腸道菌群與宮頸癌免疫治療關(guān)系的研究進(jìn)展△

謝露，李勇

1貴州中醫(yī)藥大學(xué)研究生院，貴陽 550025

2貴州省人民醫(yī)院腫瘤科，貴陽 550001

腸道微生物群包括細(xì)菌、古生菌、病毒和真菌，是寄生在人體腸道的全部微生物。腸道菌群主要由革蘭陰性擬桿菌、革蘭陽性厚壁菌和放線菌組成，據(jù)報道，根據(jù)年齡、性別和宿主特征，人類細(xì)胞與細(xì)菌的比例為1∶1～1∶3[1]。腸道菌群位于腸道上皮屏障表面，含有3×1013個細(xì)菌，其中大部分與宿主共生[2]。腸道菌群的生理功能是調(diào)節(jié)機(jī)體新陳代謝、炎癥反應(yīng)和免疫反應(yīng)[3]，當(dāng)腸道菌群失調(diào)時，一些細(xì)菌會迅速增殖并轉(zhuǎn)化為具有致病性的病原菌，如艱難梭菌或耐萬古霉素的腸球菌[4]。腸道菌群的調(diào)節(jié)功能主要表現(xiàn)為調(diào)節(jié)屏障功能、維持黏膜免疫力穩(wěn)態(tài)、宿主細(xì)菌共存、防止病原體感染、限制病原微生物過量繁殖等。此外，腸道菌群還可以調(diào)節(jié)維生素合成和膳食纖維的新陳代謝。因此，腸道微生物、免疫細(xì)胞和黏膜屏障共同作用可維持腸上皮穩(wěn)態(tài)，共同調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)和免疫反應(yīng)[5]。探討腸道菌群的變化規(guī)律對評價人類健康狀況、深入探討腫瘤發(fā)生機(jī)制、尋找新的治療靶點(diǎn)具有重要意義。

研究顯示，腸道菌群和女性生殖道微生物群間存在著某種相互交流的方式，這種交流方式影響著機(jī)體內(nèi)的生態(tài)平衡，腸道菌群失調(diào)在多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[6]。宮頸癌是全球女性生殖系統(tǒng)最常見的惡性腫瘤之一，近年來，隨著人們生活方式的改變，宮頸癌的發(fā)病率呈明顯上升趨勢，嚴(yán)重威脅女性生命健康。宮頸癌的發(fā)生機(jī)制很復(fù)雜，除遺傳因素外，社會環(huán)境因素也在宮頸癌發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群與宮頸癌的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[7]。宮頸癌免疫療法已成為治療宮頸癌的有效方法，腸道菌群可以協(xié)助宮頸癌的免疫治療并達(dá)到一定的治療效果[8]。本文就腸道菌群與宮頸癌免疫治療的關(guān)系進(jìn)行綜述。

1 腸道菌群

1.1 腸道結(jié)構(gòu)

腸黏膜是由單一的上皮細(xì)胞層組成，上皮細(xì)胞層包括腸上皮細(xì)胞和上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞，這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)了腸道菌群與免疫系統(tǒng)的相互作用[9]。Paneth細(xì)胞和杯狀細(xì)胞均位于腸上皮細(xì)胞層中，其功能為產(chǎn)生抗菌肽和黏液并覆蓋整個上皮層。腸固有層是包含Peyer’s斑塊和各種免疫細(xì)胞的結(jié)締組織層，包括抗原呈遞細(xì)胞（antigen-presenting cell，APC）、固有淋巴細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞。人體免疫系統(tǒng)最大的組成部分是腸道淋巴組織，在局部和全身免疫應(yīng)答中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[10]。

位于小腸和結(jié)腸的腸系膜引流淋巴結(jié)，稱為腸系膜淋巴結(jié)。在腸系膜淋巴結(jié)內(nèi)，共生菌通過激活適應(yīng)性免疫反應(yīng)來誘導(dǎo)幼稚T細(xì)胞分化。而模式識別受體介導(dǎo)的病原體相關(guān)分子模式（pathogenassociated molecular pattern，PAMP）用于誘導(dǎo) APC和樹突狀細(xì)胞的成熟，樹突狀細(xì)胞成熟后在腸系膜淋巴結(jié)中與幼稚T細(xì)胞匯合，繼續(xù)促使幼稚T細(xì)胞生長發(fā)育為CD4+T細(xì)胞，而CD4+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（regulatory T cell，Treg）和輔助性 T 細(xì)胞 17（helper T cell 17，Th17）均有維持腸道免疫穩(wěn)態(tài)的作用，活化的T細(xì)胞在腸道穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。值得注意的是，細(xì)菌產(chǎn)生的代謝物短鏈脂肪酸會維持Treg、Th17細(xì)胞在腸道水平上的平衡，短鏈脂肪酸的功能依賴于其抑制組蛋白脫乙酰酶活性的能力，表明存在表觀遺傳調(diào)節(jié)機(jī)制[11]。Th17細(xì)胞位于腸道固有層并作為CD4+T細(xì)胞的特殊亞群，在防止病原菌感染方面發(fā)揮重要作用。Th17細(xì)胞產(chǎn)生的白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-17可誘發(fā)腸上皮細(xì)胞產(chǎn)生并釋放大量抗菌蛋白，導(dǎo)致Th17細(xì)胞在黏膜免疫中發(fā)揮作用，并可進(jìn)一步引起其他炎癥因子的釋放。在GF小鼠中，盡管Th17細(xì)胞明顯缺失，但它仍可以被一種特定的細(xì)胞菌株亞群誘導(dǎo)成為節(jié)段絲狀菌[2]。

1.2 腸道菌群的致癌機(jī)制

1.2.1 宿主細(xì)胞癌變 目前，臨床已經(jīng)證實(shí)，腸道微生物群會產(chǎn)生基因毒素、自由基和活性氧（reactive oxygen species，ROS），這些微生物會破壞宿主的DNA，改變細(xì)胞周期，加快腫瘤細(xì)胞增殖，破壞細(xì)胞死亡的正常生理過程，最終增加腫瘤的發(fā)生風(fēng)險[12]，如大腸桿菌和腸桿菌科產(chǎn)生的大腸桿菌素會破壞宿主細(xì)胞的雙鏈DNA，而卟啉單胞菌會產(chǎn)生破壞宿主細(xì)胞DNA的ROS[13]。細(xì)菌結(jié)構(gòu)及其代謝產(chǎn)物與上皮間質(zhì)細(xì)胞和造血細(xì)胞相互作用產(chǎn)生的毒性促進(jìn)了腫瘤的發(fā)生發(fā)展，如脆性擬桿菌、核型芽孢桿菌和糞腸球菌產(chǎn)生的毒素，可改變細(xì)胞間的黏附作用，從而使靜止的上皮間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化為移動的間質(zhì)細(xì)胞。值得注意的是，上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）是良性腫瘤向惡性腫瘤轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵步驟。在結(jié)直腸癌患者中，細(xì)胞核的富集與炎性結(jié)腸黏膜細(xì)胞的DNA甲基化有關(guān)[14]。

1.2.2 促炎微環(huán)境 腸道微生物群在炎癥反應(yīng)中發(fā)揮重要作用，如乳酸桿菌、變形桿菌、艱難梭菌、腸球菌和脆弱擬桿菌均可通過刺激不同的免疫細(xì)胞發(fā)揮促炎和抗炎作用。腸道微生物激活炎癥反應(yīng)，主要是通過促進(jìn)促炎細(xì)胞的募集和細(xì)胞因子的釋放，來增強(qiáng)細(xì)胞氧化應(yīng)激反應(yīng)，從而改變能量動力學(xué)，最終導(dǎo)致DNA損傷，這些作用促使了腫瘤細(xì)胞生長、侵襲和轉(zhuǎn)移。Chung等[15]用產(chǎn)腸毒素脆弱擬桿菌定植APCMin小鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，脆弱擬桿菌毒素可在結(jié)腸上皮細(xì)胞中誘發(fā)炎癥級聯(lián)反應(yīng)，這種級聯(lián)反應(yīng)是白細(xì)胞介素-17受體（interleukin-17 receptor，IL-17R）、核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3（signal transduction and activator of transcription 3，STAT3）信號通路促進(jìn)細(xì)胞癌變所必需的。IL-17R在結(jié)腸上皮細(xì)胞中的活化作用誘導(dǎo)了CXC趨化因子從近端到遠(yuǎn)端黏膜梯度[16]。因此，脆弱擬桿菌毒素可誘導(dǎo)結(jié)腸上皮細(xì)胞向黏膜Th17細(xì)胞發(fā)出致癌信號，并選擇性地激活遠(yuǎn)端結(jié)腸上皮細(xì)胞中的NF-κB，共同促進(jìn)遠(yuǎn)端結(jié)腸癌的發(fā)生。此外，腸道細(xì)菌還可以上調(diào)Toll樣受體（Toll-like receptor，TLR）的水平，激活相關(guān)炎癥信號通路NF-κB，釋放IL-6、IL-12、IL-17、IL-18 和腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α），從而引發(fā)腫瘤微環(huán)境中的炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞增殖、侵襲，最后抑制細(xì)胞的免疫功能[17]。

1.2.3 免疫穩(wěn)定性 在病理?xiàng)l件下，腸道微生物群受到干擾或腸黏膜防御屏障遭到損傷后，腸道微生物相關(guān)基因會刺激巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞生成促炎因子。隨后，這些細(xì)胞因子可激活免疫細(xì)胞破壞免疫穩(wěn)定性。腸道生態(tài)失調(diào)還會使淋巴細(xì)胞不自主地釋放細(xì)胞因子，從而導(dǎo)致慢性炎癥和腫瘤易感性，且生態(tài)失調(diào)的T淋巴細(xì)胞也會進(jìn)一步促進(jìn)慢性炎癥和腫瘤[18]。同時，抗炎細(xì)胞通過激活T細(xì)胞免疫受體和細(xì)胞黏附分子抑制受體，干擾自然殺傷細(xì)胞和T細(xì)胞的功能，并誘導(dǎo)β1-連環(huán)蛋白（β1-catenin）調(diào)節(jié)劑膜聯(lián)蛋白A1的表達(dá)，從而創(chuàng)造一個促進(jìn)腫瘤發(fā)生的免疫抑制環(huán)境，這一過程可導(dǎo)致結(jié)直腸癌[19]。此外，腸道微生物群的失調(diào)還會誘發(fā)某些惡性腫瘤，并影響機(jī)體對腫瘤治療的反應(yīng)，如化療、放療和免疫治療[20]。與野生小鼠相比，實(shí)驗(yàn)室小鼠缺乏特定病原體（specific pathogenfree，SPF），鑒于此，將野生小鼠的腸道微生物群遷移到實(shí)驗(yàn)室小鼠中，結(jié)果能夠形成長期的免疫調(diào)節(jié)功能，即便歷經(jīng)幾代繁衍，這種功能依然保留。因此，腸道菌群有助于對抗病毒感染、突變和炎癥誘導(dǎo)的致癌效應(yīng)[21]。

1.2.4 代謝變化 腸道微生物參與了宿主的各種新陳代謝活動，而腸道菌群失調(diào)則會改變脂質(zhì)代謝及相關(guān)的RNA表達(dá)而引發(fā)腫瘤[22]。有研究顯示，某些細(xì)菌代謝物（如短鏈脂肪酸或次級膽汁酸）和微生物相關(guān)的分子（如脂多糖和肽聚糖）會影響宿主的營養(yǎng)攝取、代謝、腸道屏障和全身炎癥反應(yīng)，如梭狀芽孢桿菌Ⅺ可將初級膽汁酸轉(zhuǎn)化為次級膽汁酸，發(fā)揮潛在的DNA損傷和致癌作用[23]。次級膽汁酸通過調(diào)控M3R和β-catenin信號通路來引發(fā)結(jié)腸癌，從而將正常結(jié)直腸上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為結(jié)直腸癌細(xì)胞。一些真菌及其菌屬在結(jié)腸中代謝膳食纖維和多糖產(chǎn)生乙酸，使乙酰輔酶A合成酶轉(zhuǎn)化為乙酰輔酶A，該過程可刺激腫瘤細(xì)胞的合成代謝反應(yīng)，使腫瘤細(xì)胞得以生長，如乳腺癌、卵巢癌和宮頸癌[24]。

同時，相關(guān)研究指出，腸道微生物群產(chǎn)生的代謝物對宮頸癌具有保護(hù)作用，已在基于細(xì)胞系的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭醒芯苛擞|發(fā)宮頸癌細(xì)胞系凋亡的主要機(jī)制，還提出了短鏈脂肪酸的保護(hù)作用[25]。短鏈脂肪酸可減少宮頸癌細(xì)胞的增殖，并表明使用益生菌會增加短鏈脂肪酸水平，在宮頸癌發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮抗腫瘤作用。

2 腸道菌群與宮頸癌

宮頸癌被認(rèn)為是全球女性惡性腫瘤病死的第四大常見原因[26]。由于缺乏篩查和預(yù)防計(jì)劃，浸潤性宮頸癌是女性惡性腫瘤死亡的主要原因[27]。宮頸癌最常見的病因是高危人乳頭瘤病毒（human papilloma virus，HPV）感染，HPV感染誘發(fā)宮頸癌的機(jī)制涉及E6和E7蛋白的表達(dá)[28]。其中E6蛋白參與各種蛋白質(zhì)的水解與降解過程并刺激端粒酶活性，防止細(xì)胞復(fù)制性衰老；E7蛋白通過與抑癌轉(zhuǎn)錄基因結(jié)合使其分解失活并產(chǎn)生轉(zhuǎn)錄因子，最終導(dǎo)致細(xì)胞周期進(jìn)程失控[29]。

有研究在陰道微環(huán)境中分析了微生物組與HPV感染致癌能力間的相互作用。陰道內(nèi)生態(tài)失調(diào)也與HPV感染的高發(fā)病率和持久性相關(guān)，從而提高了宮頸上皮內(nèi)瘤變（cervical intraepithelial neoplasia，CIN）和侵襲性宮頸癌的風(fēng)險[30]。一項(xiàng)Meta分析發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌性陰道病與白色念珠菌、沙眼衣原體感染和HPV感染相關(guān)，同時也發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌性陰道病與CIN的進(jìn)展有關(guān)[31]。陰道感染通過改變陰道pH值和黏液降解酶的作用導(dǎo)致上皮細(xì)胞失去完整性，從而增加HPV的致病作用[32]。Kwon等[33]使用霰彈槍測序技術(shù)對CINⅡ/Ⅲ級（n=17）、宮頸癌（n=12）和健康對照（n=18）的子宮頸宏基因組進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，宮頸癌患者的微生物群富含嗜堿菌、假熱衣原體和沃爾巴克菌，CINⅡ/Ⅲ級患者富含乳酸菌、葡萄球菌和內(nèi)斜念珠菌，健康對照者富含交替假單胞菌和冷桿菌。宮頸癌宏基因組顯示細(xì)菌產(chǎn)生的肽聚糖合成增加，并參與調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)以增強(qiáng)中性粒細(xì)胞活性，這是一種與癥狀性動脈粥樣硬化發(fā)展相關(guān)的機(jī)制，這一機(jī)制與宮頸腫瘤的發(fā)生發(fā)展有關(guān)[34]。

目前關(guān)于腸道微生物群在宮頸癌中的潛在作用機(jī)制的研究較少。Wang等[35]發(fā)現(xiàn)，宮頸癌組（n=8）與對照組（n=5）的腸道菌群組成有顯著差異，在宮頸癌患者中，擬桿菌門是豐度最高的類群，而厚壁菌門的豐度相對較低。另一項(xiàng)研究對42例宮頸癌患者和46例健康對照者的糞便菌群進(jìn)行檢測，結(jié)果顯示，宮頸癌患者中普雷沃菌屬、卟啉單胞菌屬和Dialister菌屬豐度較高，而健康對照者中擬桿菌屬、另枝菌屬和革蘭陰性擬桿菌屬豐度較高[36]。這兩項(xiàng)研究結(jié)果表明，腸道微生物群可以通過微生物相關(guān)的分子模型（microorganism associated molecular pattern，MAMP）介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)和TLR激活影響宮頸癌的發(fā)生發(fā)展，但仍需臨床進(jìn)一步驗(yàn)證。

3 腸道菌群與宮頸癌的免疫治療

免疫治療已成為抗腫瘤治療的一種新方法，可通過免疫系統(tǒng)發(fā)揮抗腫瘤作用。免疫檢查點(diǎn)抑制劑（immune checkpoint inhibitor，ICI）作為一種新型的免疫治療藥物，在晚期惡性腫瘤的治療中效果顯著[37]。腸道菌群在宮頸癌的致癌機(jī)制中發(fā)揮著重要作用，既能調(diào)節(jié)雌激素水平和炎癥反應(yīng)，還能干擾碳水化合物代謝。腸道菌群失調(diào)所產(chǎn)生的毒素和代謝產(chǎn)物，會誘發(fā)惡性腫瘤進(jìn)展。因此，腸道菌群已成為腫瘤免疫治療的主要手段，其不僅可參與調(diào)節(jié)機(jī)體免疫反應(yīng)，而且還協(xié)助優(yōu)化ICI的治療。最初，研究人員不確定共生菌群是否影響機(jī)體的自發(fā)免疫反應(yīng)，從而影響ICI的治療活性。為此，有研究從不同實(shí)驗(yàn)室選擇了具有相同基因型的黑色素瘤小鼠（TAC和JAX），并注意到TAC小鼠的黑色素瘤比JAX小鼠嚴(yán)重，在同樣的條件下喂食后，研究人員發(fā)現(xiàn)，TAC小鼠的腫瘤被抑制了；用兩只小鼠的糞便懸浮液喂養(yǎng)小鼠后，證實(shí)JAX小鼠的共生菌群具有抗腫瘤作用；最后，研究人員使用JAX小鼠糞便懸浮液與程序性死亡受體配 體 1（programmed celldeath 1 ligand 1，PDCD1LG1，也稱PD-L1）聯(lián)合治療，結(jié)果顯示，聯(lián)合治療的抗腫瘤效果明顯優(yōu)于ICI單獨(dú)使用，不僅延緩了腫瘤生長，還增加了腫瘤特異性T細(xì)胞的應(yīng)答[38-39]。該研究明確證實(shí)了腸道菌群的抗腫瘤作用，可優(yōu)化和提高ICI的療效，提示其可作為ICI治療的輔助藥物。

在宮頸癌的治療中，除一線化療藥物聯(lián)合貝伐珠單抗外，其他治療選擇是有限的，二線單藥化療的有效率為15%～20%[40]，患者的中位總生存時間不足2年。持續(xù)性HPV感染可使宮頸癌在ICI中獲益，但迄今為止，單一ICI的治療結(jié)果并不理想。目前，程序性死亡受體1（programmed cell death 1，PDCD1，也稱PD-1）是宮頸癌免疫治療最有希望的免疫檢查點(diǎn)。Tao等[41]對12例宮頸癌組織進(jìn)行免疫組化檢測發(fā)現(xiàn)，PD-L1可抑制宮頸癌細(xì)胞中T淋巴細(xì)胞的活化，在使用特異性封閉抗體下調(diào)PD-L1的表達(dá)后，T淋巴細(xì)胞的作用被抑制。因此，PD-1是抑制宮頸癌免疫應(yīng)答的關(guān)鍵分子，可介導(dǎo)宮頸癌細(xì)胞的免疫逃逸。近年來，有研究探討35例宮頸癌放療患者腸道放療毒性與基線腸道微生物群間的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，輻射毒性的增加與腸道微生物群多樣性的減少有關(guān)[42]。此外，雖然基線腸道多樣性不能預(yù)測治療結(jié)束時的腸道毒性，但在毒性較低的患者中發(fā)現(xiàn)了與梭狀芽孢桿菌屬相關(guān)的特征。放療可以在宮頸癌免疫治療前調(diào)節(jié)腸道菌群并提供一種替代方法，不僅可以提高宮頸癌患者的治療效果，還可以改善治療相關(guān)的毒性。

4 小結(jié)與展望

綜上所述，腸道微生物群在腫瘤中的作用，使腸道菌群成為抗腫瘤治療的一個有希望的策略。既往臨床對腸道微生物群對腫瘤和免疫治療的影響進(jìn)行總結(jié)，但對其潛在機(jī)制仍不太了解。此外，關(guān)于如何調(diào)節(jié)腸道菌群以提高腫瘤免疫治療效果，仍有一些挑戰(zhàn)。目前尚不明確腸道微生物的哪種特殊成分最能提高抗腫瘤免疫反應(yīng)，哪種方法可以改善腸道菌群，必須在臨床試驗(yàn)中加以詳細(xì)檢測。只有全面了解這些相互作用，才能更好地調(diào)節(jié)腸道微生物群，以增強(qiáng)宿主的抗腫瘤免疫反應(yīng)，并可能改善免疫監(jiān)測。此外，未來的研究也需要闡明腸道菌群對宮頸癌免疫治療的直接和間接作用機(jī)制，從而建立一種基于靶向治療（特定飲食、益生菌）的腸道菌群調(diào)節(jié)的治療新方法。