肠道菌群在结直肠癌中的研究进展

陈方赐 周淋魄 孔文成 单毓强

[摘要] 肠道菌群与结直肠癌的发生、发展关系密切，是结直肠癌的潜在治疗靶点，以肠道微生物为主要靶点的治疗策略被越来越多的学者所关注。本文对肠道菌群在结直肠癌中的作用机制、临床应用及安全性进行综述，旨在为结直肠癌的临床治疗提供理论依据。

[关键词] 肠道菌群；结直肠癌；疗效；安全性

[中图分类号] R735      [文献标识码] A      [DOI] 10.3969/j.issn.1673-9701.2023.15.028

结直肠癌是常见癌症之一，近年来发病率逐年升高，且呈年轻化趋势。结直肠癌的治疗方法主要包括外科手术、化学治疗和放射治疗；但这些治疗方法常引起不良反应和并发症，且对中晚期结直肠癌的治疗效果有限。肠道菌群是结直肠癌治疗的新兴研究领域，越来越多的证据表明肠道微生物的失调对结直肠癌的发生、发展起调控作用[1-3]。肠道菌群的调节可逆转肠道微生物的失调状态，是预防和治疗结直肠癌的新策略[4]。本文对基于肠道菌群调控的结直肠癌治疗最新研究进展进行综述，阐述肠道菌群在结直肠癌中的作用机制、临床应用及安全性，探讨肠道菌群调控在结直肠癌治疗中的临床应用前景。

1  肠道菌群与结直肠癌的关系

结肠区域是一个巨大的微生物群落宿主[5]。健康状态下，肠道微生物有助于消化复杂的食物成分，增强免疫系统功能，保护肠道免受有害细菌和疾病的侵袭[6]。现已证实，肠道菌群的失调状态与结直肠癌的发生发展关系密切；肠道菌群的变化既能促进肿瘤的发生发展，也能抑制肿瘤的发生发展，主要与菌群类别有关。

目前已知的可促进结直肠癌发生发展的菌群主要有具核梭形杆菌（fusobacterium nucleatum，Fn）、鏈球菌、脆弱拟杆菌等。Yang等[7]研究证实，Fn通过上调微RNA-21的表达，促进结直肠癌的细胞增殖，并增强其侵袭能力。Rubinstein等[8]研究发现，Fn可产生具核梭形杆菌黏附蛋白A（fusobacterium nucleatum adhesin A，FadA），FadA具有较强的侵袭性，可刺激上皮细胞生长，促进炎症和肿瘤的发展；同时FadA也可调节与结直肠癌发展相关的β-连环素等信号通路。厌氧消化链球菌在肠道富集，诱导促炎免疫微环境或与上皮细胞相互作用，促进结直肠癌的发展[9]。脆弱拟杆菌分泌脆弱拟杆菌毒素等毒力因子，通过激活果蝇无翅/整合素/β-连环素及核因子-κB信号通路，促进上皮细胞的增殖，诱导产生炎症介质，导致黏膜炎症甚至结直肠癌[10]。另有研究发现，脆弱拟杆菌通过调节肿瘤免疫微环境诱导肿瘤的增殖，也可诱导活性氧的增加和DNA损伤，从而促进结直肠癌的发生[11-13]。研究发现，结直肠癌患者和健康人群的肠道菌群丰度差异明显，其中产丁酸盐细菌的减少及机会病原体的增加可能是结直肠癌患者肠道菌群失调的主要原因[3]。肠道菌群的富集与耗竭引起的生态环境紊乱可导致一系列功能和代谢变化，参与结直肠癌发生、发展的病理变化过程[2]。

结直肠癌的发生、发展过程伴随肠道菌群的改变，监测肠道菌群状态的改变对结直肠癌的早期预警具有重要意义，同时肠道菌群也可作为肿瘤治疗效果和患者预后的预测工具。Heshiki等[14]利用健康人群、肿瘤患者治疗有效组及治疗无效组治疗前后的粪便标本，探讨肠道微生物与治疗结局之间的关系，结果发现与治疗无效组肿瘤患者相比，治疗有效组肿瘤患者的肠道微生物多样性更高，肠道菌群的构成存在显著差异，特定菌群与治疗结局呈正相关。肠道微生物群的特点能较好地预测肿瘤的生长情况和肿瘤的治疗效果。因此，探讨肠道菌群和结直肠癌的关系有助于肿瘤治疗新策略的开发，肠道菌群调控是结直肠癌防治的潜在策略。

2  肠道菌群在结直肠癌中的作用机制

2.1  益生菌

益生菌是一类对人体有益的微生物，广泛用于失调肠道菌群的调节，可诱导宿主体内的生理和代谢变化，被认为是一种安全的肿瘤治疗方式，其中最主要的两种益生菌为乳酸菌和双歧杆菌[15-16]。益生菌主要通过以下几种方式发挥抗肿瘤功效：①抵抗潜在病原体。益生菌可通过竞争营养或与病原菌聚集的方式，阻断病原菌与肠上皮细胞结合；除直接作用外，益生菌还可通过释放抗菌肽或降低肠内pH值抑制病原菌生长[17-18]。研究表明，益生菌可减少潜在病原菌感染，对结直肠发挥保护作用，减少结直肠癌的发生[19-20]。②改善肠道屏障功能。肠道屏障功能由上皮细胞及连接上皮细胞的紧密连接蛋白构成，肠道屏障受损与结直肠癌的发展相关[21]；紧密连接蛋白的减少可诱导上皮间质转化，促进肿瘤的发生和转移[22]。研究表明，益生菌可通过上调紧密连接蛋白的表达、刺激黏蛋白产生，改善肠道屏障功能[23]。③免疫调节作用。益生菌可抑制结直肠炎症，主要通过激活树突细胞、减少辅助性T细胞表达、增加调节性T细胞表达、促进巨噬细胞表型由M1型转化为M2型等途径实现[24]；益生菌可增加自然杀伤细胞的细胞毒性潜力和巨噬细胞的吞噬作用能力，起到抵抗病原体的作用[25-26]。

2.2  益生元

益生元可选择性刺激肠道内特定细菌的生长和（或）活性，改善宿主健康，其作用主要与微生物群代谢相关[27]。研究发现，益生元可选择性刺激益生菌的生长和富集，减少病原菌定植，减轻肠道炎症[28]。在由微生物群产生的益生元发酵产物中，短链脂肪酸主要由乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐组成，其可通过维持肠道pH值、抑制病原体生长、促进肿瘤细胞凋亡抑制结直肠癌的发展[29]。肠细胞模型研究发现，丁酸盐通过调节紧密连接蛋白的组装增强肠道屏障[30]。Gourbeyre等[27]研究发现，益生元可被肠道直接吸收，发挥抗炎和免疫调节作用，对肠道起到保护作用。

2.3  抗生素

既往研究证实，肠道菌群失调与结直肠癌的发展密切相关，抗生素可有效根除有害细菌，逆转菌群失调状态，是肿瘤预防和治疗的有效方法[31-32]。结直肠癌小鼠模型研究发现，抗生素导致肠道微生物群消耗诱发抗肿瘤免疫应答，表现为分泌干扰素的T细胞数量显著增加、分泌白细胞介素（interleukin，IL）-17A和IL-10的T细胞数量相应减少，发挥抑制肿瘤生长的作用[33]。

2.4  粪便移植

粪便微生物群移植是将粪便微生物群从健康、无疾病的供体移植到患者体内，恢复患者体内微生物平衡或增强其有益生物体，是治疗结直肠癌的新兴生物治疗方法[34]。与其他治疗方法相比，粪便微生物群移植具有独特优势，可提高微生物多样性，且不破坏肠道微生物的自然平衡状态[35]。研究表明将粪便微生物群从野生小鼠移植到实验小鼠，宿主在炎症、诱变剂、病毒刺激下的适应能力和生存能力得以增强，对结直肠肿瘤的抵抗能力也得以增强[36]。

3  肠道菌群在结直肠癌中的临床应用及安全性

3.1  临床应用

3.1.1  预防结直肠癌  肿瘤预防是肿瘤学中最早尝试整合肠道菌群调控的研究领域，调节并维持肠道菌群平衡状态可有效预防结直肠癌的发生。作为肿瘤化学预防剂，益生菌、益生元和合生元可去除食源性诱变剂和致癌物，发挥预防结直肠癌的作用。动物研究表明，益生菌可有效降低致癌物的遗传毒性和诱变活性，减少结直肠损伤，预防结直肠癌的发生[37]。多项研究表明，益生菌可预防癌前病变，降低结直肠癌发生率，缩小肿瘤体积，降低肿瘤细胞数量[38-40]。Rafter等[41]对结肠腺瘤性息肉及结直肠癌切除术后患者的血液和粪便标本进行检测，发现与安慰剂组相比，由益生菌和益生元合成的合生元制剂可导致患者肠道菌群发生显著变化，双歧杆菌和乳酸杆菌增加，产气荚膜梭状芽胞杆菌减少，结直肠细胞的增殖和坏死显著降低，切除术患者的上皮屏障功能得到改善。另一临床研究发现，益生菌可降低中高度异型性肿瘤的发生率[42]。

综上，肠道菌群调节的抗肿瘤作用可归因于：①使诱变剂或致癌物失活；②降低肠道pH值；③免疫调节作用；④调节肠道微生物群；⑤调节细胞凋亡和分化；⑥抑制酪氨酸激酶信号通路[43]。

3.1.2  减轻与治疗相关的不良反应  结直肠癌的常规治疗包括外科手术、化学治疗和放射治疗，上述疗法会导致肠道黏膜屏障受损、肠道菌群紊乱，造成肠黏膜炎、腹泻、体质量下降等不良反应[44]。通过调节肠道菌群、改善肠道屏障功能，可减少不良反应的发生。Mi等[45]研究发现，双歧杆菌可有效缓解化学治疗诱发的肠黏膜炎。两项随机对照临床研究表明，结直肠癌患者经外科手术、化学治疗并辅以益生菌制剂，肠道菌群得到有效调节，免疫水平提高，并发症发生率降低[46-47]。化学治疗后期可出现免疫抑制、骨髓抑制、机会感染等不良反应，影响治疗进程，不利于患者预后。动物研究显示，乳酸杆菌能增加小鼠骨髓中未成熟的骨髓祖细胞，从而在环磷酰胺给药后早期恢复骨髓细胞；乳酸杆菌还能够诱导血液中的嗜中性粒细胞早期恢复，促进吞噬细胞募集到感染部位，增加对机会病原体白色念珠菌的抵抗力，提示乳酸杆菌或可被用作减轻肿瘤患者化疗诱导的免疫抑制或骨髓抑制[48]。

3.1.3  增强常规治疗抗肿瘤功效  肠道菌群调节可增强常规治疗的抗肿瘤功效越来越多地受到学者关注。环磷酰胺是重要的临床抗肿瘤药物，其治疗效果部分归因于其具有的刺激抗肿瘤免疫反应的能力。动物实验证明，环磷酰胺可改变肠道微生物群组成，诱导特定种类革兰阳性菌易位到次级淋巴器官中，刺激“致病性”Th17细胞特定亚群的产生及记忆Th1细胞的免疫反应，进而发挥抗肿瘤作用；当使用广谱抗生素抑制肠道微生物后，环磷酰胺的抗肿瘤作用随之减弱[49]。靶向程序性死亡蛋白-1（programmed death-1，PD-1）/程序性死亡受體配体1轴的免疫检查点抑制剂（immune checkpoint inhibitor，ICI）在临床抗肿瘤治疗中的应用越来越广泛，ICI的耐药性可能与抗生素使用引起的肠道微生物构成异常有关。Routy等[50]将对ICI有持续反应的肿瘤患者的粪便微生物群移植到无菌或抗生素治疗小鼠中，发现该干预措施可改善PD-1阻断剂的抗肿瘤作用，证明肠道有益菌群可通过免疫调节方式，增强免疫治疗的抗肿瘤效果。现有证据表明，调节肠道菌群不仅可作为辅助治疗手段增强常规治疗的抗肿瘤效果，还可通过调节肿瘤微环境、增强抗炎能力、提高肠道屏障功能、促进肿瘤细胞凋亡等多种途径，抑制肿瘤的生长和转移[4，18，26]。

3.2  安全性

3.2.1  细菌易位和全身性侵袭  细菌易位是指肠道活细菌越过肠黏膜屏障，进入人体循环系统及肠外器官，导致全身性或局部感染。益生菌对健康受试者具有良好的耐受性，但其安全性在有基础疾病患者中仍有争议。结直肠癌患者肠道屏障及免疫功能受损，益生菌易位的概率增大，进而造成局部或全身性感染[51-52]。

3.2.2  腸道菌群紊乱  抗生素在减少病原菌的同时也可进一步诱导肠道微生物失调的发生。抗生素对共生菌的清除是非选择性的，具有抗肿瘤效应的细菌也被清除，从而使抗肿瘤免疫减弱。抗生素对肠道菌群和肿瘤微环境的改变也影响肿瘤免疫治疗的效果。研究表明抗生素与抗PD-1免疫治疗同时使用，可减弱抗PD-1疗效，患者总体生存率下降[53]。

3.2.3  病原菌与致病基因的传播  粪便微生物群移植过程存在未识别病原菌传播风险。目前已知粪便微生物群移植后可引发菌血症、巨细胞病毒感染等[54-55]。有文献报道2例免疫功能低下患者发生大肠杆菌菌血症，他们均从同一供体接受粪便微生物群移植[56]。粪便微生物群移植还存在传播致病基因的潜在风险。移植过程中供体某些与疾病相关的菌群特征可“传播”至受体，引起受体肠道菌群的改变，诱导受体慢性疾病的发生。研究发现1例复发性艰难梭菌感染患者在接受健康但超重捐赠者粪便微生物群后，体质量快速增加[57]。肠道菌群与多种免疫性疾病相关，包括风湿性关节炎、代谢综合征等[58]。因此，加强粪便微生物群移植剂筛查至关重要。

综上，肠道微生物群调节是预防和治疗肿瘤的潜在治疗策略，未来需加强对该治疗策略机制和临床应用的研究，加深对该治疗策略的理解，促进临床转化，探讨肠道菌群调节在结直肠癌治疗中的潜力，使患者获益。

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