腸道菌群在肝癌發生發展及治療中的作用研究進展

盧 雨，王 昊，巴 乾

上海交通大學公共衛生學院，上海 200025

肝癌是常見的消化道惡性腫瘤類型之一，其中肝細胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）是最常見的肝癌類型。在世界范圍內，HCC 是第六大最常見的癌癥，也是癌癥相關死亡的第三大原因［1-2］。HCC是典型的炎癌轉化的腫瘤類型，其發展遵循肝臟慢性炎癥-肝纖維化-肝硬化-肝癌進程。由于肝癌的5 年生存率僅有18%，因此尋找更多新的和有效的治療方法依然是當今科學需要探討的內容［3］。肝臟和腸道通過門靜脈、膽管和體循環進行雙向交流，腸道菌群與腸道-肝臟之間的交互作用形成腸-肝軸，腸道菌群基于腸道與肝臟之間的交互循環，調節肝臟和腸道中的促炎性變化，進而影響肝纖維化、肝硬化和肝癌的發展過程［4］。本文旨在探討腸道菌群與肝癌發生發展的關系和對肝癌治療效果的影響，期望將相關的理論成果轉化為實際的臨床收益。

1 腸道菌群與肝癌

1.1 腸道菌群與腸-肝軸

腸道菌群是近年來醫學領域研究聚集的焦點之一。目前腸道菌群大致可以分為3 種類型——有益菌、條件致病菌和致病菌群，其中絕大部分菌群如類桿菌屬、優桿菌屬、雙歧桿菌屬、瘤胃球菌屬和梭菌屬等都和人類宿主存在共生關系［5-6］。有益菌是有益的活性微生物，又常被人們稱為益生菌，腸道內常見的有益菌包括雙歧桿菌、乳酸菌等［7］。正常情況下，腸道內菌群維持一定的平衡狀態，促進營養吸收進而調節機體的免疫和健康。但是當其寄生部位及環境發生變化時，某些條件致病菌如大腸埃希菌、變形桿菌等在腸道內大量繁殖導致腸道菌群失調從而引發機體疾病。條件致病菌與肝臟的變化密切相關，在酒精性肝炎及肝硬化患者中大腸埃希菌的豐度呈酒精依賴性升高，誘導肝臟環境向促炎型轉化進而影響肝癌的發生［8］。常見的腸道致病菌包括金黃色葡萄球菌、溶血性鏈球菌、沙門菌等，它們通常競爭性抑制有益菌的繁殖并產生有害物質，是導致食源性腸道疾病及食物中毒的主要致病菌［9］。在健康的個體中有益菌和致病菌相互制約，維持腸道微環境中相對的菌群動態平衡。當腸道生態發生紊亂時腸道菌群會發生定性或定量的改變，破壞腸道屏障并增加腸道滲透性，從而引起機體代謝能力的變化，降低機體免疫力，導致炎癥的發生。由此可見，腸道菌群通過調節人體免疫過程，進而控制機體的穩態［10］。

肝臟為人體內最大的合成代謝以及解毒器官，一方面來自腸道的營養物質以及腸道微菌群的代謝產物通過血液進入門靜脈系統流入肝臟，另一方面肝臟的代謝產物通過膽管系統進入腸道，進而影響腸道菌群的定植環境。這種由腸道菌群與門脈系統、膽管系統組成的雙向腸肝交流體系通常稱為腸-肝軸，是腸道菌群與肝臟相互作用的生理學基礎［11］。肝臟產物影響腸道菌群組成和屏障完整性，而腸道因子調控肝臟的膽汁酸合成和糖脂代謝。正常的肝腸循環和完整的腸道黏膜屏障是維持機體穩態的重要條件。當腸道菌群種類或功能失調時，將使腸道的通透性增加進而破壞腸道屏障的緊密連接，促進微生物代謝物進入肝臟，誘導膽汁酸代謝受損，促進全身炎癥和腸道運動障礙［12］。

1.2 腸道菌群通過腸-肝軸影響肝癌的發生發展

肝癌常見于慢性肝病患者，多由經年的肝損傷、炎癥進一步引發肝纖維化乃至肝硬化的惡性循環后果［13］。近年來，越來越多的研究顯示，腸道菌群在肝癌的發生發展階段中扮演著重要的角色。現有的觀點認為，由腸漏、腸道菌群移位、生態失調等微生物相關分子模式 （microbiota-associated molecular patterns，MAMPs）引發的免疫反應與腸道菌群代謝是腸道菌群通過腸-肝軸促進肝癌發生發展的主要機制［14］。

肝炎是慢性肝病的主要表現形式。已知大多數慢性肝病患者的最終結局為肝癌，而腸漏和生態失調是慢性肝病患者機體內的兩大主要特征［15］。肝臟不僅從腸道接收富含營養的血液，也是腸道微生物群、MAMPs 引發炎癥反應首要的靶器官之一。一方面腸道系統的生態失調導致腸道屏障受損，另一方面更易滲透的腸道屏障使失調微生物群相關的細菌代謝產物更容易轉移到達肝臟。腸道菌群及其代謝產物作為外界的刺激因子引起機體一系列的炎癥反應，這也是腸道菌群參與免疫通路引起肝癌發生發展的基礎［16］。在二乙基亞硝胺和四氯化碳誘導原位肝癌的動物模型中，脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）/Toll樣受體4（Toll-like receptor 4，TLR4）是促進肝癌發展的特異性通路。LPS 作為革蘭陰性菌細胞壁的主要組成成分，通過激活TLR4 通路引發肝臟相關促炎反應，炎癥反應分泌的細胞因子誘導肝星狀細胞和Kupffer 細胞促纖維化［17］。

肝纖維化是肝臟長期損傷及炎癥反應的常見病理結果，其中肝星狀細胞活化是肝纖維化發生的中心事件。在一項針對非酒精性脂肪性肝?。╪on-alcoholic fatty liver disease，NAFLD）患者的調查中，患者糞便中的擬桿菌屬和瘤胃球菌屬的豐度明顯增加。其中擬桿菌屬豐度的改變和NAFLD 獨立相關，瘤胃球菌豐度的增加和肝纖維化獨立相關，這種菌群豐度隨著病程進展程度的變化主要是通過影響機體內碳水化合物、脂質和氨基酸代謝實現的［18］。在肝臟損傷的應激反應中，肝損傷與腸道屏障缺陷和肝臟對細菌產物的接觸增加有關。在靜止的肝星狀細胞中腸道菌群的產物LPS 能夠特異性地上調TLR4 信號轉導，增加趨化因子分泌并誘導Kupffer 細胞的趨化性使其不受限制地激活；該結論揭示了微生物-TLR4通路與肝臟促纖維化信號之間的新聯系［19］。對基因敲除小鼠的研究也強調了TLR4 和其他重要介質在微生物誘導促肝纖維化中的關鍵作用［20］。

肝臟長期纖維化對肝細胞及肝臟血管造成不同程度的損傷，進一步發展為肝硬化和肝癌；而由于腸道和肝臟之間的相互作用，肝硬化及肝癌患者可能長期具有不平衡的腸道微生物組成。對肝硬化患者的腸道微生物群分析顯示，其腸道內雙歧桿菌的比例要低于健康人群。變形菌及腸桿菌屬等致病菌過度增長，其中雙歧桿菌在人體內充當有益菌，能有效降低腸道和血漿內毒素水平；而變形菌和腸桿菌屬等能夠引起肝損傷，并與血清中白細胞介素-6 （interleukin 6，IL-6）、腫瘤壞死因子-α （tumor necrosis factor-α，TNF-α）等炎癥因子的水平相關［21-22］。膽汁酸來自腸道菌群的酶代謝，在肝臟中產生，對于維持腸道微生物群穩態、平衡脂質及碳水化合物代謝、胰島素敏感性和先天免疫至關重要［23］。肝硬化及肝癌患者常表現為腸道菌群失調，腸桿菌屬及梭狀芽孢桿菌屬細菌大量增加，進而產生大量的次級膽汁酸，膽汁酸反流回肝臟發生炎癥反應。同時肝臟內法尼酯X 受體下調，相應的膽汁酸轉運蛋白表達被抑制，隨著膽汁酸的積累可持續造成肝細胞DNA 損傷、細胞凋亡和炎癥，在此基礎上促進肝癌的發生［24-25］。有研究表明脂磷壁酸（lipoteichoic acid，LTA）作為MAMPs 另一大主要組成部分，通過影響肝星狀細胞參與肝臟腫瘤免疫微環境的調控。腸道微生物群通過轉移革蘭陽性菌的組分LTA 實現肝臟細菌移位，LTA 與Toll樣受體-2 結合驅動環氧化物酶2 通路，并協同肥胖誘導的腸道菌群代謝物脫氧膽酸來上調肝星狀細胞的衰老相關分泌表型因子的表達，促使衰老的肝星狀細胞產生前列腺素-E2 來抑制抗腫瘤免疫反應，最終促進肝癌的發展［26］。在一項NAFLD 相關的HCC 研究中發現，高脂高膽固醇誘導的小鼠逐漸發展為脂肪變性、脂肪性肝炎、纖維化和NAFLD 相關肝細胞癌，其腸道菌群紊亂表現為粘螺菌、脫硫弧菌、厭氧菌和脫硫弧菌科依次增加，腸道菌群的代謝物也隨之改變，表現為血清?；悄懰嵩黾雍?-吲哚丙酸減少，導致肝臟內三酰甘油的積累并抑制正常肝細胞的增殖，而抗膽固醇治療恢復了腸道菌群失調并緩解了肝癌的進展［27］。

2 腸道菌群與肝癌的治療

2.1 腸道菌群作為肝癌診斷治療新靶點

多數HCC 患者診斷時常處于晚期，腸道微生物組可作為早期HCC 的理想生物標志物。某項前瞻性隊列研究中，納入了我國的75 例乙型病毒性肝炎感染的HCC 患者，以評估微生物組作為HCC 非侵入性生物標志物的潛力。在新疆和鄭州的HCC 患者中，糞便微生物多樣性從肝硬化到肝硬化早期HCC 逐漸增加，并在樣本中鑒定了30 個微生物標志物特征。該項研究成功實現了HCC 生物標志物西北和華中地區肝癌的跨區域驗證，揭示了腸道菌群作為生物標志物在早期HCC甚至晚期HCC的強大診斷潛力［28］。近來一項針對超重或肥胖胰島素抵抗個體的臨床試驗結果表明，給予超重/肥胖的胰島素抵抗癥志愿者3個月的口服嗜黏蛋白阿克曼菌制劑作為補充，志愿者體內肝功能障礙和炎癥的相關血液標志物水平明顯降低，而整體腸道微生物組結構并未受到影響，由此可以推測這種方法也能夠有效降低NAFLD 患者的HCC 風險［29］。鑒于腸道菌群在HCC 發展過程中的作用，其已經成為預防HCC的一個關鍵靶點。但目前結合癌癥的手術療法及放射治療和化學治療的研究證據不夠充分，需要對更多不同地區和基礎疾病的患者群體進行驗證性研究。

2.2 腸道菌群在肝癌免疫治療中的作用

由于HCC 惡性程度高，多數患者在就診時已處于晚期階段。隨著免疫學及腫瘤學等學科的迅速發展，免疫治療逐漸成為當今的研究熱點。腫瘤的免疫治療是指利用機體自身的免疫系統來抑制腫瘤免疫逃逸，進而恢復機體正常的抗腫瘤反應，達到控制和清除腫瘤目的的一種新型治療方法，手段包括腫瘤疫苗、免疫檢查點抑制劑、治療性抗體、小分子抑制劑及細胞治療等。免疫檢查點抑制劑作為免疫治療最主要的方法，也成為晚期HCC臨床治療的轉折點。臨床上常用的免疫檢查點抑制劑主要為細胞毒性T淋巴細胞相關抗原4 （cytotoxic T lymphocyte associated antigen 4，CTLA-4）抗體及程序性細胞死亡分子1（programmed cell death-1，PD-1）/程序性細胞死亡分子配體1（programmed cell death ligand-1，PD-L1）抗體，一方面增強CD8+T 細胞的細胞毒性作用，另一方面促進T細胞增殖，進而恢復機體免疫系統正常的抗腫瘤作用［30-31］。由于部分患者在治療過程中出現原發性或獲得性耐藥，阻礙了免疫檢查點抑制劑在臨床的廣泛應用。腸道菌群失調雖在肝癌的發生發展過程中起到一定的催化作用，但有大量的研究表明可以通過調控腸道菌群改善宿主對腫瘤免疫檢查點抑制劑的反應來提高藥物的抗腫瘤作用，因此調節腸道菌群可能會成為預防或治療肝癌的一種更安全、低成本的潛在策略［32-33］。

調節腸道菌群是提高肝癌免疫治療效果的重要手段。近來的研究表明，嗜黏蛋白阿克曼菌有望成為具有抗腫瘤活性的下一代益生菌。在一項針對HCC 晚期患者的隊列研究中，給予患者定期抗PD-1抗體治療，收集其糞便樣本，進行宏基因組測序評估并分析腸道細菌特征的動態變化；結果顯示，對抗PD-1 抗體治療不響應的患者變形桿菌的數量增加，而對治療敏感的患者腸道內嗜黏蛋白阿克曼菌及瘤胃球菌屬的豐度呈現明顯增長的趨勢；該結果為開發新型的益生菌治療也提供了一定的研究基礎［34-35］?？股氐暮侠硎褂迷诟伟┑募毎^繼免疫治療中也呈現出一定的抗腫瘤協同作用。γδT 細胞是一種直接靶向腫瘤的細胞，可以浸潤到多種腫瘤組織中如B 細胞淋巴瘤、前列腺癌、乳腺癌、黑色素瘤等。自體和同種異體Vδ2Vγ9 T 細胞過繼免疫療法是廣泛用于臨床患者針對γδT 細胞免疫治療的2 種方法，在人體癌癥中療效不如理論預期。但在動物肝腫瘤模型上發現，一定的抗生素能夠使產生3-吲哚丙酸的腸道細菌增加進而增強γδT 細胞免疫療法的效果，抑制肝臟腫瘤的進展［36］。糞便移植法作為新興的技術，是將健康人類糞便中的功能菌群移植到患者胃腸道中以重建新的有益腸道菌群，調節腸道微生物組以減少某些細胞毒性代謝物或炎癥介質的產生以及逆轉腸道菌群的失調來抑制HCC 的發展。將對免疫檢查點阻斷治療有反應的癌癥患者的糞便微生物群移植到無菌或抗生素治療的小鼠中，能夠有效改善PD-1 阻斷劑的抗腫瘤作用，而無反應患者的糞便微生物群移植并沒有表現出相同結果［37］。糞便移植法雖然讓人們看到了提高肝癌治療效率的希望，但因多數患者對其的接受程度較低以及移植后不可預測的術后感染等局限性致使相關的研究較少，仍需要大量的臨床證據證明其安全性及實用性［38］。

2.3 腸道菌群在肝癌非免疫療法中的調節作用

益生菌可以通過多種機制降低HCC 的發病風險以及延緩HCC 的發生發展過程，如提高腸道有益菌的豐度使其產生具有腫瘤抑制活性的抗炎代謝物。LI等［10］的團隊發現，Prohep 作為一種新的益生菌混合物（包括雙歧桿菌、鼠李糖乳桿菌和嗜酸乳桿菌等）能夠有效延緩肝臟腫瘤的生長，輔助性T 細胞17（T helper cell 17，Th17）及其產生的細胞因子白細胞介素-17（interleukin-17，IL-17）在肝臟腫瘤血管生成中起到促進作用，而益生菌Prohep 的補充可以通過下調IL-17及其主要生產者Th17細胞來抑制肝臟腫瘤內的血管生成，抑制腫瘤生長；同時轉錄組分析表明，益生菌將腸道微生物群落轉向某些有益細菌如抗炎代謝物生產者普雷沃菌屬和顫桿菌克屬。在一項針對丙型肝炎病毒（HCV）陽性患者的實驗中，益生菌FK-23（熱處理的糞腸球菌）定期補充9 個月后肝損傷標志物谷丙轉氨酶和谷草轉氨酶明顯下降，從健康人體內分離的青春雙歧桿菌處理人類肝癌HepG2細胞可有效降低乙型肝炎病毒（HBV）病毒載量和細胞變性，這均在一定程度上證明了益生菌的抗病毒活性有助于通過預防慢性HBV 和HCV 感染來降低HCC 風險［39-40］。益生菌還可通過調節宿主基因表達來實現表觀遺傳調節，如富硒谷胱甘肽益生菌可激活沉默信息調節因子1 信號轉導和減弱肝臟氧化應激、內質網應激和炎癥反應以及絲裂原活化蛋白激酶信號轉導，可有效減輕肝纖維化，以此預防肝癌的發生［41］。

腸道菌群在肝癌的化學治療中也充當了必不可少的角色。多柔比星作為一種較為廣譜的抗腫瘤藥，常用于HCC 的治療。研究顯示姜黃素-鋅復合物與多柔比星聯合治療通過影響腸道菌群的豐度，如降低厚壁菌門屬、提高擬桿菌屬的細菌種類，改善了腸道菌群的失衡狀態，上調腸道緊密連接蛋白的分泌并增加了腸道絨毛中杯狀細胞的數量，明顯改善了小鼠腸道屏障完整性的退化，進而提高了多柔比星的抗腫瘤作用，證實了腸道菌群在增敏化學治療藥物聯合療效中的關鍵作用［42］。近年來，中藥在逐漸應用于癌癥的輔助治療，越來越多的研究表明腸道菌群在調節中藥對肝癌的治療方面具有潛在價值。紅花黃作為中藥紅花中的主要活性成分，通過調節炎癥相關的腸道菌群豐度，促進肝細胞中的膠原蛋白降解，增強了肝臟免疫浸潤［43］。人參皂苷Rg3 可視為一種自噬抑制劑，能夠改善肝癌治療中腸道菌群和新陳代謝之間的不平衡，恢復腸道菌群穩態，延緩腫瘤進展并顯著改善肝癌治療的預后效果［44］。胰島素抵抗是NAFLD發病的關鍵因素之一，益生菌可以改善機體的肝胰島素抵抗，與丹參多糖聯合使用在NAFLD 進展為肝癌的過程中，呈現出明顯的抗腫瘤協同作用［45］。機體的膳食攝入可以改變腸道菌群的狀態，由飲食衍生的腸道菌群代謝物通過多種生物活性分子不斷地與宿主進行相互作用，影響肝癌的發展。益生元作為一種膳食補充劑，其成分之一菊粉可直接作用于腸道菌群，由腸道菌群發酵成短鏈脂肪酸，顯著提高了腸道菌群中雙歧桿菌的豐度［46］。合理食用膳食纖維、維生素、ω-3多不飽和脂肪酸等營養素，是調節飲食-微生物群軸的有效方式，能夠改變腸道菌群的組成，實現已知的抗炎和抗癌作用，但具體的個性化飲食方案與治療方案相結合還需要進一步的研究［47］。

3 展望

基于腸-肝軸的特殊生理結構，我們總結了腸道菌群參與肝癌的發生發展過程中理論依據和研究進展，揭示了腸道菌群在調節機體免疫功能及代謝方面的巨大潛力。腸道菌群成為肝癌預防、診斷及治療的潛在靶點。越來越多HCC 相關的臨床試驗目前正在招募患者，期望闡明如何利用腸道菌群來增強基于免疫的治療策略，這將有助于我們了解微生物組在HCC 抗腫瘤免疫方面的作用。隨著免疫治療的不斷發展，人們也逐漸認知到益生菌干預也有望成為改善肝癌免疫療效的一種策略。但治療策略不應只局限于基于免疫治療的方法，我們同樣論述了腸道菌群在化學治療、中藥輔助治療及飲食等肝癌非免疫治療方式中的重要價值。目前，關于益生菌及益生元補充劑的靶向機制、中藥輔助治療對調節腸道菌群的普適性、糞便移植安全性及接受程度等其他潛在方面研究有待開展和證實。期望在未來的研究中，能明確地闡述腸道菌群、肝癌及治療三者間的關系，將基礎理論轉化為實際的臨床應用。

利益沖突聲明/Conflict of Interests

所有作者聲明不存在利益沖突。

All authors disclose no relevant conflict of interests.

作者貢獻/Authors'Contributions

盧雨撰寫并修改了此文；王昊、巴乾審閱了此文。所有作者均閱讀并同意了最終稿件的提交。

The manuscript was drafted and revised by LU Yu. The manuscript was reviewed by WANG Hao and BA Qian.All the authors have read the last version of paper and consented for submission.

·Received：2022-03-02

·Accepted：2022-06-14

·Published online：2022-07-26