基于腸道微生物的腫瘤發(fā)生機制及其治療策略

鄭開文，崔久嵬，李薇（吉林大學 第一醫(yī)院 腫瘤中心，吉林 長春 130012）

惡性腫瘤是危害人類生命健康的主要疾病之一，嚴重增加了世界衛(wèi)生經(jīng)濟負擔。癌癥的易感性是由基因和環(huán)境相互作用決定的，而很多腫瘤的發(fā)生源于病原微生物的感染，例如乙型肝炎病毒（hepatitis B virus，HBV）和丙型肝炎病毒（hepatitis C virus，HCV）與原發(fā)性肝癌、幽門螺桿菌與胃癌、人乳頭狀瘤病毒（human papilloma virus，HPV）與宮頸癌均存在相關(guān)性，目前已知HBV 在內(nèi)的6種病毒導致世界上10%～15%的癌癥[1]，預防和治療病原微生物感染對腫瘤的發(fā)生與發(fā)展具有重要的意義[2]。Science雜志曾將腸道微生物與人類健康的關(guān)系列為世界研究熱點，在此背景下，研究者們試圖從微生物學的角度，進一步預防和治療腫瘤。分子生物技術(shù)的發(fā)展和應用為研究微生物對腫瘤的影響提供了基礎(chǔ)，腸道微生物在惡性腫瘤的作用及機制正受到了廣泛的關(guān)注?；谀c道微生物在腫瘤發(fā)生與發(fā)展中的作用及其機制的認識，有望提出腫瘤治療的新思路進而提高腫瘤的治療效果。

1 腸道微生物概述

腸道微生物指人體消化道中棲息的微生物的總稱，包括細菌、病毒、真菌、古生菌以及原生生物等。腸道健康程度與疾病的關(guān)系早已被提及，希波克拉底曾說過：“所有的疾病都始于腸道”，由此可見腸道健康的重要性。人體腸道微生物中以細菌的數(shù)量最為龐大，腸道內(nèi)單是細菌就有1×1013～1×1014個，1 000 余種，再包括其他微生物，其數(shù)量將會是人體細胞總數(shù)的數(shù)十倍[3]。腸道微生物是動態(tài)的，在人與人之間、不同身體部位之間，以及同一個體不同發(fā)展階段都是存在變化的。健康人以擬桿菌門和厚壁菌門為優(yōu)勢菌群[4]。機體暴露于各種外界因素的影響下，微生物的種類和豐度也會受之影響，其中以細菌種類變化所致的菌群失調(diào)最為常見，這種失調(diào)與機體健康密切相關(guān)[5]，這些變化和失調(diào)共同作用于人的免疫、營養(yǎng)及代謝過程。腸道微生物的動態(tài)平衡是機體健康的重要保障。許多研究結(jié)果[6]表明，腸道微生物與腫瘤之間存在聯(lián)系，包括最近關(guān)于其在調(diào)節(jié)抗腫瘤治療反應中令人信服的證據(jù)。由于微生物失調(diào)在腫瘤預后中起著不可或缺的作用，控制/預防微生物失調(diào)的干預措施應該是未來研究的重點，腸道微生物在抗腫瘤中的應用也亟需深入研究。

2 腸道微生物影響腫瘤發(fā)生發(fā)展的機制

腸道微生物對腫瘤的發(fā)生和發(fā)展的影響已經(jīng)被廣泛證實[7]；飲食模式可以影響腸道菌群結(jié)構(gòu)，從而影響到結(jié)腸癌的發(fā)生與發(fā)展[8-10]。此外，腸道菌群可以通過腸肝軸、腸泄漏的途徑誘導原發(fā)性肝癌產(chǎn)生。針對腸道微生物如何調(diào)控惡性腫瘤的進程，主要可歸因于以下三種機制：腸道微生物的直接作用、腸道微生物影響機體炎癥-免疫狀態(tài)、腸道微生物影響代謝功能。

2.1 腸道微生物的直接作用

腸道微生物數(shù)量龐大，在腸道共生菌中約有10種是促腫瘤性菌群。致癌性的腸菌通過與腸壁細胞的直接接觸促進惡性腫瘤的發(fā)生，氧自由基的堆積是其中一個重要的致癌機制。正常情況下，機體持續(xù)的產(chǎn)生氧自由基及其中間的活性產(chǎn)物，作用于細胞周期及代謝等方面，而合理的氧化還原過程起到保護細胞、防止細胞死亡的作用，這一動態(tài)平衡被稱為“抗氧化防御”系統(tǒng)。當系統(tǒng)中活性氧（reactive oxygen species,ROS）自由基及中間產(chǎn)物的生成超過抗氧經(jīng)防御系統(tǒng)中和并消除它們的能力時，就會發(fā)生氧化應激，從而導致細胞內(nèi)和細胞間的穩(wěn)態(tài)變化。既往研究[11-12]已經(jīng)證實，腸道細菌可以直接或間接地激活氧化應激反應，例如糞腸球菌可以在結(jié)腸上皮細胞含氧腔產(chǎn)生細胞外超氧化物可以自發(fā)產(chǎn)生H2O2并擴散，在DNA位點形成羥自由基，其可導致DNA單鏈或雙鏈斷裂、蛋白質(zhì)交聯(lián)、核糖和嘌呤修飾等多種DNA損傷，從而引發(fā)RNA轉(zhuǎn)錄停滯、DNA復制錯誤、基因組不穩(wěn)定等，這些均可導致腫瘤細胞的產(chǎn)生[13]；另外，也有研究[14-15]表明，ROS 通過DNA 損傷介導的原癌基因激活及抑癌基因的抑制協(xié)同參與致癌作用。這些證據(jù)表明，腸道細菌通過直接接觸腸壁細胞激活氧化應激反應，損傷細胞DNA，從而與惡性腫瘤的發(fā)生相關(guān)聯(lián)。

另一方面，幽門螺桿菌從上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-to-mesenchymal transition，EMT）的角度提示了菌群的直接致癌作用。EMT時，由于上皮細胞的細胞黏附分子表達減少、細胞骨架及形態(tài)改變，失去與基底膜的連接，同時獲得較高的遷移與侵襲、抗凋亡和降解細胞外基質(zhì)的能力，主要包括細胞形態(tài)學改變和基因?qū)W改變，因此介導惡性腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移[16]。幽門螺桿菌導致EMT發(fā)生的機制是，幽門螺桿菌的毒素因子CagA破壞上皮細胞連接使上皮黏附消失，直接激活EMT；另外，也有部分學者認為幽門螺桿菌通過多種細胞通路間接激活EMT過程，導致胃癌干細胞形成，促使胃癌的發(fā)生[17-19]。

除細菌外，真菌也具有直接的促腫瘤作用。AYKUT等[20]發(fā)現(xiàn)，健康人和胰腺導管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinoma，PDA）患者的胰腺中真菌結(jié)構(gòu)是不同的，在PDA 患者胰腺中真菌豐度顯著增加，這種現(xiàn)象可能與腸道-胰膽管括約肌-胰管的解剖結(jié)構(gòu)有關(guān)，真菌能通過此通路進入胰腺，從而介導了PDA 的發(fā)生。在PDA 患者的糞便和腫瘤組織中，子囊菌門和擔子菌門是門水平上最常見的真菌，而在屬水平上，馬拉色菌屬在腫瘤組織中的富集程度顯著高于腸道，腸道和腫瘤組織的真菌群落簇是截然不同的，這說明腫瘤微環(huán)境中生物類型已經(jīng)發(fā)生改變。進一步探索真菌在PDA中的作用發(fā)現(xiàn)，經(jīng)抗真菌藥治療后的荷瘤小鼠模型腫瘤進展得到控制，且增強了腫瘤對吉西他濱（gemcitabine）的敏感性，然而，這些作用在無菌的小鼠體內(nèi)并未觀察到，說明真菌浸潤是PDA的影響因素。有研究者[20]認為，真菌在胰腺癌發(fā)生中的作用機制與甘露糖結(jié)合凝集素（mannose binding lectin，MBL）有關(guān)，MBL 通過識別真菌病原體并激活后續(xù)補體級聯(lián)反應，從而促進腫瘤發(fā)生，這一想法在MBL缺失的荷瘤小鼠模型中已被印證[21]。

2.2 腸道微生物影響機體炎癥-免疫狀態(tài)

腸道微生物所致全身或局部的慢性炎癥狀態(tài)是誘導腫瘤發(fā)生的基石。慢性炎癥是腫瘤的基本特征之一，Th17 細胞被認為是介導結(jié)直腸癌的關(guān)鍵淋巴細胞。MARTIN 等[22]的研究結(jié)果提示，Th17 細胞誘導慢性結(jié)腸炎向結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)變；另一項動物實驗[23]則在小鼠模型中再次驗證了Th17細胞在炎癥誘導的結(jié)腸癌中的作用，這不僅體現(xiàn)了T細胞在惡性腫瘤發(fā)生中的關(guān)鍵地位，還展示了腫瘤形成過程中炎癥微環(huán)境的重要作用。腸道微生物刺激免疫信號通路導致促腫瘤炎癥微環(huán)境的形成，其機制主要包括炎癥小體的激活以及NF-κB 信號通路的過度激活。炎癥小體由多種蛋白質(zhì)組成，通過促炎癥蛋白酶caspase的途徑誘導細胞在炎癥和應激狀態(tài)下的病理性死亡，形成機體保護性反應；同時激活的炎癥小體產(chǎn)生多種細胞因子作用于下游NF-κB信號通路，產(chǎn)生多種細胞因子促進腫瘤細胞的產(chǎn)生，包括TNF-α、IL-6、IL-17 和IL-23 等[24-25]。NF-κB 通路激活介導了炎癥細胞因子的釋放，其中IL-6 通過促進上皮細胞的增殖，在結(jié)直腸癌的發(fā)生中具有致病作用，尤其是在結(jié)腸炎相關(guān)癌癥的患者中IL-6更為關(guān)鍵，其激活STAT3信號轉(zhuǎn)導，從而保護正常細胞和癌前細胞免于凋亡[24-25]。

產(chǎn)腸毒素的脆弱擬桿菌（Enterotoxigenic bacteroides fragilis，ETBF）通過IL-17 介導炎癥免疫反應誘導結(jié)腸腫瘤，ETBF 一方面通過其毒素破壞腸道屏障，對上皮細胞形成遺傳毒性，另一方面還可誘導T細胞來源的IL-17細胞，主要通過其對表達IL-17R的非造血來源細胞的活性來介導促腫瘤作用，同時STAT3 和IL-6 表達上調(diào)也具有促進增殖和抗凋亡的作用[26]。不止對消化系統(tǒng)腫瘤，在胃腸道遠隔器官腫瘤中，ETBF同樣扮演了重要的角色，其可以在乳腺組織中定植，迅速誘導乳腺上皮細胞增殖，促進乳腺癌的發(fā)生和轉(zhuǎn)移[27]。腸道微生物損傷了腸道屏障的完整性并促進細菌的移位，加重了宿主炎癥程度，釋放大量包含IL-6在內(nèi)的細胞因子，較高的促炎因子水平與預后較差顯著相關(guān)，突出了炎癥免疫狀態(tài)和腸道微生物在塑造腫瘤環(huán)境中的重要性[28]。

值得重視的是，相較于誘導腫瘤發(fā)生，部分腸道微生物表現(xiàn)出了對腫瘤的抑制作用。ZHAN等[29]分別在腸道無菌小鼠及腸道無特定病原體的小鼠中建立了炎癥相關(guān)的結(jié)腸腫瘤模型，此模型是通過腹腔注射致癌物偶氮甲烷和硫酸葡聚糖反復損傷腸道上皮形成的。最終發(fā)現(xiàn)，在無菌小鼠模型中誘導發(fā)生更多的腫瘤，這種現(xiàn)象與無菌小鼠所致的炎癥反應延遲相關(guān)，由于無菌小鼠腸道內(nèi)缺乏共生菌，使得模式識別受體級聯(lián)反應引起炎癥反應較弱，上皮細胞增殖減退、再生延遲。另外，在MYD88、TRIF兩種基因缺乏的無菌小鼠模型中觀察到腫瘤形成較少，結(jié)果提示，此兩基因可能是介導炎癥誘發(fā)腫瘤細胞的關(guān)鍵。腸道微生物能促進及時的上皮修復，在應對腸道損傷、防止炎癥失調(diào)和上皮增殖方面起重要作用。這些發(fā)現(xiàn)表明，共生細菌不是破壞性炎癥和腫瘤發(fā)生的驅(qū)動力，而突出了他們在維持腸道健康和菌群動態(tài)平衡、防止腫瘤發(fā)生方面的有益作用。

2.3 腸道微生物影響代謝功能

膽汁酸由肝通過膽固醇產(chǎn)生，在人體中依靠腸肝循環(huán)系統(tǒng)保持動態(tài)循環(huán)，其代謝受到腸道微生物的影響。分泌到結(jié)直腸中的初級膽汁酸可以在腸道細菌的作用下，催化生成次級膽汁酸（secondary bile acid,SBA），例如某些腸道梭菌屬，可以介導膽汁酸的7α-脫羥基化形成SBA[28]。SBA 是依靠細菌的酶反應形成的代謝產(chǎn)物，可在腸肝循環(huán)中累積到較高的濃度水平，而相應的動物實驗證實了SBA是一種腫瘤的強力催化劑，其主要通過誘導氧化應激引起DNA 損傷、基因組不穩(wěn)定、細胞凋亡抵抗和腫瘤干細胞形成，導致腫瘤的發(fā)生[30-31]。高脂飲食是引起膽汁酸過度分泌的一個主要原因，導致在腸道內(nèi)微生物的作用下加重SBA在體內(nèi)大量蓄積，這使得結(jié)直腸癌發(fā)生率顯著升高[32-33]。因此，控制脂質(zhì)攝入在一定程度上降低了結(jié)直腸癌的發(fā)生率；同時由于SBA僅由腸道微生物的酶反應生成，如針對該反應靶點，阻斷腸道細菌介導的7α-脫羥基化反應，或許有望在結(jié)直腸癌的防治中發(fā)揮作用。

腸道微生物的作用不止局限于改變了宿主的代謝情況，其自身的代謝產(chǎn)物也可以調(diào)控腫瘤的進展。短鏈脂肪酸是由腸道有益菌將纖維發(fā)酵后產(chǎn)生，其在維持腸道正常生理功能和結(jié)腸上皮細胞的形態(tài)與功能上具有重要的作用。多種短鏈脂肪酸，例如丁酸，被證實具有抑制腫瘤細胞增殖、促進凋亡的作用[34]。丁酸是腸道上皮細胞首選的供能物質(zhì)，正常生理條件下在細胞中被大量消耗，然而結(jié)腸癌細胞的能量代謝方式發(fā)生了變化，腫瘤細胞通過“Warburg”方式，嚴重依賴于有氧糖酵解供能，能量物質(zhì)來源從丁酸轉(zhuǎn)變到葡萄糖，這直接導致了丁酸在細胞核中的蓄積，從而發(fā)揮表觀遺傳調(diào)節(jié)基因的表達作用。丁酸通過組蛋白去乙?；敢种谱饔谜{(diào)節(jié)基因表達是導致癌細胞凋亡的主要機制，它作為一種全局轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，促進多種基因的乙?；?，包括p21 細胞周期依賴性激酶抑制性基因和促凋亡的BAX和FAS基因，使腫瘤細胞凋亡[34]。另外，一項聯(lián)合丹麥、瑞典及中國的Ⅱ型糖尿病的腸道菌群研究[35]表明，二甲雙胍的應用改變了腸道微生物的組成和功能，增強了腸道細菌生成短鏈脂肪酸的能力，使用二甲雙胍與未使用二甲雙胍相比預后更佳，該研究進一步證實了短鏈脂肪酸的抗癌作用。腸道微生物代謝毒素可導致肝癌的發(fā)生，肝通過肝門靜脈暴露在腸道微生物中，肝門靜脈輸送腸源性細菌產(chǎn)物或毒素，如脂多糖和脫氧膽酸[36]，肝病和腸道微生物可通過此腸-肝軸發(fā)生聯(lián)系，腸道微生物代謝產(chǎn)物可通過腸-肝軸促進慢性肝病和肝癌的發(fā)展[10,37]。

3 腸道微生物與抗腫瘤治療的關(guān)系

除了在致癌中的作用外，腸道微生物也被證明在抗腫瘤治療中發(fā)揮關(guān)鍵的作用。已有的研究結(jié)果表明，腸道微生物在一系列治療中影響治療反應和毒性，包括化學藥物、免疫和放射治療，這是目前研究的重點。

3.1 化學藥物治療

環(huán)磷酰胺（cyclophosphamide，CTX）作為一種烷化劑，廣泛用于惡性淋巴瘤及多種實體瘤的治療中。CTX 治療腫瘤的機制可能與腸道微生物激發(fā)的免疫功能有關(guān)[38]。早前VIAUD 等[39]針對腸道微生物如何影響CTX的療效進行了深入分析，研究中CTX作用于小鼠導致小腸絨毛縮短、腸上皮屏障破壞、腸間質(zhì)水腫和固有層內(nèi)單核細胞集聚，而破壞的上皮屏障進一步加重了腸道微生物的移位至小鼠腸系膜淋巴結(jié)和脾；CTX在用藥1周后，明顯改變了腸道微生物的組成結(jié)構(gòu)，流式細胞術(shù)檢測結(jié)果顯示，CTX 誘導脾CD4+T細胞向Th1 和Th17 細胞分化，而這種變化在無菌小鼠中并未觀察到，說明CTX誘導免疫細胞的轉(zhuǎn)化依賴于腸道微生物的存在；在抗生素處理后的荷瘤小鼠模型中，這種免疫細胞轉(zhuǎn)化程度被抑制，長期廣譜抗生素的應用降低了CTX治療小鼠腫瘤的效果，小鼠腸道中乳酸桿菌及腸球菌的計數(shù)與Th1 和Th17 細胞的分化程度呈正相關(guān)，這些結(jié)果表明，腸腔中存在的特定微生物成分與CTX治療誘導的Th細胞反應極性之間的特定關(guān)聯(lián)，CTX誘導的免疫激活需要腸道某些微生物的參與[39]。

鉑類化療藥是臨床上另一種應用廣泛的抗腫瘤藥物，在同樣使用奧沙利鉑情況下，經(jīng)抗生素治療后的荷瘤小鼠腫瘤消退程度明顯降低，并且在無菌小鼠模型中對于奧沙利鉑的治療并沒有反應[40]。有學者[40-41]發(fā)現(xiàn)，奧沙利鉑誘導了對照組小鼠中ROS 的聚集，ROS在既往的研究中已經(jīng)被證實是奧沙利鉑抗腫瘤的主要機制，然而在無菌小鼠或者經(jīng)抗生素治療的荷瘤小鼠模型中并未觀察到明顯的ROS聚集現(xiàn)象。這些結(jié)果表明，無菌小鼠或經(jīng)抗生素治療的小鼠通過減少ROS 的產(chǎn)生，減弱了奧沙利鉑誘導腫瘤細胞DNA損傷及凋亡反應。

伊利替康在腸腔內(nèi)被羧酸酯酶轉(zhuǎn)化的代謝產(chǎn)物SN-38是延遲性腹瀉的“元兇”，機體肝依靠尿苷二磷酸葡萄糖轉(zhuǎn)移酶將具有活性的SN-38 轉(zhuǎn)變?yōu)闊o活性的SN-38G，然而腸道菌群能將SN-38G 再次激活轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘腟N-38，從而導致腸黏膜損害[38]。應用伊利替康化療患者的20%～40%均出現(xiàn)3～4 級腹瀉癥狀，從而導致化療方案提前終止，影響抗腫瘤治療效果。采用人參、白術(shù)制成的參術(shù)膠囊是改善腸道菌群失衡的可行方法，在屬水平上，對與腹瀉密切相關(guān)的潛在病原菌，如梭狀芽孢桿菌、擬桿菌屬、不動桿菌屬等的生長有明顯的抑制作用，依靠對腸道微生物的調(diào)整，減輕化療過程中的不良反應，從而使得患者能夠接受完整的治療過程，獲得更佳的臨床獲益[42]。腸道微生物通過不同機制對抗腫瘤化療藥物療效產(chǎn)生影響，所以應充分利用腸道微生物來改善腫瘤治療的療效。

3.2 免疫治療

免疫治療的出現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)抗腫瘤治療方式的格局。從2012年全球首例患者接受嵌合抗原受體T（CAR-T）細胞治療，到如今靶向CD19 的CAR-T 細胞免疫療法獲批用于白血病和淋巴瘤患者，以及基于腫瘤浸潤淋巴細胞（tumor infiltrating lymphocyte，TIL）的創(chuàng)新型療法LN-145 和LN-144（lifileucel）在治療宮頸癌和黑色素瘤的良好臨床結(jié)果得到公布，過繼性細胞治療（adoptive cell therapy，ACT）的潛力逐漸被挖掘。腸道微生物在ACT 的抗腫瘤有效性中發(fā)揮了重要作用。有研究者[43]指出，ACT 療效受到腸道微生物結(jié)構(gòu)差異、抗生素應用情況的顯著影響，與新霉素、甲硝唑相比，萬古霉素顯著降低了荷瘤量，這種差異可能與萬古霉素誘導CD8α+DC 數(shù)量增加、通過IL-12 途徑促進ACT的抗腫瘤作用有關(guān)，提示改變腸道微生物的組成是改善ACT 治療效果的潛在新途徑。全身照射可以誘導腸道微生物群移位[44]，后者通過TLR4 信號轉(zhuǎn)導途徑使得DC激活程度增加、炎癥細胞因子水平升高，從而降低抑制性淋巴細胞和增加體內(nèi)穩(wěn)態(tài)細胞因子水平，提高了過繼轉(zhuǎn)移的腫瘤特異性CD8+T 細胞的功效，最終增強ACT治療的療效。

腸道微生物可能通過固有和適應性免疫機制影響抗腫瘤免疫反應[45]。2015年，Science發(fā)表的一項研究[46]，比較了CTLA-4 抑制劑在無特定病原體和無菌小鼠腫瘤模型中的療效差異，無菌小鼠腫瘤進程不受CTLA-4 抑制劑的控制，且抗生素的使用削弱了正常菌群小鼠CTLA-4 抑制劑在抗腫瘤中的效果，結(jié)果提示，腸道微生物的存在對于腫瘤免疫檢查點抑制劑（immune checkpoint inhibitor，ICI）是必須的。為了更好地認識腸道微生物在ICI 治療中的作用，研究者們[47-48]對接受抗PD-1 藥物治療的惡性黑色素瘤患者進行了研究，在治療前分析了患者的腸道微生物群，并在治療過程中相應的時間點收集血清樣本，根據(jù)療效將患者分為反應組（R）和無反應組（NR），結(jié)果發(fā)現(xiàn)，R組患者腸道微生物的α多樣性明顯高于NR組，并且腸菌豐度較高患者相較于較低患者的無進展生存期顯著延長，在R 組中以梭菌目富集，而NR組中擬桿菌目富集。分析腸道微生物影響免疫治療的機制，一方面認為R組中腸道微生物代謝途徑以合成代謝功能為主，包括氨基酸代謝，這可能促進了宿主免疫功能。另外，R 組患者腫瘤微環(huán)境中CD8+T 細胞浸潤的密度較高也促進了宿主的免疫能力。流式細胞術(shù)分析結(jié)果表明，在梭菌目、瘤胃菌科、糞桿菌屬富集的患者血清中CD4+和CD8+T細胞水平較高，產(chǎn)生持續(xù)的抗PD-1治療細胞因子反應；而擬桿菌目富集的患者Treg細胞和髓源性抑制細胞水平較高，細胞因子反應延遲，此外糞桿菌屬富集的患者腫瘤免疫細胞浸潤密度較高，并且抗原提呈標志物較豐富。綜合以上多個方面，腸道微生物通過自身代謝促進宿主免疫、改善宿主免疫微環(huán)境、影響抗原提呈過程和改變了免疫治療的結(jié)局。ICI 依賴于某些特定的腸道菌群，植入某些共生菌可以提高抗腫瘤免疫治療的療效。

3.3 放射治療

放射治療通過高能輻射導致腫瘤細胞DNA 直接損傷，也可以在腫瘤部位產(chǎn)生自由基（包括ROS、活性氮等）間接造成DNA 損傷。腫瘤大小、分期或腫瘤分化等因素只是患者對放射治療反應的異質(zhì)性的部分原因，最終還涉及生物因素，包括腫瘤微環(huán)境中固有輻射抵抗和宿主免疫變化[49]。相關(guān)研究結(jié)果[50]表明，惡性腫瘤患者腸道微生物水平的差異與抗腫瘤放射治療療效及相關(guān)不良反應有關(guān)，分析其原因，可能與腸道微生物所致免疫狀態(tài)差異有關(guān)。一方面輻射通過凋亡、衰老、有絲分裂突變和壞死等方式誘導腫瘤細胞死亡；另一方面，某些細胞凋亡途徑是免疫原性的，輻射通過誘導腫瘤細胞幾種免疫原性改變，從而導致細胞免疫原性死亡[51-52]。在CD8+T 細胞耗竭小鼠腫瘤模型中，局部放射治療后腫瘤生長速度抑制程度明顯低于CD8+T細胞正常的小鼠模型，且生存時間縮短；通過阻斷CTLA-4信號通路，放射治療小鼠的生存時間得到了延長[53]。腸道無菌小鼠更易受到輻射損傷，放射治療導致局部腸道微生物水平發(fā)生變化，而這種微生物結(jié)構(gòu)失調(diào)上調(diào)了上皮細胞炎癥反應，其與IL-1β 分泌增加有關(guān)，微生物以傳遞促炎信號的方式影響腸道屏障[54]。

CUI等[55]觀察到，經(jīng)過射線照射后小鼠腸道菌群多樣性和豐度都發(fā)生了顯著改變，飼喂抗生素的小鼠腸道細菌組成與對照組小鼠（飲用不含抗生素的水）有很大不同，同時經(jīng)過6.5 Gy 射線全身照射后，飼喂抗生素的荷瘤小鼠生存率顯著高于對照組，表明腸道菌群的變化能夠影響小鼠的輻射敏感性。KIM等[56]在研究小鼠腸道微生物組成時發(fā)現(xiàn)，輻射導致微生物組成的多樣性和豐度都發(fā)生了顯著變化，另枝桿菌屬增加、黏液螺旋菌屬減少。以上研究結(jié)果均展示了腸道微生物在抗腫瘤放射治療中的作用，相信在未來特定的腸道微生物種類或許可以成為抗腫瘤放射治療療效預測的生物標志物。

4 腸道微生物的臨床應用

4.1 微生態(tài)制劑

腸道微生物中以細菌的占比最高，可以影響宿主的腸道消化能力、抗感染以及自身免疫狀態(tài)，根據(jù)其對宿主的影響其大致可劃分為有害菌、中性菌和有益菌。益生菌作為一種微生態(tài)制劑，2001 年聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織與世界衛(wèi)生組織相關(guān)指南[57]明確定義益生菌是“在適量使用時對宿主的健康有好處的活菌”。隨著對微生態(tài)制劑的研發(fā)逐漸深入，其臨床應用越來越廣泛，各式各樣的益生菌產(chǎn)品被研發(fā)并運用于臨床中。

越來越多的研究結(jié)果展示了益生菌在腫瘤預防方面的作用。益生菌的使用對宿主原有的腸道微生物的多樣性和豐度帶來了沖擊，有研究者[58]比較了健康人與結(jié)直腸癌患者之間腸道菌群的豐度和多樣性，結(jié)果顯示，擬桿菌屬和普氏菌屬在正常組和患癌組之間存在顯著差異，結(jié)直腸癌患者上述兩種菌群數(shù)量顯著增加。益生菌的應用改變了腸道菌群原有的結(jié)構(gòu)，一些腸道共生菌，例如擬桿菌門數(shù)量增加，它們通過產(chǎn)生短鏈脂肪酸促進菌群發(fā)揮抗癌活性[59]。乳酸菌和雙歧桿菌也被證明具有明顯的抗腫瘤作用。利用16S 核糖體RNA 基因測序動態(tài)監(jiān)測荷瘤小鼠的糞便細菌含量，發(fā)現(xiàn)雙歧桿菌明顯延緩了小鼠腫瘤的生長速度，本質(zhì)上歸因于雙歧桿菌促進了DC 的成熟，刺激細胞因子的產(chǎn)生，從而使得CD8+T細胞在腫瘤微環(huán)境中聚集，雙歧桿菌的含量與抗腫瘤T細胞反應呈正相關(guān)[45]。最近日本學者[60]發(fā)現(xiàn)，酸奶中常見的保加利亞乳桿菌通過釋放胞外多糖的方式，誘導CD8+T細胞表達趨化因子CCR-6，從而使腫瘤微環(huán)境中淋巴細胞浸潤程度升高，增強了ICI的抗腫瘤效應。此外，益生菌還可以通過抗氧化作用、解毒致癌物、誘導細胞分化和凋亡等途徑發(fā)揮抗腫瘤作用[34,61-63]；而Toll 樣受體信號通路可能通過共生菌的協(xié)調(diào)作用，增加對化學誘導結(jié)腸炎的抵抗力并促進腸上皮修復[64]。

另一種微生態(tài)制劑益生元是一類非消化性食物成分（由人體酶難以消化的非淀粉多糖和低聚糖構(gòu)成），通過選擇性刺激腸內(nèi)有益菌生長或活性，從而產(chǎn)生對宿主有益的作用[57]。來自斯洛伐克的研究團隊[65]在荷瘤小鼠中應用菊粉飼養(yǎng)顯著降低了大腸桿菌的數(shù)量，增加了乳桿菌的豐度，這說明菊粉的使用調(diào)節(jié)了腸道微生物的結(jié)構(gòu)。有研究[66]提出，β-葡萄糖醛酸酶可作為結(jié)直腸癌風險增加的生物標志物，而在其他研究[65]中觀察到菌粉的應用降低了其活性。研究者[67]分析了菊粉作為益生元成分其作用機制可能與抑制環(huán)氧合酶（cyclooxygenase，COX）的活性有關(guān)。COX 是催化花生四烯酸轉(zhuǎn)化為前列腺素的關(guān)鍵酶，具有兩種亞型：COX-1 和COX-2。COX-2 一般不表達于正常組織細胞，而胃腸道腫瘤中COX-2明顯過表達，與腫瘤的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)，并影響患者預后。而菊粉降低了COX-2的濃度，具有一定的抗炎作用，其可能通過此機制起到了抗腫瘤作用。益生菌和益生元的組合成的“合生元”同樣具有抗腫瘤作用，甚至合生元比單用益生菌或益生元具有更好的生物效應；益生菌和益生元分別單獨作用對于致癌物氧化偶氮甲烷并無明顯影響，但合生元則可以使得氧化偶氮甲烷快速消減，降低惡性腫瘤的發(fā)生[68-69]。

總之，合理使用微生態(tài)制劑是有效抗腫瘤治療的潛在方式。某些材料化學技術(shù)的蓬勃發(fā)展，例如通過納米材料包裹藥物等方式，賦予了微生態(tài)制劑極高的臨床應用潛力。據(jù)筆者所知，目前相關(guān)微生態(tài)制劑也正在加速研發(fā)中，例如Ⅰ/Ⅱ期開放標簽臨床試驗（NCT03637803）用于探索PD-1 抑制劑聯(lián)合口服益生菌MRx0518 對各種類型實體瘤患者的協(xié)同作用，期待這款益生菌能夠早日實現(xiàn)臨床轉(zhuǎn)化。

4.2 糞菌移植（fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT）

FMT 指將含有遠端腸道微生物的糞菌制劑通過內(nèi)窺鏡（結(jié)腸鏡或直腸鏡）注射進腸道功能失調(diào)或腸道微生物結(jié)構(gòu)改變的患者腸道。目前FMT 臨床應用最廣泛的是治療艱難梭菌感染，其平均治愈率可達90%[70-72]。隨著對腫瘤研究的逐漸深入，部分研究同樣展示了FMT 在晚期腫瘤患者中具有極大的應用潛力[73-75]。2018年，Science雜志發(fā)表關(guān)于FMT 與惡性黑色素瘤療效的研究結(jié)果，比較了42 例轉(zhuǎn)移性惡性黑色素瘤患者的胃腸道菌群結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)長雙歧桿菌、乳桿菌屬、青春雙岐桿菌及其余部分菌種在ICI治療有效組患者腸道中富集，這與改善免疫介導的腫瘤抑制和抗PD-L1治療的療效有關(guān)；當研究小組將這些應答者的糞便移植到無菌的荷瘤小鼠體內(nèi)時，小鼠的腫瘤生長速度得到一定的減緩，說明腸道內(nèi)移植糞菌起到了部分的治療作用[73]。隨后一項單臂臨床試驗（NCT03341143）[74]招募了16 例既往對PD-1 或CTLA-4 檢查點抑制劑治療無效的惡性黑色素瘤患者，連續(xù)采集糞便和血清標本，研究對象中的15例患者接受了FMT 和派姆單抗（pembrolizumab）的治療，并定期進行腫瘤療效評估，結(jié)果顯示，既往對PD-1抗體治療無效的患者，克服了此耐藥性，客觀緩解率達20%，3 例患者保持療效穩(wěn)定時間超過12 個月，全部患者的中位無病生存期和生存期分別為3個月和7個月，這些結(jié)果說明，F(xiàn)MT 成功改善了對ICI 的耐藥性，逆轉(zhuǎn)了抗腫瘤免疫治療反應。另一項胰腺癌的臨床前研究[76]同樣認為，腸道微生物結(jié)構(gòu)對于腫瘤患者的生存期起決定性作用，F(xiàn)MT有望為腫瘤患者帶來更多的臨床獲益。

在一項針對轉(zhuǎn)移性腎細胞癌的隨機對照臨床試驗NCT04040712[77]中，觀察了接受FMT 治療是否可以改善患者使用酪氨酸激酶抑制劑相關(guān)的腹瀉癥狀，試驗過程中各時間點的數(shù)據(jù)都證明了FMT 在改善轉(zhuǎn)移性腎細胞癌患者的酪氨酸激酶抑制劑依賴性腹瀉方面具有明確的益處。因此，F(xiàn)MT 不光可增強療效，也可改善藥物毒性，從而提升臨床獲益率。盡管相關(guān)研究結(jié)果尚處于初步探索階段，但腸道微生物治療同樣為是改善腫瘤治療中廣為存在的不良反應帶來新的希望。

5 結(jié)語

盡管眾多研究已經(jīng)證實了腸道微生物對于誘導惡性腫瘤的發(fā)生、促進腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移和提高抗腫瘤治療療效等方面的重要作用，但闡明其潛在的復雜機制依然是目前面臨的巨大挑戰(zhàn)。何況龐大的微生物體系組成結(jié)構(gòu)復雜，不同微生物成分生物學功能的差異性加大了人們對腸道微生物整體作用效果理解的難度。但得益于生物技術(shù)的蓬勃發(fā)展，有望在腸道微生物深入研究的基礎(chǔ)上建立起全新的抗腫瘤治療模式。腸道微生物在抗腫瘤化學治療、放射治療和免疫治療中的確切作用，保證了將其運用于惡性腫瘤防治的可能性，通過靶向不同細胞信號通路受體、體內(nèi)酶活性或代謝功能等途徑，腸道微生物甚至有可能作為個體化干預策略，實現(xiàn)對惡性腫瘤的精準治療。新型微生態(tài)制劑的問世、FMT技術(shù)的日趨成熟，為未來腫瘤臨床治療提供了更多的選擇，給全新的生物治療領(lǐng)域帶來更多曙光。截至目前，部分腸道微生物的臨床試驗已經(jīng)初現(xiàn)療效，但仍有待深入評估。利用腸道微生物、微生物代謝產(chǎn)物和免疫微環(huán)境之間的相互作用是當前和未來的研究方向，將有望進一步推動抗腫瘤精準治療的發(fā)展。