腸道菌群在肝細胞癌中的研究新進展

龐飛雄 賴彥華

原發性肝癌在我國惡性腫瘤中發病率位居第4位，而死亡率位居第2位，嚴重威脅我國人民的生命和健康[1-2]。肝細胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）是原發性肝癌的主要病理類型，占原發性肝癌的75%～85%[3]。HCC常見的危險因素包括乙型和/或丙型肝炎病毒感染、過度飲酒、非酒精性脂肪性肝炎及其他原因引起的慢性肝臟炎癥和肝硬化等。肝炎病毒、酒精或脂肪堆積等原因引起肝細胞損傷、誘導炎癥反應，引起組織修復、肝細胞持續增殖、基因突變，最終導致HCC的發生[4]。越來越多的證據表明，腸道菌群的失調是肝臟疾病進展的關鍵因素。在肝硬化患者中，腸道菌群出現明顯紊亂，表現為益生菌數量減少，而潛在致病微生物增加致使炎癥微環境改變[5]。此外，腸道屏障功能失調可導致細菌及其代謝產物通過腸道-肝臟軸轉移至肝臟，引起炎癥的持續存在[6]。因此，腸道菌群參與促進HCC進展的炎癥的形成和維持，在HCC的發病機制中起重要作用。研究腸道菌群的特征及調控對于預防、早期診斷和治療HCC具有重要的臨床意義。本文就腸道-肝臟軸與HCC的關系、HCC進展過程中腸道微生態和代謝產物的變化及益生菌等藥物在HCC治療中的研究進展予以論述，為HCC的預防、早期診治提供理論依據。

1 腸道-肝臟軸與HCC

肝臟和腸道在解剖學和功能上相互關聯。腸道-肝臟軸的解剖學基礎起源與胚胎期，肝臟和腸道在胚胎期起源于前腸，腸道相關淋巴組織的前體起源于發育中的肝臟。因此，肝臟與腸道通過腸道-肝臟軸共同執行著營養物質的代謝、免疫反應和細菌代謝物的生物轉化等功能[7]。

肝臟的血供來源包括肝動脈和門靜脈，其中門靜脈占肝臟血液供應的70%～75%。門靜脈將脾臟和腸道的血液帶到肝臟，門靜脈系統中含有消化道吸收的營養物質及腸道微生物的代謝產物，如脂多糖、肽聚糖、鞭毛蛋白等。相關研究證明，當腸道菌群失調和腸道通透性增加時，腸道內的致病微生物和細胞DNA、細胞壁成分及細菌代謝產物發生移位，稱之為微生物相關分子模式（microbial associated molecular patterns，MAMPs）[8]。MAMPs通過激活肝臟的先天免疫細胞如Kupffer細胞、星狀細胞、自然殺傷細胞等，釋放大量炎癥因子、趨化因子，引發炎癥級聯反應，損害肝臟免疫系統，導致慢性肝病、肝硬化、HCC的發生，同時加劇腸道黏膜損傷[9]。

肝細胞分泌的膽汁對脂類和脂溶性維生素的消化和吸收至關重要。研究表明，在生理條件下，腸道從肝臟接收肝臟中合成的膽汁酸，并運送到腸道中，膽汁酸具有抗菌特性，其可以調節腸道微生物組的組成[10]。在病理條件下，肝細胞受損時，腸道屏障功能會受損，腸道中的毒素、細菌及代謝產物通過細菌易位進入腸外器官，導致腹腔感染、膿毒血癥等。同時，肝細胞疾病或外傷時，可促進腸道微生物營養不良。例如，肝硬化會減少胃酸、膽汁酸的分泌，削弱腸蠕動，導致腸道細菌的過度生長和腸道微生物營養不良[11]。此外，肝臟免疫系統產生的炎癥因子可以增加腸黏膜的通透性。因此，腸道上皮的完整性、腸道和肝臟的免疫防御以及腸道微生態的平衡都在維持腸道-肝臟軸的健康和平衡方面發揮著重要作用[12]。

綜上，筆者認為腸道-肝臟軸在腸道微生態、肝臟和腸道之間的作用是雙向的。一方面，腸道菌群及其代謝產物參與調節肝臟內膽汁酸的合成、脂質的代謝及膳食纖維物質的吸收。另一方面，肝臟將合成的初級膽汁酸和免疫球蛋白等抗菌成分通過膽道分泌至腸腔，調節腸道菌群的多樣性及腸道屏障。腸道微生態失調可將腸道內的細菌成分、內毒素和肽聚糖轉移至肝臟，對肝臟產生炎癥刺激，推動慢性肝炎、肝硬化、肝癌的發生。因此，腸道-肝臟軸參與慢性肝炎、肝硬化、肝癌等在內的許多肝臟疾病的發病。

2 腸道菌群與HCC

2.1 腸道菌群失調與HCC

腸道微生物群在腸道-肝臟軸中起著關鍵作用，其組成和功能隨著宿主的變化而演變。例如，在正常的生理條件下，大部分的腸道微生物群主要由厚壁菌門、擬桿菌門、變形菌門等微生物組成[13]，這些菌群相互平衡、相互制約，保護宿主免受致病微生物的過度生長的刺激。然而，隨著不同的潛在慢性肝病的出現，腸道微生物組構成發生了明顯的變化，其主要特征是微生物多樣性的下降。Grat等[14]學者發現，合并肝硬化的HCC患者糞便微生物群失調的特點表現為大腸桿菌過度生長，推測腸道內大腸桿菌的過度生長可能有助于肝癌的發生過程。鄭樹森教授的團隊使用16S rRNA高通量測序方法研究了113例HCC患者的腸道菌群的特點，發現 Bacteroides、Lachnospiracea incertae sedis和Clostridium ⅩⅣa菌屬在HCC中富集，深入研究后發現這些富集的菌屬與膽汁酸的代謝密切相關。Huang等[15]在20例人體肝臟樣本中發現肝癌組織中有大量幽門螺桿菌，而無惡性腫瘤的肝臟組織中未發現幽門螺桿菌，提示幽門螺桿菌可存在于原發性肝癌患者的肝臟中，并可能與肝臟的致癌過程有關。另有研究表明，乙肝相關HCC患者的糞便微生物群的物種豐富程度遠遠高于非乙肝相關的HCC（NBNC-HCC）患者，NBNC-HCC患者的糞便中含有更多潛在的促炎細菌如志賀氏埃希氏菌、腸球菌等，而糞腸桿菌、小腸球菌、小腸梭菌等的水平則降低，這導致NBNC-HCC患者腸道菌群的抗炎能力下降[16]。此外，微生物數量和功能的失衡或菌群失調會引起腸道屏障的破壞，這種形態上的改變會導致腸道通透性的增加和細菌或其產物涌入肝臟的入口增加[17]，這種現象稱為“腸瘺”。腸道通透性的增加和細菌的轉移可以促進微生物的代謝產物進入肝臟，導致膽汁酸代謝的損害，并促進全身性炎癥和腸道運動障礙[18]。菌群失調和腸道通透性之間有密切的聯系；菌群失調導致腸道屏障更加通透，而腸漏則允許細菌代謝物和MAMPs轉移并到達肝臟。

2.2 腸道菌群代謝產物與HCC發病機制的研究

肝細胞癌的發病不僅是來源于患病的肝臟腫瘤，也發生發展于患病的腸道微生態環境中。研究證明，腸道-肝臟軸通過多種途徑和信號通路進行代謝產物的轉換：第一，膽道向腸道輸送初級膽汁酸和抗菌活性分子如免疫球蛋白A；第二，門靜脈向肝臟輸送MAMPs和次級膽汁酸；第三，通過毛細血管向腸道分配膳食代謝產物、游離脂肪酸、乙醇和膽堿代謝產物[9]。因此，腸道-肝臟軸的完整性調節著腸道微生物群的組成和腸道上皮和血管屏障的完整性，以及肝臟中膽汁酸的合成和組成及脂質代謝。任何步驟受損均將導致腸道-肝臟軸的代謝循環紊亂。相關研究表明，腸道微生物群促進肝癌發生的機制涉及腸道泄漏、腸道微生物群失調、激活脂多糖（LPS）-Toll樣受體4（TLR4）信號和細菌代謝物的交替等多種機制[19]。腸道微生態失調對肝臟產生炎癥刺激，是對慢性肝病的額外刺激，慢性炎癥和腸道微生態失調共同推動了肝癌的發生。由于肝臟經常暴露于腸源性細菌因子中，包括細菌成分、內毒素和肽聚糖，其可以通過激活TLR引發炎癥反應。同時革蘭陰性桿菌細胞壁的脂多糖可以與TLR結合，通過下游效應NF-κB途徑產生TNF-α、IL-1β和IL-6等炎癥因子[20]。來自腸道微生物群的MAMPs可以激活腸細胞中的還原型輔酶Ⅱ氧化酶（NOX）1-NOX4復合物，刺激產生活性氧（ROS）。這導致炎癥體的激活、IL-18和IL-1β等細胞因子的釋放及小腸細胞的脫顆粒。菌群失調通過產生細菌代謝物（如膽汁酸）影響腸道微生物群的代謝途徑。革蘭陽性菌將膽汁酸轉化為次級膽汁酸的能力增強。細菌產生的次級膽汁酸脫氧膽酸可調節肝臟竇細胞和CXCL16依賴性自然殺傷性T細胞（NKT）的招募[21]。在菌群失調的情況下，短鏈脂肪酸，特別是菊粉消化后產生的丁酸可促進HCC的發展[22]。總之，腸道菌群代謝產物在與HCC發病機制相當復雜，可能通過參與多種代謝途徑及信號通路發揮作用。

3 腸道菌群調節與HCC的治療

盡管HCC有很多治療手段，包括手術切除、肝移植、射頻消融、全身化學治療、放射治療和靶向藥物等，但是HCC容易復發、轉移，并對化學藥物耐藥，所以晚期HCC患者的存活率非常低。因此，迫切需要開發進一步的替代治療。腸道微生態失調和內毒素血癥是慢性肝臟疾病進展為HCC的關鍵因素。因此預防HCC的手段包括維持腸道微生態的紊亂和降低內毒素血癥。目前腸道微生態的防治主要包括選擇性腸道脫污染、微生態調節制劑等方法。選擇性腸道脫污染通過抑制腸道內革蘭陰性桿菌與真菌的繁殖，而促進腸道專性厭氧菌的生長。在動物實驗中，Zhang等[23]使用從姜黃提取的莪術治療二乙基亞硝酸胺誘導的HCC大鼠模型，發現莪術能夠大大增加腸道微生態的多樣性和豐富度，其通過減少革蘭陰性菌，從而抑制肝臟毒性物質脂多糖的產生。從側面證實，通過調節腸道微生態的改變，可以達到治療和抑制肝癌的作用。Xia等[24]使用番茄素治療HCC小鼠的研究中發現，番茄速喂養可以增加小鼠腸道微生物群的豐富度和多樣性，并顯著降低梭菌屬和粘孢子菌屬的相對豐度，從而抑制HCC的發展。由于長期使用窄譜抗生素同樣可以導致腸道微生態失調，因此選擇性腸道脫污染治療仍存在爭議。目前常用的微生態調節制劑包括活菌制劑和促活菌生長制劑[25]。臨床上應用的活菌制劑較多，主要為對人體起有益作用的優勢菌群制劑以雙歧桿菌和乳桿菌為主。研究表明益生菌可以通過調節小鼠的腸道菌群來抑制肝癌的生長[26]。Ren等[27]提出，通過腸肝軸改善肝損傷，可以改善腸屏障功能，并促進腸道微生物恢復。益生菌可能通過以下方式發揮治療作用：調節腸道菌群組成和產生抗菌因子，改善腸屏障功能，調節局部和全身免疫。

當前，越來越多的研究證明了腸道微生物群參與HCC的發生發展。然而，腸道微生物群對肝癌發生的直接影響尚未被闡明。目前的研究證明腸道屏障損失及腸道微生物菌群失調、代謝產物的改變促使了HCC的發展。因此，腸道微生物群早期改變可能作為一種早期診斷HCC的非侵入性的潛在方法。給予抗生素、益生菌等可以調控腸道微生物群，可作為HCC預防和治療的手段。目前尚需要進一步開展一系列的基礎及臨床研究，進一步努力確定腸道微生物群在HCC發病和發展過程中的作用，將有助于找到新的有效和安全的診斷、預防和治療HCC的策略。