腸道菌群與肝癌的發(fā)病機(jī)制

陳聰燕 綜述 王俊青，陳擁軍 審校

（上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院外科，上海 200025）

原發(fā)性肝癌是全球6大常見癌癥之一，死亡率高居我國死亡原因第2位。目前認(rèn)為發(fā)病與肝炎病毒、黃曲霉素、酒精等危險(xiǎn)因素相關(guān)。我國是肝癌高發(fā)國家。Globocan數(shù)據(jù)顯示，2018年中國新發(fā)肝癌病例占全球新發(fā)病例的46.71%，死亡病例占據(jù)全球死亡病例的47.1%[1-2]。雖然目前臨床對肝癌有多種治療方案，如肝切除、射頻消融、放化療、肝移植等，但由于肝癌早期診斷率低、惡性程度高且進(jìn)展速度快等特點(diǎn)，我國肝癌仍處于高發(fā)病、低生存的現(xiàn)狀。

腸-肝軸是指肝臟通過分泌初級膽汁酸等作用于腸道，腸道的代謝產(chǎn)物等通過門靜脈系統(tǒng)回流作用于肝臟。腸-肝軸的存在說明肝臟與腸道在結(jié)構(gòu)和功能上具有緊密聯(lián)系。研究發(fā)現(xiàn)，小腸菌群的過度生長使代謝產(chǎn)物和毒素大量產(chǎn)生，超出肝臟處理能力，促進(jìn)肝臟炎癥的發(fā)生，增加肝癌發(fā)生、發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)。近年來，微生物調(diào)控成為治療原發(fā)性肝癌的研究重點(diǎn)，通過調(diào)控腸道微生物群，恢復(fù)其正常生理功能，能有效減少肝臟炎癥、減緩肝癌進(jìn)展、降低肝癌并發(fā)癥的發(fā)生率。自1921年Hoefert首次發(fā)現(xiàn)腸道菌群與慢性肝臟疾病相關(guān)后[3]，關(guān)于腸道菌群失調(diào)與肝臟疾病發(fā)生、發(fā)展的研究頻出。目前已發(fā)現(xiàn)其與酒精性肝病[4]、非酒精性脂肪性肝病[5]、肝硬化[6]、肝癌等發(fā)生、發(fā)展有一定聯(lián)系。本文就腸道菌群失調(diào)在肝癌發(fā)生、發(fā)展的作用以及基于腸-肝軸理論的診療新思路作一綜述。

原發(fā)性肝癌與腸道菌群的關(guān)系

人體至少有1 000種以上的細(xì)菌生活在腸道中，其中以厚壁菌門和擬桿菌門為主，占健康人群腸道細(xì)菌90%左右[7]。在病理情況下，腸道內(nèi)有益菌減少而有害菌增加，引起腸道菌群紊亂、失調(diào)，使機(jī)體免疫功能受損，進(jìn)而導(dǎo)致疾病發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群失調(diào)可對全身多種臟器和系統(tǒng)產(chǎn)生病理性影響，包括消化系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)等。另據(jù)報(bào)道，腸道菌群失調(diào)與糖尿病[8]、肥胖[9]、結(jié)腸直腸癌[10]等相關(guān)。

1998年，馬歇爾首次提出“腸-肝軸”的概念，并指出胃腸道與肝臟通過門靜脈循環(huán)，在神經(jīng)內(nèi)分泌代謝、免疫調(diào)節(jié)、腸道屏障功能等方面進(jìn)行雙向的反饋調(diào)節(jié)[11]。當(dāng)各種病理性因素導(dǎo)致腸道菌群失調(diào)時(shí)，腸道菌群數(shù)量和種類發(fā)生顯著改變，有益菌減少而有害菌增加，抗炎菌減少而促炎菌增加，導(dǎo)致腸道屏障的防御、免疫功能受到破壞，引起菌群移位、腸源性內(nèi)毒素血癥與細(xì)菌代謝產(chǎn)物數(shù)量改變[12]，進(jìn)而影響肝臟的生理狀態(tài)，使其炎癥通道過度激活，肝臟微環(huán)境處于炎癥亢進(jìn)狀態(tài)。

一、菌群移位

腸道菌群失調(diào)時(shí)，腸黏膜屏障完整性破壞，腸道黏膜通透性增加，遠(yuǎn)端腸道內(nèi)菌群進(jìn)入小腸，引起小腸內(nèi)細(xì)菌過度生長。研究表明，肝病病人小腸細(xì)菌過度生長的發(fā)生率遠(yuǎn)高于健康人群，且發(fā)生率與肝功能損傷程度呈正相關(guān)[13]。并且，菌群失衡在肝臟疾病的發(fā)生、發(fā)展中具有可傳遞性。動物實(shí)驗(yàn)表明，將失衡的腸道菌群移植給健康小鼠會增加其肝損傷和纖維化的概率[14]。

二、腸源性內(nèi)毒素血癥

菌群失調(diào)導(dǎo)致革蘭陰性需氧菌過度繁殖，腸道內(nèi)的內(nèi)毒素即脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)水平升高，一方面通過受損的腸黏膜屏障，另一方面通過腸-肝軸進(jìn)入肝臟。正常情況下，僅少量LPS產(chǎn)生，由門靜脈系統(tǒng)進(jìn)入肝臟，很快被肝臟Kupffer細(xì)胞清除，無法進(jìn)入人體循環(huán)。在肝癌病人中，肝實(shí)質(zhì)細(xì)胞減少，Kupffer細(xì)胞等數(shù)量減少、功能衰竭，對LPS的清除作用減弱，未能清除的LPS進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)。另外，肝癌病人常伴門靜脈高壓、側(cè)支循環(huán)建立等。當(dāng)側(cè)支循環(huán)建立，LPS可不經(jīng)肝臟代謝直接通過側(cè)支進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，造成腸源性內(nèi)毒素血癥。研究表明，肝損害程度與血漿內(nèi)LPS水平呈明顯正相關(guān)[15]。

LPS進(jìn)入肝臟后與免疫細(xì)胞上的Toll樣受體4(Toll-like receptor 4，TLR4)結(jié)合表達(dá)，激活NF-κB炎性通道。大量細(xì)胞因子，如 IL-6、IL-8、TNF-α 等釋放[16]，加重腸黏膜損傷，導(dǎo)致腸道運(yùn)動障礙和全身炎癥，進(jìn)一步引發(fā)肝脂肪變性和壞死性炎癥，促進(jìn)纖維化和肝硬化，最終導(dǎo)致肝癌。已有研究表明，LPS與肝臟內(nèi)TLR4結(jié)合可促進(jìn)肝癌的發(fā)生，腸道滅菌和減少TLR4載量可降低肝癌的發(fā)生率并抑制腫瘤的生長。Dapito等[17]通過動物模型進(jìn)一步證實(shí)，TLR4的滅活明顯減少腫瘤發(fā)生數(shù)量，并減小腫瘤體積。

三、細(xì)菌代謝產(chǎn)物變化

腸道菌群失調(diào)可能使微生物代謝物數(shù)量變化。主要表現(xiàn)在膽汁酸的增加和短鏈脂肪酸(short-chain fatty acid,SCFA)的減少。膽汁酸由肝臟通過膽固醇代謝合成，排入腸道后在腸道菌群作用下轉(zhuǎn)化為次級膽汁酸，主要包括脫氧膽酸(deoxycholic acid，DCA)等。DCA產(chǎn)生活性氧引發(fā)DNA損傷。此外，DCA的升高還誘導(dǎo)肝星狀細(xì)胞衰老相關(guān)分泌表型(senescence-associated secretory phenotype，SASP) 以及各種炎癥因子、促癌因子的分泌，導(dǎo)致肝細(xì)胞暴露于化學(xué)致癌物中，進(jìn)一步促進(jìn)肝癌的發(fā)生[18]。有研究表明，阻斷DCA的產(chǎn)生能有效防止肝癌的發(fā)展，飲食添加DCA可增加小鼠發(fā)生肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)的概率[19]。 Zhang等[20]觀察到，將高膽固醇飲食小鼠的糞便移植到無菌小鼠腸道內(nèi)，會引起無菌小鼠肝臟脂肪堆積、炎癥和細(xì)胞增殖等反應(yīng)。另一項(xiàng)研究表明，初級膽汁酸增加自然殺傷細(xì)胞的累積，從而抑制HCC發(fā)生[21]。

SCFA是人體無法消化的多糖，如纖維素，在腸道特殊菌群的代謝下產(chǎn)生的可被腸道吸收的物質(zhì)。一方面，SCFA是腸道黏膜細(xì)胞的直接能量來源，能減少細(xì)胞凋亡，維持腸道屏障的完整性；另一方面，SCFA可降低腸道內(nèi)pH值，抑制有害菌的生長、定植，減輕炎性反應(yīng)的發(fā)生[22-23]。當(dāng)SCFA產(chǎn)生減少后，可促進(jìn)腸道滲漏的發(fā)生，引起菌群移位和腸源性內(nèi)毒素血癥，進(jìn)而激活LPS-TLR4通道。動物實(shí)驗(yàn)表明，外源性補(bǔ)充SCFA能有效減少肝臟對脂肪酸的攝取，抑制肝臟脂肪合成，有效延緩慢性肝病的進(jìn)程[24-25]。

總之，腸道菌群引起肝損傷，促進(jìn)肝癌發(fā)生、發(fā)展，是多種因素相互作用的結(jié)果。肝炎病毒、黃曲霉素、高脂飲食、酒精等導(dǎo)致慢性肝病，引起菌群失調(diào)。腸上皮屏障功能障礙，導(dǎo)致菌群移位，LPS大量入血，激活LPS-TLR4通道。菌群有害代謝產(chǎn)物過量吸收，在肝臟中觸發(fā)炎癥級聯(lián)反應(yīng)，誘導(dǎo)IL-6、IL-8、TNF-α等促炎因子產(chǎn)生。在腸道屏障功能障礙、腸道菌群代謝產(chǎn)物、促炎因子等因素共同作用下，促進(jìn)肝癌的發(fā)生、發(fā)展。

探索原發(fā)性肝癌診療新思路

腸道菌群失調(diào)在肝癌的發(fā)生、發(fā)展過程中起重要作用。因此，通過調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡作為治療肝臟疾病的重要靶點(diǎn)，已成為當(dāng)前肝癌治療的熱點(diǎn)。

一、益生菌

益生菌是一類有利于維持腸道菌群穩(wěn)態(tài)的微生物制劑，通過補(bǔ)充一種或多種有益菌，如雙歧桿菌、乳酸菌等，調(diào)整腸道菌群結(jié)構(gòu)的作用。其對于抑制有害菌的生長、減少炎癥反應(yīng)的發(fā)生、預(yù)防和改善菌群移位等方面發(fā)揮重要作用。

益生菌在降低胃腸道炎癥和預(yù)防結(jié)腸直腸癌方面的作用已被廣泛證實(shí)[26]。但其抑制腸外腫瘤的作用及機(jī)制尚不明確。Li等[27]的動物實(shí)驗(yàn)闡述了益生菌調(diào)節(jié)腸道菌群抑制小鼠肝癌發(fā)展的作用。實(shí)驗(yàn)表明，益生菌通過抑制血管生成而有效減小肝腫瘤體積和抑制其生長。并且，早期服用益生菌制劑可獲得更好的抗腫瘤效果。在小鼠接種腫瘤細(xì)胞前，先接種益生菌Prohep會抑制腫瘤微環(huán)境中IL-17的分泌并增加IL-10的分泌，從而減少約40%的腫瘤質(zhì)量和體積[28]。另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明，服用VSL#3(含4種乳酸桿菌、3種雙歧桿菌和1種嗜熱鏈球菌的混合物)能有效減少由DEN誘導(dǎo)的肝癌模型大鼠肝臟和腸道的炎癥，抑制肝硬化的進(jìn)展[29]。這提示益生菌在肝癌治療中的作用，不僅可通過改善腸道菌群失調(diào)狀態(tài)，減少肝臟及腸道炎癥，限制腫瘤生長及減輕并發(fā)癥，改善預(yù)后，也可用于肝癌一級預(yù)防，早期維持腸道菌群穩(wěn)態(tài)，抑制肝癌的發(fā)生。

動物實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，益生菌發(fā)酵乳可降低LPS的水平，抑制NF-κB炎癥通道的信號傳導(dǎo)，對于黃曲霉素誘導(dǎo)的肝癌小鼠，使其腫瘤生長速度減慢40%[30]。有研究揭示，具有抗HCC作用的益生菌與SCFA的產(chǎn)生相關(guān)。一些益生菌，如乳酸菌、雙歧桿菌，可起到促進(jìn)SCFA生成抗炎脂肪酸的作用[27，31]。除肝癌模型，還有大量動物實(shí)驗(yàn)證明益生菌在慢性肝病治療中的有效性。Grander等[32]發(fā)現(xiàn)酒精性肝病病人腸道中艾克曼菌的豐度顯著減低，在酒精性肝炎小鼠模型中證實(shí)艾克曼菌通過改善腸道黏膜屏障的通透性，減少菌群移位和血清中內(nèi)毒素水平，減輕肝臟炎癥。Han等[33]研究了117例酒精性肝炎病人，在服用益生菌后糞便中的大腸埃希菌豐度降低，血清中內(nèi)毒素減少，肝酶改善。Bajaj等[34]研究發(fā)現(xiàn)，肝硬化病人服用乳酸菌后血液中炎癥因子水平明顯下降。

二、糞便菌群移植

糞便菌群移植(faecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT)是提取健康人群中的功能菌群植入病人胃腸道內(nèi)，以此來重建病人腸道菌群。目前已證明FMT在肝性腦病、非酒精性脂肪性肝炎、克羅恩病、潰瘍性結(jié)腸炎等良性疾病中有治療應(yīng)用價(jià)值。Gut發(fā)表研究顯示，通過16S rRNA測序明確HCC病人的糞便微生物特征以及腸道微生物組對HCC的診斷價(jià)值[35-36]。FMT可能通過調(diào)節(jié)腸道微生物菌，減少某些細(xì)胞毒性代謝物的產(chǎn)生來抑制腫瘤的發(fā)展。此外，國內(nèi)、外文獻(xiàn)報(bào)道，將PD-L1抑制劑治療有效的病人糞便移植給無菌小鼠后，明顯提高PD-L1療效。該類病人的腸道菌群中可發(fā)現(xiàn)雙歧桿菌、屎腸球菌等有益菌豐度明顯提高[37]。然而，目前臨床上很少將FMT直接用于肝癌治療。一方面，缺少足夠的動物實(shí)驗(yàn)證明FMT在肝癌治療中的有效性和安全性；另一方面，尚無研究證明，F(xiàn)MT能永久改變肝癌病人腸道微生物群的構(gòu)成。如FMT僅能短暫改變微生物群的構(gòu)成，那就需要考慮短暫修復(fù)微生物群的平衡和FMT帶來的真菌、病毒和其他病原體對機(jī)體的影響，對于肝癌病人整體的獲益孰輕孰重。

三、抗生素

抗生素治療肝癌的原理主要是基于調(diào)整腸道菌群結(jié)構(gòu)，減少有害菌，增加有益菌。但長期使用、濫用抗生素可能造成結(jié)腸內(nèi)有益菌損耗，腸道黏膜屏障完整性遭到破壞、通透性改變而出現(xiàn)腸道滲漏、菌群移位、腸源性內(nèi)毒血癥等一系列問題。故而，抗生素的選擇尤為重要。

利福昔明是一種從利福平中提取出的廣譜抗生素，用于治療小腸細(xì)菌過度生長等。其具有良好的抗炎、抗菌作用，甚至能促進(jìn)乳酸菌等有益菌的生長。Calanni等[38]發(fā)現(xiàn)利福昔明可抑制肝臟內(nèi)TLR4的活性，降低腸黏膜通透性，長期服用對于肝癌伴肝性腦病的病人收益較大。2010年，美國FDA將利福昔明列為肝性腦病的預(yù)防用藥。Dapitto團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)利福昔明能減緩由DEN-CCl4誘導(dǎo)的肝癌模型中肝癌的發(fā)展[17]。

然而，關(guān)于使用抗生素協(xié)助治療肝癌的研究大多還停留在提出問題的階段。相對于益生菌、FMT等危害較小的調(diào)整腸道菌群的方式，針對腸道菌群的抗生素往往會在清除有害菌的同時(shí)，限制有益菌的生長，進(jìn)一步破壞腸道菌群的穩(wěn)態(tài)。并且，抗生素實(shí)際使用在動物試驗(yàn)中難以控制如個(gè)體腸道菌群差異、個(gè)體抗生素反應(yīng)差異等變量，故無明顯進(jìn)展。

四、TLR4拮抗劑

TLR4的激活是肝臟持續(xù)炎癥的重要因素，所以阻斷TLR4通路是另一種預(yù)防及治療肝癌的途徑。目前常用的TLR4拮抗劑有E5564和TAK-242。E5564與LPS結(jié)合，競爭性抑制TLR4-LPS傳導(dǎo)通路，E5564能以劑量-反應(yīng)關(guān)系減輕內(nèi)毒血癥的癥狀。TAK-242通過抑制TLR4與其配體的相互作用，從而阻斷TLR4信號通路。動物實(shí)驗(yàn)證明，TAK-242可保護(hù)小鼠免受TLR4-LPS誘導(dǎo)的“微生物相關(guān)分子模式”。但在臨床研究中，TAK-242卻未能抑制內(nèi)毒血癥病人的細(xì)胞因子水平[39]?，F(xiàn)階段TLR4拮抗劑的臨床研究仍缺乏，在肝臟疾病和肝癌方面的應(yīng)用仍停留在假說層面，有待進(jìn)一步深入探索。

總結(jié)與展望

腸道菌群失調(diào)對肝癌的發(fā)生、發(fā)展有著重要影響。腸道菌群促進(jìn)肝癌發(fā)展的原因包括腸道菌群失調(diào)導(dǎo)致的細(xì)菌代謝產(chǎn)物改變，如次級膽汁酸、內(nèi)毒素血癥以及TLR4介導(dǎo)的信號均可促進(jìn)肝臟的慢性炎癥，最終發(fā)展為肝癌。因此，未來有望通過調(diào)節(jié)腸道微生物菌群平衡，阻斷促進(jìn)疾病的腸-肝信號軸來預(yù)防和輔助治療肝癌。對于腸道菌群作用的了解很大程度依賴于動物模型的建立及病人糞便菌群樣本，而腸-肝軸的許多關(guān)鍵性變化多發(fā)生于小腸。因此，需要更全面地獲取不同解剖部位的人體腸道菌群，以便能更準(zhǔn)確地了解腸道菌群與疾病進(jìn)展的關(guān)系。慢性肝病是真實(shí)世界中肝癌發(fā)生的重要基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)室通過DEN-CCl4等化學(xué)藥劑直接誘導(dǎo)的肝癌模型在腸道菌群的改變和腫瘤微環(huán)境的組成等方面與真實(shí)世界肝癌仍存在差異。因此，有必要在真實(shí)世界中更完善地建立研究模型，充分揭示腸道菌群和腸-肝軸在肝癌發(fā)生、發(fā)展中的作用，以及腸道微生物群對肝臟疾病進(jìn)展的作用。