具核梭桿菌促進結直腸癌發生發展機制研究進展

陳子賢，敦譯霆，劉暢，陳倩

上海交通大學醫學院，上海 200025

具核梭桿菌(Fusobacteriumnucleatum)是人類口腔及腸道黏膜的共生菌，因其可導致包括牙周炎、牙髓炎在內的多種口腔炎癥疾病，最初作為口腔機會致病菌被研究。近年來，隨著腸道微生態學研究的升溫，具核梭桿菌與結直腸癌(colorectal cancer, CRC)的關系研究受到了更多關注，大量研究發現具核梭桿菌在CRC患者的腸組織或糞便樣品中檢出豐度顯著增加，表明具核梭桿菌與CRC的發生發展具有關聯性，且有相關基礎研究證明其對于CRC能夠起到“驅動”作用。健康狀態下，人體腸道微生態系統呈穩態，微生物群與人體的腸道黏膜免疫系統維持動態平衡；疾病狀態下，正常腸道微生物群結構被破壞，而具核梭桿菌豐度的增加會進一步促進CRC的發生發展[1]。目前發現具核梭桿菌影響CRC進程的機制包括調節腫瘤微環境、刺激腸道慢性炎癥等。本文對CRC導致具核梭桿菌富集的證據進行總結，并對具核梭桿菌促進CRC發生發展的機制進行綜述。

1 具核梭桿菌的豐度在CRC患者中顯著增加

Koliarakis等[1]通過16S rRNA測序和宏基因組測序檢測到CRC腫瘤組織中的具核梭桿菌豐度相對正常結直腸組織更高。在另一項研究中，Sunny等[2]也通過定量聚合酶鏈式反應(quantitative polymerase chain reaction, qPCR)從CRC患者糞便中檢出具核梭桿菌，陽性率為72.12%(75/104)。Li等[3]從CRC患者冷凍組織和福爾馬林固定石蠟包埋(Formalin-Fixed and Partffin-Embedded,FFPE)組織中檢出具核梭桿菌的陽性率為87.13%(88/101)。Tahara等[4]用qPCR對149例原發性CRC組織標本中的具核梭桿菌進行鑒定，發現有74.50%(111/149)的CRC組織樣本呈具核梭桿菌陽性。Park等[5]在160例經手術切除的微衛星高度不穩定性(microsatellite instability-high, MSI-H)分子亞型CRC的組織中，通過qPCR測定具核梭桿菌16S rRNA基因序列，發現MSI-H表型的CRC組織中，具核酸桿菌豐度增加與巨噬細胞浸潤增多、CDKN2A基因啟動子甲基化均顯著相關。楊壘等[6]收集了35例大腸癌及其癌旁組織標本, 應用qPCR檢測具核梭桿菌在腸癌及癌旁組織的豐度, 發現具核梭桿菌在腸癌組織中呈高感染負荷狀態, 且主要定殖于大腸癌黏膜表面。表1展示了人體研究中具核梭桿菌與CRC相關性的研究證據。

為了確定具核梭桿菌感染是否是結直腸癌發生的早期事件，在Flanagan等[7]對52例愛爾蘭患者的結腸腺瘤組織中的具核梭桿菌進行了檢測，發現這些結直腸腺瘤患者的具核梭桿菌水平在病變組織和正常組織中無顯著性差異(P=0.06)，而在高度不典型增生組織中的水平顯著高于正常組織(P=0.015)。所以當結直腸腺瘤組織從輕、中度不典型增生發展到高度不典型增生時，具核梭桿菌的數量出現了明顯的增加。

qPCR：Quantitative polymerase chain reaction；FQ-PCR：Fluorescence quantitative PCR；ddPCR：Drop like digital PCR；FISH：fluorescence in situ hybridization；FFPE：Formalin fixed paraffin embedding

2 具核梭桿菌促進CRC發生的分子機制

2.1 通過FadA /E-鈣粘蛋白作用黏附并侵入結、直腸上皮細胞

在具核梭桿菌黏附并侵入結腸上皮細胞的過程中，最主要的是FadA與E-鈣粘蛋白的相互作用。FadA是具核梭桿菌中高度保守的蛋白[13]。它存在兩種形式，一種是不分泌的完整的前FadA(pre-FadA)，另一種是由111個氨基酸組成的分泌型成熟FadA(MFadA)[1]。pre-FadA與MFadA結合形成活性復合物FadAc[14]。具核梭桿菌與細胞膜結合后，與E-鈣粘蛋白上EC5結構域中的一段區域結合，并與E-鈣粘蛋白內化(如圖1A所示)。此外，FadA與E-鈣粘蛋白的相互作用足以激活Wnt和癌基因[15]。

2.2 激活TLR4通路

具核梭桿菌黏附并侵入細胞后，通過活化TLR4-MYD88信號，上調miR21表達，從而抑制核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)，并且提高了RAS GTP酶激活蛋白1(Ras GTPase-activating protein 1, RASA1)的水平，進而促進大腸癌細胞增殖[16]。同時，具核梭桿菌通過活化TLR4-MYD88信號抑制miR-18a*和miR-4802表達，誘導磷酸化uncoordinated-51-like kinase 1(ULK1)和自噬蛋白的表達，使得細胞具有化療抗性[8](如圖1B所示)。

2.3 調節腫瘤微環境

在與具核梭桿菌有關的CRC發生過程中，轉化生長因子β1(transforming growth factor-β1, TGF-β1)是腫瘤免疫微環境中重要的炎癥因子，其在腫瘤免疫微環境中與腫瘤免疫逃逸相關[17]。具核梭桿菌感染腸道后，促進TGF-β1表達上調，進而誘導FoxP3轉錄因子表達[18]，促使初始T細胞向調節性T細胞(regulatory T cell, Treg)分化[19](見圖1C)。這與幽門螺桿菌(Helicobacterpylori)誘導產生Treg細胞導致免疫抑制進而導致胃癌的機制相似[20]。而且，具核梭桿菌中的Fap2蛋白與免疫受體酪氨酸抑制模體(immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif, ITIM)結合可抑制自然殺傷細胞對腫瘤細胞的殺傷活性[21]，影響腫瘤免疫微環境，并且產生局部免疫抑制效應，促進腫瘤細胞逃避機體的免疫監視。

2.4 刺激腸道慢性炎癥

慢性炎癥在激活腫瘤通路中發揮了重要作用，而白細胞介素(interleukin, IL-22)和IL-6最為關鍵[22-23]。有研究使用C57BL/6小鼠建立結、直腸癌和具核梭桿菌作用模型，結果顯示，與PBS對照組相比，具核梭桿菌處理的小鼠黏膜組織中, 炎癥因子IL-6，IL-22和STAT3通路激活標志p-STAT3的蛋白表達量顯著增高。此結果提示，具核梭桿菌可能刺激小鼠腸道組織IL-6和IL-22的表達，繼而激活p-STAT3通路(見圖1D)，進而促進結、直腸癌的發生。該研究還證實，在IL-22和IL-6作用下，結、直腸癌細胞增殖能力顯著提高，其中IL-22作用更明顯[24]。IL-22主要由Th17和Th22等細胞分泌, 而這些免疫細胞遷移的重要信號是趨化因子CCL20(C-C motif ligand 20)對趨化因子受體CCR6的趨化作用[25]。前期研究發現, CCR6陽性T細胞在結、直腸癌患者黏膜環境中聚集, 在小鼠模型中驗證了CCL20在黏膜上皮表達增高[26]。因此推測，具核梭桿菌一方面促進IL-22和IL-6的分泌，激活p-STAT3通路，促進結、直腸癌的發生，另一方面具核梭桿菌通過提高相關趨化因子受體的表達，促進上述作用。

2.5 提高CRC的抗化療性

人鈣激活氯通道蛋白1(Anotamin-1，ANO1)定位于人染色體11q13區域[27]，研究發現在許多癌癥中，ANO1經常被高表達[28]。有研究發現具核梭桿菌侵入結腸上皮細胞后可誘導ANO1表達，進而抑制奧沙利鉑和5-氟尿嘧啶誘導的細胞凋亡[29](見圖1E)。同時，具核梭桿菌激活TLR4和MYD88后，選擇性下調miRNA-18a*和miRNA-4802的表達，繼而導致ULK1和自噬相關蛋白7(autophagy-related protein 7, ATG7)表達上調激活自噬，進而引起CRC患者對化療藥物產生抗性[30](見圖1B)。

3 CRC導致具核梭桿菌感染的可能機制

目前相關研究大多關注具核梭桿菌對于CRC發生發展的影響，并且證明具核梭桿菌對CRC具有明確的促進作用。但同時不能否認CRC的發病能夠影響具核梭桿菌的感染或富集。自噬是一種高度保守的分解代謝過程，通過形成名為自噬體的雙膜囊泡并螯合胞質成分，將其傳遞至溶酶體進行降解。腫瘤細胞的自噬作用在影響微環境中的微生物組成方面起著關鍵作用，而且有證據表明腫瘤細胞激活的自噬活性可能會消除細胞內的微生物[31-36]。Koichiro等[37]以724例大腸癌患者為研究對象發現，腫瘤BECN 1 (beclin 1)表達的自噬活性與大腸癌組織中具核梭桿菌的數量成反比關系，提示自噬可能會消除具核梭桿菌。而相應自噬活性變弱會導致具核梭桿菌在腸道組織的富集。

4 展望

越來越多的證據顯示，具核梭桿菌存在于腸道，其通過FadA /E-鈣粘蛋白作用、激活TLR4、調節腫瘤微環境、刺激腸道慢性炎癥等多方面作用于腸道，協同其他因素對腸道產生影響，誘導結、直腸癌的產生。這些作用機制可能提示新的防治結、直腸癌的研究方向和靶點。目前，結、直腸癌影響具核梭桿菌的機制尚未完全明確，揭示其對具核梭桿菌的影響可為探索結、直腸癌的治療開辟新的研究領域，提供新的思路。今后，能夠特異性針對具核梭桿菌的藥物、噬菌體以及化合物仍值得進一步探索。