肠道菌群在结直肠癌不同阶段的变化

李松霏，李 军

北京大学第三医院消化科，北京 100083

结直肠癌(colorectal cancer，CRC)目前发病率较高，在恶性肿瘤中，其发病率第三，死亡率第二，严重威胁人们的健康。但CRC分期不同，其预后差异较大，早期CRC(0、Ⅰ、Ⅱ期)5年生存率达80%，但晚期CRC(Ⅳ期)5年生存率仅为10%[1]。且现在结直肠早癌，即黏膜内癌，可在内镜下完整切除，达到完全治愈效果，既减轻了患者的痛苦，又减轻了经济负担，因此早期发现至关重要。目前CRC早期筛查主要是进行肠镜检查。CRC发病途径分三种，即腺瘤途径、炎症途径、de novo途径，结直肠腺瘤发展至癌需要10年左右，有足够时间让我们筛查发现和中断其发展，但因多数CRC癌前病变，尤其是结直肠腺瘤，无特殊不适，且肠镜检查存在一定痛苦及风险，故部分患者不易接受，因此更简单、无创的筛查方法亟需被探索、应用。

在大多数散发性CRC的病例中，肿瘤的发生是一个多步骤的过程，涉及到与形态学改变平行的基因组改变。此外，越来越多的证据表明，人类肠道微生物群与CRC的发生有关[2]。CRC患者中某些特定肠道菌群变化较大，Sobhani等[3]研究将CRC患者和健康对照者大便移植到无菌小鼠体内，对小鼠大便进行16S rRNA基因测序，发现与显著组织病理学改变(如癌前病变)最相关的细菌种类是硬壁菌和梭状芽胞杆菌。且在CRC不同阶段，肠道微生态的特点不同[4]，因此检测特定肠道菌群可能成为筛查CRC的一种新的检测方法，此外，调节肠道微生物可能影响结直肠肿瘤的进展[5]。本文通过近期相关研究，对不同阶段CRC的肠道微生态特点作一概述。

1 癌前病变

1.1 腺瘤多数CRC是通过腺瘤-腺癌途径发展而来的。Saito等[6]收集81例患者的肠液(肠镜检查过程中收集)，其中47例结肠腺瘤，24例黏膜内癌，10名健康受试者，Shannon指数显示，结肠腺瘤患者与健康受试者之间差异有统计学意义(P=0.019)，线性鉴别分析评分显示，结肠腺瘤患者的梭杆菌、细小单胞菌、拓扑异胞菌的相对丰度远高于健康受试者，其中差异最大的细菌类群是梭杆菌属。而健康人微生物群的特点是以乳酸杆菌、沙门氏菌、莫拉西科为主。在结肠腺瘤患者与健康受试者之间相对丰度差异显著的细菌中，梭杆菌主要在结肠腺瘤患者中检测到。此外，莫拉克素科、细小单胞菌、丁酸单胞菌、环磷菌、Comamonas、乳酸杆菌、沙门氏菌的相对丰度差异也有统计学意义(P<0.001)；但这些细菌在所有细菌中相对丰度非常小(<1%)。因此，与健康受试者相比，梭杆菌主要与结肠腺瘤患者相关。但Yoon等[7]收集腺瘤和正常对照的肠黏膜标本并对其进行菌群分析，研究显示，各组之间肠黏膜相关的肠道菌群差异无统计学意义。且有研究显示，腺瘤切除术后肠道微生物结构几乎无变化，对肠道中主要的细菌，无论是门级还是属级，均无显著变化，但术后副杆菌(具有抗应激和抗癌作用)的丰度却显著增加(3.8%vs1.5%)[8]。通过上述研究，可推测黏膜相关菌群与粪便或肠液中的菌群有差异，研究标本不同，所得结果存在差异。且有证据表明，黏膜相关菌群在结肠癌发生中可能比粪便微生物群发挥更大的主导作用[9]。通过黏膜相关菌群研究，结肠腺瘤患者黏膜相关菌群可能无变化，但腺瘤切除后可使有益菌增加。但Yachida等[10]研究显示，在多发性腺瘤性息肉(>3个)患者中，变形菌门的菌种数量明显升高。因此，可推测大肠腺瘤个数不同，对肠道菌群影响不同，但对大肠腺瘤的个数进行分类来分析肠道菌群变化的试验不多，仍需进一步研究证实。另对于大肠腺瘤不同分期(如管状腺瘤不同分级)及分型(管状腺瘤、绒毛状腺瘤、管状绒毛状腺瘤)对肠道菌群是否有影响仍未知，需进一步研究探讨。

1.2 炎症性肠病(inflammatory bowel disease，IBD)

IBD是肠道慢性炎症性疾病，目前病因不明，主要包括溃疡性结肠炎(ulcerative colitis，UC)和克罗恩病(Crohn’s disease，CD)两种类型，IBD患者因肠黏膜受到长期反复的炎症刺激，使CRC发生风险较正常人增加约5倍，在IBD患者中，10%～15%因CRC死亡[11]。研究显示，在IBD患者中，奈瑟菌科、肠杆菌科、维管菌科、巴氏杆菌科浓度较高，而类杆菌科、赤藓菌科、梭杆菌科、双歧杆菌科浓度较低[12]。有研究纳入了7例IBD相关CRC患者、10例散发性CRC患者、10名健康对照者，收集大便，所有样品中的绝大多数细菌属于厚壁菌门、拟杆菌门、梭杆菌门、变形菌门、放线菌门。在IBD相关CRC患者中，观察到硬壁菌和类杆菌呈减少趋势，而变形菌显著增加。在散发性CRC患者中，观察到类杆菌减少，但梭杆菌大量繁殖。与散发性CRC相比，IBD相关CRC的特征是肠杆菌科和鞘氨醇单胞菌属增加，梭杆菌属和瘤胃球菌属减少[13]。综上所述，IBD相关CRC与散发性CRC肠道菌群有明显差异。但最近的证据表明，黏膜相关菌群在结肠癌发生中可能比粪便微生物群发挥更大的主导作用。IBD患者因黏膜炎症导致肠黏膜屏障功能明显受损，菌群更易侵入肠黏膜导致黏膜相关菌群紊乱[14]，考虑这可能是IBD患者发生CRC风险较高的原因之一。

2 CRC

上海长海医院收集130例CRC患者、88例进展期结肠腺瘤患者、62例结肠息肉患者、130名健康对照者，筛选出24株CRC相关细菌，其中14种细菌增加，包括目前研究较多的核梭杆菌、共生梭菌、微小单胞菌、摩根氏菌、瘤胃球菌等，另10种细菌减少，主要包括真杆菌属[15]，但其未对CRC进行分期。

2.1 早期CRC早期CRC，主要指0、Ⅰ、Ⅱ期。Yachida等[10]对616例接受结肠镜检查的患者，包括健康对照、腺瘤、CRC患者，进行了粪便宏基因组和代谢组学研究，以评估肠道微生物群和代谢物的分类和功能。发现微小环磷菌只在病变早期升高，微小嗜酸菌和齿状放线菌在多发性息肉样腺瘤和/或黏膜内癌中显著增加。代谢组学分析显示，分支链氨基酸和苯丙氨酸在黏膜内癌中显著升高，而胆汁酸(包括脱氧胆酸)在多发性息肉样腺瘤和/或黏膜内癌中显著升高。在S0、SⅠ/Ⅱ、SⅢ/Ⅳ期的标本中，厚壁门、梭杆菌、拟杆菌中的一些种类升高，并随着恶性程度的增加而增加。梭杆菌的上升至少出现在两个阶段。数据表明，在CRC发生的早期阶段，微生物组和代谢组均发生了变化，这可能具有病因和诊断的重要性。此外，CRC患者中不仅存在有害菌增加，也存在有益菌减少。Yachida等[10]研究显示，双歧杆菌属主要在S0期中消失。Yang等[16]研究显示，从晚期息肉到早期(0、Ⅰ、Ⅱ期)大肠癌转变过程中，4种丁酸产生菌的丰度显著降低，包括真细菌、玫瑰囊菌、粪细菌、示波螺旋菌。与晚期息肉相比，0期CRC中示波螺旋菌较少，而与0期CRC相比，Ⅰ期和Ⅱ期CRC中嗜血杆菌减少。

2.2 进展期CRCYang等[16]收集283例大便标本，其中104名正常对照者、117例腺瘤性息肉患者、62例CRC患者，分析正常组、腺瘤组、大肠癌组之间菌群的丰度和Shannon指数，各组之间差异无统计学意义，但研究显示，从0期到晚期CRC的丰度有增加的趋势，尤其是CRC患者中梭杆菌、肠球菌、摩根氏菌的相对丰度明显高于腺瘤患者。Yachida等[10]研究显示，核梭状芽胞杆菌在病变早期到晚期均增加，且其相对丰度从黏膜内癌持续升高到更晚期，差异有统计学意义。

综上，核梭杆菌和共生梭菌与CRC进展的关系可能较密切。Xie等[17]收集了212例结直肠腺瘤患者、109例早期CRC患者、218例进展期CRC患者、242名健康对照者的大便，比较共生梭菌与核梭杆菌在不同病变阶段的变化。结果显示，与健康对照组相比，共生梭菌比例在各个阶段均有升高，在结直肠腺瘤中升高6.28倍，在早期CRC中升高12.38倍，在进展期CRC中升高21.25倍；核梭杆菌与共生梭菌相比显示出轻度升高，在早期CRC中升高2.46倍，在进展期CRC中升高10.70倍，而该文献中，核梭杆菌在结直肠腺瘤患者中的变化未见报道。有研究显示，在Ⅰ～Ⅳ期CRC的肿瘤活检标本中，核梭杆菌仅在第Ⅳ期被发现[18]，因此可推测，共生梭菌可能比核梭杆菌更具预测结直肠病变的潜力，尤其是早期CRC，而核梭杆菌在进展期CRC可能起到预测作用。

3 CRC术后

3.1 术后未复发对菌群的影响CRC术后肠道菌群变化相关研究较少。Cong等[19]研究共纳入10例CRC患者和11名健康对照者，收集CRC患者术前及术后约1个月的大便标本，以健康对照者大便标本作为对照，分析肠道菌群变化，结果显示：与术前相比，CRC术后梭状芽孢杆菌、梭杆菌、细小单胞菌、消化链球菌均明显降低；与正常人相比，CRC术后变形杆菌明显增加，拟杆菌、粪杆菌、玫瑰囊菌、瘤胃球菌、乳杆菌明显降低。另术后患者克雷白杆菌较术前及健康对照者均有所增加，这可能与术后感染相关，且该研究亦发现术前梭杆菌和术后克雷白杆菌增加，与病变淋巴浸润相关。Yachida等[10]比较28例CRC患者(Ⅰ～Ⅳ期)术前及术后1年的肠道菌群变化，显示D.longicatena、P.micra、P.uenonis、P.anaerobius、P.stomatis这5种菌群的数量在术后明显降低，但CRC术后患者大便标本与健康人相比，这5种菌群差异无统计学意义。综上，CRC术后梭杆菌等有害菌较术前明显降低，但目前纳入研究患者较少，且术后留取大便时间差距较大，故CRC术后肠道菌群的变化仍需进一步研究。

3.2 术后复发对菌群的影响近期哈尔滨医科大学的一项研究[20]目的是探讨肠道菌群能否预测CRC术后患者异时性结肠腺瘤的发生，结果显示，与CRC术后未发现异时性腺瘤者相比，CRC术后发生异时性腺瘤患者大肠杆菌、志贺氏菌、不动杆菌明显升高，基于肠道菌群的模型和评分系统能够很好地预测外科手术切除后肿瘤发生的风险。但目前尚无相关研究探讨CRC术后复发患者肠道菌群的变化，但通过上述研究，可推测肠道微生物群可能成为CRC术后有无复发的潜在预测生物标志物。

4 小结

遗传、吸烟、饮酒、肥胖、饮食习惯等均与CRC的发生相关，肠道菌群在CRC的发生和进展中起着重要作用。肠道微生物群参与维持肠黏膜的稳态及屏障功能，肠道微生物代谢产物对机体的反应有重要影响，是慢性感染的来源。微生物群和代谢分子，如短链脂肪酸，可能会导致肠道上皮屏障功能紊乱，从而激活促炎介质，如细胞因子、白细胞介素-6、肿瘤坏死因子-α等，损伤上皮细胞及其连接。一些特殊的细菌能引起炎症反应或产生直接损伤肠细胞的毒素。如类杆菌能产生肠毒素和导致氧化损伤、炎症、脑屏障损伤的活性氧物种，脆弱芽孢杆菌激活β-连环蛋白核信号并诱导细胞增殖，核梭杆菌可以通过直接粘附和侵入结肠上皮细胞而诱发炎症性改变[2，21]。

综上所述，在癌前病变(腺瘤、IBD)患者中已经发现肠道菌群失调，并且在发展为CRC的过程中，这种紊乱变得更加明显。这种紊乱包括目前研究较多的核梭杆菌、共生梭菌、变形杆菌、厚壁菌、拟杆菌等有害菌数量的增加，目前研究较多的是核梭杆菌，多项研究[10,16,18]已显示其在晚期CRC患者中明显升高，但在CRC癌前病变及早期CRC中是否升高仍存在争议，研究[17]显示，共生梭菌在CRC癌前病变及早期有明显升高，且在CRC晚期有更明显升高，由此推测共生梭菌可能较核梭杆菌有更好的预测潜力。此外，亦有双歧杆菌、示波螺旋菌、嗜血杆菌等有益菌数量的减少。因此，一些特定菌群数量的变化可能成为预测CRC的潜在生物标志物。

目前众所周知，幽门螺杆菌感染与胃癌密切相关，根除幽门螺杆菌后可大大降低胃癌发生率。同理，如果筛选出某种细菌数量变化与CRC密切相关，针对该种细菌给予相应措施可能有助于降低CRC发生率。其可能成为预测和治疗CRC较有前景的方法。根据目前研究结果推测，核梭杆菌及共生梭菌可能有较大的应用前景，但具体何种细菌预测的灵敏性和特异性较高，仍需进一步研究来筛选。