胃腸道微生物群與胃癌關(guān)系的研究進(jìn)展

唐寶元 田彬彬 劉 倩 魏 紅 羅長(zhǎng)江

人體胃腸道微生物群是一個(gè)主要由病毒、真菌和1000多種細(xì)菌組成的微生態(tài)系統(tǒng),其中許多微生物參與了新陳代謝和免疫調(diào)節(jié)的過(guò)程,對(duì)維持人體的正常生理功能有重要作用[1]。研究表明,胃腸道微生物群可以通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞氧化應(yīng)激、DNA損傷和慢性炎癥來(lái)促進(jìn)癌變[2]。胃癌是消化系統(tǒng)中最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一,在胃癌的病理演變中,腸上皮化生和異型增生是慢性胃炎向胃癌發(fā)展過(guò)程中的重要轉(zhuǎn)折點(diǎn),故稱之為胃癌癌前病變(gastric premalignant condition,GPC)[3]。近年來(lái),越來(lái)越多的證據(jù)表明,胃腸道微生物群在GPC和胃癌的發(fā)生、發(fā)展中具有重要作用。其中,幽門螺桿菌感染是胃癌發(fā)生最主要的危險(xiǎn)因素,但研究表明只有3%的幽門螺桿菌患者最終會(huì)發(fā)展為胃癌,在某些情況下,即使在根除幽門螺桿菌后仍會(huì)觀察到癌癥進(jìn)展[4]。因此,在胃癌發(fā)生中,胃腸道中的其他微生物群可能與幽門螺桿菌發(fā)揮協(xié)同作用,并且,其他細(xì)菌、真菌與病毒也可能與胃癌的發(fā)生有關(guān)。Coker等[5]研究發(fā)現(xiàn),胃癌與淺表性胃炎,萎縮性胃炎和腸化生等疾病之間微生物多樣性和豐度的差異,表明微生物生態(tài)失調(diào)也促進(jìn)了胃癌的發(fā)生。本文主要就不同種類的胃腸道微生物群及其代謝物以及菌群失衡與胃癌的關(guān)系進(jìn)行綜述。

一、健康人體的胃腸道微生物群

過(guò)去人們認(rèn)為健康人體的胃是無(wú)菌器官,胃部的強(qiáng)酸環(huán)境也被認(rèn)為不利于細(xì)菌和真菌的定植,但幽門螺桿菌的發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)消除了胃是“無(wú)菌器官”的傳統(tǒng)觀念,分子技術(shù)的發(fā)展也證明了胃內(nèi)存在多種微生物群落[6]。并且,不同的細(xì)菌群落會(huì)定植在胃的不同區(qū)域,根據(jù)豐度不同,可將其分為優(yōu)勢(shì)微生物群落和次級(jí)微生物群落[7]。目前,胃腸道微生物群形成的機(jī)制尚未得到充分闡明,人們普遍認(rèn)為幽門螺桿菌感染,長(zhǎng)期使用抗生素,質(zhì)子泵抑制劑等多種因素都可以改變胃腸道微環(huán)境并影響微生物群的定植[8]?？傮w而言,變形桿菌、厚壁菌、擬桿菌、梭桿菌和放線菌門是健康受試者胃微生物群的主要細(xì)菌成分,而乳酸桿菌、鏈球菌和丙酸桿菌是胃中最具特征性的細(xì)菌屬[9]。

真菌在胃內(nèi)微生物群所占比例很低,但真菌也是人類胃腸道微生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。研究表明,健康成年人的胃腸道都可以檢測(cè)到真菌,人類胃腸道中最常見(jiàn)的真菌屬是念珠菌屬、酵母菌屬和枝孢菌屬[10,11]。胃腸道真菌群落不僅在維持胃腸道穩(wěn)態(tài)發(fā)揮著重要作用,還可以與其他腸道微生物相互作用,調(diào)節(jié)人體免疫系統(tǒng)[12]。由于對(duì)真菌菌群的研究較少,人體免疫系統(tǒng)和真菌的相互作用尚未明確。Zhu等[13]研究發(fā)現(xiàn),腸道真菌可以引起細(xì)胞炎性反應(yīng)和腫瘤發(fā)生,表明其作為潛在的病原體不容忽視。腸道微生物中病毒的組分主要取決于個(gè)體的年齡、生活方式以及是否存在其他微生物群。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn),人類皰疹病毒7(human herpesvirus 7,HHV-7)可能與胃上皮細(xì)胞中胃蛋白酶原等基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)增加有關(guān),并且其有助于保護(hù)和修復(fù)胃腸道黏膜[14]。綜上所述,盡管人們對(duì)胃腸道微生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性有了更多的了解,但是,關(guān)于胃腸道微生物群調(diào)節(jié)人體健康和疾病的機(jī)制研究仍處于早期階段,需要進(jìn)一步的研究來(lái)解釋胃腸道微生物群在不同胃病中的潛在致病作用。

二、胃腸道微生物群與胃癌的關(guān)系

1.細(xì)菌:近年來(lái)許多研究證實(shí),胃病患者與健康個(gè)體的胃腸道菌群在組成、數(shù)量和結(jié)構(gòu)方面存在顯著差異,胃腸道菌群的不平衡可以誘發(fā)胃炎、胃潰瘍或其他胃部疾病,促進(jìn)了GPC和胃癌的發(fā)展。幽門螺桿菌感染是引發(fā)胃癌的主要因素,其通過(guò)多種機(jī)制引發(fā)慢性炎癥,胃黏膜免疫功能抑制和胃酸分泌減少,直接或間接促進(jìn)GPC和胃癌的發(fā)生、發(fā)展,根除幽門螺桿菌可以預(yù)防胃癌已經(jīng)成為共識(shí)[15]。然而,一些研究指出,根除幽門螺桿菌會(huì)引起胃腸道微生物群的組成發(fā)生改變,導(dǎo)致人體免疫系統(tǒng)功能減弱,進(jìn)而促進(jìn)胃癌的進(jìn)展。因此,正常胃腸道微生物群的組成和功能的改變也可能會(huì)引起胃癌。

研究表明,Ⅱ型固有淋巴細(xì)胞(type Ⅱ innate lymphoid cell,ILC2s)維持了胃菌群在人體內(nèi)的平衡,并且,ILC2s的存在依賴于胃內(nèi)微生物群。幽門螺桿菌可能會(huì)引起胃腸道微環(huán)境的改變,導(dǎo)致胃內(nèi)菌群失調(diào),進(jìn)而通過(guò)維持黏膜表面的慢性炎癥,誘導(dǎo)遺傳毒性來(lái)促進(jìn)胃癌的發(fā)展[16]。一項(xiàng)回顧性研究通過(guò)16SrRNA測(cè)序的方法分析了胃活檢樣本中的細(xì)菌成分,研究發(fā)現(xiàn),在根除幽門螺桿菌1年后的胃炎患者中,魯氏不動(dòng)桿菌、咽峽炎鏈球菌和羅爾斯頓菌增加,而羅氏菌屬和鞘脂單胞菌屬的數(shù)量下降,并且在沒(méi)有幽門螺桿菌感染的胃炎患者中檢測(cè)出不動(dòng)桿菌屬、羅爾斯頓菌屬、放線桿菌屬和歐文菌屬的富集。研究還發(fā)現(xiàn),胃萎縮和化生的持續(xù)進(jìn)展可能與鏈球菌、細(xì)小單胞菌、普雷沃菌、羅思氏菌和粒狀菌等病原微生物的增加有關(guān)[17]。上述研究表明,單獨(dú)的幽門螺桿菌根除治療并不能防止GPC的發(fā)生,胃腸道菌群的改變也會(huì)促進(jìn)GPC和胃癌的發(fā)生。

微生物群多樣性與胃癌之間的關(guān)系尚在探索中,但已有一些研究表明,微生物菌群失調(diào)可能與胃癌的發(fā)生有關(guān)。目前,最具爭(zhēng)議的問(wèn)題是幽門螺桿菌對(duì)胃腸道微生態(tài)的影響[18]。一些研究認(rèn)為,幽門螺桿菌定植對(duì)胃腸道菌群的影響并不明顯。然而,也有研究認(rèn)為,幽門螺桿菌的定植可以改變胃腸道微環(huán)境,使得條件變得適合某些微生物群落,但不再適合原始微生物群落的生存[19]。與慢性胃炎患者比較,胃癌患者中螺旋桿菌和奈瑟菌的豐度明顯降低,而無(wú)色桿菌、檸檬酸桿菌、葉狀桿菌、梭狀芽胞桿菌、紅球菌和乳酸桿菌的豐度顯著增加[20]。此外,通過(guò)計(jì)算生態(tài)失調(diào)指數(shù)發(fā)現(xiàn),與使用單個(gè)菌屬比較,生態(tài)失調(diào)指數(shù)可以提高檢測(cè)胃癌的敏感度和特異性,這表明微生物群落的改變比單個(gè)種屬群的變化更有助于胃癌的發(fā)展[18]。綜上所述,幽門螺桿菌是導(dǎo)致胃癌發(fā)生的主要細(xì)菌,但胃腸道微生態(tài)失調(diào)也會(huì)引起胃癌進(jìn)展。并且,胃腸道菌群組分和豐度的改變可能與各種胃腸道疾病的發(fā)生有關(guān)。

2.真菌:雖然真菌菌群在胃腸道腫瘤中的作用仍未得到充分研究,但越來(lái)越多的證據(jù)表明,腸道真菌菌群失衡與癌癥的發(fā)生有關(guān)。研究表明,在健康人體中,白色念珠菌與其他真菌和細(xì)菌共同維持了胃腸道微環(huán)境的穩(wěn)態(tài)[21]。但有研究發(fā)現(xiàn),胃內(nèi)的白色念珠菌通過(guò)降低胃中真菌的多樣性和豐度來(lái)介導(dǎo)胃癌的發(fā)展,并且,白色念珠菌在胃癌患者中過(guò)度定植,具有作為胃癌生物學(xué)標(biāo)志物潛力。此外,有研究發(fā)現(xiàn),缺乏C型凝集素受體dectin-3會(huì)觸發(fā)異常的免疫細(xì)胞代謝和致瘤細(xì)胞因子信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),使得白色念珠菌數(shù)量增加,直接促進(jìn)結(jié)腸癌的發(fā)生和發(fā)展。并且,白色念珠菌超負(fù)荷引起會(huì)小鼠腸道上皮巨噬細(xì)胞分泌白細(xì)胞介素(interleukin,IL)-7,IL-7可以誘導(dǎo)IL-22的分泌,促進(jìn)胃腸道炎癥和癌癥發(fā)生[22]。綜上所述,真菌可能參與了胃腸道腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。但是,由于對(duì)真菌微生物群的分布及其功能知之甚少,因此,需要進(jìn)一步的研究來(lái)解釋胃內(nèi)真菌的豐度和多樣性的改變對(duì)胃腸道疾病中的潛在致病作用。

3.病毒:病毒也是腸道微生物群的一部分,在人體內(nèi)的比例低于細(xì)菌,但已證明病毒在胃腸道內(nèi)微生物生態(tài)系統(tǒng)中穩(wěn)定存在。病毒可以通過(guò)改變?cè)谖改c道微生物的豐度、感染上皮細(xì)胞或調(diào)節(jié)細(xì)菌群參與胃腸道癌癥的發(fā)病。目前,已知有幾種病毒與癌癥的發(fā)生有關(guān),包括巨細(xì)胞病毒、人皰疹病毒8、人乳頭瘤病毒、乙型肝炎病毒、丙型肝炎病毒、和愛(ài)潑斯坦-巴爾病毒(Epstein-Barr virus,EBV)。其中,EBV是最先被發(fā)現(xiàn)與人類腫瘤相關(guān)的DNA病毒。據(jù)估計(jì),EBV相關(guān)胃癌(EBV-associated gastric cancer,EBVaGC)占全球所有胃癌病例的10%。EBV在腫瘤發(fā)生中的作用涉及其自身基因的表達(dá)和宿主基因組的調(diào)節(jié)。有研究指出,EBV主要通過(guò)與其感染的B淋巴細(xì)胞進(jìn)入胃上皮細(xì)胞,隨后,EBV基因組作為游離基因被轉(zhuǎn)錄為EBER、EBNA1、LMP1、LMP2A、BARTmiRNA和BARF1,其中, EBNA1和LMP2A可以通過(guò)宿主抑癌基因啟動(dòng)子的CpG島甲基化促進(jìn)腫瘤發(fā)生[23]。EBV非編碼RNA(EBV-non coding RNAs,EBERS)通過(guò)下調(diào)miR-200家族基因,降低E-鈣黏蛋白表達(dá)是EBV致癌的關(guān)鍵步驟。此外,EBV與幽門螺桿菌在促進(jìn)慢性炎癥和組織損傷,以及細(xì)胞癌變的過(guò)程中具有協(xié)同作用。

一項(xiàng)前瞻性研究表明,血漿EBV水平是胃癌復(fù)發(fā)和化療敏感度的良好標(biāo)志。血漿EBV水平在手術(shù)和化療后降低,并在疾病進(jìn)展期間增加,這些結(jié)果表明,EBV在胃癌發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。EBVaGC具有明確的分子特征,TCGA分析顯示,80%的EBVaGC具有PIK3CA突變,以及JAK2、CD274(PD-L1)和PDCD1LG2(PD-L2)基因的擴(kuò)增。ARID1A(55%)和BCOR(23%)基因的突變也很常見(jiàn),而TP53缺陷在這種胃癌亞型中卻不常見(jiàn)。

PD-L1的過(guò)表達(dá)是EBVaGC的特征之一。有研究發(fā)現(xiàn),PD-L1高表達(dá)的EBVaGC細(xì)胞強(qiáng)烈抑制T淋巴細(xì)胞增殖,并且IFN-γ信號(hào)通路參與了PD-L1的表達(dá)上調(diào)。將EBVaGC細(xì)胞與PD-1陽(yáng)性T淋巴細(xì)胞共培養(yǎng)后,EBVaGC細(xì)胞周圍的T淋巴細(xì)胞生長(zhǎng)停滯在了G0/G1期,而用抗PD-L1藥物處理EBVaGC細(xì)胞后可以部分消除T淋巴細(xì)胞的生長(zhǎng)停滯[24]。此外,EBVaGC內(nèi)高密度的 CD8+T 細(xì)胞和低密度的 CD204+巨噬細(xì)胞組成的特定腫瘤微環(huán)境有助于腫瘤的進(jìn)展及其免疫抑制[21]。因此,免疫檢查點(diǎn)阻斷治療可能會(huì)使EBVaGC患者獲益。綜上所述, EBV通過(guò)多種方式促進(jìn)癌癥發(fā)生和發(fā)展,EBVaGC是與EBV感染相關(guān)的一種獨(dú)特胃癌亞型,進(jìn)一步探索EBV感染在胃癌發(fā)生中的具體機(jī)制,將為EBVaGC的腫瘤和預(yù)防提供有效的線索。

三、腸道微生物代謝產(chǎn)物與胃癌的關(guān)系

研究表明,腸道微生物代謝物在胃腸道腫瘤發(fā)生和進(jìn)展過(guò)程種具有重要作用,其主要包括包括短鏈脂肪酸 (short-chain fatty acids,SCFAs)、多胺以及N-亞硝基化合物和乳酸。其中一些細(xì)菌代謝產(chǎn)物如多胺,可以引起細(xì)胞周期的改變,并通過(guò)轉(zhuǎn)錄和表觀遺傳調(diào)節(jié)免疫反應(yīng),在腫瘤發(fā)生及其免疫抑制中發(fā)揮重要作用[25]。SCFAs主要由不消化的碳水化合物經(jīng)細(xì)菌酵解而成,主要包括丁酸鹽、丙酸鹽和乙酸鹽,有研究證明,丁酸鹽有利于維持微生物群的穩(wěn)態(tài)和腸道屏障的完整性,可以抑制炎癥和腫瘤的發(fā)展。此外,在胃癌早期,脲酶和細(xì)菌鞭毛的合成顯著減少,碳水化合物降解減少而糖酵解增強(qiáng),表明微生物代謝產(chǎn)物可以影響細(xì)胞的代謝和正常的生理功能。綜上,微生物代謝產(chǎn)物可以通過(guò)多種方式調(diào)節(jié)細(xì)胞的代謝以及人體的免疫反應(yīng),進(jìn)而影響癌癥的發(fā)生,進(jìn)一步的研究可能會(huì)為飲食、腸道菌群和癌癥發(fā)生之間的關(guān)系提供新的理解。

四、展 望

目前,胃腸道微生物群在胃癌病理機(jī)制中的研究仍處于早期階段,但研究者已經(jīng)確定胃腸道微生物群與胃癌的發(fā)生機(jī)制密切相關(guān)。不同的微生物群都可能影響胃癌發(fā)生和進(jìn)一步發(fā)展,但環(huán)境和宿主遺傳等因素也會(huì)影響致癌過(guò)程。因此,不能單一分析癌癥患者的腸道微生物群落,而忽略了腸道微生物群與宿主生理功能之間的相互作用。腸道微生物群的作用機(jī)制是未來(lái)研究的重點(diǎn)方向,通過(guò)對(duì)胃癌患者的微生物群進(jìn)行分析,篩選出胃癌中高度特異的微生物群,特殊菌群及其代謝物可以作為胃癌的潛在預(yù)后、診斷和治療標(biāo)志物。此外,根除某些細(xì)菌可以帶來(lái)短期的療效,但也會(huì)導(dǎo)致菌群失衡,促進(jìn)疾病進(jìn)展。因此,未來(lái)研究應(yīng)該將胃腸道菌群視為人體微生態(tài)系統(tǒng)的一部分,試圖從共生的角度來(lái)恢復(fù)機(jī)體與微生態(tài)系統(tǒng)的平衡。