牙周致病菌與結(jié)直腸癌關(guān)系的研究進(jìn)展

鮮文攀，任彪，程磊

1.口腔疾病研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室國(guó)家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院牙體牙髓病科，四川成都（610041）；2.口腔疾病研究國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室國(guó)家口腔疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心四川大學(xué)華西口腔醫(yī)院，四川成都（610041）

結(jié)直腸癌（colorectal cancer，CRC）是世界上第三大最常見(jiàn)的惡性腫瘤和第二大癌癥死亡原因，其發(fā)生發(fā)展目前認(rèn)為是由飲食、環(huán)境、菌群失調(diào)及遺傳因素等共同作用引起的［1-3］。2021 年世界衛(wèi)生組織發(fā)布的全球腫瘤流行病統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，2020 年CRC 占全球癌癥病例新增人數(shù)的10.0%和死亡人數(shù)的9.4%，預(yù)計(jì)到2040 年全球癌癥負(fù)擔(dān)將比2020 年增加47%［4］。近幾年來(lái)我國(guó)CRC 患病人數(shù)及死亡率不斷升高，已成為嚴(yán)重危害居民生命健康的疾病之一，加重了國(guó)家的醫(yī)療負(fù)擔(dān)［5］。近些年的研究發(fā)現(xiàn)，牙周炎與CRC 發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)［6,7］。

具核梭桿菌（Fusobacterium nucleatum，F(xiàn)n）與牙齦卟啉單胞菌（Porphyromonas gingivalis，Pg）作為牙周炎致病優(yōu)勢(shì)菌，在CRC 患者的病變組織中也有檢出［8］。近幾年關(guān)于病原微生物與CRC 發(fā)生發(fā)展關(guān)系的研究成為一個(gè)熱點(diǎn)，有學(xué)者提出通過(guò)對(duì)口腔內(nèi)特定菌群的控制達(dá)到早期預(yù)防和治療腫瘤的目的［9］，這可能為CRC 的防治提供新的思路。本文就Fn及Pg與CRC 關(guān)系的研究作一綜述，旨在為CRC 的診斷及防治提供新方向。

1 具核梭桿菌與結(jié)直腸癌的關(guān)系

1.1 具核梭桿菌在腸道定植并促進(jìn)腸道炎癥反應(yīng)與調(diào)控信號(hào)通路

盡管已有研究表明Fn與CRC 發(fā)生發(fā)展相關(guān)，但未明確其在腸道定植及持續(xù)存在機(jī)制。近期Zheng 等［10］研究發(fā)現(xiàn)Fn可以介導(dǎo)人結(jié)腸癌細(xì)胞血管生成素樣蛋白4（angiopoietin-like 4，ANGPTL4）的表達(dá)，促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞對(duì)葡萄糖的攝取及糖酵解，這是Fn定植的必需條件，證實(shí)了Fn誘導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞代謝重編程為其在CRC 中的富集及持續(xù)存在創(chuàng)造了條件。

FadA 作為Fn關(guān)鍵毒力因子，可以通過(guò)刺激炎癥因子釋放導(dǎo)致炎癥反應(yīng)性損傷和調(diào)節(jié)腫瘤相關(guān)通路影響結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展［11］。Guo 等［12］發(fā)現(xiàn)Fn以FadA 依賴(lài)的方式激活E-鈣黏蛋白/β-連環(huán)蛋白通路，上調(diào)細(xì)胞周期檢測(cè)點(diǎn)激酶2（checkpointkinsase2，chk2），誘導(dǎo)CRC 細(xì)胞（HCT29、HT116）DNA損傷和促進(jìn)腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)。同時(shí)，Yang 等［13］發(fā)現(xiàn)Fn感染的小鼠結(jié)腸癌細(xì)胞通過(guò)激活TLR4/MYD88信號(hào)通路激活核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）上調(diào)miRNA-21 的表達(dá)，調(diào)節(jié)RAS p21 蛋白激活因子-1（RAS p21 protein activator 1，RASA-1）的表達(dá)并激活MAPK 通路，促進(jìn)結(jié)腸癌細(xì)胞增殖和腫瘤發(fā)展。Rubinstein 等［14］使用體外癌癥進(jìn)展模型第一次詳細(xì)研究膜聯(lián)蛋白A1（Annexin A1，ANXA1）在癌癥中的分子機(jī)制及其與促癌微生物的相互作用，發(fā)現(xiàn)FadA 黏附素通過(guò)E-鈣黏蛋白上調(diào)ANXA1 的表達(dá)，并且相比于非癌細(xì)胞，癌細(xì)胞中存在FadA 和ANXA1 之間的正反饋回路，提出ANXA1 是Fn通過(guò)Wnt/β-catenin 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路調(diào)節(jié)腫瘤發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵成分。FadA 黏附素是Fn的關(guān)鍵毒力因子，其相關(guān)研究在對(duì)探究Fn致病機(jī)制及防治（如疫苗）方面具有重要意義，這也提示往后研究能否將其作為防治結(jié)直腸癌的靶點(diǎn)，以期為結(jié)直腸癌的預(yù)防提供方法，為結(jié)直腸癌患者治療效果及預(yù)后改善提供思路。

過(guò)往研究表明炎癥反應(yīng)是腫瘤發(fā)生發(fā)展的確切因素之一，F(xiàn)n通過(guò)介導(dǎo)血管生成素樣蛋白4 的表達(dá)為其在腸道的富集和持續(xù)存在創(chuàng)造條件［10］，并通過(guò)多種途徑刺激炎癥因子的釋放和激活腫瘤相關(guān)信號(hào)通路，調(diào)控結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展。

1.2 具核梭桿菌介導(dǎo)免疫逃逸

免疫逃逸是腫瘤特征之一，腫瘤細(xì)胞通過(guò)逃避免疫系統(tǒng)識(shí)別及攻擊腫瘤細(xì)胞以利于其在體內(nèi)生存和增殖［15］。近幾年的研究表明Fn可以通過(guò)抑制免疫細(xì)胞功能或者誘導(dǎo)細(xì)胞因子釋放調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)達(dá)到免疫逃逸目的，影響CRC 的發(fā)生發(fā)展。Gur 等［16］發(fā)現(xiàn)Fn通過(guò)Fap2 蛋白與人類(lèi)抑制性受體TIGIT 的相互作用以及結(jié)合并激活抑制性受體癌胚抗原相關(guān)細(xì)胞黏附分子-1（carcinoembryonic antigen related cell adhesion molecule-1，CEACAM-1）［17］來(lái)抑制自然殺傷細(xì)胞（natural killer cell，NK）的細(xì)胞毒作用和腫瘤浸潤(rùn)淋巴細(xì)胞的活性，抑制人體免疫細(xì)胞的抗腫瘤作用，達(dá)到免疫逃逸的目的。Casasanta 等［18］發(fā)現(xiàn)Fn通過(guò)Fap2 侵入大腸癌細(xì)胞（HCT116），誘導(dǎo)促炎癥細(xì)胞因子IL-8 和趨化因子CXCL1（C-X-C motif chemokine ligand 1）的分泌調(diào)節(jié)免疫信號(hào)，導(dǎo)致腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞和成纖維細(xì)胞的募集增加，引起腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移。腫瘤的免疫反應(yīng)是腫瘤發(fā)生發(fā)展過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，F(xiàn)n通過(guò)介導(dǎo)結(jié)直腸癌細(xì)胞的免疫逃逸，可能會(huì)進(jìn)一步加快腫瘤的增殖、侵襲及轉(zhuǎn)移，但是同時(shí)這也為通過(guò)免疫方式治療結(jié)直腸癌提供了思路。

1.3 具核梭桿菌與結(jié)直腸癌預(yù)后的關(guān)系

具核梭桿菌數(shù)量與患者生存期的長(zhǎng)短有關(guān)，對(duì)結(jié)直腸癌的轉(zhuǎn)移、治療、復(fù)發(fā)和預(yù)后都有影響。Colov 等［19］對(duì)腸道菌群與結(jié)直腸癌手術(shù)預(yù)后之間的關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)高水平Fn可能引起患者總體生存率水平下降，與結(jié)直腸癌手術(shù)預(yù)后有關(guān)。除了手術(shù)治療，F(xiàn)n還會(huì)影響化療效果。Kunzmann等［20］發(fā)現(xiàn)Fn通過(guò)TLR4/NF-κB 通路上調(diào)人類(lèi)CRC細(xì)胞（HCT116、HT29）中BIRC3（baculoviral iap repeat containing 3）基因表達(dá)，降低CRC 細(xì)胞對(duì)5-氟尿嘧啶的化療敏感性，同時(shí)，對(duì)CRC 患者Fn感染與術(shù)后化療抗性的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)在根治性手術(shù)后接受輔助化療的晚期CRC 患者中，高豐度Fn與化療耐藥相關(guān)。Fn感染誘導(dǎo)BIRC3 上調(diào)與5-氟尿嘧啶耐藥的關(guān)系也提示能否將其作為晚期CRC 患者治療的靶點(diǎn)以改善化療效果。Chen 等［21］對(duì)有轉(zhuǎn)移和無(wú)轉(zhuǎn)移CRC 組織的Fn數(shù)量分析發(fā)現(xiàn)有轉(zhuǎn)移的癌組織中Fn豐度更高，表明Fn感染增加了癌細(xì)胞活性，同時(shí)上調(diào)CARD3 的表達(dá)，促進(jìn)細(xì)菌感染免疫應(yīng)答過(guò)程中的細(xì)胞自噬和炎癥反應(yīng)，促進(jìn)CRC的轉(zhuǎn)移。Bullman 等［22］通過(guò)小鼠結(jié)腸腺癌異種移植實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在原發(fā)性結(jié)直腸腺癌及其肝轉(zhuǎn)移癌組織中均存在Fn，異種移植人類(lèi)原發(fā)性結(jié)直腸腺癌的小鼠被發(fā)現(xiàn)在連續(xù)傳代過(guò)程中保留了活的Fn及相關(guān)的微生物群。用甲硝唑治療攜帶結(jié)腸癌異種移植瘤的小鼠，可降低Fn載量、癌細(xì)胞增殖和整體腫瘤生長(zhǎng)，表明Fn在結(jié)直腸癌的轉(zhuǎn)移過(guò)程中發(fā)揮著協(xié)同作用。Mima 等［23］通過(guò)建立1 069 例結(jié)直腸癌流行病學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)并測(cè)量癌組織中的FnDNA，發(fā)現(xiàn)CRC 組織中FnDNA 數(shù)量與患者生存期短有關(guān)，并可能作為預(yù)后的生物標(biāo)志物。Fn通過(guò)調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的代謝重編程為其在腸道定植及持續(xù)存在創(chuàng)造條件，而后可以通過(guò)介導(dǎo)炎癥反應(yīng)、激活腫瘤發(fā)生相關(guān)通路、抑制機(jī)體免疫反應(yīng)引起免疫逃逸等途徑促進(jìn)結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展，其還可以通過(guò)影響結(jié)直腸癌細(xì)胞的化療敏感性導(dǎo)致患者的不良預(yù)后。

2 牙齦卟啉單胞菌與結(jié)直腸癌的關(guān)系

2.1 牙齦卟啉單胞菌影響結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展

Pg可以通過(guò)調(diào)控細(xì)胞凋亡影響結(jié)腸癌的發(fā)生發(fā)展。熱休克蛋白-27（heat shock protein-27，HSP-27）是一個(gè)涉及細(xì)胞生長(zhǎng)、細(xì)胞凋亡、腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移等功能的重要蛋白［24］。研究表明Pg核苷二磷酸激酶同源物（Nucleoside-diphosphate-kinase homologue inPorphyromonas gingivalis，Pg-Ndk）可以通過(guò)磷酸化HSP-27 消除上皮細(xì)胞死亡。Lee 等［25］使用Pg-Ndk 菌株和缺陷菌株進(jìn)行功能性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Pg-Ndk 菌株感染牙齦上皮細(xì)胞（gingival epithelial cell，GEC）HSP-27 明顯增加，而缺陷株則相反，通過(guò)GFP 標(biāo)記的NDK 轉(zhuǎn)染后其HSP-27 明顯上升。體外磷酸化實(shí)驗(yàn)顯示Pg-Ndk 可以直接磷酸化HSP-27的78 和82 位絲氨酸。在感染過(guò)程中，通過(guò)siRNA清除HSP-27 可顯著逆轉(zhuǎn)對(duì)星形孢菌素介導(dǎo)的凋亡的抵抗。重組Pg-NDK 蛋白導(dǎo)入GEC 可顯著降低星形孢菌素誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。這表明細(xì)菌效應(yīng)物Pg-Ndk 的HSP-27 磷酸化作用和對(duì)宿主細(xì)胞凋亡的抑制作用可能促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖，影響CRC的發(fā)生發(fā)展。

除了通過(guò)影響細(xì)胞凋亡，Pg還可以通過(guò)調(diào)控細(xì)胞分裂周期促進(jìn)癌細(xì)胞增殖。Mu 等［26］建立Pg侵襲人大腸癌細(xì)胞S1 的急性感染模型，觀察到Pg在感染后幾小時(shí)內(nèi)黏附并侵入宿主細(xì)胞，顯著促進(jìn)大腸癌細(xì)胞增殖，細(xì)胞周期分析顯示S 期細(xì)胞比例增加，而牙齦素缺陷株促進(jìn)癌細(xì)胞增殖的能力降低，表明牙齦素與大腸癌細(xì)胞的增殖有關(guān)。此外，研究者還發(fā)現(xiàn)Pg可通過(guò)激活MAPK/ERK 信號(hào)通路侵襲細(xì)胞，促進(jìn)大腸癌細(xì)胞增殖。Kuboniwa等［27］發(fā)現(xiàn)Pg感染牙齦上皮細(xì)胞后，細(xì)胞周期中發(fā)揮調(diào)控作用的蛋白質(zhì)水平和磷酸化狀態(tài)發(fā)生了廣泛變化，其通過(guò)調(diào)控細(xì)胞周期蛋白及細(xì)胞周期蛋白依賴(lài)性激酶（cyclin dependent kinase，CDK）活化與表達(dá)，下調(diào)p53 水平和PI3K 等涉及細(xì)胞周期通路，加快細(xì)胞周期同時(shí)抑制細(xì)胞凋亡，促進(jìn)異常細(xì)胞增殖及累積，最終可能導(dǎo)致癌變的發(fā)生。

腫瘤微環(huán)境在腫瘤細(xì)胞的增殖過(guò)程中也發(fā)揮著重要的作用，主要表現(xiàn)在免疫細(xì)胞能夠通過(guò)多種細(xì)胞因子調(diào)控腫瘤微環(huán)境影響癌癥進(jìn)展。Wang等［28］的研究證明了感染Pg的ApcMin/+小鼠可以招募腫瘤浸潤(rùn)的髓樣細(xì)胞，激活NOD 樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白-3（NOD-like receptor thermal protein domain associated protein-3，NLRP-3）炎癥體，產(chǎn)生有利于結(jié)直腸腫瘤的促炎微環(huán)境。組織局部微環(huán)境，通過(guò)調(diào)節(jié)炎癥網(wǎng)絡(luò)或免疫細(xì)胞釋放的活性因子，決定了腫瘤微環(huán)境對(duì)于腫瘤細(xì)胞的促進(jìn)或抑制作用。

2.2 牙齦卟啉單胞菌與結(jié)直腸癌預(yù)后的關(guān)系

目前的研究表明，Pg可以通過(guò)抑制免疫反應(yīng)、促進(jìn)腫瘤的轉(zhuǎn)移和進(jìn)展等影響CRC 患者的預(yù)后。免疫調(diào)節(jié)性B7-H1（B7 homolog 1，B7-H1）受體在細(xì)胞免疫應(yīng)答中發(fā)揮重要作用，它可以介導(dǎo)T 細(xì)胞活化和耐受的調(diào)節(jié)，并能夠負(fù)向調(diào)節(jié)激活的T 細(xì)胞的功能和存活。B7-H1 在宿主細(xì)胞中的高表達(dá)可能參與了炎癥疾病的慢性化，并代表了免疫逃避的一種可能機(jī)制。Groeger 等［29］分析了Pg細(xì)胞成分誘導(dǎo)B7-H1 受體表達(dá)的可能性，發(fā)現(xiàn)Pg的膜部分與鱗狀癌細(xì)胞和牙齦角質(zhì)形成細(xì)胞中免疫調(diào)節(jié)受體PD-L1 的上調(diào)有關(guān)。Adel-Khattab 等［30］也發(fā)現(xiàn)Pg肽聚糖可能通過(guò)激活受體結(jié)合絲氨酸蘇氨酸激酶-2（receptor-interacting serine/threonine-protein kinase-2，RIP-2）和MAPK 信號(hào)通路，以核苷酸結(jié)合寡聚域蛋白樣受體依賴(lài)的方式上調(diào)CRC 細(xì)胞系（CL-1）PD-L1，這可能支持癌細(xì)胞的免疫逃逸。Lin 等［31］通過(guò)注射C26 癌細(xì)胞構(gòu)建BALB/c 小鼠腫瘤發(fā)生模型并用Pg潛在毒力因子GroEL 的重組蛋白處理，發(fā)現(xiàn)GroEL 蛋白能夠通過(guò)提高循環(huán)內(nèi)皮祖細(xì)胞水平，促進(jìn)血管生成，加快腫瘤生長(zhǎng)，增加小鼠死亡?；|(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）可以通過(guò)促進(jìn)血管生成、破壞組織學(xué)屏障促進(jìn)腫瘤侵襲及轉(zhuǎn)移，Rezaei 等［32］通過(guò)對(duì)口腔消化道腫瘤患者血清和唾液中MMP 水平進(jìn)行系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)患者血清中MMP1、MMP7、MMP9 水平顯著高于正常人。腫瘤的免疫逃逸及轉(zhuǎn)移與腫瘤患者的不良預(yù)后密切相關(guān)，Pg通過(guò)抑制免疫反應(yīng)和促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移導(dǎo)致結(jié)直腸癌患者的不良預(yù)后，其相關(guān)機(jī)制及效應(yīng)物的研究也為改善患者預(yù)后提供了思路。

3 總結(jié)與展望

Fn與Pg作為牙周炎致病優(yōu)勢(shì)菌，大量研究表明二者與CRC 存在潛在的聯(lián)系，深入研究其關(guān)系對(duì)于消化道腫瘤的防治具有重要的意義。通過(guò)檢測(cè)糞便等的微生物含量對(duì)CRC 進(jìn)行早篩，對(duì)于CRC 的早發(fā)現(xiàn)早治療具有重要意義，同時(shí)也能夠很好地改善患者預(yù)后；通過(guò)研究微生物最初如何進(jìn)入CRC 發(fā)生發(fā)展通路及其對(duì)CRC 的發(fā)生發(fā)展機(jī)制的影響，可以通過(guò)靶向用藥提高CRC 患者治療的療效；基于對(duì)于一些微生物轉(zhuǎn)移途徑的研究，如現(xiàn)有研究普遍認(rèn)為Fn通過(guò)血液或者淋巴系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)移，這為通過(guò)制定疫苗防治CRC 提供了可能；越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)微生物對(duì)于CRC 等消化系統(tǒng)腫瘤的影響不是建立在單一菌種的基礎(chǔ)上的，而是通過(guò)微生物相互作用影響消化系統(tǒng)微生態(tài)，最終對(duì)腫瘤的發(fā)生發(fā)展產(chǎn)生影響，因此研究微生態(tài)與腫瘤的關(guān)系對(duì)于腫瘤的防治具有重要的意義。

筆者認(rèn)為未來(lái)的研究應(yīng)當(dāng)將重點(diǎn)集中在以下幾點(diǎn)：①微生物對(duì)于消化道腫瘤早期診斷的意義；②基于微生物對(duì)于消化系統(tǒng)腫瘤的治療的改善；③基于微生態(tài)理論制定更加完善的消化道腫瘤治療策略；④制定疫苗對(duì)于腫瘤的防治具有開(kāi)創(chuàng)性的意義。

【Author contributions】Xian WP wrote the article.Ren B and Cheng L revised the article.All authors read and approved the final manuscript as submitted.