粪便微生物移植在恶性肿瘤治疗中的应用与前景

傅佳琦 余志红

肠道微生物群是人体最庞大、最复杂的系统之一，数量与人体细胞相当，典型的肠道微生物细菌包括大肠杆菌、粪肠球菌和脆弱杆菌等，在维持宿主消化、代谢、免疫等生理过程中的稳态方面具有重要意义[1-2]。宿主遗传学、生活方式、抗生素使用等多种因素可导致肠道病原体数量显著增加而有益细菌水平相对降低，称为肠道菌群失调[3]。肠道菌群失调和上皮屏障功能破坏导致细菌易位被认为是恶性肿瘤的诱因，特殊肠道菌群能够通过激活致癌途径、诱导炎症、免疫抑制、损伤DNA来诱导或促进恶性肿瘤的发生和发展[2，4-6]。此外，研究还发现肠道菌群影响宿主对恶性肿瘤治疗的反应和治疗相关不良事件的灵敏性，提示调节肠道微生物群有望成为治疗恶性肿瘤的一种新方法。粪便微生物移植（fecal microbial transplantation,FMT）是一种直接改变肠道微生物组成的方法，将从健康供体的粪便中获得的肠道微生物群移植到患者胃肠道，常被用于治疗由病原微生物引起的胃肠道疾病，最近也被用于治疗恶性肿瘤[7]。本文就肠道微生物群与恶性肿瘤之间的联系，FMT在化疗、放疗和免疫治疗等综合治疗中的作用、疗效和挑战作一综述。

1 肠道微生物与恶性肿瘤治疗

越来越多的证据表明肠道微生物群可能影响抗肿瘤药物的疗效。基于5-氟尿嘧啶辅助化疗是治疗晚期结直肠癌的标准方法，其应用受到获得性耐药和胃肠毒性的影响。化疗耐药可导致疾病复发，影响患者预后。而药物吸收障碍、药物靶点改变、DNA修复途径激活、细胞凋亡抑制和肿瘤微环境等多种因素参与耐药[8]。Zhang等[8]研究发现核粒梭形杆菌通过上调凋亡抑制蛋白BIRC3，抑制细胞凋亡，增加5-氟尿嘧啶辅助化疗耐药性和肿瘤复发率，肠道微生物群参与诱导化疗相关胃肠道反应。结肠癌小鼠通过5-氟尿嘧啶辅助化疗后肠道硬壁菌门丰度减少，疣微菌门丰度增加，加重肠道黏膜炎，影响化疗预后[9]。此外，放疗引起肠道菌群失调也被发现与放射性肠炎密切相关。动物实验中辐射可引起独特的微生物学特性，即硬壁菌门和拟杆菌减少而蛋白菌增加，通过诱导黏膜分泌白介素等促炎因子导致结肠损伤[10]。实体瘤的T细胞浸润与患者良好的预后有关，个体间肠道微生物的差异可能导致肿瘤免疫的差异[11]。研究发现无菌或抗生素处理后的动物对免疫检查点抑制剂的有效性降低，特定微生物如双歧杆菌、嗜黏蛋白-艾克曼菌可促进抗恶性肿瘤免疫、增强抗程序性死亡受体1（programmed cell death 1，PD-1）/程序性死亡受体 1 配体（programmed cell death-Ligand 1，PD-L1）治疗的疗效，而脆弱类杆菌则可促进抗细胞毒性T淋巴细胞相关抗原（cytotoxic T-lymphocyte-associated protein 4，CTLA-4） 抗体疗效[11-13]。上述研究提示基于调节肠道菌群的微生物治疗可能对恶性肿瘤治疗带来一定帮助。

2 FMT与恶性肿瘤治疗

随着肠道菌群失调对疾病的影响被人们进一步认识，FMT成为近年来新兴的生物疗法。FMT是一种直接改变受体肠道微生物群使其成分正常化并获得治疗效果的方法。通过上或下消化道途径将肠道微生物从健康供体移植到患者体内，恢复患者体内肠道微生物平衡，有助于改善各种胃肠道功能紊乱。FMT已被证实为治疗复发性艰难梭菌感染的一种高效、安全和经济的方法，临床成功率超过90%[14]。文献也报道了其在炎症性肠病、肠易激综合征、肝性脑病、自闭症和代谢综合征等疾病中的有效性[7]。临床前研究表明FMT通过恢复肠道微生物多样性和组成比例，来增强宿主免疫功能、抑制肿瘤生长以及改善预后[4-5]。动物实验揭示了FMT对化疗、放疗、免疫治疗等肿瘤治疗及相关并发症治疗的益处，虽然临床数据较少，但也展示出一定潜力。

2.1 FMT与化疗 化疗是最常用的治疗恶性肿瘤的方式之一，最常见的不良反应是胃肠道毒性。化疗药物引起肠道菌群分类和功能失衡，进而诱导炎症发生，破坏肠上皮完整性，当肠道菌群易位则可引起全身血流感染，严重时可危及生命。在接受氨苄西林和5-氟尿嘧啶辅助化疗的小鼠中，研究观察到粪杆菌属、乳酸菌属、梭菌属、瘤胃球菌属、真细菌属等具有抗炎作用的生物体的耗竭，以及大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、志贺氏菌促炎症物种和病原体的过度生长，而在接受健康小鼠FMT后可逆转上述改变，通过恢复健康和多样化的肠道微生物群，降低化疗相关胃肠道黏膜炎和菌血症的发生率[3]。同样的，最近在结直肠癌小鼠模型研究中发现FMT可恢复5-氟尿嘧啶、亚叶酸钙和奥沙利铂化疗方案诱导的肠道微生物组成变化，抑制炎症相关信号通路，减轻腹泻和肠黏膜炎的严重程度[10]。化疗药物顺铂相关的肠道损伤是化疗剂量减量、治疗延迟的重要决定因素，顺铂选择性耗竭荷瘤小鼠肠道内瘤胃球菌属，通过FMT可逆转顺铂导致的肠道微生物改变而恢复肠道黏膜完整性，加速肠上皮的愈合，改善肠道及全身炎症反应[15]。提示FMT可以成为治疗化疗相关肠道损伤的一种可行和安全的方法。

2.2 FMT与放疗 放疗也是常用的恶性肿瘤治疗方式之一，通常会出现腹泻、肠炎等胃肠道相关不良反应，影响患者生存和治疗质量。目前减轻放射性肠炎的主要方法是降低辐射剂量，但可能削弱治疗效果，更好地理解辐射诱导黏膜发病机制可能有助于相关并发症的治疗。研究发现辐射可诱导肠道上皮细胞损伤，改变肠道微生物组成，促进肠炎发生[16-17]。将健康小鼠粪便移植到致死剂量照射小鼠模型，恢复了其肠道微生物组成，改善了胃肠道功能和上皮完整性，减轻了辐射诱导的胃肠综合征，提高了存活率[17]。最近1项病例报告首次证明FMT可以安全有效地改善慢性放射性肠炎患者的黏膜损伤和肠道症状，5例女性患者接受FMT治疗，其中3例腹泻、腹痛、便血等胃肠道症状好转以及卡氏体能状态评分下降，随访8～18个月期间未观察到治疗相关死亡和感染性并发症[18]。提示FMT可能是减轻放射诱导毒性和改善放疗预后的一种治疗方法。

2.3 FMT与免疫检查点抑制剂 免疫检查点抑制剂在治疗黑色素瘤和其他恶性肿瘤方面取得了巨大进展，但患者对治疗的反应往往不一致且不能获得持久的疗效。研究发现抗PD-1免疫治疗产生应答的黑色素瘤患者与未应答患者肠道微生物群的多样性和组成存在显著差异，前者富有α多样性且瘤胃球菌属的相对丰度较高，将前者的粪便移植到无菌小鼠后可使其对抗PD-1治疗反应增强，提示良好的肠道微生物群可增强全身免疫和抗肿瘤免疫、抑制肿瘤生长、提高对免疫治疗的反应[19]。免疫检查点抑制剂在改善患者生存同时也可能引起严重不良反应，其中最常见的毒性影响是结肠炎，而肠道微生物群被认为是毒性的潜在机制之一。在接受免疫检查点抑制剂治疗的患者中，某些细菌如拟杆菌属和双歧杆菌属可预防结肠炎，而粪杆菌属、梭菌属和埃希氏菌属与引起肠炎的免疫改变有关，导致治疗相关结肠炎风险增加[20-21]。Wang等[21]通过FMT重建肠道微生物群、增加结肠黏膜内调节性T细胞比例，成功治疗2例难治性免疫检查点抑制剂相关结肠炎患者。这些研究提供了初步证据，表明调节肠道微生物群可能消除因免疫检查点抑制剂治疗产生的结肠炎。

上述研究提示FMT在提高抗肿瘤治疗反应、减少治疗相关不良事件的潜力，特定的肠道菌群在治疗恶性肿瘤可能发生有益作用，然而如何鉴定兼顾安全性和有效性的肠道微生物群是一难题。

3 FMT的制备过程

作为一种微生物疗法，FMT的使用受到其操作方法、潜在治疗相关不良事件、临床研究证据不足等多方面的限制。为防止疾病传播，需对供体健康状态严格筛选，排除患有各种传染性疾病、自身免疫性疾病、恶性肿瘤、炎症、糖尿病和代谢综合征，以及超重、饮酒、近期使用影响肠道微生物群的麻醉品或药物者，此外还需对供体的血液及粪便材料进行病原学和毒素检测[22-23]。

为保护厌氧菌活性，新鲜粪便应在排便后6 h内处理，将粪便（至少50 g）与0.9%氯化钠溶液按1:5混合成悬浮液，沉淀后用过滤器或纱布过滤，以清除可能阻塞内镜通道的大颗粒物质。滤液可以立即使用或添加10%甘油后在-80℃处冷冻保存，最长保存有效期为6个月。需要使用时，粪便悬浮液在室温中解冻后按上述步骤加入0.9%氯化钠溶液以达到所需的悬浮液量，并在6 h内使用[23]。较新鲜粪便相比，冷冻材料方便可取，但由于微生物细胞在解冻后较为敏感，需避免反复解冻和冻结[22]。

粪便微生物可通过口服胶囊、鼻胃管、鼻十二指肠管、鼻空肠管、胃镜、结肠镜或灌肠等多种消化道途径进行输注传递，几种方式疗效相当，最佳操作途径尚未确定，需结合患者依从性、给药舒适性、经济情况、感染风险等因素[7，22]。经上消化道途径操作时需注意可能导致患者发生误吸、反流、吸入性肺炎等潜在治疗相关不良事件，建议操作前评估患者反流风险且输注粪便不超过100 ml，而经下消化道途径操作时则需关注机械性组织损伤、粪便保留时长等因素，需提高操作者技术水平[23]。由我国学者发明并应用于临床的经内镜结肠置管术，通过结肠内镜置入软管并固定于肠道深部，有利于向肠道深部传递粪便微生物和药物，增加其在肠内停留时间，与灌肠方式相比减少了被快速排出的风险[24]。因其方便、省时、安全等特点，值得推广。

4 FMT在实践中存在的问题

随着FMT应用的日益广泛，也发现了一些潜在风险。最常见的不良反应是腹痛、腹胀、腹泻等胃肠道反应，其次是一过性的发热，严重治疗相关不良事件包括肠穿孔、感染、甚至死亡[25]。FMT中存在的未被识别的感染源及致病基因可导致接受者发生感染性疾病。因此，严格筛选健康的供体，制定标准化和个体化的实验室及临床工作流程是保证所获取的粪便微生物的质量、后续的FMT治疗疗效以及降低治疗相关潜在风险的关键。FMT的有效性与供体和受体生理状态、环境因素、遗传因素、微生物群分类组成和功能差异有关，在很大程度上取决于接受FMT治疗者体内恢复供体菌群的程度以及恢复供体菌群中与疾病相关的特定代谢紊乱的能力[7]。目前仍需进一步开展更高质量的研究及长期随访以评估FMT是否可以作为一种安全的恶性肿瘤治疗措施。为预防或治疗相关不良反应，需要更多的基础研究和临床试验来阐明相关机制并制定诊疗方案。

5 小结

随着对肠道微生物与恶性肿瘤关系的深入了解，如何利用肠道微生物群辅助治疗恶性肿瘤是研究的重点。FMT是改变肠道微生物组成最直接的方法，通过引入健康微生物到宿主肠道，在真菌、病毒和细菌之间相互平衡以促进微生物稳态的恢复。临床研究表明FMT可调节肠道菌群失调，提高宿主免疫功能，增强化疗、放疗和免疫治疗疗效，减少治疗相关不良事件的发生以及改善宿主预后。FMT的不良反应主要与粪便供体分析不准确有关，需进一步制定适当的筛选流程来选择捐赠者，研发新技术以便能准确检查捐赠者粪便材料中病原微生物含量及有害代谢物，需要经过更多大样本随机对照研究来评估治疗安全性和有效性。肠道微生物学的迅速发展，FMT有望成为一种具有前景的治疗方法。