菌群失调与食管癌研究进展

黄兴强 杨丹丹 吴紫莹 郑金平

食管癌是人体消化道发病率较高的恶性肿瘤之一，预后极差[1]。在人体的消化道内存在着不同种类和数量的微生物菌群，各种菌群共生、竞争和拮抗，形成稳定的微生态网络关系，当菌群的数量、比例、分布空间发生改变时则会造成菌群失调。引发食管癌的危险因素很多，但越来越多的研究表明，菌群失调与食管癌的发生发展密切相关，寻找标志菌群对食管癌的早期诊断和机制研究具有潜在的意义[2]。本文从口腔菌群、食管菌群、胃菌群及肠道菌群失调对食管癌影响及机制等方面对菌群失调与食管癌关系的研究进展作一综述，为食管癌的防治提供新的依据和思路。

1 口腔菌群失调与食管癌

口腔中的微生物密度最高，种类最多，研究表明，在健康的机体中食道微生物组的组成与口腔微生物组大致相似。这提示食道中的微生物菌群可能是从口腔中迁入的，口腔菌群失调与食管癌的发生有着密切关联[3]。

牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonas gingivalis，Pg)为寄居在口腔中牙龈上皮细胞内的一种厌氧菌，研究发现食管癌组织的Pg感染率明显高于贲门癌及胃癌[4]，Pg在食管鳞癌、贲门及胃癌中的感染率分别为42.00%、16.67%、3.33%[5]，这可能是因为口腔中感染的Pg转移并寄居于食道及胃中所致。S100A2是S100蛋白家族中的重要成员，其表达异常与肿瘤的演进过程相关联。Pg能使正常食管中的S100A2表达上调，研究人员在食管鳞癌组织中发现Pg的丰度与S100A2表达呈正相关,推测其可能通过上调食管细胞S100A2的表达从而促进食管鳞癌细胞的增殖及侵袭[6]。程序性细胞死亡因子4是控制细胞凋亡的重要因子，它可以通过抑制蛋白翻译的起始因子从而抑制肿瘤的发生、发展。研究发现Pg表达率的增高，可能导致程序性细胞死亡因子4的表达率下降，进而促进食管鳞癌的发生，Pg与程序性细胞死亡因子4相结合可作为评价食管鳞癌恶性程度和预后的参考指标[7]。外泌体作为细胞间的信息传递者与肿瘤微环境相互作用，介导肿瘤的发生发展。Pg来源的外泌体可通过调控TGFβ1/ Smad2信号通路，表达TGF-β1、Smad2蛋白来促进食管癌细胞的增殖及迁移。研究人员在Pg感染的KYSE-30细胞内发现Pg是通过影响食管癌外泌体miRNA的表达谱从而进一步调控细胞内相关的信号通路，参与食管癌的发生发展[8]。如通过miR-194介导GRHL3、PTEN表达下调，进而使P13K-Akt的表达上调等机制来促进食管癌细胞的增殖、迁移和侵袭[9-10]。

具核梭杆菌(Fusobacterium nucleatum，FN)是口腔中最丰富的物种之一，通常被认为是一种条件致病菌[11]，它与各种形式的牙周病有关。研究发现FN与食管癌之间存在紧密关联，食管癌组织中的FN细胞核DNA含量与食管癌不良预后存在相关性，FN细胞核DNA含量越高，其预后越差，且梭菌属相对丰度与食管癌分期呈正相关[12-14]。调节性T细胞可以协助肿瘤细胞的长期定植和免疫逃逸，食管鳞癌组织中FN感染和调节性T细胞富集的阳性率明显高于癌旁组织，FN慢性感染正常食管并通过富集调节性T细胞削弱抗肿瘤免疫反应，并进一步协助自身定植，促进食管癌的病变发展[15]。

2 食管菌群失调与食管癌

人体食道中的菌群可分为两型：以革兰阳性需氧菌如链球菌为主的Ⅰ型，多见于正常食道；以革兰阴性厌氧菌或微需氧菌为主的Ⅱ型，多见于食管炎及Barrett食管[16]。Barrett食管黏膜、异型增生和食管癌患者的食管菌群与健康人群相比较有着明显的不同，表现为菌群多样性较健康人群低，并且菌群由Ⅰ型转变成Ⅱ型[17-18]，Ⅱ型菌群多由可产生脂多糖的革兰氏阴性菌组成。脂多糖已被证实参与各种癌症的进展，KAUPPILA等[19]研究表明，脂多糖可上调COX-2和诱导一氧化氮合酶的表达，延缓胃排空的同时促进食管下段括约肌松弛，引起胃食管反流及Barrett食管，最终造成食管癌的发生。食管微生物的分布比例及分布空间的改变会促使食管黏膜组织发生慢性炎症反应，加速食管局部组织损伤。在食管中，条件致病菌如念珠菌相对丰度的增加可促使机体特异性的表达乙醇、乙醛代谢酶，从而增加食管局部的乙醛含量[20]。乙醛在食管中产生的慢性炎症反应与局部组织损伤会干扰细胞中原癌基因和抑癌基因的表达，从而诱导食管细胞恶性转化并最终形成食管癌[21]。

研究还发现胃食管反流病患者食管菌群失调程度越大，食管炎的严重程度也越大[22]。食道菌群多样性与Barrett食管患者食道病变分化程度相关,食道菌群多样性较高的患者其分化程度较高,进展为恶变的风险相对较高[23]。与健康人群相比，食管癌患者肿瘤组织的微生物菌群失调表现为微生物多样性减少，但链球菌、放线杆菌、消化链球菌、梭杆菌和普氏杆菌的丰度更高[24]，部分菌群如梭杆菌目、瘤胃球菌属、气味杆菌属等可在一定程度上作为诊断食管癌患者的标志菌群[25]。研究人员还在功能分析中发现，与正常组相比，食管癌患者的食管菌群硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶功能均发生了改变[26]，食管癌患者生物膜形成、致病潜力、移动元件等食管细菌表型较健康对照者更丰富[25]，这提示未来的研究可以集中在特征性细菌的功能上。

3 胃菌群失调与食管癌

人体胃内因胃酸形成的高浓度酸性环境曾一度被认为不适合微生物菌群的生长繁殖。但随着高通量测序技术的快速发展，证实胃内也有特殊的微生态环境，食管癌及其癌前病变患者胃内微生态处于失衡状态。AMIR等[27]使用16S rRNA测序技术在食管炎和Barrett食管患者的胃液中观察到肠杆菌科细菌的增加；NASROLLAHZADEH等[28]发现早期食管鳞癌和食管鳞状上皮增生患者与健康对照组相比，胃体黏膜菌群组成存在明显的差异，表现为厚壁菌门的梭状芽孢杆菌和丹毒丝菌相对丰度明显增加，胃内菌群失调与食管癌发生之间存在密切关联。

幽门螺旋杆菌(Helicobacter pylori，Hp)是胃癌发生的独立危险因素，已感染了世界上超过半数的人口[29]。Hp定植对胃内微环境有着显著的影响，是引起胃内菌群失调的主要原因，但其与食管癌关系目前还存在较大的争议。一方面，Hp可导致萎缩性胃炎，使胃内菌群的丰度和复杂性降低[30]，但产亚硝基细菌却大量生长，生成亚硝酸化合物等致癌物质，从而导致食管鳞状细胞癌的发生[31]。另一方面，研究发现Hp对食管腺癌具有保护作用，一项Mate分析显示Hp的存在使得Barrett食管的风险降低32%～56%，使食管腺癌的风险降低36%～44%[32]。其机制可能是因为Hp感染造成胃内酸度降低，从而减少胃食管反流病的发生，进而避免了Barrett食管的发生，最终减少了食管腺癌的发生。

4 肠道菌群失调与食管癌

目前临床上对菌群失调与食管癌的研究主要集中于对食管癌原发部位进行活检分析，而对食管癌患者粪便菌群的检测则很少。研究发现食管癌患者的肠道菌群存在明显的失调[33]，食管癌患者粪便中的厚壁菌、放线菌和脆弱拟杆菌的丰度显著高于健康人群，但类杆菌的丰度低。肠道菌群的失调也与食管癌的发生存在关联，肠道中的粪肠球菌可以通过破坏肠道上皮细胞的DNA导致结直肠癌，也可以通过肠道转位引起全身感染，导致肠外肿瘤如食管癌的发生[34]。肠杆菌及克雷白氏杆菌属等能产生脂多糖的肠道菌群可能促进肠道黏膜破坏，增加肠道通透性，导致脂多糖进入血液并迁移到食道组织，与TLR4等受体结合，通过影响NF-κB信号通路从而引发食管癌[35]。脆弱拟杆菌可通过产生毒素破坏肠道细胞的紧密连接，增加消化道的通透性并进入血液循环，引起机体产生慢性炎症反应最终导致食管癌的发生[36]。

肠道中的毛螺菌属及拟杆菌属等菌群能产生短链脂肪酸，短链脂肪酸可以调控生长过程中与细胞脂代谢相关的多种转录因子和基因的表达[37-38]，显示出抗癌、抗炎和抗氧化活性，从而有助于建立宿主防御和免疫[39]。毛螺菌属在食管癌患者的粪便中显著减少，接受者操作特征曲线分析表明其曲线下面积为1，可作为诊断食管癌的潜在微生物群标志物[35]。脑-肠轴是肠道和大脑神经系统之间的双向调节通路，主要由免疫、代谢、神经内分泌和迷走神经4条途径构成，肠道菌群可通过脑-肠轴这一远端效应调控肠道的黏膜免疫及炎症反应[40]，从而间接参与食管癌的发生发展过程，但其具体机制复杂，有待阐明。

5 展望

菌群失调将导致有害菌群丰度增高，有益菌群丰度减少，产生致癌性代谢产物及细胞因子。口腔、食管、胃及肠道任一部位的菌群发生失调都将促进食管癌的发生、发展，研究菌群的变化规律，寻找菌群的标志物种及代谢产物可以对食管癌进行早期的预防及诊断。目前多数研究局限于针对患者标本进行测序，初步探索不同患者之间的菌群差异，且样本量较小。要想明确某种菌群对于食管癌的具体作用，需要大样本的前瞻性队列研究追踪食管癌发展过程中微生物菌群的纵向变化，并且通过干预手段实现对菌群变化的监测。宏基因组学、转录组学及代谢组学等多组学联合是未来研究菌群失调与食管癌的方向。