人體微生態與食管鱗狀細胞癌關系的研究進展

但婉悅，閆 斌，潘 飛

1 解放軍總醫院第一醫學中心 消化科，北京 100853；2 南開大學醫學院，天津 300071

食管癌是人體主要的惡性腫瘤之一，其侵襲性強，預后差，是全球癌癥相關死亡的第6大原因，在我國位居腫瘤相關死亡的第4位[1-3]。中國是食管癌高發區，部分地區的食管癌發病率遠高于全國平均水平。我國食管癌組織學上以食管鱗狀細胞癌(esophageal squamous cell cancer，ESCC)為主，占食管癌總數的90%[1,3]。美國ESCC患者5年生存率僅為21.1%[4]。因此，迫切需要找到一種早診早治和有效預防ESCC的新策略。人體的皮膚、呼吸道、消化道、生殖道等部位和體液中都存在著大量的共生微生物和病原微生物，這些微生物共同構成了復雜的人體微生物生態群落。人體微生態在人體消化吸收、物質代謝、免疫反應、生長發育等方面均具有重要作用。近年來很多學者從ESCC發生發展可能機制、預后、疾病預測標志物等方面報道人體微生態與ESCC的關系。本文擬對人體微生態與ESCC關系的研究進展 進行綜述。

1 人體微生態特征與ESCC

1.1 口腔微生態與ESCC 人類口腔微生物組數據庫(human oral microbiome database，HOMD)是一個詳細記錄口腔細菌類型、代謝、致病能力的人類口腔微生物組綜合數據庫。HOMD總共發現了約150屬700種口腔細菌，其中鏈球菌屬的菌群豐度明顯高于其他菌屬。這些口腔微生物和宿主共生構成了復雜的人類口腔微生態，協助維持口腔正常生理環境以及全身各系統穩態。而口腔微生態失衡可促進齲齒、牙周炎等口腔疾病以及ESCC、賁門癌、腹主動脈瘤、系統性紅斑狼瘡、阿爾茨海默病等全身各系統疾病的發生[5]。

許多研究報道了口腔微生態與ESCC的發生有關，低刷牙頻率和牙齒缺損者更易罹患ESCC及其癌前病變——食管鱗狀上皮不典型增生(esophageal squamous dysplasia，ESD)[6-7]。Wang等[8]發現ESCC患者的唾液樣本與健康對照組相比，其細菌豐度和多樣性較低，而變異性較高。Chen等[9]發現唾液微生物群的改變與ESCC患病風險存在相關性，與非ESCC患者的唾液相比，ESCC患者唾液中的微生物多樣性降低，且勞特羅普菌屬(Lautropia)、布雷德菌屬(Bulleidia)、卡氏菌屬(Catonella)、棒狀桿菌屬(Corynebacterium)、Moryella、消化球菌屬(Peptococcus)、心桿菌屬(Cardiobacterium)的攜帶率減少。Kawasaki等[10]發現食管癌患者齦下菌斑樣本中具核梭形桿菌(Fusobacterium nucleatum，Fn)感染率明顯高于未患腫瘤及癌前病變的對照組，且唾液樣本中伴放線聚集桿菌(Aggregatibacter actinomycetemcomitans，Aa)感染率明顯高于對照組。多項研究表明在食管癌患者中檢出更高水平的牙齦卟啉單胞菌(Porphyromonas gingivalis，Pg)以及咽峽炎鏈球菌(Streptococcus anginosus，Sa)等口腔感染菌[10-11]。這些研究提示口腔菌群的改變與ESCC的發生、發展密切相關，為ESCC發病機制的研究提供了新 思路。

1.2 食管微生態與ESCC 食管內存在其獨有的微生態，而不僅是從口腔或胃遷移而來。正常成人食管遠端組織中有近100種共生細菌，其中最常見的是鏈球菌，其次是普雷沃菌屬和韋榮球菌屬[12]。基于食管獨有的微生物群，建立了食管微生物群的分型——以鏈球菌為主的Ⅰ型微生物群和以革蘭陰性厭氧菌為主的Ⅱ型微生物群。其中，Ⅰ型多見于正常食管，而Ⅱ型多見于Barrett食管(Barrett’s esophagus，BE)和反流性食管炎等食管疾病[13]。

多項研究表明，ESCC患者食管微生物群與正常食管微生物群存在顯著差異。一項來自中國ESCC高發區的病例對照研究表明，與非腫瘤組織相比，同一ESCC患者腫瘤組織中的梭桿菌豐度在門水平和屬水平上呈一致性升高，而其厚壁菌門和鏈球菌屬相對降低，并發現腫瘤組織中梭桿菌屬的相對豐度與腫瘤分期呈正相關[14]。Li等[15]的研究則表明，與健康對照組相比，ESCC組食管黏膜中假單胞菌屬的比例增加，而青枯菌屬和伯克菌屬的比例降低。另一項研究則進一步證實了上消化道菌群豐度與ESD呈負相關，提示上消化道中微生物豐度低的患者癌變風險更高。從而推測，食管乃至上消化道的微生態改變與ESCC密切 相關[16]。

2 人體微生態在食管癌發病機制中的作用

目前，人體微生態在ESCC發病中的具體機制尚不清楚，但多項研究證實微生態菌群失調在ESCC發生發展過程中具有獨特的作用。綜合目前文獻報道，認為特殊機會致病菌(具核梭形桿菌和牙齦卟啉單胞菌)的感染可能導致ESCC的發生和發 展。

2.1 Fn可以通過激活趨化因子CCL20促進腫瘤細胞增殖和轉移 Fn可通過黏附素FadA與宿主細胞黏附分子鈣黏蛋白結合，增加炎性細胞因子(如IL-6、IL-8、TNF-α)表達并刺激癌基因和Wnt基因表達等促進腫瘤侵襲[17]。Yamamura等[18]對東京基因和基因組百科全書(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)數據庫進行富集分析，找到了在Fn陽性的ESCC中上調程度最大的通路和趨化因子，即“細胞因子-細胞因子受體相互作用”通路和CCL20趨化因子，并進一步證實了ESCC組織中Fn陽性組CCL20的表達分數顯著高于Fn陰性組。所以認為Fn可能通過激活趨化因子C CL20促進腫瘤細胞增殖和轉移。

2.2 Pg可以通過調控多種信號通路促進ESCC細胞的增殖和遷移 越來越多的研究表明，microRNAs(miRNAs)作為腫瘤癌基因或抑癌基因，在疾病的發生和發展中發揮著重要的作用。Liang等[19]研究發現Pg可能通過由miR-194介導的miR-194/GRHL3/PTEN/Akt負反饋信號通路促進ESCC細胞的增殖和遷移。除此之外，TGF-β信號通路可促進腫瘤細胞侵襲和轉移。Qi等[20]研究發現Pg通過協調TGF-β的經典和非經典信號通路，促進TGF-β的分泌并增加其生物活性，調控GARP，激活Smad/YAP/TAZ信號通路，從而產生致癌作用。反之，干預GARP/TGF-β或SMADS/YAP/T AZ級聯反應則可以消除Pg的促癌作用。

3 人體微生態與ESCC的診斷和預后

3.1 微 生 態 與ESCC診 斷 伴 放 線 聚 集 桿菌(Aa)是一種與牙周疾病相關的兼性厭氧革蘭陰性細菌，該菌在成年人群的發病率為9.7%[21]。研究表明食管癌患者唾液標本中Aa感染率及其拷貝數顯著高于對照組[10]，考慮到該菌在非腫瘤患者中較低的檢出率，Aa有望成為食管癌早期篩查的生物標志物。此外，一些研究者關注到牙齦卟啉單胞菌(Pg)的感染與ESCC的發病有關。Peters等[22]的前瞻性隊列研究發現Pg感染與ESCC發病率增高有關。Gao等[23-24]發現ESCC患者血清中Pg抗體IgG和IgA滴度明顯高于食管炎患者及健康對照組，血清Pg抗體IgA早期診斷ESCC的敏感度為54.54%，而IgA和IgG聯合檢測特異性高達91.5%。因此，血清Pg抗體IgG和IgA聯合檢測有助于ESCC的早期診斷。另外，Li等[15]發現ESCC患者與健康對照組、ESCC患者與食管癌根治術后的ESCC患者食管微生物組成均存在顯著差異，而食管癌根治術后的ESCC患者食管微生物組成及代謝與健康對照組相似，提示食管微生態與ESCC發病有關，根治術后ESCC患者的食管 微生態監測可能是腫瘤復發的重要預測方法之一。

3.2 微生態與ESCC預后 多因素分析顯示血清Pg抗體IgG和IgA是ESCC的獨立預后因素，在0 ～Ⅱ期或淋巴結轉移陰性的ESCC患者中，IgG或IgA水平高的患者總生存期明顯低于IgG或IgA水平低的ESCC患者，而IgG和IgA均高水平者預后最差，提示血清Pg抗體IgG和IgA水平有利于ESCC的預后分層[24]。Liu等[25]發現ESCC患者腫瘤組織中普氏桿菌屬和鏈球菌屬的豐度與ESCC患者存活率呈負相關，并首次提出基于鏈球菌和普氏桿菌豐度判斷ESCC患者預后的分級模型，鏈球菌和普氏桿菌豐度均高的“H+H”組預后明顯差于其中一菌豐度高而一菌豐度低的“H+L”組及兩菌豐度均低的“L+L”組，并且“L+L”組直至隨訪結束未報道有死亡病例，認為鏈球菌和普氏桿菌的聯合豐度是ESCC獨立的預后生物標志物。

具核梭形桿菌(Fn)是主要存在于人類口腔內的革蘭陰性厭氧菌。大量研究表明Fn是多種疾病的機會性病原體，包括牙周疾病[26]、絨毛膜羊膜炎[17]、闌尾炎[27]、炎癥性腸病[28]、結直腸癌[29-30]。2016年，Yamamura等[18]首次發現ESCC患者腫瘤組織中的Fn細胞核DNA含量與食管癌不良預后存在相關性，組織中的Fn細胞核DNA含量越高，預后越差，提示Fn細胞核DNA可能是識別ESCC患者預后的生物標志物。2019年，Shao等[14]的研究發現ESCC患者T1期、T2期、T3期腫瘤組織中梭菌屬(Fusobacterium)的相對豐度分別為0.34%、1.1%、1.9%，梭菌屬相對豐度與腫瘤分期呈正相關。如果后續研究能夠驗證并進一步闡明Fn調控ESCC發生、發展的機制，可以 考慮將Fn作為ESCC的預后生物標志物。

4 微生態療法在食管癌輔助治療中的作用

微生態療法通過增加機體益生菌數量和抑制病原菌作用從而達到治療疾病的目的，主要包括微生態制劑[31](益生菌、益生元、合生元)、糞菌移植(fecal microbiota transplantation，FMT)和抗菌藥。近年來，微生態制劑在炎癥性腸病、結腸癌、抗生素相關性腹瀉、腸易激綜合征等多種疾病中取得了顯著療效。2018年，英國胃腸病學會和醫療感染學會聯合指南正式將FMT用于難治性/復雜性艱難梭菌感染的治療[32]。另外，越來越多的臨床研究報道了FMT在治療炎癥性腸病、腸易激綜合征、肝性腦病、自閉癥等疾病的顯著療效。基于大量對人類微生態與食管癌關系的研究，我們有望找到以下食管癌的治療或輔助治療方法：1)通過個體化微生態治療減少食管的革蘭陰性菌，將食管Ⅱ型微生物群轉換為Ⅰ型微生物群，降低食管癌前病變的發生率，從而達到預防和治療的目的。2)基于Fn和Pg在ESCC發生、發展過程中的重要作用，如果Fn和Pg明確的致癌作用得以進一步證實，那么針對Fn和Pg使用特異的抗生素以及針對下游信號通路(如GARP/TGF-β、SMADS/YAP/TAZ)的靶向治療可能成為ESCC的有效治療和預防措施。3)Cheung等[33]發現，與未進行FMT治療的ESCC小鼠相比，FMT治療的ESCC小鼠腫瘤肝轉移面積顯著減少，因此認為健康小鼠的腸道微生物有助于減少ESCC肝轉移。如果有更多的研究支持這一觀點，則有望通過FMT減少ESCC腫瘤轉移，從而改善ESCC患者的預后。

此外，研究表明腸道微生態制劑與谷氨酰胺聯合應用能夠增強ESCC患者術后的體液免疫[34]。食管癌患者圍術期積極的腸內營養供給有助于腸道微生態平衡及胃腸功能恢復，而術后長期使用抗生素則易導致腸道微生態失衡[35-36]。Motoori等[37]研究發現，ESCC患者新輔助化療期間應用合生元能夠減少腹瀉以及淋巴細胞減少等化療相關不良反應的發生。因此，適量的腸道微生態制劑 聯合腸內營養有助于ESCC患者術后恢復。

5 展望

人體微生態參與ESCC的發生發展，但其作用機制尚未充分闡明，是當前的重要研究熱點。未來的研究將深入揭示人體微生態調控ESCC的作用機制，有助于為ESCC的早診早治提供新策略。鑒于不良口腔衛生狀況會增加ESCC的患病風險，未來有望通過改善口腔微生態有效預防ESCC。不僅如此，微生態模型未來極有可能作為ESCC的早期診斷和預后標志物；通過抗生素、微生態制劑以及FMT等微生態療法實現個體化菌群治療，達到預防或輔助治療腫瘤的目的。然而，以上方法用于ESCC診斷和治療的安全性、有效性及機制仍有待進一步研究驗證。