人体微生态与食管鳞状细胞癌关系的研究进展

但婉悦，闫 斌，潘 飞

1 解放军总医院第一医学中心 消化科，北京 100853；2 南开大学医学院，天津 300071

食管癌是人体主要的恶性肿瘤之一，其侵袭性强，预后差，是全球癌症相关死亡的第6大原因，在我国位居肿瘤相关死亡的第4位[1-3]。中国是食管癌高发区，部分地区的食管癌发病率远高于全国平均水平。我国食管癌组织学上以食管鳞状细胞癌(esophageal squamous cell cancer，ESCC)为主，占食管癌总数的90%[1,3]。美国ESCC患者5年生存率仅为21.1%[4]。因此，迫切需要找到一种早诊早治和有效预防ESCC的新策略。人体的皮肤、呼吸道、消化道、生殖道等部位和体液中都存在着大量的共生微生物和病原微生物，这些微生物共同构成了复杂的人体微生物生态群落。人体微生态在人体消化吸收、物质代谢、免疫反应、生长发育等方面均具有重要作用。近年来很多学者从ESCC发生发展可能机制、预后、疾病预测标志物等方面报道人体微生态与ESCC的关系。本文拟对人体微生态与ESCC关系的研究进展 进行综述。

1 人体微生态特征与ESCC

1.1 口腔微生态与ESCC 人类口腔微生物组数据库(human oral microbiome database，HOMD)是一个详细记录口腔细菌类型、代谢、致病能力的人类口腔微生物组综合数据库。HOMD总共发现了约150属700种口腔细菌，其中链球菌属的菌群丰度明显高于其他菌属。这些口腔微生物和宿主共生构成了复杂的人类口腔微生态，协助维持口腔正常生理环境以及全身各系统稳态。而口腔微生态失衡可促进龋齿、牙周炎等口腔疾病以及ESCC、贲门癌、腹主动脉瘤、系统性红斑狼疮、阿尔茨海默病等全身各系统疾病的发生[5]。

许多研究报道了口腔微生态与ESCC的发生有关，低刷牙频率和牙齿缺损者更易罹患ESCC及其癌前病变——食管鳞状上皮不典型增生(esophageal squamous dysplasia，ESD)[6-7]。Wang等[8]发现ESCC患者的唾液样本与健康对照组相比，其细菌丰度和多样性较低，而变异性较高。Chen等[9]发现唾液微生物群的改变与ESCC患病风险存在相关性，与非ESCC患者的唾液相比，ESCC患者唾液中的微生物多样性降低，且劳特罗普菌属(Lautropia)、布雷德菌属(Bulleidia)、卡氏菌属(Catonella)、棒状杆菌属(Corynebacterium)、Moryella、消化球菌属(Peptococcus)、心杆菌属(Cardiobacterium)的携带率减少。Kawasaki等[10]发现食管癌患者龈下菌斑样本中具核梭形杆菌(Fusobacterium nucleatum，Fn)感染率明显高于未患肿瘤及癌前病变的对照组，且唾液样本中伴放线聚集杆菌(Aggregatibacter actinomycetemcomitans，Aa)感染率明显高于对照组。多项研究表明在食管癌患者中检出更高水平的牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonas gingivalis，Pg)以及咽峡炎链球菌(Streptococcus anginosus，Sa)等口腔感染菌[10-11]。这些研究提示口腔菌群的改变与ESCC的发生、发展密切相关，为ESCC发病机制的研究提供了新 思路。

1.2 食管微生态与ESCC 食管内存在其独有的微生态，而不仅是从口腔或胃迁移而来。正常成人食管远端组织中有近100种共生细菌，其中最常见的是链球菌，其次是普雷沃菌属和韦荣球菌属[12]。基于食管独有的微生物群，建立了食管微生物群的分型——以链球菌为主的Ⅰ型微生物群和以革兰阴性厌氧菌为主的Ⅱ型微生物群。其中，Ⅰ型多见于正常食管，而Ⅱ型多见于Barrett食管(Barrett’s esophagus，BE)和反流性食管炎等食管疾病[13]。

多项研究表明，ESCC患者食管微生物群与正常食管微生物群存在显著差异。一项来自中国ESCC高发区的病例对照研究表明，与非肿瘤组织相比，同一ESCC患者肿瘤组织中的梭杆菌丰度在门水平和属水平上呈一致性升高，而其厚壁菌门和链球菌属相对降低，并发现肿瘤组织中梭杆菌属的相对丰度与肿瘤分期呈正相关[14]。Li等[15]的研究则表明，与健康对照组相比，ESCC组食管黏膜中假单胞菌属的比例增加，而青枯菌属和伯克菌属的比例降低。另一项研究则进一步证实了上消化道菌群丰度与ESD呈负相关，提示上消化道中微生物丰度低的患者癌变风险更高。从而推测，食管乃至上消化道的微生态改变与ESCC密切 相关[16]。

2 人体微生态在食管癌发病机制中的作用

目前，人体微生态在ESCC发病中的具体机制尚不清楚，但多项研究证实微生态菌群失调在ESCC发生发展过程中具有独特的作用。综合目前文献报道，认为特殊机会致病菌(具核梭形杆菌和牙龈卟啉单胞菌)的感染可能导致ESCC的发生和发 展。

2.1 Fn可以通过激活趋化因子CCL20促进肿瘤细胞增殖和转移 Fn可通过黏附素FadA与宿主细胞黏附分子钙黏蛋白结合，增加炎性细胞因子(如IL-6、IL-8、TNF-α)表达并刺激癌基因和Wnt基因表达等促进肿瘤侵袭[17]。Yamamura等[18]对东京基因和基因组百科全书(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)数据库进行富集分析，找到了在Fn阳性的ESCC中上调程度最大的通路和趋化因子，即“细胞因子-细胞因子受体相互作用”通路和CCL20趋化因子，并进一步证实了ESCC组织中Fn阳性组CCL20的表达分数显著高于Fn阴性组。所以认为Fn可能通过激活趋化因子C CL20促进肿瘤细胞增殖和转移。

2.2 Pg可以通过调控多种信号通路促进ESCC细胞的增殖和迁移 越来越多的研究表明，microRNAs(miRNAs)作为肿瘤癌基因或抑癌基因，在疾病的发生和发展中发挥着重要的作用。Liang等[19]研究发现Pg可能通过由miR-194介导的miR-194/GRHL3/PTEN/Akt负反馈信号通路促进ESCC细胞的增殖和迁移。除此之外，TGF-β信号通路可促进肿瘤细胞侵袭和转移。Qi等[20]研究发现Pg通过协调TGF-β的经典和非经典信号通路，促进TGF-β的分泌并增加其生物活性，调控GARP，激活Smad/YAP/TAZ信号通路，从而产生致癌作用。反之，干预GARP/TGF-β或SMADS/YAP/T AZ级联反应则可以消除Pg的促癌作用。

3 人体微生态与ESCC的诊断和预后

3.1 微 生 态 与ESCC诊 断 伴 放 线 聚 集 杆菌(Aa)是一种与牙周疾病相关的兼性厌氧革兰阴性细菌，该菌在成年人群的发病率为9.7%[21]。研究表明食管癌患者唾液标本中Aa感染率及其拷贝数显著高于对照组[10]，考虑到该菌在非肿瘤患者中较低的检出率，Aa有望成为食管癌早期筛查的生物标志物。此外，一些研究者关注到牙龈卟啉单胞菌(Pg)的感染与ESCC的发病有关。Peters等[22]的前瞻性队列研究发现Pg感染与ESCC发病率增高有关。Gao等[23-24]发现ESCC患者血清中Pg抗体IgG和IgA滴度明显高于食管炎患者及健康对照组，血清Pg抗体IgA早期诊断ESCC的敏感度为54.54%，而IgA和IgG联合检测特异性高达91.5%。因此，血清Pg抗体IgG和IgA联合检测有助于ESCC的早期诊断。另外，Li等[15]发现ESCC患者与健康对照组、ESCC患者与食管癌根治术后的ESCC患者食管微生物组成均存在显著差异，而食管癌根治术后的ESCC患者食管微生物组成及代谢与健康对照组相似，提示食管微生态与ESCC发病有关，根治术后ESCC患者的食管 微生态监测可能是肿瘤复发的重要预测方法之一。

3.2 微生态与ESCC预后 多因素分析显示血清Pg抗体IgG和IgA是ESCC的独立预后因素，在0 ～Ⅱ期或淋巴结转移阴性的ESCC患者中，IgG或IgA水平高的患者总生存期明显低于IgG或IgA水平低的ESCC患者，而IgG和IgA均高水平者预后最差，提示血清Pg抗体IgG和IgA水平有利于ESCC的预后分层[24]。Liu等[25]发现ESCC患者肿瘤组织中普氏杆菌属和链球菌属的丰度与ESCC患者存活率呈负相关，并首次提出基于链球菌和普氏杆菌丰度判断ESCC患者预后的分级模型，链球菌和普氏杆菌丰度均高的“H+H”组预后明显差于其中一菌丰度高而一菌丰度低的“H+L”组及两菌丰度均低的“L+L”组，并且“L+L”组直至随访结束未报道有死亡病例，认为链球菌和普氏杆菌的联合丰度是ESCC独立的预后生物标志物。

具核梭形杆菌(Fn)是主要存在于人类口腔内的革兰阴性厌氧菌。大量研究表明Fn是多种疾病的机会性病原体，包括牙周疾病[26]、绒毛膜羊膜炎[17]、阑尾炎[27]、炎症性肠病[28]、结直肠癌[29-30]。2016年，Yamamura等[18]首次发现ESCC患者肿瘤组织中的Fn细胞核DNA含量与食管癌不良预后存在相关性，组织中的Fn细胞核DNA含量越高，预后越差，提示Fn细胞核DNA可能是识别ESCC患者预后的生物标志物。2019年，Shao等[14]的研究发现ESCC患者T1期、T2期、T3期肿瘤组织中梭菌属(Fusobacterium)的相对丰度分别为0.34%、1.1%、1.9%，梭菌属相对丰度与肿瘤分期呈正相关。如果后续研究能够验证并进一步阐明Fn调控ESCC发生、发展的机制，可以 考虑将Fn作为ESCC的预后生物标志物。

4 微生态疗法在食管癌辅助治疗中的作用

微生态疗法通过增加机体益生菌数量和抑制病原菌作用从而达到治疗疾病的目的，主要包括微生态制剂[31](益生菌、益生元、合生元)、粪菌移植(fecal microbiota transplantation，FMT)和抗菌药。近年来，微生态制剂在炎症性肠病、结肠癌、抗生素相关性腹泻、肠易激综合征等多种疾病中取得了显著疗效。2018年，英国胃肠病学会和医疗感染学会联合指南正式将FMT用于难治性/复杂性艰难梭菌感染的治疗[32]。另外，越来越多的临床研究报道了FMT在治疗炎症性肠病、肠易激综合征、肝性脑病、自闭症等疾病的显著疗效。基于大量对人类微生态与食管癌关系的研究，我们有望找到以下食管癌的治疗或辅助治疗方法：1)通过个体化微生态治疗减少食管的革兰阴性菌，将食管Ⅱ型微生物群转换为Ⅰ型微生物群，降低食管癌前病变的发生率，从而达到预防和治疗的目的。2)基于Fn和Pg在ESCC发生、发展过程中的重要作用，如果Fn和Pg明确的致癌作用得以进一步证实，那么针对Fn和Pg使用特异的抗生素以及针对下游信号通路(如GARP/TGF-β、SMADS/YAP/TAZ)的靶向治疗可能成为ESCC的有效治疗和预防措施。3)Cheung等[33]发现，与未进行FMT治疗的ESCC小鼠相比，FMT治疗的ESCC小鼠肿瘤肝转移面积显著减少，因此认为健康小鼠的肠道微生物有助于减少ESCC肝转移。如果有更多的研究支持这一观点，则有望通过FMT减少ESCC肿瘤转移，从而改善ESCC患者的预后。

此外，研究表明肠道微生态制剂与谷氨酰胺联合应用能够增强ESCC患者术后的体液免疫[34]。食管癌患者围术期积极的肠内营养供给有助于肠道微生态平衡及胃肠功能恢复，而术后长期使用抗生素则易导致肠道微生态失衡[35-36]。Motoori等[37]研究发现，ESCC患者新辅助化疗期间应用合生元能够减少腹泻以及淋巴细胞减少等化疗相关不良反应的发生。因此，适量的肠道微生态制剂 联合肠内营养有助于ESCC患者术后恢复。

5 展望

人体微生态参与ESCC的发生发展，但其作用机制尚未充分阐明，是当前的重要研究热点。未来的研究将深入揭示人体微生态调控ESCC的作用机制，有助于为ESCC的早诊早治提供新策略。鉴于不良口腔卫生状况会增加ESCC的患病风险，未来有望通过改善口腔微生态有效预防ESCC。不仅如此，微生态模型未来极有可能作为ESCC的早期诊断和预后标志物；通过抗生素、微生态制剂以及FMT等微生态疗法实现个体化菌群治疗，达到预防或辅助治疗肿瘤的目的。然而，以上方法用于ESCC诊断和治疗的安全性、有效性及机制仍有待进一步研究验证。