腸道屏障功能與肺癌治療的研究進展*

楊宇晨 綜述，蔡智慧△ 審校

(1.內蒙古醫科大學研究生院，內蒙古 呼和浩特 010000；2.內蒙古自治區人民醫院腫瘤內科，內蒙古 呼和浩特 010017)

微生物組的組成與疾病(包括癌癥)密切相關，并從不同方面影響著腫瘤的治療與預后。微生物群已成為包括肺癌在內的不同類型癌癥中的療效和毒性的關鍵調節因子。因此，全面了解腸微生物屏障及其與肺癌的關系,能為肺癌的診療提供新的策略。

1 腸道黏膜屏障概述

腸黏膜屏障是排列在腸道內的單層細胞，主要由腸上皮細胞膜與腸細胞之間的連接復合體和細胞表面的菌膜組成，能防止體外有害物質如細菌和抗原等穿過腸黏膜進入人體內其他組織。腸黏膜屏障根據作用機制可分為4種，包括機械屏障、免疫屏障、化學屏障和生物屏障，其中機械屏障是最重要的一種屏障，主要通過完整的腸道上皮細胞、腸上皮細胞的緊密相連，與菌膜一起有效阻止細菌和內毒素等有害物質自由穿過腸黏膜進入機體。

1.1屏障組成成分 腸黏膜屏障組成成分包括腸上皮細胞、腸黏液、分泌型免疫球蛋白(Ig)、腸道相關淋巴組織、腸道菌群、膽鹽、激素和胃酸等。其中，上皮細胞提供物理屏障作用，并與免疫細胞和基質細胞協同工作，以抵抗病原體[1]。上皮細胞中的杯狀細胞可分泌黏蛋白到腸腔中，與IgA等一起組成黏液以潤滑腸內容物，保護腸上皮。杯狀細胞也可作為抗原呈遞細胞將腔內抗原傳遞至CD103樹突狀細胞，從而促進調節性T細胞的發育。此外，杯狀細胞衍生的產物，如三葉因子3和抵抗素樣分子β，可通過促進上皮修復和黏蛋白的分泌來進一步調節腸內的物理屏障。小腸內的潘氏細胞是人體的一種防衛細胞，能產生抗菌肽，如α-防御素、溶菌酶C和C型凝集素等，可幫助人體抵御微生物的侵犯[1]。而在免疫方面，腸道相關淋巴組織分泌的特異性IgA抗體與抗原結合，可防止抗原抵達黏膜細胞。這是細菌定植和侵入腸道深層先決條件。與化學屏障相關的管腔內的膽汁、胃酸和胰液能夠降解細菌和抗原。組成生物屏障的寄生菌通過產生抗微生物物質、調節管腔內容物的酸堿度和與病原體生長所需營養物的競爭來抑制病原體的定居[2]。當微生物群的穩定性遭到破壞后，會導致潛在病原體的定植和入侵。

1.2腸黏膜損傷時的生化指標 診斷腸黏膜損傷時的常見指標包括D-乳酸、二胺氧化酶、細菌內毒素、瓜氨酸、脂多糖和Zonulin蛋白等。當發生腸黏膜屏障受損并引起腸通透性增加時，細菌產生的D-乳酸和細菌內毒素會通過損傷的黏膜從腸道轉運到血漿，導致血漿D-乳酸和內毒素水平增加[3]。血漿瓜氨酸是一種由腸上皮細胞產生的非蛋白質氨基酸，因其與腸上皮數量顯著相關而被認為與腸細胞功能有關的有效生物標志。有研究顯示，在某些需要使用抗生素的接受免疫治療的肺癌患者中，瓜氨酸可有效用于監測肺癌患者的治療效果。在出現炎癥現象和細胞死亡時會導致機體對瓜氨酸的異常識別和抗瓜氨酸抗體的產生[4]。

Zonulin蛋白是一種常被用于評估腸屏障功能障礙和通透性的血清學標志物。Zonulin蛋白能可逆地分解緊密連接蛋白復合物，調節黏膜通透性，因此被廣泛用于評估除胃腸道疾病以外的各種腸道滲透性。然而，最近的研究表明，市場上可用的檢測方法并不能檢測到珠蛋白(前結合珠蛋白-2)，而是量化了結合珠蛋白和補體因子C3的水平。因此，在檢測技術進一步發展之前，建議謹慎地將Zonulin蛋白解釋為診斷屏障完整性的標志物[2，5]。

2 腸道微生物對肺癌的影響

腸道微生物可通過代謝、免疫反應或炎性反應達到致癌或抑癌作用[6-7]。微生物群具有調節微生物生理的能力，有助于建立促炎或抗腫瘤的炎癥環境。腸道微生物群不僅影響局部黏膜的免疫反應和炎性反應，而且可通過“腸-肺軸”對肺部微生物產生影響，而肺癌又似乎與呼吸系統微生物群有關[7]。肺癌的進展與全身免疫反應和炎性反應有關，因此肺癌可能與腸道微生物和微生物群的失調有關[6-8]。

2.1致癌作用 越來越多研究表明，某些腸道細菌與致癌作用有關，如具核梭桿菌、大腸桿菌、脆弱擬桿菌和變形菌，可通過不同的機制促進結腸直腸癌的發展[9]。近年來的研究證明，腸道細菌的改變在腸外癌癥的發展中也起著重要作用。一項針對肺癌患者糞便細菌群落變化的研究發現，肺癌患者腸道細菌群落發生了改變[7]。通過分析肺癌患者支氣管鏡樣本發現，在肺癌中有大腸桿菌定植[6]。在另一項臨床試驗中，肺癌組患者腸道微生物以擬桿菌屬和梭桿菌屬多見，而在健康對照組中，變形菌門和厚壁菌門最豐富。提示變形桿菌等機會性病原菌的增加與癌癥患者的腸道微生物群失衡有關[7]。有研究揭示了腸道微生物對致癌作用的可能影響，主要包括調節免疫反應，調節代謝，激活Toll樣受體，產生致癌毒素和誘導慢性炎性反應[7]。

微生物不僅可以觸發免疫回路，可利用或引發免疫抑制反應來避免自身被破壞并導致抗腫瘤免疫受損，還可以誘導Th17細胞以促進肺癌細胞增殖和血管生成[6]。慢性系統性免疫抑制增加了癌癥的風險，特別是與病毒相關的惡性腫瘤。目前，大多數針對癌癥的免疫療法都集中于喚醒對腫瘤的免疫反應。異常免疫不僅會導致肺重塑，還會導致肺癌的易感性和進展[8]。腸道微生物可以通過不同的機制影響肺部免疫功能。一種是通過致病菌自身成分，如脂多糖，其可刺激宿主細胞細胞膜表面，使toll樣受體增多，使下游的相應信號通路上調，從而激活調節炎性反應的基因。另一種是細菌的代謝產物，如短鏈脂肪酸，其由細菌發酵碳水化合物產生，是宿主抗免疫和抗炎活性的重要成分，能降低腸道通透性，并通過抑制組蛋白去乙酰化酶、甲基化、細胞因子和趨化因子的產生及細胞分化、增殖和凋亡來改變基因表達。有研究表明，厚壁菌門產丁酸鹽是這些脂肪酸中最關鍵的一種[4，7]。腸道微生物失調時，腸道通透性會增大[10]。抗原入血引起的免疫反應可在血液循環中擴散，影響遠處器官和組織。而腫瘤是一種全身性疾病，因此腸屏障功能損傷和微生物缺失是腸道微生物群、免疫系統和癌癥三者產生關聯的可能影響因素。有研究證明，在小鼠生長過程中，缺乏腸道微生物的小鼠會出現免疫系統發育不良現象，并導致肺部病原體清除能力受損[11]。

炎癥途徑可通過參與腫瘤發展過程中破壞黏膜屏障等多種方式促進腫瘤發展。現有的研究確定了肺癌患者體內特定細菌和炎癥狀態之間的相關性，并加深了人們對肺癌患者腸道細菌的理解。有研究證實，腸道微生物群可以調節中性粒細胞和炎癥單核細胞壽命，以及中性粒細胞與淋巴細胞比值和血小板減少發生率升高與肺癌患者預后不良相關[7]。炎癥還能夠導致呼吸電子受體的產生(如硝酸鹽、乙醇胺和四硫氰酸鹽)，為某些細菌分支帶來生長優勢及增強慢性炎癥，從而促進癌癥的生長和擴散。由核因子-κB和信號轉導及轉錄活化因子3介導的慢性炎癥前饋回路促進了腫瘤內轉化細胞和非腫瘤細胞的致癌作用[7]。然而，炎癥指標和腸道細菌之間的因果關系還需要進一步論證。

除去常見的免疫與炎癥途徑，微生物也可通過參與調節宿主的代謝和產生毒素直接發揮致癌作用。有研究顯示，細菌微生物群有助于產生乙醛(一種重要的致癌物質)。腫瘤相關微生物群也可能產生有助于或阻止致癌作用的代謝物[6]。微生物代謝物或共代謝物(由宿主和微生物共同產生)會導致炎癥，并影響組織中增殖和細胞死亡的平衡。考慮到微生物群代謝的影響，特別是腫瘤微環境中產生的微生物代謝物對癌癥生長和擴散的影響，為腫瘤增加了另一個治療和診斷角度[7]。細菌毒素可直接破壞宿主DNA或通過宿主產生的活性氧和氮物種間接破壞DNA，從而誘導DNA損傷反應和致癌作用。細菌毒素如脆弱擬桿菌毒素等，被鑒定為可觸發雙鏈DNA損傷反應的介質[6]。

2.2抗腫瘤作用 部分腸道微生物也可通過協助腫瘤治療發揮抑癌作用，如乳酸桿菌在Lewis肺癌小鼠模型的腸道中顯示出抗腫瘤作用。糞腸球菌和擬桿菌在腫瘤中富含抗細胞毒性T淋巴細胞相關蛋白4(CTLA-4)和抗程序性細胞死亡蛋白1受體，表明其在癌癥患者的免疫治療中具有潛在的協同抗腫瘤作用[7]。另一項研究顯示，使用順鉑聯合抗生素治療的試驗組小鼠腫瘤體積大于采用順鉑單一治療的對照組，提示傳統完整微生物群的存在對于肺癌的有效化療至關重要[12]。最近發現，膳食纖維會促進腸道微生物群對短鏈脂肪酸的發酵，而短鏈脂肪酸可發揮抗炎作用，降低腫瘤的發生率[6]。腸道細菌可通過多種方式影響抗癌治療的療效[9]，其增加了現有腫瘤治療方法與細菌療法相結合以提高療效和預后的可能性。

目前，關于肺癌患者腸道細菌的確切組成仍知之甚少[7]，關于腸微生物、肺微生物群及肺癌相關性的研究仍有限。理解上述3者之間關系的一個關鍵步驟仍然是確定有肺癌和無肺癌患者腸道菌群的異同。目前，對肺部微生物群和肺癌之間的聯系機制的研究仍處于初步階段。最近的研究揭示了腸道微生物和肺微生物組的變異在介導肺癌發生發展中的作用。更好地了解微生物群和肺癌之間的相互作用有利于加快對肺癌的早期預防和個性化治療[6]。然而，我們不能完全排除另一種假設，即觀察到的微生物多樣性改變可能只是腫瘤進展的被動反應。

3 肺癌治療引起的腸屏障功能障礙的防治

肺癌是目前最多見且病率最高的癌癥。肺癌的常見治療方法(包括免疫治療、放療、化療等)可以損傷腸屏障功能，從而導致多種消化系統不良反應，嚴重影響患者生存質量。目前常用的治療方法會降低腸道微生物的多樣性，令機會致病菌過度繁殖，引起微生態失衡，從而容易導致腸黏膜炎性反應[12]。如采用環磷酰胺治療肺癌時，其通過損傷小鼠腸上皮屏障，增加黏膜通透性，可導致革蘭氏陽性腸細菌如約翰遜乳桿菌和腸球菌等經黏膜轉移至腸系膜淋巴結，出現腹痛、惡心嘔吐等癥狀。除此以外，環磷酰胺療法也能改變小鼠小腸中的共生寄生菌的組成，影響原本的腸屏障功能[13]。近年來，微生物群已成為包括肺癌在內的不同類型癌癥的療效和毒性的關鍵調節因子[4]。

3.1微生物治療 小鼠腸道微生物群中某些菌株的改變，如脆弱類桿菌和洋蔥伯克霍爾德氏菌等，已被證明可防止抗CTLA-4抗體誘導的結腸炎的發展，并與增強的抗腫瘤效應相關[14]。如擬桿菌屬細菌可通過刺激T調節細胞分化來限制炎癥，對免疫治療誘導的結腸炎有拮抗作用，以及擬桿菌比例的增加可使患者免于易普利單抗誘導的結腸炎[15]。近年來出現的一種新型治療方法——糞便微生物菌群移植，是將健康供體糞便中的菌群灌入患者腸道內，從而調節患者腸道菌群，使其恢復正常的腸道微生態系統。該方法可治療因腸道菌群失調導致的各種腸道內外疾病。有研究顯示，對于激素、維多株單抗均無效的難治性免疫相關消化道不良反應，采用腸道菌群移植進行治療有一定療效[16]。近期研究發現，針對癌癥患者的免疫檢查點抑制治療聯合細菌治療在抗腫瘤反應方面有很大前景[7]。

3.2營養治療 面對腫瘤治療引起的腸黏膜損傷，腸內營養支持治療具有提供腸黏膜修復時需要的氨基酸、蛋白質、膳食纖維等營養物質，可維持正常腸黏膜的生長，并具有促進胃腸道激素釋放的功能。作為一種重要的腸道營養氨基酸，谷氨酰胺(Gln)可直接或間接維持腸道屏障完整性和腸道功能，并減少體內細菌移位[17]。補充Gln不僅對黏膜上皮細胞有直接作用，還能通過改善宿主黏膜免疫功能和抵抗微生物入侵來促進黏膜愈合。一項研究表明，口服Gln補充劑可降低放化療毒性，對含瘤動物有保護作用，并與其存活率的提高有關[18]。益生菌通過調節宿主黏膜免疫功能和腸道內菌群平衡，促進營養吸收來保持腸道健康。如嗜酸乳桿菌能減輕接受放療和鉑類化療藥治療患者的腸道毒性，預防消化道不良反應[13]。

3.3激素治療 早期應用激素是治療免疫相關不良反應的關鍵。如發生消化系統重度不良反應(≥3度)時，推薦使用大劑量全身激素治療，并且要延長激素的使用時間。如果需要用糖皮質激素進行長期免疫抑制來治療嚴重的不良反應,患者可使用抗生素以預防機會性感染。在消化系統癥狀控制2～5 d后，可緩慢進行激素的減量,最好可以大于6～8周，同時使用甲氧芐啶和磺胺甲惡唑進行預防治療[19]。劑量減少過快可能導致復發或不良反應惡化[20]。另一項回顧性分析顯示，在糖皮質激素中加入英夫利昔單抗作為初始治療被證明與腫瘤治療誘導的高級別結腸炎患者癥狀緩解時間縮短相關。該策略有可能通過避免早期炎癥發展為慢性炎癥狀態來預防不良后果[21]。

3.4受損黏膜的修復 機體通過腸隱窩中腸道干細胞的增殖分化來補充上皮細胞。長非編碼核糖核酸可調節腸干細胞的增殖、分化和遷移能力[22]，并可通過G蛋白偶聯受體5來監測其增殖分化[23]。目前常用生長因子和細胞因子等調節肽來增強腸上皮細胞的恢復。許多調節肽因子如肝細胞生長因子、血管內皮細胞生長因子、白細胞介素和干擾素等，已被確定具有在腸道內表達并調節腸黏膜內傷口愈合的特性。胰高血糖素樣肽-2(GLP-2)是一種促生長激素，可通過影響細胞旁和跨細胞途徑快速增強黏膜細胞生長，提高腸屏障功能。GLP-2對腸隱窩細胞具有抗凋亡作用。這可能有助于減輕化療誘導的腸上皮萎縮和腸黏膜炎，維護腸黏膜屏障的完整性。內源性白細胞介素-33的正常功能是保護作用，在腸上皮的恢復期間施用外源性白細胞介素-33會顯著加速上皮恢復和修復。白細胞介素-33通過誘導上皮衍生的微小核糖核酸特別是miR-320，能夠促進上皮修復/恢復和炎癥消退，在腸黏膜愈合中起著至關重要的作用[24]。此外，白細胞介素-28可通過激活信號轉導及轉錄活化因子1控制結腸炎小鼠腸上皮細胞的增殖，加速黏膜愈合[25]。很多非肽因子如磷脂、營養素(腺嘌呤核苷酸、多胺、短鏈脂肪酸)、腸道微生物產物、微量元素、藥物和其他因子，具有調節參與腸損傷修復的上皮細胞的功能。其中，一些非肽因子由受傷或死亡的黏膜細胞釋放，另一些通過腸腔或血流到達腸黏膜。

4 小 結

目前，關于腫瘤治療導致腸道微生物群失調的發生機制仍未闡明，只能通過經驗治療與回顧性研究選擇合適的治療策略。未來需要進一步探索以明確腫瘤藥物與腸道微生物、腫瘤微生物之間的相互影響，以建立基于發病機制的治療方針。了解肺癌患者腸道中微生物如何變化及其如何影響肺癌的發展和治療，是更新治療方法、減少胃腸道不良反應及提高治療有效性的關鍵。