腸道菌群與原發性肝癌相關性的研究進展

陳默 刀永祥 綜述 王君 審校

原發性肝癌（以下簡稱肝癌）是消化系統最常見的惡性腫瘤之一，其發病率在全球居高不下，其病死率在中國腫瘤疾病中高居第3 位［1］。目前全世界對于肝癌的研究較多，但其確切的發病原因和相關分子機制尚未闡明。肝癌的形成受多因素的影響，諸如病毒性肝炎、酒精性肝?。╝lcoholic liver disease，ALD）、非酒精性脂肪肝（nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD）、肝硬化等［2］。此外，近年來研究發現腸道菌群失調與肝癌的發生發展有密切的聯系［3］，而益生菌可以糾正腸道菌群失調，改善內毒素血癥，從而改善肝功能，為肝癌的防治提供了新的思路。

1 人體腸道菌群的特點

腸道菌群是寄居在人體腸道內的龐大微生物種群，其總量超過了1×1014個，由一千余種細菌組成，可分為變形菌門（Proteobacteria）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、放線菌門（Actinobacteria）、厚壁菌門（Firmicutes）和疣微菌門（Verrucomicrobia）5大類，其中以厚壁菌門和擬桿菌門為主，占90%以上［4］。人體成長過程中腸道菌群的種類和數量也隨之增長并趨于穩定［5］，在外環境和宿主因素的共同作用下，菌群間達成了微生態平衡，并且積極參與到機體物質代謝、免疫調節及消化吸收等多種生理過程中［6］。特別是在免疫和代謝方面，腸道菌群可拮抗致病菌、促進免疫系統成熟，還可通過參與維生素的合成、輔助腸上皮細胞分化生長、促進機體代謝等改善宿主營養［6］。近十年來大量證據表明腸道菌群對機體的影響已經超過了胃腸道本身［7］，且已有研究發現腸道菌群還可參與腫瘤（如乳腺癌）的發生和轉移過程［8-9］。

然而疾病、濫用抗生素、酗酒、高脂飲食等因素可破壞腸道微生態平衡，導致小腸細菌過度生長（small intestinal bacterial overgrowth，SIBO）、腸屏障功能受損及腸道通透性改變，進而誘使慢性炎性腸病、慢性肝炎、肝硬化甚至肝癌等疾病的發生［10］。

2 腸道菌群與肝癌

關于腸道菌群在改善宿主營養、參與免疫調節、促進物質代謝等方面的研究較多，但是有關腸道菌群與肝癌發病機制方面的研究才剛起步。

近年來有學者發現肝癌宿主伴有腸道菌群結構和數量的改變。Lei等［11］在研究腸道菌群與肝癌的關系中發現，與健康對照組相比，肝癌患者厚壁菌門明顯減少，而路德維希腸桿菌明顯增加，并且隨著肝癌的進展，厚壁菌門/擬桿菌門菌的比例顯著下降，肝癌組腸道菌群主要以腸球菌科、乳酸菌、桿菌等為主。相似地，Zhigang等［12］在研究早期肝癌、肝硬化患者的腸道菌群特征時發現，與健康對照組相比，肝癌組和肝硬化組的腸道菌群多樣性發生明顯改變，其中肝癌組的腸道菌群結構和數量改變最為明顯，如產脂多糖菌屬顯著增加，而丁酸鹽產生菌顯著減少。這提示了早期肝癌患者腸道菌群結構發生了特異性改變，該菌群有望成為早期肝癌診斷的靶向生物標志物，通過菌群特異性分析對早期肝癌具有提示意義。此外，還有研究發現，通過萬古霉素糾正肥胖白鼠腸道菌群失衡后，可以有效減少肝癌的發生［13］。上述研究提示腸道菌群與肝癌的發生發展存在一定關系。

進一步研究發現，肝臟可以通過門靜脈吸收營養物質，與此同時也能吸收腸道菌群代謝產物，如脂多糖（LPS）和細菌脫氧核糖核酸等［6］。當發生SIBO時，細菌代謝產物（特別是LPS）大量增加，腸道屏障功能明顯下降，大量LPS 通過門靜脈進入肝臟，與各種肝臟細胞［如Kupffer細胞（kupffer cells，KCs）、肝星狀細胞（hepatic stellate cells，HSCs）以及肝癌細胞等］中的Toll樣受體4（toll-like receptor 4，TLR4）結合，引起慢性肝炎、肝硬化直至肝癌［14］。由此可見LPSTLR4 途徑的激活在肝癌的發生發展中起關鍵作用。其中肝臟細胞中的KCs 被LPS-TLR4 通路激活后可大量分泌TNF-α、IL-6等炎性介質，引起肝臟的氧化應激和炎性反應，造成細胞DNA損傷，導致基因突變的發生［3，15］。同時肝臟細胞中的HSCs 被LPS-TLR4途徑激活后可合成大量具有促纖維化作用的細胞外基質蛋白，進而加劇肝硬化的發生發展，激活后的HSCs 還能分泌血管生成因子，在LPS 的共同作用下誘發間質內內皮細胞遷移并逐漸生成血管，血管形成的過程是肝癌進展中的關鍵步驟［16］。當肝癌細胞被LPS-TLR4 途徑激活后還可利用NF-κB 通路誘發上皮細胞-間質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），而有研究發現EMT是肝癌擴散轉移的關鍵環節［17］。

此外，病毒性肝炎（如HBV感染）、肥胖等多因素與腸道菌群失調相互作用可進一步加劇肝癌的病情。病毒性肝炎是肝癌常見的病因之一，HBV 感染可加劇肝硬化，促成肝癌的發生，而腸道菌群失調可能促發病毒性肝炎相關并發癥，進一步加快肝癌的病程［3］。究其原因，研究發現腸道菌群失調導致的腸源性內毒素血癥（intestinal endotoxemia，IETM）和菌群移位可干擾機體對HBV 的正常免疫過程，在LPS的作用下，受HBV感染肝細胞的LPS-TLR4通路被免疫細胞激活，分泌大量炎癥反應介質，造成大量肝細胞受損，并且使HBV感染趨于慢性化，加快肝硬化及肝細胞癌變過程［18］。在肥胖方面，有學者指出肥胖可以誘導脫氧膽酸和脂膜酸的產生，其中脫氧膽酸是一種可引起肝細胞損傷并導致細胞凋亡的細菌代謝產物，而脂膜酸是腸道革蘭陽性菌細胞壁成分，在脫氧膽酸和脂膜酸的共同作用下，通過TLR2 促使HSCs上調環加氧酶2（COX2）和衰老相關分泌表型因子的表達，其中環加氧酶2 可以介導前列腺素E2（PGE2）產生相應受體來抑止抗腫瘤相關免疫，進而加劇了肝癌的發生發展。由此可見肥胖合并腸道菌群失調可以加劇肝癌的發生發展［19］。

值得注意的是，腸道菌群失調與肝癌的發生發展是一個相互作用的過程，肝癌的進展可能進一步加劇腸道菌群紊亂。肝功能異常及門脈高壓是肝癌進展期常見的并發癥，當肝功能下降時，一方面膽汁酸合成減少，造成膽汁酸抑制腸道有害菌的作用減弱［20］，另一方面肝臟KCs清除進入門脈系統的細菌及其代謝產物LPS 的功能下降［21］，易發生內毒素血癥；同時門脈高壓可引起腸道黏膜淤血水腫、通透性增加，導致腸道黏膜屏障受損。在上述因素的共同作用下可進一步加劇腸道菌群移位及菌群失調［21］，而腸道菌群失調又可進一步加快肝癌的病程，導致惡性循環。

腸道菌群的某些代謝產物卻可以保護肝功能，對預防肝癌發揮積極作用，比如吲哚丙酸，這是一種色氨酸經細菌分解的產物，可以抑制NF-κB 信號通路，降低促炎細胞因子的水平，拮抗肝臟炎癥和肝損傷［22］。綜上所述，腸道菌群與肝癌的發生發展密切相關。

3 益生菌在肝癌防治中的應用

目前肝癌的治療手段很多，除手術、放化療外，還有經導管肝動脈栓塞、肝動脈灌注化療栓塞、分子靶向及免疫治療等，這些方法雖然療效比較確切，但也存在創傷大、并發癥和不良反應多等缺陷。鑒于益生菌可調節腸道菌群，改善肝臟功能，因此有望成為防治肝癌的潛在有效方法。

益生菌是一類對機體有益的活性微生物，包括乳桿菌屬、雙歧桿菌屬等，可以改善腸道微生態。不斷有研究發現益生菌在預防肝癌發病方面發揮著獨特的作用：1）益生菌可以改善腸道微生態、保護黏膜屏障，有效抑制SIBO 的發生，減少細菌代謝產物（尤其是LPS）對LPS-TLR4途徑的激活，進而預防肝癌的發生。Marlicz 等［23］在研究益生菌（地衣芽孢桿菌）對病毒性肝炎肝硬化患者的腸道菌群、黏膜屏障功能的影響時，通過檢測患者的4種炎性介質和5種腸道菌群的變化發現，地衣芽孢桿菌可以促進腸道菌群中雙歧桿菌（益生菌）的增長，而抑制白色念珠菌（致病菌）的數量；還能通過減少腸道黏膜上皮細胞的凋亡來保護黏膜屏障功能，同時通過抑制TNF-α、IL-6等炎癥介質的釋放來阻止肝硬化的進一步發展。肝硬化是肝癌的重要病因之一，益生菌能改善肝硬化起到預防肝癌的作用。2）益生菌還可通過降低致癌物質的毒性來預防肝癌，最近有學者發現，枯草芽孢桿菌可以降解黃曲霉毒素，其降解率可以達到38.38%，當枯草芽孢桿菌、酪蛋白乳酸菌和產朊假絲酵母按1：1：1的比例制成復合益生菌制劑后，其降解率甚至可達到45.49%［24］。這提示益生菌制劑可以減少黃曲霉毒素的暴露劑量，對預防肝癌的發生發揮了積極作用。3）益生菌還可通過改善病毒性肝炎而預防肝癌的發生，研究發現通過添加雙歧桿菌和乳桿菌，可以有效地改善腸道菌群失調和IETM，恢復機體對HBV 的正常免疫應答，同時減少炎癥介質的釋放，減少肝臟細胞損傷，進而改善病毒性肝炎癥狀［25］。4）益生菌還可以通過提高肝臟及腸道的固有免疫力，進而增強肝臟清除肝炎病毒的能力，減輕肝臟炎癥，同時加強腸道屏障作用，從而發揮防癌作用［26-27］。在肝癌治療方面，Li 等［28］研究發現，新型益生菌混合物（含雙歧桿菌、大腸桿菌Nissle 1917 及鼠李糖乳桿菌等）喂養肝癌白鼠模型7 天后，與對照組相比腫瘤大小及質量下降了40%。究其原因，一方面益生菌可能通過刺激普氏菌分泌消炎物質抑制肝癌的發展；另一方面可能是益生菌有效抑制了腫瘤內Th17 細胞水平，而Th17 細胞是一種能特征性分泌IL-17 的輔助性T 細胞亞群，能抑制腫瘤免疫并刺激腫瘤血管生成，參與腫瘤的發生發展［29］，益生菌通過抑制Th17 細胞水平而發揮抗癌作用。此外，最新研究發現在惡性腫瘤免疫治療過程中腸道菌群發揮著積極的輔助作用［30］，益生菌可以通過輔助免疫檢查點抑制劑調控T細胞表面免疫調節分子，進而增強抗腫瘤免疫反應，提高肝癌免疫治療的療效［31］。

4 結語

益生菌不僅可以通過改善病毒性肝炎和肝硬化病情、加強肝腸固有免疫、降低毒物致癌性等預防肝癌的發生，還可以刺激消炎物質分泌、抑制腫瘤內Th17細胞水平和增強抗腫瘤免疫反應來發揮抗癌作用，具有安全、無害、廉價等優勢，有望成為肝癌新興的防治手段。但這方面的研究目前主要集中于動物實驗，開展的臨床試驗相對較少，而實驗模型也主要以病毒性肝炎及肝硬化為主，在肝癌模型中的研究還有待加強，且當前益生菌的研究主要傾向于肝癌的預防，而在肝癌治療方面的研究相對較少，其具體的作用機理、制劑如何制備、臨床如何應用等問題有待解決，還需大量的實驗（特別是大樣本肝癌模型實驗）進一步研究證實。

盡管腸道菌群和肝癌之間相互作用關系密切，然而，導致肝癌發病的因素復雜、個體化差異大，腸道菌群種類繁多，各菌群作用機制也不盡相同［32］，因此還需不斷地探索與挖掘，進一步闡明作用機理。