肠道菌群在肝细胞癌中的研究新进展

庞飞雄 赖彦华

原发性肝癌在我国恶性肿瘤中发病率位居第4位，而死亡率位居第2位，严重威胁我国人民的生命和健康[1-2]。肝细胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）是原发性肝癌的主要病理类型，占原发性肝癌的75%～85%[3]。HCC常见的危险因素包括乙型和/或丙型肝炎病毒感染、过度饮酒、非酒精性脂肪性肝炎及其他原因引起的慢性肝脏炎症和肝硬化等。肝炎病毒、酒精或脂肪堆积等原因引起肝细胞损伤、诱导炎症反应，引起组织修复、肝细胞持续增殖、基因突变，最终导致HCC的发生[4]。越来越多的证据表明，肠道菌群的失调是肝脏疾病进展的关键因素。在肝硬化患者中，肠道菌群出现明显紊乱，表现为益生菌数量减少，而潜在致病微生物增加致使炎症微环境改变[5]。此外，肠道屏障功能失调可导致细菌及其代谢产物通过肠道-肝脏轴转移至肝脏，引起炎症的持续存在[6]。因此，肠道菌群参与促进HCC进展的炎症的形成和维持，在HCC的发病机制中起重要作用。研究肠道菌群的特征及调控对于预防、早期诊断和治疗HCC具有重要的临床意义。本文就肠道-肝脏轴与HCC的关系、HCC进展过程中肠道微生态和代谢产物的变化及益生菌等药物在HCC治疗中的研究进展予以论述，为HCC的预防、早期诊治提供理论依据。

1 肠道-肝脏轴与HCC

肝脏和肠道在解剖学和功能上相互关联。肠道-肝脏轴的解剖学基础起源与胚胎期，肝脏和肠道在胚胎期起源于前肠，肠道相关淋巴组织的前体起源于发育中的肝脏。因此，肝脏与肠道通过肠道-肝脏轴共同执行着营养物质的代谢、免疫反应和细菌代谢物的生物转化等功能[7]。

肝脏的血供来源包括肝动脉和门静脉，其中门静脉占肝脏血液供应的70%～75%。门静脉将脾脏和肠道的血液带到肝脏，门静脉系统中含有消化道吸收的营养物质及肠道微生物的代谢产物，如脂多糖、肽聚糖、鞭毛蛋白等。相关研究证明，当肠道菌群失调和肠道通透性增加时，肠道内的致病微生物和细胞DNA、细胞壁成分及细菌代谢产物发生移位，称之为微生物相关分子模式（microbial associated molecular patterns，MAMPs）[8]。MAMPs通过激活肝脏的先天免疫细胞如Kupffer细胞、星状细胞、自然杀伤细胞等，释放大量炎症因子、趋化因子，引发炎症级联反应，损害肝脏免疫系统，导致慢性肝病、肝硬化、HCC的发生，同时加剧肠道黏膜损伤[9]。

肝细胞分泌的胆汁对脂类和脂溶性维生素的消化和吸收至关重要。研究表明，在生理条件下，肠道从肝脏接收肝脏中合成的胆汁酸，并运送到肠道中，胆汁酸具有抗菌特性，其可以调节肠道微生物组的组成[10]。在病理条件下，肝细胞受损时，肠道屏障功能会受损，肠道中的毒素、细菌及代谢产物通过细菌易位进入肠外器官，导致腹腔感染、脓毒血症等。同时，肝细胞疾病或外伤时，可促进肠道微生物营养不良。例如，肝硬化会减少胃酸、胆汁酸的分泌，削弱肠蠕动，导致肠道细菌的过度生长和肠道微生物营养不良[11]。此外，肝脏免疫系统产生的炎症因子可以增加肠黏膜的通透性。因此，肠道上皮的完整性、肠道和肝脏的免疫防御以及肠道微生态的平衡都在维持肠道-肝脏轴的健康和平衡方面发挥着重要作用[12]。

综上，笔者认为肠道-肝脏轴在肠道微生态、肝脏和肠道之间的作用是双向的。一方面，肠道菌群及其代谢产物参与调节肝脏内胆汁酸的合成、脂质的代谢及膳食纤维物质的吸收。另一方面，肝脏将合成的初级胆汁酸和免疫球蛋白等抗菌成分通过胆道分泌至肠腔，调节肠道菌群的多样性及肠道屏障。肠道微生态失调可将肠道内的细菌成分、内毒素和肽聚糖转移至肝脏，对肝脏产生炎症刺激，推动慢性肝炎、肝硬化、肝癌的发生。因此，肠道-肝脏轴参与慢性肝炎、肝硬化、肝癌等在内的许多肝脏疾病的发病。

2 肠道菌群与HCC

2.1 肠道菌群失调与HCC

肠道微生物群在肠道-肝脏轴中起着关键作用，其组成和功能随着宿主的变化而演变。例如，在正常的生理条件下，大部分的肠道微生物群主要由厚壁菌门、拟杆菌门、变形菌门等微生物组成[13]，这些菌群相互平衡、相互制约，保护宿主免受致病微生物的过度生长的刺激。然而，随着不同的潜在慢性肝病的出现，肠道微生物组构成发生了明显的变化，其主要特征是微生物多样性的下降。Grat等[14]学者发现，合并肝硬化的HCC患者粪便微生物群失调的特点表现为大肠杆菌过度生长，推测肠道内大肠杆菌的过度生长可能有助于肝癌的发生过程。郑树森教授的团队使用16S rRNA高通量测序方法研究了113例HCC患者的肠道菌群的特点，发现 Bacteroides、Lachnospiracea incertae sedis和Clostridium ⅩⅣa菌属在HCC中富集，深入研究后发现这些富集的菌属与胆汁酸的代谢密切相关。Huang等[15]在20例人体肝脏样本中发现肝癌组织中有大量幽门螺杆菌，而无恶性肿瘤的肝脏组织中未发现幽门螺杆菌，提示幽门螺杆菌可存在于原发性肝癌患者的肝脏中，并可能与肝脏的致癌过程有关。另有研究表明，乙肝相关HCC患者的粪便微生物群的物种丰富程度远远高于非乙肝相关的HCC（NBNC-HCC）患者，NBNC-HCC患者的粪便中含有更多潜在的促炎细菌如志贺氏埃希氏菌、肠球菌等，而粪肠杆菌、小肠球菌、小肠梭菌等的水平则降低，这导致NBNC-HCC患者肠道菌群的抗炎能力下降[16]。此外，微生物数量和功能的失衡或菌群失调会引起肠道屏障的破坏，这种形态上的改变会导致肠道通透性的增加和细菌或其产物涌入肝脏的入口增加[17]，这种现象称为“肠瘘”。肠道通透性的增加和细菌的转移可以促进微生物的代谢产物进入肝脏，导致胆汁酸代谢的损害，并促进全身性炎症和肠道运动障碍[18]。菌群失调和肠道通透性之间有密切的联系；菌群失调导致肠道屏障更加通透，而肠漏则允许细菌代谢物和MAMPs转移并到达肝脏。

2.2 肠道菌群代谢产物与HCC发病机制的研究

肝细胞癌的发病不仅是来源于患病的肝脏肿瘤，也发生发展于患病的肠道微生态环境中。研究证明，肠道-肝脏轴通过多种途径和信号通路进行代谢产物的转换：第一，胆道向肠道输送初级胆汁酸和抗菌活性分子如免疫球蛋白A；第二，门静脉向肝脏输送MAMPs和次级胆汁酸；第三，通过毛细血管向肠道分配膳食代谢产物、游离脂肪酸、乙醇和胆碱代谢产物[9]。因此，肠道-肝脏轴的完整性调节着肠道微生物群的组成和肠道上皮和血管屏障的完整性，以及肝脏中胆汁酸的合成和组成及脂质代谢。任何步骤受损均将导致肠道-肝脏轴的代谢循环紊乱。相关研究表明，肠道微生物群促进肝癌发生的机制涉及肠道泄漏、肠道微生物群失调、激活脂多糖（LPS）-Toll样受体4（TLR4）信号和细菌代谢物的交替等多种机制[19]。肠道微生态失调对肝脏产生炎症刺激，是对慢性肝病的额外刺激，慢性炎症和肠道微生态失调共同推动了肝癌的发生。由于肝脏经常暴露于肠源性细菌因子中，包括细菌成分、内毒素和肽聚糖，其可以通过激活TLR引发炎症反应。同时革兰阴性杆菌细胞壁的脂多糖可以与TLR结合，通过下游效应NF-κB途径产生TNF-α、IL-1β和IL-6等炎症因子[20]。来自肠道微生物群的MAMPs可以激活肠细胞中的还原型辅酶Ⅱ氧化酶（NOX）1-NOX4复合物，刺激产生活性氧（ROS）。这导致炎症体的激活、IL-18和IL-1β等细胞因子的释放及小肠细胞的脱颗粒。菌群失调通过产生细菌代谢物（如胆汁酸）影响肠道微生物群的代谢途径。革兰阳性菌将胆汁酸转化为次级胆汁酸的能力增强。细菌产生的次级胆汁酸脱氧胆酸可调节肝脏窦细胞和CXCL16依赖性自然杀伤性T细胞（NKT）的招募[21]。在菌群失调的情况下，短链脂肪酸，特别是菊粉消化后产生的丁酸可促进HCC的发展[22]。总之，肠道菌群代谢产物在与HCC发病机制相当复杂，可能通过参与多种代谢途径及信号通路发挥作用。

3 肠道菌群调节与HCC的治疗

尽管HCC有很多治疗手段，包括手术切除、肝移植、射频消融、全身化学治疗、放射治疗和靶向药物等，但是HCC容易复发、转移，并对化学药物耐药，所以晚期HCC患者的存活率非常低。因此，迫切需要开发进一步的替代治疗。肠道微生态失调和内毒素血症是慢性肝脏疾病进展为HCC的关键因素。因此预防HCC的手段包括维持肠道微生态的紊乱和降低内毒素血症。目前肠道微生态的防治主要包括选择性肠道脱污染、微生态调节制剂等方法。选择性肠道脱污染通过抑制肠道内革兰阴性杆菌与真菌的繁殖，而促进肠道专性厌氧菌的生长。在动物实验中，Zhang等[23]使用从姜黄提取的莪术治疗二乙基亚硝酸胺诱导的HCC大鼠模型，发现莪术能够大大增加肠道微生态的多样性和丰富度，其通过减少革兰阴性菌，从而抑制肝脏毒性物质脂多糖的产生。从侧面证实，通过调节肠道微生态的改变，可以达到治疗和抑制肝癌的作用。Xia等[24]使用番茄素治疗HCC小鼠的研究中发现，番茄速喂养可以增加小鼠肠道微生物群的丰富度和多样性，并显著降低梭菌属和粘孢子菌属的相对丰度，从而抑制HCC的发展。由于长期使用窄谱抗生素同样可以导致肠道微生态失调，因此选择性肠道脱污染治疗仍存在争议。目前常用的微生态调节制剂包括活菌制剂和促活菌生长制剂[25]。临床上应用的活菌制剂较多，主要为对人体起有益作用的优势菌群制剂以双歧杆菌和乳杆菌为主。研究表明益生菌可以通过调节小鼠的肠道菌群来抑制肝癌的生长[26]。Ren等[27]提出，通过肠肝轴改善肝损伤，可以改善肠屏障功能，并促进肠道微生物恢复。益生菌可能通过以下方式发挥治疗作用：调节肠道菌群组成和产生抗菌因子，改善肠屏障功能，调节局部和全身免疫。

当前，越来越多的研究证明了肠道微生物群参与HCC的发生发展。然而，肠道微生物群对肝癌发生的直接影响尚未被阐明。目前的研究证明肠道屏障损失及肠道微生物菌群失调、代谢产物的改变促使了HCC的发展。因此，肠道微生物群早期改变可能作为一种早期诊断HCC的非侵入性的潜在方法。给予抗生素、益生菌等可以调控肠道微生物群，可作为HCC预防和治疗的手段。目前尚需要进一步开展一系列的基础及临床研究，进一步努力确定肠道微生物群在HCC发病和发展过程中的作用，将有助于找到新的有效和安全的诊断、预防和治疗HCC的策略。