微生物群与胰腺癌关系的研究进展

郝少龙 纪宇 韩威

首都医科大学附属北京潞河医院普外科，北京 100069

【提要】 微生物群参与调节人体代谢以及炎症、免疫反应、肿瘤发生和发展等多种病理生理过程。有证据表明，特定微生物群的改变与胰腺癌的发生、发展有关，并可影响患者手术、化疗及免疫治疗效果。本文通过综述微生物群与胰腺癌的关系，旨在为进一步开展该领域的研究提供参考。

人类微生物群是指所有栖息在人体内的微生物生态群落，包括真核生物、古生菌、细菌和病毒，主要分布在人体皮肤、呼吸道、口腔、泌尿生殖道，尤其是胃肠道的黏膜上皮中[1]。整个微生物基因组约是人类基因组的150倍，可参与机体多种生理和病理过程[2]。约20%肿瘤的发生及发展与微生物群有关[3]，如幽门螺杆菌定植于胃黏膜并产生CagA癌蛋白，对胃腺上皮细胞进行重新编程促使胃癌的发生[4]；产肠毒素脆弱类杆菌通过分解代谢产生活性氧化物诱导DNA损伤促进结肠肿瘤的发生[5]；甚至在远离胃肠道的乳腺癌，微生物群失调也会通过改变宿主的炎症反应，促进乳腺肿瘤细胞的侵袭和转移[6]。有证据表明，人体微生物群可通过多种调控机制影响胰腺癌的发生和发展、治疗耐受及预后等过程。本文着重就胰腺癌微生物群的来源、分布及其在治疗中的作用进行综述。

一、胰腺癌组织微生物群的特征

胰腺因含有大量蛋白酶，长期以来一直被认为是无菌器官。近期研究发现胰腺癌组织的细菌数量较正常胰腺组织增加了1 000倍[7]。Pushalkar等[8]研究亦证实，无论小鼠还是人，胰腺癌组织中的微生物菌群均较正常胰腺组织丰富，且癌组织中的细菌数量与肠道相比显著增加，其中以变形杆菌(45%)、类杆菌(31%)和厚壁菌(22%)最为丰富。此外，高度异型增生的胰腺导管内乳头状黏液瘤(intraductal papillary mucinous neoplasms, IPMN)和恶变IPMN的囊内细菌16sDNA拷贝数和IL-1β蛋白含量均显著高于非恶变IPMN[9]。为明确胰腺癌组织中的菌群特征，Serra等[10]应用16s rRNA基因测序发现胰头癌患病风险与克雷伯菌呈正相关，而与大肠杆菌和假单胞菌呈负相关。由此可见，胰腺癌组织中存在特征性的微生物菌群，不同微生物群构成与胰腺癌进展相关，但目前仍需要样本量更大的多中心队列研究以明确胰腺癌组织中微生物群的特征性构成，从而进一步探究微生物群变化对胰腺癌的诊断和预测效能。

二、胰腺癌组织微生物群的作用机制

癌细胞与微生物群相互作用促进肿瘤的发生和进展[3]。在胰腺癌，微生物主要通过促进胰腺炎症和免疫抑制诱导肿瘤的发生和发展[11]。据统计，慢性胰腺炎患者罹患胰腺癌的风险是健康者的13倍[12]，而多项队列研究亦表明，急性胰腺炎也与胰腺癌的发生有关[13-14 ]。巨噬细胞吞噬及Wnt/β-catenin、LPS/TLR、NF-κB/MAPK等信号通路可将微生物、胰腺炎症和胰腺癌联系起来[15]，但具体分子机制仍不清楚。微生物群失调诱导的免疫失衡是促进肿瘤发生的重要因素。胰腺中的微生物群能有效调节肿瘤免疫微环境，Pushalkar等[8]发现胰腺癌组织中微生物群失调与肿瘤免疫原性重编程有关，而应用抗生素可抑制胰腺癌小鼠肿瘤进展，可能的机制与抗生素消融瘤内微生物群后促进了Th1极化的CD4+T细胞分化和CD8+T细胞的激活，并使髓系来源的抑制细胞减少和M1巨噬细胞分化增加有关。另一项研究亦表明，减少FOXP3+调节性T细胞可促进胰腺癌肿瘤细胞的免疫逃逸，而肠道微生物可调节T细胞的分化[16]。Toll样受体(Toll-like receptors，TLR)作为I型跨膜蛋白质，可识别侵入体内的微生物并激活免疫细胞的应答，在先天性免疫反应中发挥关键作用。Ayala-Cuellar等[17]研究发现胰腺癌组织中的微生物可通过调节单核细胞中的TLR促进肿瘤的发生。此外，微生物可引起人体糖、脂肪、蛋白质等营养物质代谢的变化，导致各种代谢性疾病，促进胰腺癌的发生[18]。虽然，目前微生物与代谢性疾病之间的因果关系尚未明确，但其利用营养物质影响机体代谢性疾病及肿瘤发生、发展的作用机制值得深入探索。

三、胰腺癌组织微生物群的来源

1．肠道微生物群：肠道微生物群失调和肠黏膜屏障功能损伤导致的细菌易位被认为是诱导肿瘤发生的重要因素[19]。既往研究发现，肠道微生物群不仅可以直接接触高危器官，促进喉癌、食管癌、胃癌和结直肠癌等多种消化系统恶性肿瘤的发生[20]，还可通过易位促进远离消化腔道的其他脏器肿瘤包括肝癌、肺癌、黑色素瘤等的进展[21-22]。Pushalkar等[8]给小鼠口服荧光标记的粪肠球菌和大肠杆菌，6 h后在小鼠胰腺组织中检测到荧光标记的细菌，从而证明了胰腺组织中的菌群来源于胃肠道。此外，亦有研究发现，胰腺癌组织与十二指肠组织内微生物群之间存在高度的相似性，胰腺肿瘤中微生物群可能来自十二指肠的逆向迁移[23]。Kohi等[24]一项病例对照研究结果表明，与胰腺囊肿患者和健康对照者相比，胰腺癌患者十二指肠菌群变化最为显著。除了细菌，Aykut等[25]研究发现真菌可在口服后30 min内到达胰腺，且随着病情进展逐渐在小鼠胰腺肿瘤显著富集。该研究在胰腺癌患者中也获得了相似结论。上述研究结果表明，胰腺癌组织中微生物群主要是胃肠道微生物经过十二指肠乳头逆行进入胰腺内导管系统，最终定植于胰腺癌组织中发挥作用，因此针对胃肠道或胰腺导管内微生物群的检测和治疗在胰腺癌早期诊断和辅助性治疗方面作用的研究具有潜在价值。

2．口腔微生物群：口腔微生物群被认为与胰腺癌发生有关。Jacob等[26]通过分析唾液微生物群组成或牙龈卟啉单胞菌抗体血清与胰腺癌发病率的关系，揭示了口腔病原体和牙周炎与胰腺癌罹患风险的相关性。与健康人群相比，胰腺癌患者口腔中类杆菌属、放线菌属及毗邻贫养菌属显著增加，而长链奈瑟菌、链球菌属、棒状杆菌属、聚集杆菌属、纤毛菌属的浓度明显下降[27]。此外，1项较大样本量的队列研究结果表明，牙周疾病是胰腺癌发生的独立危险因素，牙龈卟啉单胞菌和伴生放线杆菌携带者罹患胰腺癌的风险大大增加[28]；而高度异型增生的胰腺囊性肿瘤囊液中存在并富集了口腔细菌分类群，包括核梭杆菌和亚洲颗粒菌，揭示了口腔细菌在胰腺囊性肿瘤癌前病变中的作用。更有研究表明[29]，即使在调整了常见的风险因素后，牙周炎和胰腺癌之间也普遍存在正相关。Miao等[30]研究发现，牙龈卟啉单胞菌、齿垢密螺旋体和福赛坦菌是引起牙周炎的主要病原菌，它们分泌降解精氨酸的肽基精氨酸脱亚胺PAD 酶，与胰腺癌的p53和K-ras基因精氨酸点突变有关。另有研究发现，通过升高特定共生口腔细菌的抗体水平，可以抑制病原菌的生长，从而降低胰腺癌的患病风险[31]。近期Gnanasekaran等[32]首次在体外证实了暴露于牙龈卟啉单胞菌对胰腺癌细胞系致瘤行为的直接影响，揭示了牙周炎与胰腺癌进展的相关机制。Torres等[33]在胰腺癌患者唾液中发现纤毛菌属/牙龈卟啉单胞菌比例升高，并通过对高纤毛菌属/牙龈卟啉单胞菌比例的消化系统疾病患者进行全面评估，最终确诊了胰腺癌的发生，从而提示纤毛菌属/牙龈卟啉单胞菌比例升高作为一种无创、便捷的检测方法在胰腺癌诊断方面具有独特优势，但该结果尚需更大样本量的队列研究进行验证。由此可见，口腔微生物群图谱分析对胰腺良恶性肿瘤的鉴别诊断以及通过调节口腔微生物群预防胰腺癌的发生和进展，将是今后研究的重要方向。

3．外周血或粪便微生物群：胰腺癌发生与外周血或粪便中微生物群关系的研究相对较少。Hassan等[34]研究发现，既往HBV暴露可能与胰腺癌的发生有关，并建议在化疗期间预防HBV相关性胰腺癌患者的HBV被重新激活。相似的结果还被Chen等[35]报道，其相关机制可能是HBV可上调PI3K/AKT、MAPK和ERK等下游信号通路从而促进胰腺癌细胞的增殖和迁移，并可诱导上皮-间充质转化表型。近期，Kim等[36]比较了38例胰腺癌患者和52例健康受试者外周血微生物菌群的组成差异，结果显示，在门水平上，胰腺癌患者外周血中疣状微生物、脱铁菌和类杆菌含量较多而放线菌较少，在属水平上，反刍球菌科UCG-014、乳螺科NK4A136群、阿克曼属、尿路杆菌、反刍杆菌和乳螺科UCG-001含量丰富，而狭义营养单胞菌、鞘氨醇单胞菌、丙酸杆菌和棒状杆菌含量较少。利用这些微生物群标志的最佳组合，作者构建了1个较为理想的胰腺癌预测模型，揭示了外周血微生物群标志物在胰腺癌早期诊断中的应用价值。此外，Half等[37]应用16s rRNA基因扩增序列分析了30例胰腺癌、6例癌前病变、16例非酒精性脂肪肝患者和13例健康者的粪便微生物区系，探讨其在胰腺癌筛查中的应用价值，结果表明，胰腺癌和健康者粪便微生物群存在14个差异性细菌区系，虽然部分结果与Ren等[38]的报道相同，但受试者之间的差异性很高，并且在胰腺癌前病变患者中也只观察到少部分与胰腺癌相关的微生物群改变，这意味着基于粪便微生物组的早期检测在胰腺癌筛查中的应用前景尚存在一定的挑战性。

四、微生物群对胰腺癌治疗的影响

胰腺癌根治性手术切除后辅以化疗是能够延长胰腺癌患者生存期相对有效的治疗方案。目前晚期胰腺癌患者的化疗主要以5-氟尿嘧啶、奥沙利铂和伊立替康，吉西他滨单独或联合NAB-紫杉醇为主的综合治疗[39]。而免疫检查点抑制剂虽在肺癌、乳腺癌等肿瘤中获得了一定疗效，但单药治疗在晚期胰腺癌中疗效不佳[40]。近年来，肿瘤内微生物群被证实是肿瘤微环境的重要组成部分，即肿瘤内存在的特定细菌和真菌等微生物群，胰腺癌组织中的微生物群通过调节免疫反应和新陈代谢对胰腺癌的临床治疗和预后产生重要影响。

1．微生物群与胰腺癌化疗：Geller等[41]研究发现，胰腺癌组织内γ蛋白杆菌可通过表达胞苷脱氨酶将吉西他滨的活性形式由5′二磷酸和三磷酸衍生物代谢成非活性形式2′二氟脱氧尿嘧啶核苷，诱导其产生耐药性，而经抗生素处理后可恢复吉西他滨的疗效。然而，近期的1项临床研究却表明，在接受吉西他滨治疗的Ⅳ期胰腺癌患者中，抗菌药物的使用与白细胞降低和胃肠道不良事件风险增加相关[42]。Aykut等[25]发现，应用两性霉素B抑制自发性或原位小鼠胰腺癌模型中的真菌，可以显著延迟肿瘤的形成和生长，同时增强了吉西他滨的化疗效果。真菌病原体附着在甘露糖结合凝集素(mannose binding lectin,MBL)上，激活补体级联系统将C3裂解成C3a和C3b，促进致癌活性和肿瘤进展。MBL缺乏延缓了肿瘤的发生，而抗真菌药物对肿瘤生长的延缓作用在MBL缺失的小鼠中消失。由此说明微生物群作为胰腺癌微环境的一个重要组成部分，无论是参与了肿瘤的发生和发展，还是作为机会致病因素而存在，都可能导致胰腺癌肿瘤组织中的药物浓度低于其他器官，在介导化疗耐药性方面产生作用。因此，在应用抗生素、益生菌和菌群移植等方法改善胰腺癌组织中的微生物区系，从而提高吉西他滨等化疗药物敏感性方面值得进一步探索。

2．微生物群与胰腺癌免疫治疗：微生物群诱导的免疫破坏是促进胰腺癌发生、发展的重要环节，通过调控微生物群增强抗癌免疫反应，在辅助性提高胰腺癌免疫治疗效果中具有潜在价值。Erick等[43]比较了长期和短期胰腺癌幸存者的瘤内微生物群，发现较高的微生物α多样性及4个特定细菌分类群的丰富性与胰腺癌患者手术治疗后长期存活相关，其原因可能与提高瘤内CD8+T淋巴细胞介导的免疫反应有关。此外，他们还发现与接受胰腺癌短期存活者粪便微生物移植(fecal microbiota transplantation, FMT)的小鼠相比，接受长期幸存者FMT的小鼠存活时间更长。上述研究为胰腺癌患者预后判断的微生物群风险分层和进一步改善胰腺癌患者的预后提供了新策略。另外，Pushalkar等[8]研究发现细菌消融可上调胰腺癌小鼠肿瘤内CD4+和CD8+T细胞中PD-1的表达，而抗生素与PD-1阻断剂的联合应用则显示出与T细胞活化相关的协同抗肿瘤效应。然而，抗生素对免疫治疗反应也存在负面影响，David等[44]在196例包括非小细胞肺癌、黑素瘤和其他恶性肿瘤的患者中发现，广谱抗生素可削弱对免疫检查点抑制剂的反应，而Routy等[45]也在部分肺癌、膀胱癌和肾癌患者中发现了同样的现象。因此，需要采取更全面的方法探究微生物的功能与免疫反应的关系，而肿瘤微生物群对肿瘤免疫治疗的潜在影响是肿瘤免疫治疗领域的重要研究方向。

3．微生物群与胰腺癌手术治疗：根治性手术切除仍是目前治疗胰腺癌最有效的方法[46]。近年来，随着医疗技术和器械的进步，胰腺癌术后死亡率较前降低，但术后并发症发生率仍高达22.4%～50.0%[47-48]。其中胰瘘是胰腺癌根治术最常见的并发症。有研究发现，术中胆汁细菌培养阳性是术后胰瘘的独立危险因素之一[49]。Belmouhand等[50]在70例接受胰十二指肠切除术患者的腹腔引流液中发现，粪肠球菌在吻合口漏患者中的检出率明显高于无吻合口漏患者(53%比24%，P=0.02)。与其结论相似，Langheinrich等[51]也分析了接受胰腺手术治疗患者胆管、十二指肠黏膜、肿瘤组织、术后引流液和手术前后粪便样本中的微生物组，以及它们与支架放置、胰瘘和腺体质地等临床因素的关联。结果表明，术后患者胰瘘的发生与更高微生物群β多样性显著相关，其中肠球菌属组成增加可能是术后胰瘘发生的危险因素。此外，新的证据表明，胃肠道重建也会影响肠道微生物区系的组成，在Rouxen-Y胃分流术的小鼠模型中，粪便类杆菌和变形杆菌的数量增加；将肠道微生物区系移植到非手术的无菌小鼠，可导致受体动物的体重减轻和脂肪量减少[52]。提示特征性微生物菌群失调是导致胰腺癌术后并发症和营养不良发生的危险因素。

4．靶向调整微生物群治疗胰腺癌：目前肠道及肿瘤内微生物群与胰腺癌患者生存预后的关系尚未完全确定，但肿瘤内特定微生物的存在与胰腺癌进展、化疗耐药及免疫治疗抵抗等关系密切，因此，微生物区系作为胰腺癌患者新的抗肿瘤治疗靶点逐渐受到关注。近年来，针对胰腺癌中微生物群的干预措施主要包括抗生素治疗，以选择性地对抗致瘤性细菌[41]；益生菌及其衍生物或粪菌移植，旨在丰富肿瘤保护微生物区系[53]；质子泵抑制剂治疗，旨在调整胃酸分泌间接影响肠道微生物群[24]；二甲双胍治疗，通过消除饮食诱发的肥胖，改善十二指肠内微生物群等[54]。目前，以上研究的开展仅在模型动物或少量受试者人群中进行，由于微生物群落存在复杂性和相互依赖性的作用关系，广谱抗生素或针对某个单一菌种的益生菌或菌群移植在胰腺癌中的治疗效果难以体现，而在宏观层面改善机体的营养状态和胃肠道功能从而间接的影响人体微生物群可能更具优势。

综上所述，目前关于微生物群与胰腺癌关系的研究仍处于探索阶段。微生物群在胰腺癌发生和进展中的作用机制、肠道及肿瘤微生物群在抗肿瘤免疫反应中的调节作用以及微生物群及其代谢产物对化疗、免疫治疗及手术治疗的影响，已成为当前研究微生物群与胰腺癌关系的前沿和热点方向。虽然既往的研究结果已经提供了部分临床前证据，但仍需要更加深入的研究和更加可靠的数据进行验证，以便更好地了解微生物群在胰腺癌发生、发展中的作用机制。

利益冲突所有作者声明无利益冲突