粪便菌群移植在癌症治疗中的研究进展

王恒敏 赵琦 综述 吴华星 审校

人体的肠道中含有大量共生细菌，被称为最大的共生细菌库，肠道细菌总量约100万亿，总重量大概1～2公斤，其中主要代表大概有800个菌种和7 000多个菌株，由此可见肠道菌群是人体中不容忽视的免疫有机体[1]。随着高通量微生物组测序技术的突破，使得全面参与培养并进行有关的微生物谱分析成为可能，在这些条件的支持下，科学家们在肠道微生物组和宿主生理、代谢、免疫力以及恶性肿瘤之间建立起了进一步的功能性联系[2]。肠道中存在的正常菌群主要是拟杆菌、乳杆菌、大肠杆菌和肠球菌。在肠道微生物中，拟杆菌和犁头霉属的丰度最高，占微生物总数的90%以上[3]。肠道菌群丰度和肠道微生态结构的变化会导致肠道菌群失衡。一旦肠道菌群失衡，肠道益生菌类群如双歧杆菌、乳杆菌和拟杆菌就会减少，致病菌如产肠毒素的拟杆菌、大肠杆菌和艰难梭菌的数量也会增加[4]。微生物营养不良和肠道中的单个细菌都可以诱导癌变，通过激活致癌途径，诱导炎症反应和破坏宿主DNA来导致肿瘤的发生或促进癌症的发展[5]。调节肠道菌群有望作为一种新方法来治疗癌症。调节肠道菌群的潜在途径包括饮食、益生菌、益生元、抗生素和粪便菌群移植(FMT)，其中FMT被认为是最能够调节患者肠道菌群的手段，FMT即指将健康供体的粪便注入接受治疗的患者的胃肠道，以治疗与肠道菌群改变有关的疾病[6]。

1 FMT用于消化系统癌症

临床研究已经证明，比起健康个体，结直肠癌(CRC)患者的肠道菌群组成发生了重大改变。患者CRC肠道表现出特有的细菌特征，一些细菌如乳酸杆菌、双歧杆菌等在CRC患者的粪便样本中数量减少，而其他如葡萄球菌、梭杆菌、厌氧消化链球菌等数量增加[7]。干酪乳杆菌菌株BL23不仅能抑制小鼠的CRC的发生，还能对抗CRC诱导的肠道菌群失调[8]。动物实验发现，FMT可以显著减弱肠道菌群失衡导致的炎性反应，增强CRC患者的免疫治疗效果[9]，并且能够改善基于程序性细胞死亡蛋白1(PD-1)的抗肿瘤免疫治疗的疗效[10]。由此可见FMT可使CRC癌患者已经失调的肠道菌群得到恢复和改善，从而减少炎性反应的刺激、肿瘤的增殖、促癌途径的激活以及微生物诱导的基因毒性[11]。肝脏疾病通常与肠道营养不良有关，肠道细菌代谢产物可以通过肠肝轴促进慢性肝病和肝癌的发展[12]。FMT可改善高脂饮食引起的肝损伤和脂质代谢失调，并增加小鼠肠道菌群的多样性[13]。在对酒精性肝病有抵抗力的供体小鼠和无菌小鼠之间进行FMT，观察到FMT可以预防无菌小鼠发生酒精性肝损伤[14]。几项关于FMT治疗慢性乙型肝炎患者(CHB)的研究显示，在接受口服抗病毒药物治疗超过一段时间的HBeAg阳性患者中，接受FMT治疗的患者中有若干例HBeAg清除，而对照组(只接受口服抗病毒药物治疗者)中无患者实现HBeAg清除，在HBeAg阴性的CHB患者中，每次FMT治疗后都可见HBsAg滴度的降低，可见粪便菌群移植在慢性乙型肝炎患者的治疗中似乎是有效的[15]。鉴于FMT在治疗慢性肝病中的作用，FMT对肝细胞癌(HCC)患者的治疗益处值得关注。2017年一项关于细菌在介导肿瘤对化疗药物吉西他滨(一种通常用于胰腺导管腺癌的化学治疗药物)耐药中的潜在作用的研究中显示，在113例胰腺导管腺癌患者中，有76%的受试者肿瘤内细菌阳性[7]。这些检测到的细菌中的某些种类(包括变形杆菌)可以增强肿瘤对吉西他滨的耐药性，而抗生素环丙沙星则可以消除耐药性。此外，胰腺癌组织中富集的梭菌种类与预后较差相关[16]，这些研究表明FMT基于微生物群的治疗可能对控制胰腺癌有作用。

2 FMT用于非消化系统癌症

最近有证据显示肠道菌群对黑色素瘤的治疗有影响。利用黑色素瘤小鼠的研究表明，在无菌条件下，PD-1抑制剂的有效性降低了[17]，而在有双歧杆菌的条件下观察到其有效性增高，经过分析认为双歧杆菌可以激活抗原提呈细胞，从而促进肿瘤微环境中活化的CD8+T细胞的积累[18]。一项39例接受免疫检查点治疗的转移性黑色素瘤患者的研究表明，微生物含量与免疫治疗反应之间存在显著相关性。在癌症免疫治疗效果良好的患者里，其肠道中肠杆菌、太白杆菌、费氏杆状杆菌和丝状霍德曼菌含量丰富。把从免疫治疗效果良好的黑色素瘤患者收获的粪便转移到无菌黑色素瘤小鼠中，结果表明FMT可以增强免疫疗法的有效性[19]。因此，FMT似乎有望通过转移有利的肠道菌群来增强黑色素瘤患者的抗肿瘤免疫力。乳腺癌与CRC在流行病学上具有相似性，对于乳腺癌，人类微生物组最重要的作用之一就是对类固醇激素代谢的调节，因为内源性雌激素是乳腺癌发展中最重要的危险因素，尤其是在绝经后妇女中[20]。在2018年一项关于绝经后妇女的乳腺癌与肠道基因组之间关系的研究中，将25例未绝经乳腺癌患者与18例未绝经正常女性，46例绝经后乳腺癌患者和44例绝经后正常女性分别进行对照实验，实验结果表明绝经后乳腺癌患者微生物多样性显著高于绝经后对照，但是在绝经前患者和绝经前对照之间，肠道菌群的相对物种的丰度没有明显差异[21]。需要通过进一步的研究来阐明其中的机制，进而利用FMT参与乳腺癌的治疗。

3 FMT治疗癌症相关并发症

癌症患者由于化疗、频繁使用广谱抗生素、住院时间长以及免疫力低下等因素，容易发生原发性艰难梭菌感染(CDI)和复发性CDI，CDI是抗生素相关性腹泻的最常见原因[22]。2013年指南[23]批准FMT作为治疗复发性CDI的临床方法，其临床有效性已达到约90%[24]。尽管缺乏长期安全性数据，但临床研究和病例报告已证实了FMT对癌症患者CDI的益处。已经有研究报道FMT对23 例接受化疗的癌症患者(主要是血液学癌症)CDI复发的影响，令人信服的是，治疗中不发生严重的不良反应或感染性并发症的有效率为86%[19]。放射疗法是最成功的癌症疗法之一，但它可能引起严重的组织损伤，如放射性肠炎、放射性肺炎等，从而限制了放射疗法的使用。对比移植了正常小鼠粪便的无菌小鼠，移植了辐射小鼠粪便的无菌小鼠会发生明显的辐射损伤，如恶心、呕吐、腹痛等放射性肠炎的症状。将健康小鼠的粪便菌群移植到辐射小鼠体内能明显减轻辐射引起的胃肠综合征，并提高了受辐射小鼠的存活率[25]。有研究首次证明FMT在慢性放射性肠炎(CRE)的治疗中可能是一种安全且耐受良好的方法，因为在研究中可以观察到FMT可以改善CRE患者的直肠出血、大便失禁、腹泻、腹痛和直肠痛等症状。不过疗效并不持久，考虑到CRE对患者的伤害是进行性的，因此患者可能需要重复进行FMT，而不是“一次性”治疗。所以，可以建议临床在放射性肠炎的早期而不是在严重的状态下进行FMT[26]。使用小鼠模型也证实了肠道菌群可以保护肺免受放射性肺炎的侵害，利用FMT也可以减轻这种伤害，并且16S rRNA测序显示在FMT后肠道细菌组成和群落也发生了变化[27]。因此，FMT可以在肿瘤放疗中用作放射防护剂，以改善预后。造血干细胞移植(HSCT)是治疗血液恶性肿瘤最有效，最有前景的方法。同种异体HSCT中，供体T细胞攻击宿主健康组织，导致移植物抗宿主病(GVHD)，这是HSCT最严重的并发症[28]。一项临床研究已经确定肠道细菌多样性是同种异体造血干细胞移植新的独立预后因素[29]。同种异体造血干细胞移植导致肠道菌群受损以及多样性降低，肠道多样性较高的患者比多样性较低的患者预后更好，生存时间更长[29]。2016年已有研究报道FMT成功应用于干细胞移植患者的肠道急性GVHD[30]，在接受FMT的4例患者中，3例完全缓解，1例部分缓解。通过FMT靶向修复肠道菌群可能会成为GVHD的一种新型治疗策略。

4 FMT面临的问题

目前由于缺乏专门的FMT管理中心、捐助者招募困难、监管不易和安全性不确定等一系列问题，FMT的传播受到了限制。在不提供FMT的330名医生中，有80%的人表示准备粪便的后勤工作有困难，还有45%的人则认为捐献者筛查的复杂性和成本令人望而却步[31]。而且来自美国一家粪便银行的数据也表明，经过医学评估，将近90%的候选人不符合捐助条件。澳大利亚大便银行也提供了类似的数据，在完成临床调查问卷后，大约有50%捐助者被排除在外[32]。动物研究表明，肠道菌群的组成会影响宿主对疾病的易感性[33]，人类研究一致表明，FMT持久地改变了受体的微生物组[34-35]。FMT与其他治疗方法不同的地方是它直接被用于临床，而绕过了药物开发过程，该过程通常在提供治疗之前收集大量患者的前瞻性疗效和安全性数据[36]。Wang等[37]对50篇选定的出版物中的1 089例接受FMT的患者进行了系统的审查，发现产生严重的副作用如死亡和病毒感染并不罕见。

5 小结与展望

肠道菌群与人类癌症息息相关，但是肠道菌群影响每种癌症的失衡机制尚未完全阐明。此外，在将肠道菌群分析作为癌症治疗的重要手段之前，必须解决特定的问题。首先需要详细研究宿主与肠道菌群之间的关系，以鉴定与特定癌症高度相关的特定肠道菌群，以及具体机制。虽然粪便微生物移植在某些疾病治疗方面取得了成功，但是它目前有作用无法精确控制，安全性得不到保障等问题，所以FMT要想在癌症治疗中广泛使用，其程序必须标准化(例如供体选择、粪便准备、剂量确定以及操作方法等)，并且FMT的安全性以及其他的问题更是需要通过长期和随机对照的临床研究进一步解决。在不久的将来，FMT可能会成为一种有前景的治疗癌症的有效策略。