女性生殖道和肠道微生物在卵巢癌中的研究进展
2023-01-03郭文迪平毅
郭文迪,平毅
人类微生物组与宿主以互利共生的关系存在。微生物组动态变化影响黏膜稳态、代谢、炎症及宿主免疫,其失调是多种肿瘤发生的重要潜在机制。2020年全球卵巢癌新发病例313 959 例,死亡人数207 252例,在妇科肿瘤中致死率持续居首位[1],5 年生存率在30%~40%。子宫内膜异位症恶变及输卵管起源是Ⅰ、Ⅱ型卵巢上皮性肿瘤发病的主流学说,但缺乏对病因的进一步探索。有效的筛查治疗手段和抗化疗耐药复发方面仍面临严峻挑战。近年研究相继发现女性生殖道及肠道微生物参与卵巢癌的进展并影响预后[2]。现对卵巢癌患者生殖道及肠道微生物群的结构变化,及其可能诱发卵巢癌及影响治疗的潜在机制进行综述,为寻求癌症标志物、优化目前治疗及预防卵巢癌提供新的方向和依据。
1 卵巢癌相关微生物群概况
1.1 下生殖道微生物组成高通量测序将阴道微生物群分为5 种群落类型(community state types,CST)。健康女性阴道微生物多样性低,通常由厚壁杆菌组成,富含不同种类的乳杆菌,主要是卷曲杆菌(Lactobacillus crispatus,CST-Ⅰ)、加氏乳杆菌(Lactobacillus gasseri,CST -Ⅱ)、惰性乳杆菌(Lactobacillus iners,CST -Ⅲ)和詹氏乳杆 菌(Lactobacillus jensenii,CST-Ⅴ)。这些乳杆菌通过产生乳酸、细菌素和过氧化氢(hydrogen peroxide,H2O2)与宿主互利,减少病原菌的定植。
临床常见的阴道微生物失调为细菌性阴道病,以乳杆菌丰度降低、厌氧菌丰度增加为特征。病原微生物包括加德纳菌、普雷沃菌、阿托波菌、支原体和衣原体等。在上皮性卵巢癌患者中,超过60%的样本检测到布鲁氏菌、衣原体及支原体,10%的样本检测到人乳头瘤病毒,这些微生物感染均是卵巢癌患病的风险因素,有助于卵巢非典型上皮细胞的进展[3]。一项由176 例卵巢癌患者、109 例乳腺癌易感基因1(breast cancer susceptibility gene 1,BRCA1)突变携带者和295 例健康对照者组成的多中心研究发现,罹患卵巢癌(OR=2.80,P=0.020)、BRCA1 突变(OR=2.79,P=0.012)与宫颈阴道微生物乳杆菌占比小于50%相关[4],这表明宫颈阴道微生物群失调可能对卵巢癌的发生起重要作用,且阴道乳杆菌是卵巢癌的保护物种。
1.2 上生殖道微生物组成微生物存在于健康人群的上生殖道(子宫、输卵管和卵巢)中,健康的输卵管、卵巢微生物是卵巢癌的抑制因素[5]。同一个体,与下生殖道相比,上生殖道乳杆菌的丰度降低,不动杆菌、假单胞菌的占比升高。当致病菌通过宫颈或淋巴途径进入子宫、输卵管、卵巢造成上生殖道微生物失调时,将导致盆腔炎。女性盆腔炎患者发生上皮性卵巢癌的风险增加[6]。衣原体作为盆腔炎中最常见的致病微生物通过激活旁分泌Wnt 通路,阻断线粒体半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3(caspase-3)和细胞色素C的释放,逃避CD8+T 细胞的攻击抑制凋亡,导致输卵管上皮细胞结构和功能的破坏。衣原体质粒蛋白抗体3(chlamydial plasmid-encoded protein 3,Pgp3)阳性会增加卵巢癌患病风险[7]。
在卵巢癌患者中,微生物结构及其占比常发生特异性改变。近年研究者分别在卵巢癌患者阴道、宫颈阴道部、肿瘤组织、腹膜、血清及粪便中鉴定出微生物,发现上生殖道、肿瘤组织及腹膜中微生物α 多样性下降。Wang 等[8]研究显示,与癌旁组织相比,癌灶内拟杆菌数量增多,不动杆菌、乳球菌缺乏,变形杆菌丰度增加,变形杆菌/厚壁菌比值增大,这将有助于卵巢癌的诊断。
1.3 肠道微生物组成正常肠道微生物群是动态复杂的,受宿主特征(种族、性别、年龄、激素水平、免疫反应)和环境影响(饮食、吸烟、药物)而改变。健康的肠道微生物群主要由5 种细菌门类组成:革兰阳性厚壁菌门、革兰阴性拟杆菌门、放线菌门、变形菌门和梭杆菌门,约占肠道总微生物群的90%。
动物模型研究表明,使用抗生素耗尽人卵巢腺癌细胞SKOV-3 细胞荷瘤裸鼠的肠道菌群后,卵巢癌肿瘤生长速度明显加快,证实肠道微生物群的失调促进卵巢癌进展[9]。此外,Miao 等[10]对10 例卵巢癌患者和20 例良性卵巢肿瘤患者的腹腔液进行16S核糖体核糖核酸(16S ribosomal ribonucleic acid,16S rRNA)高通量测序,发现卵巢癌患者的腹腔积液富含肠道来源的革兰阴性菌,并鉴定出18 种微生物可作为卵巢癌新标志物。其联合血清标志物糖类抗原125(carbohydrate antigen 125,CA125)、人附睾蛋白4(human epididymis protein 4,HE4)可提高卵巢癌诊断的准确性。
2 卵巢癌相关微生物群的功能
2.1 自身成分及代谢产物脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)、溶血磷脂、色氨酸及其衍生物在卵巢癌中有明确作用,其他代谢产物如短链脂肪酸、生物胺及次级胆汁酸在卵巢癌中的作用尚未统一。卵巢癌患者肿瘤组织中革兰阴性菌的比例增加,自身促炎成分上调[8]。LPS 可以刺激Toll 样受体2(Toll-like receptor 2,TLR2)、TLR4 和TLR5,激活磷脂酰肌醇3 激酶(phosphatidylinositol 3-kinase,PI3K)信号传导、基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMP)相关家族表达,激活肿瘤相关巨噬细胞并诱导上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)[11]。溶血磷脂酸及溶血磷脂酰丝氨酸被证实能够诱导蛋白激酶B(protein kinase B,Akt)、丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)和Ca2+信号传导,上调血管生成因子表达,诱导卵巢癌细胞增殖、迁移及侵袭。肠道中小营养分子也具有重要作用,Xie 等[12]发现卵巢癌患者血清色氨酸和吲哚丙酸减少,且水平越低预后越差。色氨酸作为能量来源支持乳杆菌的生长,抑制病原菌扩张,通过激活芳香烃受体(aryl hydrocarbon receptor,AHR)、孕烷X 受体(pregnane X receptor,PXR)调节黏膜免疫[13]。此外,部分细菌还可以穿过上皮屏障直接将毒素插入宿主细胞,如大肠杆菌素直接损伤DNA 引起致癌反应[14]。
2.2 影响雌激素调控高雌激素水平是卵巢癌的风险因素,一项巢式病例对照研究表明,高水平循环雌二醇(estradiol,E2)的女性患非浆液性卵巢癌的风险是低水平E2妇女的3 倍[OR(五分位数5:五分位数1)=3.01,95%CI:1.17~7.73,P-trend=0.03;P-het<0.01][15]。在围绝经期使用激素替代疗法的人群,卵巢癌患病风险至少在5 年内增加。高雌激素促癌主要通过直接与受体结合促进基因转录,间接激活其他转录因子参与炎症反应,控制细胞增殖、分化及凋亡。
近年研究证实雌激素与肠道微生物群相互影响促进卵巢癌的发生及进展。绝经后女性肠道微生物的多样性随尿雌激素代谢物比例的增高而增加[16]。肠道微生物中厚壁菌和拟杆菌分泌β-葡萄糖醛酸酶及β-葡萄糖苷酶,参与雌激素肠肝循环,增加致癌潜力[17]。
2.3 介导炎症及免疫调节卵巢癌组织中微生物的含量与促炎因子上调、免疫抑制途径下调一致。树突状细胞识别微生物后,激活TLR 产生不同的细胞因子,调控T 细胞分化以实现细菌耐受性和免疫功能的平衡。如果持续微生物失调,相关信号将募集免疫细胞,刺激炎症因子释放,进而导致DNA 损伤和突变累积[18]。
其中,TLR4 和TLR5 在致癌过程中具有重要作用。有研究发现,乳杆菌通过调控微小RNA-21(microRNA-21,miR-21)和miR-200b,调节人上皮性卵巢腺癌细胞CAOV-4 中TLR4 的反应性,可达到治疗卵巢癌的目的[19]。TLR4 和LPS 结合后,募集髓样分化因子88(myeloid differentiation factor 88,MyD88)和MyD88 配体样(MyD88 adapter-like,MAL)蛋白,启动炎症反应,激活核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)、白细胞介素6(interleukin-6,IL-6)和血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)等因子,促进癌细胞生长并获得肿瘤耐药性[20]。卵巢癌中,IL-6 是重要的致癌因子,正反馈增强Janus 激酶(Janus kinase,JAK)/信号转导及转录激活因子3(signal transducer and activator of transcription,STAT3)通路,增加MMP 表达,促进细胞增殖及EMT,诱导肿瘤耐药[21]。同样,TLR5 与菌群介导的免疫抑制、肿瘤炎症及转移密切相关。其与细菌鞭毛蛋白结合后激活MyD88/肿瘤坏死因子受体相关分子 6(tumor necrosis factor receptor associated factor 6,TRAF6)/NF-κB 通路,上调IL-6等因子,加速肿瘤生长[22]。这种促癌作用依赖肠道菌群,去除肠道细菌后其促瘤生长的影响消失[23]。
3 微生物群与卵巢癌治疗
3.1 参与耐药及影响疗效有研究报道,70%~80%晚期卵巢癌患者在2 年内复发,并出现化疗耐药[24]。近年研究表明,微生物群在肿瘤化疗和靶向治疗中具有双向作用,一方面介导化疗耐药,另一方面增强抗瘤活性。卵巢癌组织中革兰阴性菌的特异定植,激活固有免疫细胞表面的模式识别受体与下游的级联信号,增强卵巢癌的转移及耐药性,其中C 型凝集素受体(C-type lectin receptor,CLR)可诱导卵巢癌组织中的肿瘤相关巨噬细胞参与免疫逃逸[25]。研究发现,参与紫杉醇耐药的多药耐药性蛋白在TLR4 失活后下调[26],进一步证实了微生物群对卵巢癌化疗耐药的潜在影响。
同时,微生物群影响卵巢癌常用药物的疗效,在增强免疫治疗反应方面具有巨大潜力。在非妇科癌症的动物模型中,万古霉素、亚胺培南和新霉素联合给药组与无抗生素干预的荷瘤鼠同期顺铂治疗后,联合给药组降低了化疗应答率及小鼠总生存期[27]。蒽环类及环磷酰胺药物可以促进肠屏障的丧失和细菌移位,进而刺激辅助及记忆T 细胞,激活免疫反应,促进抗瘤作用。Routy 等[28]将对程序性死亡蛋白-1(programmed death-1,PD-1)抑制剂敏感的非小细胞肺癌患者的粪便微生物群移植到抗生素干预后的荷瘤鼠中,小鼠PD-1 阻断的抗瘤效果得以增强,证实PD-1 抑制剂疗效与肠道微生物群结构密切相关。
3.2 微生物相关治疗目前,粪菌移植和益生菌补充已普遍用于非恶性疾病的治疗。研究发现,改变微生物群结构有望减轻卵巢癌化疗的不良反应,并为其治疗提供新机遇。Perales-Puchalt 等[29]发现,顺铂处理后小鼠肠道微生物的重建加速了肠道愈合。同样,大肠杆菌Nissle1917 能够改善拓扑异构酶抑制剂导致的黏膜炎[30]。此外,在铂类[31]、抗PD-1 单抗治疗中,联合益生菌可显著改善卵巢癌的疗效,补充阿克曼菌[28]或植入药物反应性良好的供体粪菌[32]可以逆转抗PD-1 治疗的耐药。
抗生素治疗卵巢癌可能具有潜力,但相关研究的结论尚不一致。氯霉素[33]、盐霉素[34]与顺铂联合使用抑制肿瘤生长。与之相反,氨苄青霉素、万古霉素、新霉素和甲硝唑联合治疗促进裸鼠移植瘤的生长与侵袭[9]。Cheng 等[5]研究表明抗生素治疗会影响肠道微生物群,从而调节免疫系统的极化,并通过炎症促进卵巢癌进展。在一项对402 例接受手术和铂类化疗的Ⅲ/Ⅳ期上皮性卵巢癌患者的回顾性研究中,化疗期间使用抗生素治疗超过48 h 的患者与未使用抗生素治疗的患者相比,无进展生存期(17.4 个月vs.23.1 个月,HR=1.50,P<0.001)和总生存期(45.6个月vs.62.4 个月,HR=1.50,P<0.001)均缩短,使用抗革兰阳性菌抗生素治疗的患者无进展生存期(16.5 个月vs.23.1 个月,HR=1.85,P<0.001)和总生存期(35.0 个月vs.62.4 个月,HR=2.12,P<0.001)缩短更显著[35]。因此需进一步研究证实抗生素治疗卵巢癌的利弊。
鉴于免疫相关因素在卵巢癌中的重要作用,过度应激及反应不足均会导致卵巢癌进展。减弱卵巢癌的炎症风暴、靶向免疫相关受体及细胞可能成为一种有效的癌症治疗策略。Curiel 等[36]证实阻断调节性T 细胞的迁移或功能同样有助于卵巢癌的治疗。同时,抑制TRL4 可以降低MMP 相关酶活性,并阻断EMT 过程,起到抗瘤作用[26]。此外,免疫系统激活疗法的有效性取决于微生物的组成和免疫原性。在细胞过继免疫治疗(adoptive T cell transfer,ACT)的新方案中,嵌合抗原受体T 细胞免疫疗法(chimeric antigen receptor T-cell immunotherapy,CAR-T)[37]及树突状细胞疫苗[38]旨在增强免疫检查点阻断,加强机体免疫功能,重新杀死癌细胞,目前已注册Ⅲ期临床试验,但个性化免疫治疗卵巢癌仍面临挑战。
4 微生物群与卵巢癌的预防
饮食搭配可以调节女性生殖道及肠道微生物群的组成,并通过遗传及表观遗传改变基因表达、影响疾病易感性。生酮饮食、地中海饮食及素食均已证实有利于卵巢癌预后。经典的生酮饮食脂肪比例高、碳水化合物及蛋白质比例低。患者接受生酮饮食后,从传统的葡萄糖代谢转变为酮体代谢,此种代谢模式改变可减少炎症及肿瘤血管生成,增强细胞凋亡[39]。研究表明大量摄入动物脂肪、饱和脂肪酸和反式脂肪酸会增加卵巢癌患病风险,摄入蔬菜、水果、纤维、维生素C 和多不饱和脂肪酸为其保护因素[40]。地中海饮食恰以水果、蔬菜、豆类、全谷物和坚果为特色,控制红肉摄入,脂肪来源于初榨橄榄油。与地中海饮食相似,素食富含纤维及植物雌激素,可增加肠道微生物群的多样性及丰度,具有抗癌作用[40]。
5 结语
在卵巢癌中,微生物群可以通过宿主环境、生活方式及免疫系统,改变其组成结构及代谢产物,进而影响癌症发生、进展及治疗效果。卵巢癌患者肿瘤组织、生殖道、肠道和腹膜中独特的微生物群及其代谢产物可作为早期诊断的生物学标志物,为筛查、治疗分层及预后提供新的思路。目前卵巢癌与微生物间引起复杂相互作用的因果关系尚未完全阐明,特定的微生物未具体明确,其临床价值和可行性暂未得到充分肯定,微生物相关治疗方式的适用性及可靠性仍需探索。今后应进一步结合宿主遗传、表观遗传、微生物群、生活方式和其他环境因素综合挖掘卵巢癌的发生机制,深入探讨利用微生物组进行预防、筛查及治疗干预的价值。