(jié)合患者依從性、給藥舒適性、經(jīng)濟(jì)情況、感染風(fēng)險(xiǎn)等因素[7，22]。經(jīng)上消化道途徑操作時(shí)需注意可能導(dǎo)致患者發(fā)生誤吸、反流、吸入性肺炎等潛在治療相關(guān)不良事件，建議操作前評估患者反流風(fēng)險(xiǎn)且輸注糞便不超過100 ml，而經(jīng)下消化道途徑操作時(shí)則需關(guān)注機(jī)械性組織損傷、糞便保留時(shí)長等因素，需提高操作者技術(shù)水平[23]。由我國學(xué)者發(fā)明并應(yīng)用于臨床的經(jīng)內(nèi)鏡結(jié)腸置管術(shù)，通過結(jié)腸內(nèi)鏡置入軟管并固定于腸道深部，有利于向腸道深部傳遞糞便微生物和藥物，增加其在腸內(nèi)停留時(shí)間，與灌腸方式相比減少了被快速排出的風(fēng)險(xiǎn)[24]。因其方便、省時(shí)、安全等特點(diǎn)，值得推廣。

4 FMT在實(shí)踐中存在的問題

隨著FMT應(yīng)用的日益廣泛，也發(fā)現(xiàn)了一些潛在風(fēng)險(xiǎn)。最常見的不良反應(yīng)是腹痛、腹脹、腹瀉等胃腸道反應(yīng)，其次是一過性的發(fā)熱，嚴(yán)重治療相關(guān)不良事件包括腸穿孔、感染、甚至死亡[25]。FMT中存在的未被識別的感染源及致病基因可導(dǎo)致接受者發(fā)生感染性疾病。因此，嚴(yán)格篩選健康的供體，制定標(biāo)準(zhǔn)化和個(gè)體化的實(shí)驗(yàn)室及臨床工作流程是保證所獲取的糞便微生物的質(zhì)量、后續(xù)的FMT治療療效以及降低治療相關(guān)潛在風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵。FMT的有效性與供體和受體生理狀態(tài)、環(huán)境因素、遺傳因素、微生物群分類組成和功能差異有關(guān)，在很大程度上取決于接受FMT治療者體內(nèi)恢復(fù)供體菌群的程度以及恢復(fù)供體菌群中與疾病相關(guān)的特定代謝紊亂的能力[7]。目前仍需進(jìn)一步開展更高質(zhì)量的研究及長期隨訪以評估FMT是否可以作為一種安全的惡性腫瘤治療措施。為預(yù)防或治療相關(guān)不良反應(yīng)，需要更多的基礎(chǔ)研究和臨床試驗(yàn)來闡明相關(guān)機(jī)制并制定診療方案。

5 小結(jié)

隨著對腸道微生物與惡性腫瘤關(guān)系的深入了解，如何利用腸道微生物群輔助治療惡性腫瘤是研究的重點(diǎn)。FMT是改變腸道微生物組成最直接的方法，通過引入健康微生物到宿主腸道，在真菌、病毒和細(xì)菌之間相互平衡以促進(jìn)微生物穩(wěn)態(tài)的恢復(fù)。臨床研究表明FMT可調(diào)節(jié)腸道菌群失調(diào)，提高宿主免疫功能，增強(qiáng)化療、放療和免疫治療療效，減少治療相關(guān)不良事件的發(fā)生以及改善宿主預(yù)后。FMT的不良反應(yīng)主要與糞便供體分析不準(zhǔn)確有關(guān)，需進(jìn)一步制定適當(dāng)?shù)暮Y選流程來選擇捐贈者，研發(fā)新技術(shù)以便能準(zhǔn)確檢查捐贈者糞便材料中病原微生物含量及有害代謝物，需要經(jīng)過更多大樣本隨機(jī)對照研究來評估治療安全性和有效性。腸道微生物學(xué)的迅速發(fā)展，F(xiàn)MT有望成為一種具有前景的治療方法。