腸道微生態(tài)與胰腺癌的相關(guān)研究進(jìn)展

秦雨萌,沙 杰

秦雨萌,沙杰,靖江市人民醫(yī)院 江蘇省泰州市 214500

0 引言

人體微生態(tài)包含了機(jī)體不同部位的生物群落,比如皮膚、口腔、呼吸道、消化道、生殖道等.其中,腸道微生態(tài)(intestinal microecology,IM)數(shù)量最大、功能最復(fù)雜.人體腸道微生物(gut microbiota,GM)已知有細(xì)菌、古菌、真菌和病毒組成,正常成年人的腸道細(xì)菌由厚壁菌門和擬桿菌門主導(dǎo),此外還存在放線菌門、變形菌門、梭桿菌門和疣微菌門等[1].健康情況下,GM與宿主處于相互依賴又制約的穩(wěn)定狀態(tài),當(dāng)這種穩(wěn)態(tài)被抗生素、疾病、創(chuàng)傷等因素破壞,腸道菌落的構(gòu)成種類、數(shù)量、比例、共生部位和代謝特征會發(fā)生改變,稱為腸道微生態(tài)失調(diào)(microbiota dysbiosis,MD),MD與多種疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān).16S rRNA基因測序是當(dāng)前研究微生物群落組成和分布的重要手段[2].此外,腸道微生態(tài)治療,如益生菌、益生元、糞菌移植(fecal microbiota transplantation,FMT)等,作為新興的治療方法,能協(xié)助重構(gòu)患者IM,促進(jìn)GM恢復(fù)平衡,以達(dá)到緩解病情、改善預(yù)后的目的.

胰腺癌(pancreatic cancer,PC)作為預(yù)后最差的惡性實體腫瘤之一,因其起病隱匿、致病機(jī)制不清、早期篩查及診斷困難,常在明確診斷時就已屬晚期.胰腺導(dǎo)管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma,PDAC)是PC最常見的病理類型,占PC的80%-90%.PC的治療方法目前較有限,外科根治性手術(shù)是可能治愈PC的重要手段,但能夠接受手術(shù)者僅占少數(shù),且術(shù)后五年生存率仍低于30%.放化療、免疫治療等手段也未取得滿意的效果[3,4].

胰腺不直接與消化道的菌群接觸,且胰腺能分泌大量強(qiáng)堿性的胰液,被認(rèn)為不適宜微生物生存,過去很長一段時間,胰腺被認(rèn)為是一個無菌器官.直到2020年前后在PC腫瘤組織和囊性液中檢測到了豐富的微生物菌群[5-7],揭示了IM可能與PC的致病過程相關(guān),“腸—胰腺軸”的概念被提出.近幾年來,人們對IM參與PC致病機(jī)制、診療干預(yù)、評估預(yù)后等方面進(jìn)行了大量的研究,本文就該領(lǐng)域所取得的主要研究進(jìn)展進(jìn)行述評,以便同行參閱學(xué)習(xí).

1 腸道微生態(tài)參與胰腺癌發(fā)生發(fā)展

GM一般可通過激活致癌信號、增強(qiáng)致癌代謝途徑、改變癌細(xì)胞增殖、觸發(fā)抑制腫瘤免疫的慢性炎癥等方式促進(jìn)癌癥的發(fā)生和發(fā)展[8,9].吸煙、肥胖、糖尿病、飲酒、慢性胰腺炎、遺傳易感基因等是PC發(fā)生的危險因素[10,11],PC的發(fā)生發(fā)展涉及一個多因素參與的多步驟復(fù)雜變化的過程,其中持續(xù)引起機(jī)體內(nèi)組織結(jié)構(gòu)、代謝和基因表達(dá)的異常,現(xiàn)有的研究成果尚難完全闡明具體病因和病機(jī)[12].

1.1 口腔、消化道中的潛在致病菌群 Li等[13]發(fā)現(xiàn),牙周病是PC的危險因素,誘發(fā)牙周病的口腔微生物能遷移、定植到胰腺、腎臟等其他遠(yuǎn)處組織.一項薈萃分析提示,暴露于牙齦卟啉單胞菌(引起牙周病的重要致病微生物之一)可能會導(dǎo)致PC患病風(fēng)險增加,在PC患者的唾液、舌苔中發(fā)現(xiàn)了高水平的牙齦假單胞菌及其相關(guān)放線菌的存在[14].Herremans等[15]研究發(fā)現(xiàn),長鏈奈瑟菌、鏈球菌等細(xì)菌在PC與健康人群口腔中豐度明顯不同.關(guān)于感染幽門螺桿菌(Helicobacter pylori,H.pylori)是否增加PC致病風(fēng)險,當(dāng)前相關(guān)研究尚未有定論,未來需要更大樣本量、高質(zhì)量的前瞻性隊列研究,兼顧到不同種族人群、不同H.pylori菌株和混雜因素等來進(jìn)一步探索[16,17].

盡管真菌在GM中的數(shù)量要遠(yuǎn)少于細(xì)菌,但多項研究表明腸道真菌與PC發(fā)病相關(guān).Ost和Round檢測發(fā)現(xiàn)[18],在PC患者糞便和PDAC小鼠胰腺組織中均檢測到豐富的真菌,馬拉色菌屬(Malassezia globosa)是其中數(shù)量最多的真菌.該研究進(jìn)一步對PDAC小鼠進(jìn)行抗真菌治療,發(fā)現(xiàn)抗真菌治療減小了腫瘤大小并增強(qiáng)了化療的效果.當(dāng)用馬拉色菌和另外三種真菌分別重新接種給去除真菌的PDAC小鼠時,只有馬拉色菌定植的小鼠的腫瘤體積比真菌缺失的小鼠大,表明在PC環(huán)境下馬拉色菌可能驅(qū)動MBL信號傳導(dǎo),促進(jìn)腫瘤生長[19].Alam等[20]發(fā)現(xiàn),在PDAC組織中高表達(dá)的IL-33能在真菌(主要是交鏈孢霉屬)的驅(qū)動下招募并激活輔助型T細(xì)胞Ⅱ和固有淋巴細(xì)胞Ⅱ,進(jìn)而分泌促腫瘤細(xì)胞因子來加快病情進(jìn)展.由此可見,腸道真菌有希望成為PC干預(yù)的靶點.

1.2 胰腺癌患者的腸道菌群特征 PC患者的GM與健康人不同.Mendez等[21]評估了PDAC小鼠和患者的腸道組織及其代謝產(chǎn)物,其發(fā)現(xiàn),在PDAC發(fā)生發(fā)展的早期,GM中致病和產(chǎn)生脂多糖的變形菌門增加,厚壁菌門減少[22].Del Castillo等[23]發(fā)現(xiàn)PC的GM中乳酸桿菌豐度下降,也有研究顯示假長雙歧桿菌在PC腸道中富集[24].整體趨勢表現(xiàn)為潛在致病菌的豐度增加和有益菌的減少[25].在PDAC進(jìn)展的不同階段,可切除和不可切除的PDAC患者GM及代謝組份也表現(xiàn)出明顯差異,具體為不可切除的患者組腸道另枝菌屬、厭氧棒狀桿菌、糞桿菌屬和微單胞菌的相對豐度降低,而假諾卡菌、魯巴胡管道桿菌和人結(jié)腸厭氧棍狀菌的相對豐度升高[26].有研究顯示,腸道中富集動物雙歧桿菌、肺炎克雷伯菌、嗜熱鏈球菌、產(chǎn)氣柯林斯菌等的PC患者死亡風(fēng)險相應(yīng)增加[27].

據(jù)此推測,GM是一種潛在的無創(chuàng)早期檢測、判斷預(yù)后的工具,及時分析GM可能成為PC早期診斷、評估預(yù)后的依據(jù),以解決PC缺乏有效篩查工具和特異生物標(biāo)志物的難題[28,29].

盡管很多研究證實了GM與PC的相關(guān)性,但是對于GM與PC的孰因孰果尚無確鑿證據(jù),許多PC的危險因素如飲食、肥胖[30]等都能誘發(fā)GM的改變.這類混雜因素使得研究IM與PC關(guān)系時需要精心設(shè)計嚴(yán)格的對照試驗.

1.3 腸道菌群代謝產(chǎn)物對胰腺癌的影響 除了GM的組成比例、相對豐度改變與PC息息相關(guān),其代謝產(chǎn)物(microbial metabolism,MM)也被證實與PC高度關(guān)聯(lián)[26].MM不僅介導(dǎo)GM與宿主之間的相互作用,而且能介導(dǎo)不同腸道微生物之間的相關(guān)作用.目前關(guān)于MM的研究主要集中為三大類,分別是短鏈脂肪酸[31](short-chain fatty acids,SCFAs)、膽汁酸和色氨酸.

腸道中最多的SCFAs是乙酸、丙酸、丁酸.戊酸和丁酸在體外試驗中通過代謝和表觀遺傳重編程增強(qiáng)細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞和嵌合抗原受體T細(xì)胞的抗腫瘤活性,并顯著增強(qiáng)了同系PDAC小鼠模型中抗原特異性ctl和靶向ror1的CAR T細(xì)胞的抗腫瘤活性[32].Panebianco等[33]通過動物實驗發(fā)現(xiàn),丁酸在PDAC細(xì)胞系中具有促分化、抗增殖、促凋亡和抗侵襲作用,發(fā)揮組蛋白去乙?；敢种苿┑墓δ?達(dá)到抗炎抗癌、抗胰腺纖維化的作用.通過腸內(nèi)營養(yǎng)增加腸道SCFAs豐富度,能直接影響到腫瘤微環(huán)境并改善胰腺炎癥反應(yīng)[31].總體來說,SCFAs對PC的發(fā)生發(fā)展有抑制作用,SCFAs能否作為新的腫瘤檢測標(biāo)志物或治療靶點有待進(jìn)一步探索.

膽汁酸對PC的影響則存在爭議.人胰腺癌PANC-1細(xì)胞與不同濃度膽汁酸混合培養(yǎng),通過檢測PANC-1的活力、遷移和侵襲能力,研究者發(fā)現(xiàn)高膽汁酸環(huán)境可以通過ROS誘導(dǎo)和EMT通路顯著抑制PANC-1細(xì)胞的增殖和遷移,從而促進(jìn)癌細(xì)胞的凋亡[34].不過有其他研究提出了一種相反的觀點膽汁酸可引起胰腺細(xì)胞損傷,促進(jìn)癌細(xì)胞增殖,并可改變PDAC對化療的應(yīng)答,從而影響患者結(jié)局[35].

色氨酸作為一種免疫調(diào)節(jié)因子,能通過引起吲哚胺2,3-雙加氧酶1的表達(dá)上調(diào)以抑制CD11c和樹突狀細(xì)胞的成熟以及T細(xì)胞增殖,甚至上調(diào)Kyn的表達(dá)來誘導(dǎo)和激活芳香烴受體,導(dǎo)致程序性細(xì)胞死亡蛋白1表達(dá)上調(diào),增強(qiáng)抗腫瘤提呈T細(xì)胞療法的療效[36].

Irajizad等[37]近期開發(fā)了一個基于MM組合的PC五年風(fēng)險預(yù)測模型,檢測血液中MM的增加是否與PC風(fēng)險相關(guān),發(fā)現(xiàn)MM組合能與CA19-9互補(bǔ),MM聯(lián)合CA19-9評分位于前2.5百分位數(shù)的個體的5年絕對風(fēng)險估計值為＞13%,提示MM能為識別PC高危人群提供了一個潛在的工具,從而有利于研究相應(yīng)的預(yù)防策略.

1.4 胰腺腫瘤內(nèi)微生物群 在胰腺腫瘤組織中,Pushalkar等[38]發(fā)現(xiàn)變形菌門、擬桿菌門和厚壁菌門的含量較高.根據(jù)臨床前模型,在胰腺腫瘤組織中檢測到的微生物豐度比健康胰腺組織高1000倍[38].胰腺腫瘤組織中發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌序列大部分屬于厚壁菌門和變形菌門,與健康GM的組成相似[39].

已有研究表明,GM在腫瘤形成過程中觸發(fā)了許多先天性和適應(yīng)性免疫反應(yīng),這是當(dāng)前的研究熱點也是關(guān)鍵環(huán)節(jié).而先天免疫系統(tǒng)又能通過識別鞭毛蛋白、脂多糖(LPS)、肽聚糖、toll樣受體(TLR)和Nodlike受體(NLR)來調(diào)節(jié)微生物[12].GM與腫瘤內(nèi)微生物群通過誘導(dǎo)先天免疫抑制和適應(yīng)性免疫抑制,局部調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境(tumor microenvironment,TME),從而影響癌癥的發(fā)生、發(fā)展和治療[40].最近發(fā)表的研究描述了許多惡性腫瘤組織中擁有自己獨特的微生物組,且驗證了這些微生物對癌癥生長的驅(qū)動作用[41],也是影響免疫治療效果的關(guān)鍵之處.

PDAC的腫瘤細(xì)胞因其高度異質(zhì)性,具有免疫逃避的固有特性,可通過遺傳改變及下游途徑與其它細(xì)胞發(fā)生交互,在免疫抑制性微環(huán)境的塑造中發(fā)揮著巨大的作用.腸道和胰腺微生物群作為構(gòu)成TME的一員,更揭示了其腫瘤免疫微環(huán)境塑造的復(fù)雜性[42],微生物或可通過對TME的調(diào)控來阻礙或促進(jìn)腫瘤發(fā)展.因此有一些研究聚焦于通過激活固有淋巴細(xì)胞或在TME中產(chǎn)生炎癥反應(yīng),進(jìn)而引入細(xì)胞毒性T細(xì)胞,從而使腫瘤具有免疫活性[42].最近,Simnica和Kobold[43]將攜帶破傷風(fēng)毒素編碼基因的非致病李斯特菌注射到PDAC小鼠模型中,當(dāng)聯(lián)合使用低劑量吉西他濱時,李斯特菌可以刺激記憶T細(xì)胞產(chǎn)生細(xì)胞毒性T細(xì)胞,致使腫瘤體積縮小80%.Hayashi等[44]發(fā)現(xiàn),PDAC瘤內(nèi)具核梭菌通過CXCL1-CXCR2軸的自分泌和旁分泌機(jī)制,抑制腫瘤浸潤的CD8+T細(xì)胞,從而導(dǎo)致腫瘤進(jìn)展.

腸道、胰腺微生物群在TME塑造中的驅(qū)動機(jī)制,可能是改善PC預(yù)后的突破口,需要更多的研究來闡明其機(jī)制[45],并通過臨床轉(zhuǎn)化來改善目前PDAC令人失望的治療效果.

2 腸道微生態(tài)對胰腺癌不同治療方式及預(yù)后的影響

PC的治療方法包括手術(shù)、化療、HIFU治療、放療、靶向及免疫治療等.多學(xué)科綜合診治是任何分期PC的治療基礎(chǔ),根據(jù)患者身體狀況、腫瘤部位、侵及范圍、臨床癥狀,有計劃、合理地應(yīng)用現(xiàn)有的診療手段,以確保最大幅度根治、控制腫瘤、減少并發(fā)癥、改善生活治療[3].研究表明[46,47],GM與這些治療方式相互作用,并影響其療效.

2.1 關(guān)于化療 膽胰惡性腫瘤化療后,隨著免疫功能紊亂和腸上皮屏障的破壞,GM的類型和組成常會發(fā)生變化,通常表現(xiàn)為益生菌減少和機(jī)會病原菌增加.然而,這些細(xì)菌的增減又反向改變著常用化療藥物的敏感性.GM可通過多種方式影響膽胰惡性腫瘤的化療耐藥性,包括調(diào)節(jié)腫瘤周圍的局部免疫反應(yīng)和炎癥、通過信號通路調(diào)節(jié)癌癥自噬、影響藥物代謝、增加藥物轉(zhuǎn)運蛋白的表達(dá)以及抗凋亡等[48,49].

國外一項研究,納入了20例PDAC患者,在新輔助化療前后兩個時間點收集糞便樣本,發(fā)現(xiàn)化療后的放線菌門相對豐度顯著降低,且其中雙歧桿菌屬的豐度與腫瘤組織破壞程度呈正相關(guān),提示雙歧桿菌可能對新輔助化療治療效果起到了增強(qiáng)作用[50].對于接受胰腺十二指腸切除術(shù)的PC患者,通過定向補(bǔ)液維持GM的多樣性有利于改善術(shù)后恢復(fù)[51].

2.2 關(guān)于免疫治療 前文提及,PDAC因其復(fù)雜的TME被認(rèn)為是“冷”腫瘤.以免疫檢查點抑制劑(immune checkpoint inhibitors,ICI)為代表藥物的免疫治療手段在很多實體腫瘤中都顯示出明顯的療效,但對PDAC的治療令人失望.

調(diào)節(jié)G M可以改善腫瘤免疫治療反應(yīng),減少并發(fā)癥.研究顯示,G M來源的代謝產(chǎn)物氧化三甲胺(trimethylamine N-oxide,TMAO)可增強(qiáng)PDAC對ICI的免疫應(yīng)答.將TMAO注射至PDAC小鼠腹腔及腫瘤組織中,可抑制與免疫刺激腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAM)表型相關(guān)的腫瘤生長,并激活TME中的效應(yīng)T細(xì)胞,提高ICI治療的生存率[52].

目前較為成熟的菌群調(diào)節(jié)方法是FMT,即將供者的菌群以膠囊或糞菌懸液的形式轉(zhuǎn)移到受者體內(nèi),以恢復(fù)受者GM的豐富度.對一些ICI應(yīng)答欠佳的腫瘤進(jìn)行FMT也許能有改善[53,54].FMT的這一作用已在黑色素瘤等腫瘤疾病中得到證實[55],而對PC則缺少證據(jù).近期M.D.安德森癌癥中心(MD Anderson Cancer Center)為FMT與PC的臨床研究(NCT04975217)招募患者,這項正在進(jìn)行中的研究將在PC患者接受FMT治療后再手術(shù)切除胰腺腫瘤,隨后分別評估FMT對患者口腔、胰腺和腸道微生物群的變化,以及移植后對PC免疫環(huán)境或分子結(jié)構(gòu)變化的影響,這也是目前唯一一項關(guān)于FMT與PC的隨機(jī)對照試驗,我們關(guān)注并期待結(jié)果[56].

3 結(jié)論

綜上,很多研究分析對比PC患者與健康人群的口腔、腸道、胰腺微生物特征,試圖找到PC的潛在致病菌群,從而對這些致病菌早期干預(yù)來降低發(fā)病風(fēng)險.PC發(fā)病隱匿、早期發(fā)現(xiàn)和診斷困難,需要高靈敏度、高特異度的生物標(biāo)志物,GM及其代謝組分在這方面表現(xiàn)出巨大的潛力.PC的治療難點在于其免疫特性,研究者們已關(guān)注到腸道、腫瘤內(nèi)微生物與PC預(yù)后、免疫應(yīng)答之間的相關(guān)性,未來研究以GM及其代謝產(chǎn)物為靶點的干預(yù)療法將有助于改善PC的生存預(yù)測以及個體化診療方案的制定.