微生物群與腫瘤發展及治療相關性的研究進展

褚洛頤，孔金玉，李桂芳，張秀森，孫玲云，高社干,2，孫江濤

人體微生物群包含的獨特基因至少是人類基因組的100倍[1-2]。它們的主要棲息地是腸道，但活躍的微生物群存在于身體的大部分部位，包括口腔、消化道和呼吸道。這些微生物影響我們許多重要的生理功能，包括免疫系統和新陳代謝。這種由人類宿主和微生物組成的共生體能夠感知環境信號，并做出相應的適應性反應[3]。宿主和微生物之間復雜的相互作用能夠延伸到癌癥，微生物與20%的人類惡性腫瘤相關[4]。共生微生物群直接影響腫瘤的發生、發展和治療。例如，小鼠腸道共生微生物群的破壞會影響化療與免疫治療的抗腫瘤效應[5]。在癌癥患者中也觀察到同樣的現象，即對腸道微生物群依賴性的治療反應[6-7]。腸道微生物群在調節胃腸道和遠端部位腫瘤方面的系統性作用，此前已有很好的綜述[8-9]。

腫瘤組織的共生微生物群構成了腫瘤微環境的重要組成部分[10]，影響腫瘤的發生和發展，其中主要相關的潛在作用模式包括以下3種[11]：①通過增加突變直接促進腫瘤發生。經過進化，許多微生物產生的化合物能夠導致DNA損傷、細胞周期停滯和遺傳不穩定。這些化合物可以促進腫瘤的發生，例如大腸桿菌素可通過一些大腸桿菌和其他腸桿菌科中的pks位點產生[12-13]，說明微生物群能夠導致雙鏈DNA損傷，從而促進結直腸癌的腫瘤發生[14]。②癌基因或致癌途徑的調節。除了直接造成DNA損傷，共生微生物產物還能夠參與宿主的致癌通路。這些通路的激活或上調導致腫瘤的發生已被報道，尤其是Wnt/β-catenin通路[15]，該通路可促進癌基因如c-Myc和G1/S-特異性周期蛋白-D1(CyclinD-1)的轉錄并促進腫瘤的發生和進展，例如在胃癌和結直腸癌中，Wnt/β-catenin通路可被局部共生微生物群激活或調節[16-18]，并且促進腫瘤進展。③通過下調宿主免疫系統功能，增強腫瘤進展。在健康狀態下，共生微生物和宿主免疫系統處于平衡穩態狀態。宿主免疫系統能夠耐受共生微生物群落，并對潛在的有害病原體做出適當反應。然而，這種平衡的擾亂和微生物群的失調會導致促進腫瘤發生發展的微環境的形成。許多研究表明，局部細菌群落的失調會導致慢性炎性免疫反應，并且能夠促進腫瘤的生長。這可能與微生物激活核因子κB(NF-κβ)有關，NF-κβ是腫瘤相關免疫反應的關鍵調節因子[19-20]。局部微生物已被證明通過抑制抗腫瘤免疫反應來調節局部免疫監視，這種免疫抑制已在結腸癌患者以及肺癌小鼠模型中觀察到[21-22]，表明共生微生物群可能是癌癥治療的潛在目標，但其發生機制需要進一步研究。

此外，研究發現腫瘤內特定的細菌群體具有腫瘤類型特異性，與腫瘤發展有關[23]。在最近研究中，有學者分析了7種癌癥類型的1 500多種腫瘤[23]，發現腫瘤內和細胞內微生物組成在腫瘤類型之間是不同的，揭示了微生物代謝途徑和臨床特征之間的相關性。本文綜述不同類型腫瘤中的微生物群，以及它們在不同類型的腫瘤發生進展及治療中的作用。

1 食管癌

食管癌是世界上最常見的惡性腫瘤之一[24]，其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%。而目前的預防及治療手段欠佳，多數患者仍不能得到有效控制，5 a生存率很低[24]。食管含有多種類型微生物，主要分為Ⅰ型和Ⅱ型[25]。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。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[26-27]。國內高社干教授團隊首次報道了牙齦卟啉單胞菌(Porphyromonas gingivalis,Pg)與食管癌之間的密切關系[28]。Pg是一種重要的口腔致病菌，可侵入上皮細胞，干擾宿主免疫應答和細胞周期機制，促進腫瘤的發生發展[29]。已知增加IL-6和STAT3活性可以促進腫瘤發生[30]。有關研究表明Pg激活JAK2和GSK3β通路[30]，從而減少腫瘤抑制因子p53的水平。Pg可誘使環氧化酶2和血管內皮生長因子的表達增加，增加腫瘤新生血管形成，有利于腫瘤的局部浸潤和轉移[30]。Pg還可以通過間接作用，抑制自然殺傷T細胞的功能，有利于腫瘤細胞逃脫自身免疫系統的攻擊，有利于腫瘤細胞的增殖與淋巴結轉移[31-32]?？傊@些發現支持了局部微生物群在腫瘤發生與食管癌發展中起關鍵作用的觀點，為食管癌的預防和治療提供了潛在的新途徑。

2 肺癌

作為體內表面積最大的黏膜部位和與外部環境的主要接口，肺與外界環境相通，存在各種各樣的微生物[33-34]，在慢性阻塞性肺病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)和囊性纖維化等肺部疾病中，肺微生物群已被證明處于失調狀態[35-36]。來自人類和小鼠研究的越來越多的證據表明，微生物群生態失調與肺癌有關。

在癌癥中，肺癌是癌癥相關死亡率的主要原因，也是第二常見的癌癥類型[37]。據估計，所有肺癌病例中有90%歸因于吸煙，煙草煙霧、空氣污染和其他致癌物都是既定的風險因素，吸煙者的腫瘤內和細胞內細菌分群顯示出香煙煙霧中化學物質降解途徑的富集，表明腫瘤內微生物群和癌癥病因學之間存在聯系，即肺共生微生物群與癌癥有關。有研究發現棲熱菌屬豐度增加與晚期癌癥之間的相關性，以及軍團菌與轉移之間的相關性[34]。

肺部微生物群可以直接影響肺癌細胞的生長。局部共生微生物在致癌和癌癥進展中作用的3個主要機制中，局部免疫環境的調節和致癌途徑與肺癌有關。研究表明，肺內微生物群落的失調能夠通過特定的微生物成分促進致癌途徑的改變[38]。已有發現表明了TP53和肺微生物群失調之間的聯系[39]。嗜酸菌屬在肺鱗狀細胞癌活檢樣本中富集，在TP53突變的肺鱗癌患者的活檢中發現了相同的分類群。在診斷性支氣管鏡檢查中使用氣道刷檢，檢測出肺癌患者的口腔菌群分類相比對照組增加，特別是鏈球菌和韋永氏球菌?？谇患毦疾÷实脑黾优cPI3K和ERK上調有關[40]。將氣道上皮細胞暴露于韋永氏球菌、普氏桿菌和鏈球菌的體外實驗也導致ERK和PI3K通路上調，是肺癌發生的“早期事件”[41]，因此通過共生微生物群失調上調該途徑有助于肺癌的發生。肺微生物群已被證明能改變免疫微環境，促進腫瘤進展，慢性炎癥與癌癥密切相關，細胞因子、趨化因子和其他促炎因子可以促進腫瘤的生長和擴散[42]。已有學者利用霧化抗生素證明，微生物群中細菌生物量的減少與通過T細胞和NK細胞活化增強抗腫瘤免疫反應和減少免疫抑制調節性T細胞有關[23]。此外，有研究表明，在抗生素和益生菌條件下，益生菌鼠李糖乳桿菌可克服免疫抑制和抑制肺腫瘤植入，使腫瘤轉移減少[23]。

3 結腸直腸癌

胃腸道是人體內絕大多數共生微生物群的棲息地，宿主和微生物群之間的雙向串擾已成為腫瘤進展和各種類型胃腸癌治療反應的一個核心方面。大量研究證實了共生細菌在結直腸癌中的作用[9]。從機理上講，腸道微生物群已被證明通過在宿主中引起雙鏈DNA損傷，或通過激活致癌信號如Wnt/β-連環蛋白途徑，或通過增加模式識別受體的參與上調NF-kB信號來促進炎癥，從而促進誘變。例如，使用無偏倚的基因組分析首次確定梭桿菌屬與結直腸癌相關[19]。

4 其他腫瘤

除上述主要黏膜器官外，陰道微生物群也與宮頸癌有關。最近的一項里程碑式的研究顯示，卵巢和卵巢組織、骨肉瘤、多形性膠質母細胞瘤中存在瘤內細菌，腫瘤內細菌編碼的不同微生物組成和代謝功能在不同類型的癌癥中得到鑒定[11]。此外，發現乳腺腫瘤相關微生物群在所有受試腫瘤類型中具有最高水平的多樣性和豐度。重要的是，這項研究使用從新鮮乳腺組織中離體分離的細菌和熒光標記的D-丙氨酸證實了代謝活性細菌的存在。

5 結論

作為調節腫瘤進展和影響癌癥預后的腫瘤微環境中的一個關鍵影響因素，微生物群正受到越來越多的關注。不同身體部位的微生物群落在各自癌癥的腫瘤發生和腫瘤進展中起不同作用。在許多情況下，基因突變、致癌通路的調節和免疫系統調節的直接變化可以為局部微生物和癌癥之間的聯系提供潛在的解釋。值得注意的是，共生微生物群對免疫微環境產生影響，經常促進炎癥或抑制抗腫瘤免疫。宿主免疫系統和局部微生物之間的串擾影響癌癥的生長和擴散。

腫瘤相關細菌的作用需要進一步研究。理清微生物、腫瘤微環境和癌細胞之間的復雜關系，可以為潛在的癌癥治療和現有癌癥治療在個體癌癥患者中的表現提供有價值的見解。在這個不斷發展的領域，仍有許多問題有待解決?？偟膩碚f，未來需要繼續對腫瘤內微生物群進行研究，以進一步探索其在癌癥中的作用，并找到新的癌癥治療策略，包括靶向和個體化治療，以最大限度地提高抗腫瘤治療的療效。