肠道菌群与宫颈癌免疫治疗关系的研究进展△

谢露，李勇

1贵州中医药大学研究生院，贵阳 550025

2贵州省人民医院肿瘤科，贵阳 550001

肠道微生物群包括细菌、古生菌、病毒和真菌，是寄生在人体肠道的全部微生物。肠道菌群主要由革兰阴性拟杆菌、革兰阳性厚壁菌和放线菌组成，据报道，根据年龄、性别和宿主特征，人类细胞与细菌的比例为1∶1～1∶3[1]。肠道菌群位于肠道上皮屏障表面，含有3×1013个细菌，其中大部分与宿主共生[2]。肠道菌群的生理功能是调节机体新陈代谢、炎症反应和免疫反应[3]，当肠道菌群失调时，一些细菌会迅速增殖并转化为具有致病性的病原菌，如艰难梭菌或耐万古霉素的肠球菌[4]。肠道菌群的调节功能主要表现为调节屏障功能、维持黏膜免疫力稳态、宿主细菌共存、防止病原体感染、限制病原微生物过量繁殖等。此外，肠道菌群还可以调节维生素合成和膳食纤维的新陈代谢。因此，肠道微生物、免疫细胞和黏膜屏障共同作用可维持肠上皮稳态，共同调节炎症反应和免疫反应[5]。探讨肠道菌群的变化规律对评价人类健康状况、深入探讨肿瘤发生机制、寻找新的治疗靶点具有重要意义。

研究显示，肠道菌群和女性生殖道微生物群间存在着某种相互交流的方式，这种交流方式影响着机体内的生态平衡，肠道菌群失调在多种肿瘤的发生发展中发挥着关键作用[6]。宫颈癌是全球女性生殖系统最常见的恶性肿瘤之一，近年来，随着人们生活方式的改变，宫颈癌的发病率呈明显上升趋势，严重威胁女性生命健康。宫颈癌的发生机制很复杂，除遗传因素外，社会环境因素也在宫颈癌发生、发展过程中发挥关键作用。研究发现，肠道菌群与宫颈癌的发生发展密切相关[7]。宫颈癌免疫疗法已成为治疗宫颈癌的有效方法，肠道菌群可以协助宫颈癌的免疫治疗并达到一定的治疗效果[8]。本文就肠道菌群与宫颈癌免疫治疗的关系进行综述。

1 肠道菌群

1.1 肠道结构

肠黏膜是由单一的上皮细胞层组成，上皮细胞层包括肠上皮细胞和上皮内淋巴细胞，这种独特的结构加强了肠道菌群与免疫系统的相互作用[9]。Paneth细胞和杯状细胞均位于肠上皮细胞层中，其功能为产生抗菌肽和黏液并覆盖整个上皮层。肠固有层是包含Peyer’s斑块和各种免疫细胞的结缔组织层，包括抗原呈递细胞（antigen-presenting cell，APC）、固有淋巴细胞、T淋巴细胞和B淋巴细胞。人体免疫系统最大的组成部分是肠道淋巴组织，在局部和全身免疫应答中发挥着关键作用[10]。

位于小肠和结肠的肠系膜引流淋巴结，称为肠系膜淋巴结。在肠系膜淋巴结内，共生菌通过激活适应性免疫反应来诱导幼稚T细胞分化。而模式识别受体介导的病原体相关分子模式（pathogenassociated molecular pattern，PAMP）用于诱导 APC和树突状细胞的成熟，树突状细胞成熟后在肠系膜淋巴结中与幼稚T细胞汇合，继续促使幼稚T细胞生长发育为CD4+T细胞，而CD4+调节性T细胞（regulatory T cell，Treg）和辅助性 T 细胞 17（helper T cell 17，Th17）均有维持肠道免疫稳态的作用，活化的T细胞在肠道稳态中发挥关键作用。值得注意的是，细菌产生的代谢物短链脂肪酸会维持Treg、Th17细胞在肠道水平上的平衡，短链脂肪酸的功能依赖于其抑制组蛋白脱乙酰酶活性的能力，表明存在表观遗传调节机制[11]。Th17细胞位于肠道固有层并作为CD4+T细胞的特殊亚群，在防止病原菌感染方面发挥重要作用。Th17细胞产生的白细胞介素（interleukin，IL）-17可诱发肠上皮细胞产生并释放大量抗菌蛋白，导致Th17细胞在黏膜免疫中发挥作用，并可进一步引起其他炎症因子的释放。在GF小鼠中，尽管Th17细胞明显缺失，但它仍可以被一种特定的细胞菌株亚群诱导成为节段丝状菌[2]。

1.2 肠道菌群的致癌机制

1.2.1 宿主细胞癌变 目前，临床已经证实，肠道微生物群会产生基因毒素、自由基和活性氧（reactive oxygen species，ROS），这些微生物会破坏宿主的DNA，改变细胞周期，加快肿瘤细胞增殖，破坏细胞死亡的正常生理过程，最终增加肿瘤的发生风险[12]，如大肠杆菌和肠杆菌科产生的大肠杆菌素会破坏宿主细胞的双链DNA，而卟啉单胞菌会产生破坏宿主细胞DNA的ROS[13]。细菌结构及其代谢产物与上皮间质细胞和造血细胞相互作用产生的毒性促进了肿瘤的发生发展，如脆性拟杆菌、核型芽孢杆菌和粪肠球菌产生的毒素，可改变细胞间的黏附作用，从而使静止的上皮间质细胞转化为移动的间质细胞。值得注意的是，上皮-间充质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）是良性肿瘤向恶性肿瘤转化的关键步骤。在结直肠癌患者中，细胞核的富集与炎性结肠黏膜细胞的DNA甲基化有关[14]。

1.2.2 促炎微环境 肠道微生物群在炎症反应中发挥重要作用，如乳酸杆菌、变形杆菌、艰难梭菌、肠球菌和脆弱拟杆菌均可通过刺激不同的免疫细胞发挥促炎和抗炎作用。肠道微生物激活炎症反应，主要是通过促进促炎细胞的募集和细胞因子的释放，来增强细胞氧化应激反应，从而改变能量动力学，最终导致DNA损伤，这些作用促使了肿瘤细胞生长、侵袭和转移。Chung等[15]用产肠毒素脆弱拟杆菌定植APCMin小鼠，结果发现，脆弱拟杆菌毒素可在结肠上皮细胞中诱发炎症级联反应，这种级联反应是白细胞介素-17受体（interleukin-17 receptor，IL-17R）、核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）和信号转导与转录激活因子3（signal transduction and activator of transcription 3，STAT3）信号通路促进细胞癌变所必需的。IL-17R在结肠上皮细胞中的活化作用诱导了CXC趋化因子从近端到远端黏膜梯度[16]。因此，脆弱拟杆菌毒素可诱导结肠上皮细胞向黏膜Th17细胞发出致癌信号，并选择性地激活远端结肠上皮细胞中的NF-κB，共同促进远端结肠癌的发生。此外，肠道细菌还可以上调Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）的水平，激活相关炎症信号通路NF-κB，释放IL-6、IL-12、IL-17、IL-18 和肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α），从而引发肿瘤微环境中的炎症反应，导致细胞增殖、侵袭，最后抑制细胞的免疫功能[17]。

1.2.3 免疫稳定性 在病理条件下，肠道微生物群受到干扰或肠黏膜防御屏障遭到损伤后，肠道微生物相关基因会刺激巨噬细胞和树突状细胞生成促炎因子。随后，这些细胞因子可激活免疫细胞破坏免疫稳定性。肠道生态失调还会使淋巴细胞不自主地释放细胞因子，从而导致慢性炎症和肿瘤易感性，且生态失调的T淋巴细胞也会进一步促进慢性炎症和肿瘤[18]。同时，抗炎细胞通过激活T细胞免疫受体和细胞黏附分子抑制受体，干扰自然杀伤细胞和T细胞的功能，并诱导β1-连环蛋白（β1-catenin）调节剂膜联蛋白A1的表达，从而创造一个促进肿瘤发生的免疫抑制环境，这一过程可导致结直肠癌[19]。此外，肠道微生物群的失调还会诱发某些恶性肿瘤，并影响机体对肿瘤治疗的反应，如化疗、放疗和免疫治疗[20]。与野生小鼠相比，实验室小鼠缺乏特定病原体（specific pathogenfree，SPF），鉴于此，将野生小鼠的肠道微生物群迁移到实验室小鼠中，结果能够形成长期的免疫调节功能，即便历经几代繁衍，这种功能依然保留。因此，肠道菌群有助于对抗病毒感染、突变和炎症诱导的致癌效应[21]。

1.2.4 代谢变化 肠道微生物参与了宿主的各种新陈代谢活动，而肠道菌群失调则会改变脂质代谢及相关的RNA表达而引发肿瘤[22]。有研究显示，某些细菌代谢物（如短链脂肪酸或次级胆汁酸）和微生物相关的分子（如脂多糖和肽聚糖）会影响宿主的营养摄取、代谢、肠道屏障和全身炎症反应，如梭状芽孢杆菌Ⅺ可将初级胆汁酸转化为次级胆汁酸，发挥潜在的DNA损伤和致癌作用[23]。次级胆汁酸通过调控M3R和β-catenin信号通路来引发结肠癌，从而将正常结直肠上皮细胞转化为结直肠癌细胞。一些真菌及其菌属在结肠中代谢膳食纤维和多糖产生乙酸，使乙酰辅酶A合成酶转化为乙酰辅酶A，该过程可刺激肿瘤细胞的合成代谢反应，使肿瘤细胞得以生长，如乳腺癌、卵巢癌和宫颈癌[24]。

同时，相关研究指出，肠道微生物群产生的代谢物对宫颈癌具有保护作用，已在基于细胞系的实验模型中研究了触发宫颈癌细胞系凋亡的主要机制，还提出了短链脂肪酸的保护作用[25]。短链脂肪酸可减少宫颈癌细胞的增殖，并表明使用益生菌会增加短链脂肪酸水平，在宫颈癌发生发展中发挥抗肿瘤作用。

2 肠道菌群与宫颈癌

宫颈癌被认为是全球女性恶性肿瘤病死的第四大常见原因[26]。由于缺乏筛查和预防计划，浸润性宫颈癌是女性恶性肿瘤死亡的主要原因[27]。宫颈癌最常见的病因是高危人乳头瘤病毒（human papilloma virus，HPV）感染，HPV感染诱发宫颈癌的机制涉及E6和E7蛋白的表达[28]。其中E6蛋白参与各种蛋白质的水解与降解过程并刺激端粒酶活性，防止细胞复制性衰老；E7蛋白通过与抑癌转录基因结合使其分解失活并产生转录因子，最终导致细胞周期进程失控[29]。

有研究在阴道微环境中分析了微生物组与HPV感染致癌能力间的相互作用。阴道内生态失调也与HPV感染的高发病率和持久性相关，从而提高了宫颈上皮内瘤变（cervical intraepithelial neoplasia，CIN）和侵袭性宫颈癌的风险[30]。一项Meta分析发现，细菌性阴道病与白色念珠菌、沙眼衣原体感染和HPV感染相关，同时也发现，细菌性阴道病与CIN的进展有关[31]。阴道感染通过改变阴道pH值和黏液降解酶的作用导致上皮细胞失去完整性，从而增加HPV的致病作用[32]。Kwon等[33]使用霰弹枪测序技术对CINⅡ/Ⅲ级（n=17）、宫颈癌（n=12）和健康对照（n=18）的子宫颈宏基因组进行了研究，结果发现，宫颈癌患者的微生物群富含嗜碱菌、假热衣原体和沃尔巴克菌，CINⅡ/Ⅲ级患者富含乳酸菌、葡萄球菌和内斜念珠菌，健康对照者富含交替假单胞菌和冷杆菌。宫颈癌宏基因组显示细菌产生的肽聚糖合成增加，并参与调节炎症反应以增强中性粒细胞活性，这是一种与症状性动脉粥样硬化发展相关的机制，这一机制与宫颈肿瘤的发生发展有关[34]。

目前关于肠道微生物群在宫颈癌中的潜在作用机制的研究较少。Wang等[35]发现，宫颈癌组（n=8）与对照组（n=5）的肠道菌群组成有显著差异，在宫颈癌患者中，拟杆菌门是丰度最高的类群，而厚壁菌门的丰度相对较低。另一项研究对42例宫颈癌患者和46例健康对照者的粪便菌群进行检测，结果显示，宫颈癌患者中普雷沃菌属、卟啉单胞菌属和Dialister菌属丰度较高，而健康对照者中拟杆菌属、另枝菌属和革兰阴性拟杆菌属丰度较高[36]。这两项研究结果表明，肠道微生物群可以通过微生物相关的分子模型（microorganism associated molecular pattern，MAMP）介导的炎症反应和TLR激活影响宫颈癌的发生发展，但仍需临床进一步验证。

3 肠道菌群与宫颈癌的免疫治疗

免疫治疗已成为抗肿瘤治疗的一种新方法，可通过免疫系统发挥抗肿瘤作用。免疫检查点抑制剂（immune checkpoint inhibitor，ICI）作为一种新型的免疫治疗药物，在晚期恶性肿瘤的治疗中效果显著[37]。肠道菌群在宫颈癌的致癌机制中发挥着重要作用，既能调节雌激素水平和炎症反应，还能干扰碳水化合物代谢。肠道菌群失调所产生的毒素和代谢产物，会诱发恶性肿瘤进展。因此，肠道菌群已成为肿瘤免疫治疗的主要手段，其不仅可参与调节机体免疫反应，而且还协助优化ICI的治疗。最初，研究人员不确定共生菌群是否影响机体的自发免疫反应，从而影响ICI的治疗活性。为此，有研究从不同实验室选择了具有相同基因型的黑色素瘤小鼠（TAC和JAX），并注意到TAC小鼠的黑色素瘤比JAX小鼠严重，在同样的条件下喂食后，研究人员发现，TAC小鼠的肿瘤被抑制了；用两只小鼠的粪便悬浮液喂养小鼠后，证实JAX小鼠的共生菌群具有抗肿瘤作用；最后，研究人员使用JAX小鼠粪便悬浮液与程序性死亡受体配 体 1（programmed celldeath 1 ligand 1，PDCD1LG1，也称PD-L1）联合治疗，结果显示，联合治疗的抗肿瘤效果明显优于ICI单独使用，不仅延缓了肿瘤生长，还增加了肿瘤特异性T细胞的应答[38-39]。该研究明确证实了肠道菌群的抗肿瘤作用，可优化和提高ICI的疗效，提示其可作为ICI治疗的辅助药物。

在宫颈癌的治疗中，除一线化疗药物联合贝伐珠单抗外，其他治疗选择是有限的，二线单药化疗的有效率为15%～20%[40]，患者的中位总生存时间不足2年。持续性HPV感染可使宫颈癌在ICI中获益，但迄今为止，单一ICI的治疗结果并不理想。目前，程序性死亡受体1（programmed cell death 1，PDCD1，也称PD-1）是宫颈癌免疫治疗最有希望的免疫检查点。Tao等[41]对12例宫颈癌组织进行免疫组化检测发现，PD-L1可抑制宫颈癌细胞中T淋巴细胞的活化，在使用特异性封闭抗体下调PD-L1的表达后，T淋巴细胞的作用被抑制。因此，PD-1是抑制宫颈癌免疫应答的关键分子，可介导宫颈癌细胞的免疫逃逸。近年来，有研究探讨35例宫颈癌放疗患者肠道放疗毒性与基线肠道微生物群间的关系，结果发现，辐射毒性的增加与肠道微生物群多样性的减少有关[42]。此外，虽然基线肠道多样性不能预测治疗结束时的肠道毒性，但在毒性较低的患者中发现了与梭状芽孢杆菌属相关的特征。放疗可以在宫颈癌免疫治疗前调节肠道菌群并提供一种替代方法，不仅可以提高宫颈癌患者的治疗效果，还可以改善治疗相关的毒性。

4 小结与展望

综上所述，肠道微生物群在肿瘤中的作用，使肠道菌群成为抗肿瘤治疗的一个有希望的策略。既往临床对肠道微生物群对肿瘤和免疫治疗的影响进行总结，但对其潜在机制仍不太了解。此外，关于如何调节肠道菌群以提高肿瘤免疫治疗效果，仍有一些挑战。目前尚不明确肠道微生物的哪种特殊成分最能提高抗肿瘤免疫反应，哪种方法可以改善肠道菌群，必须在临床试验中加以详细检测。只有全面了解这些相互作用，才能更好地调节肠道微生物群，以增强宿主的抗肿瘤免疫反应，并可能改善免疫监测。此外，未来的研究也需要阐明肠道菌群对宫颈癌免疫治疗的直接和间接作用机制，从而建立一种基于靶向治疗（特定饮食、益生菌）的肠道菌群调节的治疗新方法。