呂文晶，左靜

1河北醫科大學研究生院，石家莊 050011

2河北醫科大學第四醫院腫瘤內科，石家莊 050011

食管癌發病率居全球惡性腫瘤第七位，病死率居第六位。中國是食管癌高發地區，發病率及病死率均居惡性腫瘤前列。食管癌的組織學類型主要包括食管腺癌和食管鱗狀細胞癌（esophageal squamous cell carcinoma，ESCC），中國食管癌以ESCC 更常見，占比超過90%。食管癌的發病因素較多，吸煙、飲酒、飲食粗糙等對食管造成損傷的各類慢性刺激，環境因素，以及遺傳因素均是導致食管癌的可疑病因，但導致食管癌的關鍵因素仍不能明確。因為缺乏靈敏度、特異度高的早期診斷指標及方法，多數患者初次確診時就已經發生了遠處轉移，患者的5 年生存率不足20%。因此，臨床需要不斷探索食管癌發生、發展的機制，以尋找新的食管癌診斷和治療方法。近年來，對微生物組的研究成為惡性腫瘤領域的研究熱點，從口腔至肛門，超過100 萬億個細菌在人體內棲息，并在人體器官中形成了特定菌群（微生物組）。一方面，這些微生物從局部維持穩態到系統地調節機體代謝、造血、炎性反應、免疫反應等方面均發揮著重要作用；另一方面，微生態失調可能導致組織損傷，從而促進產生致癌代謝物的細菌過度增殖，并在各種疾病中發揮重要作用，包括炎性疾病和腫瘤發生發展、轉移過程。個體化的微生物群研究是精準醫學研究領域的新熱點，是對精準醫學的補充和延伸。已有研究證實，腸道微生物組在生理狀況和疾病狀態中均發揮著重要作用，如肥胖、炎癥性腸病、糖尿病和高血壓等，但臨床對食管微生物的研究甚少。本文主要闡述食管癌在微生態領域取得的研究進展，以進一步了解食管癌的發生發展機制，為臨床制訂有效的診斷和治療方法提供新思路。

1 正常食管與微生態

對食管微生物群的第一次研究可以追溯至20世紀80 年代早期Gagliardi 等的研究，該研究是基于傳統培養方法，證實食管不是一個無菌的環境，食管不僅受鄰近器官（口腔及胃部）微生物的影響，也存在原籍定植菌，其中以草綠色鏈球菌最為常見。但多種細菌的生長較為緩慢，甚至無法培養，因此，簡單的培養方法可能會忽略大量細菌，且與其他部位相比，食管取樣困難也限制了對食管微生物群的研究。16S 核糖體RNA（ribosomal RNA，rRNA）基因測序的出現，為食管微生物群落的研究提供了根本性的突破，結果表明，食管內含有多種微生物群。2004 年，Pei 等研究發現，食管微生物群主要由“六個門”構成，即厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門、變形桿菌門、梭桿菌門和TM7，與口腔微生物群相當，但重要分類存在差異。鏈球菌屬在食管微生物群中占主導地位（占39%）。2004 年起，越來越多的研究開始探討食管微生物群，并提出了食管微生物群分類的概念。2009 年，Yang 等將食管微生物分為Ⅰ型和Ⅱ型，Ⅰ型微生物群主要類型為革蘭陽性菌（15%），厚壁菌門，主要為鏈球菌（相對豐度為79%），與正常食管密切相關；而Ⅱ型微生物群主要類型為革蘭陰性菌（53%），主要與食管異常有關。2016年Di Pilato等和2018年Deshpande等的研究也得出了相同的結論。由此可見，食管微生態改變可能與食管疾病相關，某些微生物的存在可能促進食管疾病的發生發展。

2 食管腺癌與微生態

近年來，食管腺癌的發病率不斷上升，尤其是在西方國家。研究發現，食管腺癌的發病過程為：胃食管反流病（gastroesophageal reflux disease，GERD）—Barrett 食管—低級別上皮內瘤變—高級別上皮內瘤變—食管腺癌。短期反流被認為是生理性的，但反流癥狀反復時，就會發生GERD，引起與炎癥（食管炎）相關的食管黏膜損害。Snider 等研究Barrett 食管向食管腺癌進展過程中微生物結構的改變，結果發現，Barrett 食管和健康對照組間微生物多樣性無明顯差異，而食管腺癌患者的微生物多樣性有所下降。總體來講，在門水平上，與健康或低級別病變患者相比，高度不典型增生或食管腺癌的變形桿菌門豐度較高，厚壁菌門豐度降低。在屬水平上，高度不典型增生或食管腺癌的總腸桿菌和艾克曼菌的豐度增加，而韋榮球菌的豐度降低。Yang 等的研究顯示，食管炎或Barrett 食管患者中，微生物多樣性會發生變化，鏈球菌的種類會減少，革蘭陰性厭氧菌占比會增大，如韋榮球菌屬、普氏菌屬、梭桿菌屬、奈瑟菌屬。Liu等的研究顯示，與健康對照組相比，GERD 相關性食管炎和Barrett 食管中的食管微生物群富集了普氏菌屬和梭桿菌屬。這種從革蘭陽性需氧微生物群至革蘭陰性厭氧微生物群的轉變可能受到微環境變化的影響，并與異常的疾病狀態有關。Ⅱ型微生物群可能通過以下三種不同的機制影響食管正常的生理功能：①革蘭陰性菌中存在的脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）可 激 活Toll 樣 受 體（Toll-like receptor，TLR），并促進促炎性細胞因子如白細胞介素（interleukin，IL）-8 的分泌，這是正常食管向Barrett 食管轉化的關鍵步驟。在Barrett食管和Barrett 食管相關的食管腺癌患者中，核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）通過Barrett 食管的致癌作用進行表達，且NF-κB 在食管腺癌中的表達與新輔助化療和放療間存在相關性。總體來講，在GERD 和Barrett 食管中，微生物群的變化（即革蘭陰性菌增多）可能通過誘發慢性炎癥觸發級聯反應導致食管腺癌。②革蘭陰性菌可以激活誘導型一氧化氮合成酶（nitric oxide synthase one，NOS1），其激活降低了食管下括約肌的蠕動頻率，長期會增加食管癌的發病風險。③革蘭陰性菌也可以將食物中的硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，而亞硝酸鹽又可以在賁門和遠端食管的酸性環境中轉化為致癌的N-亞硝基化合物。Lopetuso 等探討從Barrett 食管進展至食管腺癌的連續光譜中，食管微生物群的潛在特征及其預測的功能特征，為Barrett食管提出了新思路，不僅可以作為食管腺癌的組織學前體，也可以作為食管腺癌最接近的微生物前體。這需要更大樣本量的后續研究進一步證實，但為食管腺癌的診斷和治療提供了新思路，具有潛在的應用價值。

Blackett 等研究發現，某些彎曲桿菌（主要為簡明彎曲桿菌）在Ⅱ型微生物群中持續性富集，也被認為與疾病進展為食管腺癌有關，可能因為彎曲桿菌可通過上調食管中IL-18 的表達促進干擾素-γ（interferon-γ，IFN-γ）誘導因子的表達來介導食管腺癌的發生發展。Kaakoush 等的研究指出，簡明彎曲桿菌是微生態改變引起食管腺癌發生的使動因素，這為其他菌群在腫瘤微環境中競爭為優勢菌群并參與疾病進展提供了有利條件。Gall等研究發現，鏈球菌與普氏桿菌的比例與Barrett 食管和食管腺癌的一些重要危險因素（如腰臀比、裂孔疝長度）間存在關聯，并鼓勵開展進一步研究以調查這一發現的臨床意義。

3 ESCC 與微生態

與食管腺癌相比，ESCC 中微生物組的特征不明顯。Shao 等的研究發現，與非腫瘤組織相比，ESCC 組織含有更多的梭桿菌（3.2%

vs

1.3%）和更少的鏈球菌（12.0%

vs

30.2%），梭桿菌屬的豐度與食管癌分期呈正相關。已有研究顯示，上消化道中較低的微生物豐度與食管鱗狀發育不良（ESCC 的前體病變）密切相關。

肖晗等將細菌與食管鱗癌細胞Eca109 等共同培養，并檢測其炎性因子水平，證實具核梭桿菌通過IL-6 對ESCC 細胞株具有促增殖作用；Transwell 等證實了具核梭桿菌通過CC 趨化因子配體（CC chemokine ligand，CCL）7/CCL21 通路、基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）2/MMP9通路促進腫瘤細胞遷移。Gao 等研究了特定細菌在ESCC 發病機制中的可能作用，該研究著重探討了ESCC 與牙齦卟啉單胞菌（一種被認為與口腔鱗狀細胞癌發生有關的口腔致病菌）間的可能關系，結果顯示，牙齦卟啉單胞菌可以選擇性地感染ESCC 患者的腫瘤組織和癌旁組織，但不能感染正常食管黏膜。牙齦卟啉單胞菌的促癌機制：牙齦卟啉單胞菌可產生牙齦蛋白酶和MMP，降解細胞外基質蛋白，破壞免疫球蛋白和補體系統（C3、C5），進而通過影響前列腺素E2 途徑和Notch 途徑，促進腫瘤干細胞及腫瘤新生血管生成，進而分化、進展為ESCC。此外，牙齦卟啉單胞菌的存在與ESCC 的嚴重程度（即分化程度、淋巴結轉移情況、TNM 分期）和預后不良（即ESCC 患者的生存率）呈正相關，因此，有學者提出，牙齦卟啉單胞菌可以作為ESCC的生物標志物。以微生物作為食管癌的生物標志物為切入點，有利于食管癌的早期篩查，期待基于微生物的潛在的分子靶點的研究。

4 食管微生態的影響因素

研究顯示，抑酸藥如質子泵抑制劑（proton pump inhibitor，PPI）對胃腸道微生物有重要意義，且PPI 治療前后食管微生物群發生了明顯變化，服用PPI 的患者總體上革蘭陽性菌增多，革蘭陰性菌減少。但PPI 介導上消化道微生物群變化及其二者之間是否存在特定關系、是否參與食管癌的發生、是否為PPI 自身的致癌作用仍然未知，尚需進一步研究加以確認。但Tasnim 等的研究顯示，PPI 可能不會引起食管遠端微生物菌群的明顯變化，應進一步進行更大樣本的研究，以確定PPI 與食管微生物菌群的關系。

抗生素的使用可促進食管下段疾病的發生，這可能與抗生素會根除幽門螺桿菌有關。幽門螺桿菌在胃微生物群中占主導地位并可明顯增加胃癌的發生風險，但與食管腺癌發病風險呈負相關。研究顯示，在觀察到食管腺癌發病率升高之前，幽門螺桿菌感染率在20 世紀中葉開始下降。隨著抗生素的廣泛應用，幽門螺桿菌感染率下降及隨后食管腺癌發病率上升間存在的時間關系，表明胃腸道微生物菌群可能在Barrett 食管和食管腺癌的發展中發揮關鍵的致病作用。日本學者Abe等研究證實，胃潰瘍的患者采用抗生素清除幽門螺桿菌后出現了食管下端的惡性腺瘤。Tian 等的研究結果表明，使用抗生素根除幽門螺桿菌感染會影響下段正常的食管微生物菌群。幽門螺桿菌感染降低與食管腺癌風險增加的機制為：抗生素根治幽門螺桿菌后，各種炎性因子如IL-8、IL-1β、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）減少，進而減少胃黏膜損傷，升高胃酸水平，增加胃酸相關性食管損傷風險。微生物菌群作為食管微環境的重要組成部分，可通過多種調控系統和途徑維持食管微環境的穩定和平衡；在解剖結構上，食管下端與胃緊密相連，幽門螺桿菌定植于胃內，可能會引起食管下段菌群結構的改變，采用抗生素清除幽門螺桿菌感染也可能引起食管內菌群結構的改變。英國的一項基于人群的隊列研究結果表明，青霉素暴露與各種惡性腫瘤（包括食管癌）的發生風險增加存在劑量依賴性關系，但未明確指出食管癌的類型（食管腺癌或ESCC）。由于青霉素沒有直接的致癌作用，這種增加的腫瘤風險可能是因為抗生素使用后食管保護性細菌（如鏈球菌）減少。

5 基于微生態的食管癌影響因素

Nobel 等納入47 例食管癌患者，進行為期4周的膳食回憶食物頻率調查問卷，該問卷確認了脂肪和纖維的攝入量；隨后對這些患者進行了食管內窺鏡檢查，結果發現，增加纖維攝入量與厚壁菌門的相對豐度增加呈正相關，且可整體上降低變形菌和革蘭陰性菌的相對豐度。此外，基于脂肪攝入膳食的微生物菌群改變相對較少。

煙草是ESCC 主要危險因素之一。Vogtmann等研究發現，未戒煙者食管內菌群的α 多樣性高于不曾吸煙者和已戒煙者，β 多樣性低于不曾吸煙者和已戒煙者，而不曾吸煙者和已戒煙者α 多樣性和β 多樣性無明顯差異。煙草致癌的可能機制為：低濃度香煙煙霧提取物（cigarette smoke extract，CSE）通過抑制miRNA-101-3p 的表達，阻斷對環氧化酶2（cyclooxygenase 2，COX2）mRNA 表達通路的抑制，從而上調COX2 的表達，促使依賴COX2活性的CSE 誘導腫瘤細胞增殖，從而促進ESCC 的發生。Gong 等進一步指出，miRNA-101-3p 可能是與吸煙相關ESCC 的潛在標志物和治療靶點。

此外，胃微生物菌群的改變也與食管發育不良和ESCC 有關。伊朗進行的一項病例對照研究顯示，胃底某些微生物，如梭菌門的梭狀芽孢桿菌的豐度增加，與食管鱗狀異型增生和ESCC 有關。口腔微生物菌群的改變也可能與食管癌的發生風險有關，Chen 等的研究顯示，唾液中細菌菌群的改變與ESCC 的發生風險增高有關。Peters 等的研究證實，牙周病也增加了ESCC 的發生風險。Poyrazoglu 等研究發現，與健康者相比，ESCC 患者的幽門螺桿菌感染率明顯降低（

P

﹤0.01）。ESCC患者在白細胞增多癥和血紅蛋白不足與幽門螺桿菌感染呈正相關（

P

﹤0.05）。Doorakkers 等的研究發現，Barrett 食管的總發病率升高，但根除幽門螺桿菌后，發病率隨時間推移略有下降，根除幽門螺桿菌不影響ESCC 的發病率。Deshpande 等的研究發現，食管菌群的特征與基因、年齡和疾病相關。鏈球菌和普雷沃菌與ESCC 患者的預后相關。Poore 等與跨學科團隊共同開發了一種惡性腫瘤檢測的新方法，即通過分析血液中存在的微生物（細菌和病毒）的DNA 模式來明確受試者是否診斷為惡性腫瘤，且能進一步明確惡性腫瘤的類型。期待這種惡性腫瘤診斷方法能開啟與腫瘤相關的血液微生物組學研究，填補食管癌血液微生態研究領域的空白，為食管癌的早診斷、早治療帶來新希望。

6 基于微生態食管癌治療的新進展

近二十年來，隨著腫瘤免疫學的深入研究，腫瘤免疫治療已成為國內外研究的熱點之一。研究表明，機體的微生物群也會影響機體對抗腫瘤治療的反應及對藥物不良反應的敏感性。在基于程序性死亡受體1（programmed cell death 1，PDCD1，也稱PD-1）/程序性死亡受體配體1（programmed cell death 1 ligand 1，PDCD1LG1，也稱PD-L1）抗體的免疫治療領域，食管癌患者體內的不同的微生物群結構可能影響機體對免疫治療的響應程度。基于此，Yuan 等以腫瘤免疫微環境為切入點，從基因測序結果出發，發現牙齦卟啉單胞菌定植于食管癌細胞，是近年來食管癌病因研究領域的重大突破，對食管癌的高危人群進行預警篩查和個體化預防具有重要意義。進一步研究發現，牙齦卟啉單胞菌定植于食管癌細胞后可誘導免疫檢查點分子B7-H4 及組蛋白去甲基化酶5B（lysine demethylation 5B，KDM5B）高表達，促進腫瘤細胞逃避或破壞宿主免疫應答，進而持久定植。感染和腫瘤的雙重因素，加重了宿主免疫的抑制及免疫原性的削弱。該研究進一步探討了牙齦卟啉單胞菌促進腫瘤細胞免疫逃逸的新機制，為免疫檢查點抑制劑進行抗食管癌治療提供了新靶標，為基于微生態的食管癌的免疫治療提供了新策略。

7 小結與展望

現有的研究已基本確定了正常食管微生態的細菌組成情況，食管微生態菌群的改變和各種微生物的感染在食管癌的發生發展中發揮了重要作用，但食管微生態成分的改變與食管病變或癌變的因果關系及具體機制尚不能完全明確，也未能找到特定引起食管癌癌變的菌種。進一步了解食管微生物群在疾病發病機制中的作用，以及微生物群改變的方法，可能為食管癌的治療提供了新的靶點或信號通路，或成為各種食管疾病高危患者的篩查工具。未來的研究或可進一步采用宏基因組學方法、擴大樣本數量、繪制同一批患者食管多位點微生物圖譜，研究微生物在食管癌中的作用機制及關鍵通路的改變，旨在為食管癌的早期防治提供新的方向和思路。