肠道菌群对肺癌影响的研究进展*

王娅楠 综述 顾岩 审校

近50年来，肺癌的发病率和死亡率显著上升。研究发现，除吸烟、空气污染等致癌因素外，肺癌患者还存在肠道微生态失调现象。这一现象提示肠道微生态失调可能在肺癌的发生发展及诊断治疗中也起着重要作用。肠道微生物群包括细菌（微生物群）、病毒（病毒组）和真菌（真菌群），其中以类杆菌属、双歧杆菌属等约60 种菌群组成肠道“核心”微生物群[1]，肠道菌群多与人体呈共生关系，维持着肠道内的稳态[2]。多项研究表明，肠道微生物的改变会对肺的免疫机制产生影响，相反肺的免疫机制也可通过血液影响肠道的稳态[3]。Kang 等[4]研究表明肺部疾病与肠道菌群相互影响的关系称为肠肺轴，肠淋巴理论是肠肺轴论的基础[3]。“肠肺轴”双向联系着肺脏和肠道功能，肠道菌群平衡有助于抗肺癌作用，且能增强顺铂的抗肿瘤效应，肠道菌群失调则可引起肺部多种疾病，使得肠道菌群结构改变，并打破肠道菌群屏障功能，促进肿瘤形成[5]。上述研究提示，肠道屏障功能和微生物群移位是影响肠道微生物群、免疫系统和癌症之间关系的主要因素。肠道菌群与肺癌的相互关系已成为研究热点。

1 肠道菌群对肺癌发生发展的影响

Biragyn 等[6]研究表明肠道菌群多样性的减少可导致肠道稳态失调，造成肠屏障受损。肠道菌群及其代谢产物可以通过受损的肠道屏障进入血液，并导致机体处于慢性炎症状态。同时，这种机体稳态的失衡导致免疫系统清除受损和衰老细胞的能力下降，进一步促进炎症状态，形成致癌环境，处于休眠期的肿瘤细胞通过积累突变使其从休眠状态中被唤醒，进而导致癌症的发生和发展。Zitvogel 等[7]研究也表明这一观点，同时还指出拟杆菌属、梭菌属、双歧杆菌属等是常见的可产生短链脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs）的细菌。SCFAs 可降低肠道pH 来促进益生菌生长，并抑制大肠埃希菌属、志贺菌属等病原菌定植，维持肠道内环境的稳态。研究还发现，胆汁酸水解酶存在于拟杆菌、梭状芽孢杆菌等厌氧菌中，可增加游离胆汁酸的产生，而肠道厌氧菌可将游离胆汁酸转化为二级胆汁酸，损伤DNA 并导致癌症发生。Bingula等[1]研究提示，肠道微生物群的整体组成对肺部产生有效免疫反应极其重要。在发育阶段，如在感染期间缺乏免疫所需刺激，快速有效的免疫反应将会失效，导致致病菌定植和易感性增加，最终发展成肺癌，并提高死亡率。Zhang 等[8]也证明肠道微生物与肺癌的发生发展存在明显联系，通过16S rRNA 检测肺癌患者肠道菌群发现普雷沃菌属（Prevotella）的相对丰度降低，放线菌、链球菌丰度明显升高，提示普雷沃菌属具有一定抗肿瘤杀伤作用，而放线菌和链球菌作为致病细菌在肺癌的发生发展中起促进作用。研究同时指出，由细菌性营养不良引起的微生物分解相关的分子模式和微生物组功能改变是肺癌进展的关键途径。Carbone 等[9]的研究表明肠道微生物还参与肺癌的散播。上述研究提示，微生物感染可导致癌症，肠道菌群对恶性肿瘤的发生发展有一定的影响。

2 肠道菌群作为肺癌诊断的标志物

早期肺癌不易引起临床症状，易错过最佳筛查和治疗时间，导致肺癌治疗效果较差，5年生存率仅为4%～17%[10]。多项研究表明，肺癌等大多数肿瘤患者较健康者的益生菌如双歧杆菌、乳酸杆菌、柔嫩梭菌属和瘤胃球菌属等数量减少，条件致病菌如肺炎克雷伯菌等数量增加，导致肠道稳态失调[11]。还有研究发现老年非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）患者与健康者相比产丁酸菌减少，产丁酸菌是一种肠道益生菌，其产生的丁酸可影响肠微血管系统内皮细胞血管生成，从而抑制肿瘤细胞的生长[12]。此外和健康者相比，嗜木聚糖真杆菌、挑剔真杆菌及梭菌属的增多和普氏菌、瘤胃假丁酸弧菌的减少与小细胞肺癌（small cell lung cancer，SCLC）的发生可能存在正相关。Zhang 等[8]发现肺癌患者类杆菌属、韦荣氏球菌属和梭杆菌属的水平高于健康者，而大肠杆菌、志贺菌、克吕沃尔氏菌、粪杆菌、肠杆菌和小杆菌属低于健康者。同时研究发现毛螺菌科、肠杆菌科和梭菌目在肺癌组的血液样本和粪便样本中均显著富集。上述结果显示，肺癌组和健康对照组的肠道菌群具有显著性差异，肠道菌群可能作为肺癌诊断的潜在标志物。

3 肠道菌群对肺癌治疗及预后的影响

3.1 放疗

目前，针对ⅢB 期及Ⅳ期肺癌患者，临床多选择放化疗，伴随放疗技术的改进，其地位在NSCLC 治疗中得到显著提升。放疗杀伤肿瘤细胞的主要机制是使放射范围内有机分子产生自由基，从而引起DNA 分子断裂、损伤。放疗过程还能够使保护性抗癌免疫反应激活，导致免疫原性细胞死亡。但同时肺癌患者肠道菌群的紊乱也会进一步加重，有研究发现放线菌和链球菌在放疗后异常升高，拟杆菌门、双歧杆菌等有益菌减少，提示肺部放疗可以引起患者肠道菌群的改变，且结果与肠道放疗后改变一致，进一步验证了肺肠轴的存在[8]。Kang 等[4]研究也表明NSCLC 患者胸部放疗后肠道菌群多样性会发生改变，改变趋势为有害菌增加，有益菌减少。而周卉洁等[13]发现口服益生菌可增加双歧杆菌、乳酸菌、肠球菌等优势菌，减少大肠杆菌等潜在致病菌，有效调节肺癌放疗后的肠道菌群失衡。此外，研究还提示肺癌放疗前与放疗后相比，肠道菌群多样性指数（Shannon 指数、Simpson 指数、Chao1 指数）均有增加，差异无统计学意义（均P＞0.05）。同时指出肺癌放疗前后的肠道菌群变化受患者种族、年龄、地域的影响，与吸烟、病理类型、临床分期均无显著相关性。目前关于肠道菌群与放疗疗效及预后的研究还十分有限，仍需更进一步探索。

3.2 化疗

化疗是肺癌治疗中不可替代的基础治疗，首选以铂类为基础的两药方案。Zitvogel 等[14]发现抗菌药物或益生菌、饮食改变、肿瘤治疗均可引起肺癌患者肠道菌群结构的改变，导致肠道菌群失调，肠道菌群失调影响着伊立替康等抗肿瘤化疗药物的疗效。Bingula等[15]研究也发现青霉素、头孢菌素、大环内酯类和喹诺酮类抗菌药的使用会影响铂类药物疗效并增加人类患肺癌的风险。在一项对应用顺铂的小鼠Lewis 肺癌模型的研究中发现，顺铂联合ABX（万古霉素、氨苄西林和新霉素混合疗法）可以破坏宿主的共生菌群，使小鼠的肿瘤更大、生存期更短，其原因可能是抗生素影响了正常肠道菌群诱导CD8+T 细胞产生γ-干扰素（IFNγ）[16]，从而削弱了铂类的抗肿瘤作用。

相反，有益菌群可增强顺铂的抗肿瘤作用。顺铂联合乳酸菌治疗的小鼠肿瘤较小，生存率提高，可能是乳酸杆菌通过增强抗肿瘤免疫反应、促进肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤细胞增殖等增强顺铂的抗肿瘤作用[17]。吉西他滨联合铂类（GP）方案为晚期NSCLC 首选一线化疗方案之一，研究表明服用活菌制剂可减轻其导致的胃肠道不良反应，并提高肠道内益生菌的数量，增强了GP 化疗的抗肿瘤作用，显著提升患者的疾病控制率（disease control rate，DCR），并延长了无进展生存期（progression-free survival，PFS）[18]。同样，Bingula等[1]的研究也表明给肺癌小鼠（Lewis 肺癌模型）口服嗜酸乳杆菌并联合顺铂治疗，可减小鼠肿瘤体积，并指出在补充益生菌后，通过上调IFN-γ、颗粒酶B（GzmB）和Prf1 表达，也可增强抗肿瘤反应。Heshiki 等[19]发现肠道中富含椭圆形拟杆菌和解木聚糖拟杆菌的肺癌患者对化疗反应较好。同时研究表明SCLC 患者接受依托泊苷+顺铂（EP）方案化疗后的肠道梭状芽胞杆菌增多，毛螺菌科、瘤胃假丁酸弧菌数量减少，但化疗前后肠道菌群差异不显著。

此外，多项研究提示肠道菌群是肺癌化疗的预后的标志物。周卉洁等[13]发现晚期肺癌患者在接受以铂类为基础的化疗后，其体内特异性识别E. hirae 和B. intestinihominis 的记忆性Th1 细胞数量增多，预示更长的PFS。Bingula 等[1]发现老年NSCLC 化疗后肠道菌群发生明显改变，肠球菌和肠道巴氏杆菌的特异性记忆Th1 细胞的免疫反应可选择性地预测晚期肺癌患者化疗后的PFS，提示肠道菌群能在化疗中发挥重要作用。Daillère 等[20]的研究表明，肺癌患者在接受铂类药物化疗后，特异性识别希拉肠球菌数量增多，提示更好的化疗疗效及预后。因此，完整且平衡的肠道菌群对于肺癌患者的有效化疗是至关重要的。

3.3 免疫治疗

针对程序性细胞死亡受体-1（programmed cell death-1，PD-1）或其配体（programmed cell death-Ligand 1，PD-L1）的免疫检查点抑制剂（immune checkpoint inhibitors，ICIs）的出现显著改变了晚期NSCLC 的治疗管理[13]。ICIs 对比多西紫杉醇作为晚期NSCLC 患者的二线治疗，可明显延长PFS[21]。PD-1 单抗通过阻断PD-1/PD-L1 通路促进T 细胞的活化、增殖及抗肿瘤效应，并已取得较好疗效[22]。然而，免疫治疗虽然有着很多优势，但治疗优势人群有限。近期研究表明，肠道微生物群可以影响肿瘤对免疫治疗的反应，并可能是一种潜在的预测预后的生物标志物[23]。Katayama等[24]的研究表明肺癌患者肠道内乳酸菌属和梭菌属含量越高，其免疫疗效越好。周卉洁等[13]研究证实了肠道A. muciniphila 与ICIs 疗效显著相关。使用抗生素对Lewis 肺癌小鼠进行微生物群灭菌，再口服补充A. muciniphila，ICIs 抗癌效果恢复。Jin 等[25]发现肠道微生物群的多样性与纳武利尤单抗治疗NSCLC的良好反应有关，且治疗前肠道微生物群的调节可能为提高ICIs 免疫治疗的疗效提供一种可行方法。Routy 等[26]也发现肠道菌群更多样化的患者对PD-1抗体治疗更敏感，且患者对治疗的反应与肠道内嗜黏蛋白艾克曼菌的数量有关，同时研究提示抗生素可能通过改变肠道菌群来影响免疫疗效，接受抗生素治疗的NSCLC 总生存期明显缩短。然而Kaderbhai 等[27]的研究则提示抗生素诱导的微生物群改变不影响纳武利尤单抗治疗NSCLC 的疗效，但该研究是一项回顾性分析，样本数量有限，缺乏说服力，故这一结论需要在更大的患者队列中得到证实。

Alexandra 等[28]表明共生的双歧杆菌属可以促进免疫应答，并增强PD-1 单抗的疗效。但研究同时指出，PD-1 单抗在发挥抗肿瘤效应的同时，会减弱对自身抗原的免疫耐受而引起免疫相关性不良反应。最常见的不良反应为免疫相关性腹泻，其发生与肠道菌群的差异有关，如拟杆菌门的拟杆菌属及厚壁菌门的考拉菌属对肠道黏膜起保护作用，可抑制免疫相关性腹泻的发生，而变形菌门的韦永氏球菌属会加速胃肠道蠕动，从而促进免疫相关性腹泻发生。故拟杆菌属、考拉杆菌属、韦永氏球菌属可以作为肺癌PD-1 单抗治疗后发生免疫相关性腹泻的生物标志物。Samuelson 等[3]发现可发酵膳食纤维含量可改变胃肠道微生物群的组成，高纤维饮食会减少免疫相关性腹泻的发生，而低纤维饮食降低了SCFAs 水平，增加了过敏性气道疾病。但Wu 等[29]研究还表明多运动和适量摄入高脂肪食物可以增加患者肠道考拉菌属的含量，也可以降低PD-1 单抗后免疫相关性腹泻的发生，此外补充益生菌亦可减少其发生率。而Haratani 等[30]研究表明发生免疫相关不良反应的患者对ICIs 治疗更敏感。

肿瘤的发生发展及治疗常常伴随着菌群的失调，而服用益生菌则可以帮助恢复肠道菌群平衡。益生菌对免疫系统的益处不断显现[13]，未来的目标是找到可取代传统疗法的最佳益生菌治疗方案，获得更好的肿瘤治疗疗效并降低不良反应。

4 结语

近期，越来越多的研究开始探讨肠道菌群与肺之间的关系。多项研究表明，肠黏膜下层或肠系膜淋巴结中存在大量巨噬细胞和其他免疫细胞，肠道致病菌群突破肠道屏障后，随着肠道产生的细胞趋化因子，沿淋巴系统至乳糜管进入循环系统，首先能够进入肺循环影响免疫反应，从而引发肺癌。肠道菌群为肺癌的发生发展、诊断、治疗、预后提供了新的策略，但其临床应用还面临着较多问题。不同个体肠道菌群组成不同，易受各种因素影响，且存在不稳定性；菌群免疫调节的机制尚不清楚，免疫微环境与肠道菌群之间的关系也有待探索。未来能否根据肠肺轴或肠淋巴理论来指导肺癌的治疗，仍需进一步探讨肺癌和肠道菌群之间的关系及机制。