肠道微生物与结直肠腺瘤性息肉相关性的研究进展

杨 怡，张 琳，张鑫鑫

（湖北三峡职业技术学院，湖北 宜昌 443000）

成人肠道中存在比体细胞和生殖细胞总和还多的微生物，可以形容为人类身体内的“微生物器官”，对人类健康的维持和疾病的产生起着至关重要的作用。近年来，随着我国居民生活水平的提高及饮食结构及习惯的改变，结直肠癌（colorectal cancer，CRC）的发病率也在逐年升高。“腺瘤- 癌”是大多数CRC 发生发展所遵循的序列，一般需要5 ～10 年的时间[1]。结直肠腺瘤已被证实是与CRC 发生密切相关的病理变化，也是目前公认的CRC 癌前病变[2]。大量研究表明，结直肠息肉患者相较于健康人群的肠道微生物菌群结构和数量存在显著不同，特别是腺瘤性息肉患者。本文将对结直肠腺瘤性息肉患者的肠道微生物改变，以及肠道微生物变化在结直肠腺瘤性息肉发生发展中的作用机制进行综述。

1 肠道微生物

肠道微生物群包含1000 余种细菌，以厚壁菌、拟杆菌、变形菌和放线菌为主。这些微生物以互利共生的关系存在于人类肠道中：宿主为微生物提供营养和生活环境，微生物则通过参与和调节宿主的一系列生理活动以促进肠道的稳态，如免疫、防御病原体的入侵以及协助膳食化合物的代谢等。肠道菌群可促进宿主黏膜免疫系统的发育与应答、增强肠上皮细胞间的紧密连接，并对病原体具有拮抗作用[3]。大量宏基因组测序研究显示，健康个体和患病个体之间的肠道微生物群落组成存在显著差异[4]。由此可以推论，肠道微生物群在一定程度上可预防或导致包括癌症在内的多种疾病，这一观点得到了严格控制特定细菌定植的无菌小鼠定植模型实验的支持。

2 结直肠腺瘤性息肉

大肠息肉广义上指任何突出于大肠管腔内的隆起性病变，但一般指来源于肠黏膜上皮的局限性隆起，约占肠道息肉的80%。大多数CRC 经由“腺瘤- 癌”途径形成，结直肠腺瘤性息肉为CRC 最常见的癌前病变。根据结直肠腺瘤的组织学特点，可将其分为管状腺瘤、绒毛状腺瘤和混合性腺瘤3 种，其中绒毛状腺瘤的癌变率最高，管状腺瘤最低。目前，经结肠镜活检是结直肠息肉诊断的“金标准”，通过取活检组织对息肉进行病理学检查，可判断其组织学分型。

3 肠道微生物与息肉

尽管健康的生活方式和结肠镜筛查能在一定程度上预防CRC 的发生，但确定突变的因果机制对于了解“腺瘤- 癌”的发生发展和开发新的个性化预防策略至关重要。在过去的几年中，高通量测序技术的进步及临床应用发现了肠道微生物群与结直肠腺瘤及CRC 的发病机制有关，并为个性化预防提供了新途径。在健康的肠道中，肠道微生物与宿主保持稳态，如果由于菌群本身的不平衡，功能组成和代谢活动的改变或局部分布的改变而干扰肠道菌群的内稳态，在某些条件下一些微生物就会转化为条件致病菌，宿主可能出现屏障功能的丧失和炎症，但目前确切触发因素暂无定论。肠道菌群的组成和功能受到多种因素的影响，如流行病、免疫反应、饮食（摄入红肉、高脂肪、低纤维饮食）、生活方式（肥胖、吸烟、饮酒等）、结肠微环境的改变以及药物等。学者普遍认为，在从炎症到发育不良再到结直肠腺瘤的逐步发展过程中，微生物菌群结构的改变是一种驱动力。因此，通过改善肠道微生物群可能会延缓结直肠肿瘤的进展。通过了解结直肠腺瘤患者肠道微生物群的变化，能够更好地对CRC 的预防提供个性化指导。现阶段，具核梭杆菌、脆弱拟杆菌、大肠埃希菌已被大量实验证实与CRC的发生发展密切相关，在此就以上细菌以及肠道代谢产物与结直肠腺瘤性息肉的关系进行论述。

3.1 具核梭杆菌

具核梭杆菌是一种革兰氏阴性、不形成孢子的厌氧菌，常见于唾液和口腔生物膜中。具核梭杆菌是一种机会致病菌，通常存在于口腔中，但能利用唾液通过胃进入下消化道生存。大量研究表明，具核梭杆菌与CRC 的发生发展存在密切的关系，但其与结直肠腺瘤发生发展相关性的研究较少。Zhang 等[5]通过定量聚合酶链式反应（qPCR）检测唾液中具核梭杆菌的DNA，并与结直肠增生性息肉、腺瘤以及CRC患者唾液中具核梭杆菌的DNA 相对水平进行比较，发现结直肠腺瘤以及CRC 患者唾液中具核梭杆菌的DNA 相对水平均有所升高。这是首次报道的唾液具核梭杆菌DNA 可作为CRC 诊断和预后评估的生物标志物。是否可通过控制口腔具核梭杆菌来抑制结直肠腺瘤的发生则需要通过更多的前瞻性研究来证实。有荟萃分析表明，在健康结直肠组织向腺瘤转变并最终向CRC 转变的过程中，具核梭杆菌的DNA 相对水平也会随之增高。以上研究都证明具核梭杆菌沿正常组织- 腺瘤- 癌的途径丰度逐渐增加，表明其在结直肠腺瘤发展中的潜在因果关系。Proença 等[6]通过qPCR 对27 名结直肠腺瘤患者和43 名CRC 患者的患病组织和邻近正常组织中提取的DNA 和RNA 进行检测，发现在结直肠腺瘤和CRC 患者的组织中，具核梭杆菌的DNA 相对水平更高，且在CRC 样本中更为突出。该研究同时发现结直肠腺瘤病变中Toll 样受体4（TLR4）、白细胞介素（IL）-1B、IL-8 和miR-135b 的表达量均明显增加，根据促炎因子的高表达以及与具核梭杆菌DNA 水平的相关性，为具核梭杆菌在结直肠腺瘤发生中的免疫性促炎作用的研究提供了依据。有证据表明，具核梭杆菌在肠道内的定植创造了一个有利于肿瘤生长、促炎的微环境，最终导致结直肠腺瘤的发生。Xue 等[7]通过qPCR 测定患者腺瘤性息肉切除术前粪便中具核梭杆菌的丰度，并进行随访，发现粪便中具核梭杆菌的丰度可预测内镜下息肉切除后异时性腺瘤的发生。然而，有研究对结直肠腺瘤患者和非腺瘤患者粪便菌群的16S rRNA 基因序列进行检测，未发现具核梭杆菌的富集，这可能是由于研究人群、粪便收集和保存技术等原因导致。结直肠腺瘤性息肉患者唾液以及粪便样本中具核梭杆菌的丰度较健康人群高，表明具核梭杆菌的丰度可作为结直肠腺瘤性息肉筛查的预测性生物标志物，同时能在一定程度上预测CRC 的发生发展。具核梭杆菌的丰度在CRC 中较结直肠腺瘤性息肉更高，在CRC 中具核梭杆菌的丰度与正常组织差距更大，而结直肠腺瘤性息肉和非腺瘤性息肉中具核梭杆菌的丰度可能会出现较小差距，甚至在样品收集、保存、检测方法不同等的情况下会出现无差距的情况，需要通过进一步实验增加检测敏感性或发现更有意义的指标。

3.2 脆弱拟杆菌

脆弱拟杆菌是一种共生的革兰氏阴性、专性厌氧菌，寄生于哺乳动物的下段肠道，可显著影响宿主对炎症性疾病的易感性。脆弱拟杆菌菌株可分为非产肠毒素脆弱拟杆菌（NTBF）及产肠毒素脆弱拟杆菌（ETBF），其中ETBF 与多种肠道疾病的发生密切相关，而NTBF 菌株通常被认为是益生菌，且可通过种间竞争拮抗ETBF。有研究证明，口服NTBF 可以显著增加沙门氏菌感染大鼠肠道内容物中的短链脂肪酸（SCFAs）浓度，进一步减轻炎症并恢复肠道屏障的完整性。说明NTBF 可以通过调整肠道菌群的组成或增强肠壁防御功能来阻止CRC 的发生。ETBF 的关键毒力因子是脆弱拟杆菌毒素（BFT），它是一种锌依赖性金属蛋白酶，由γ- 分泌酶依赖性信号转导，通过与尚未确定的结肠上皮细胞受体结合，破坏结肠上皮细胞的紧密连接，增加结肠上皮细胞屏障的通透性，且ETBF 可触发环加氧酶（COX）-2 的表达，释放前列腺素E2（PGE2）以诱导炎症和控制细胞增殖。Chung 等[8]分别将正常ETBF 和BFT 染色体缺失的ETBF 定植于APCmin 小鼠体内，观察到定植ETBF的APCmin 小鼠平均形成18.5±5.2 个腺瘤，而定植BFT 染色体缺失的ETBF 和未定植任何细菌的小鼠之间腺瘤数量无区别（1.8±0.5、1.7±0.8）。此项前瞻性动物实验证实了ETBF 中的BFT 会诱发结直肠腺瘤性息肉的形成。有研究表明，与健康人群相比，家族性腺瘤性息肉病（FAP）患者肠道微生物中的脆弱拟杆菌丰度会有一定增加，对FAP 患者切除的结肠黏膜组织中的息肉和正常组织进行16SrRNA 荧光原位杂交探针标记，发现每个FAP 患者都表现出细菌穿透黏液层沿结肠轴线散布入侵并形成细菌生物膜的特点，且主要由脆弱拟杆菌和大肠杆菌组成，这些细菌生物膜的形成可能促进结直肠腺瘤性息肉向CRC 发展，对散发性CRC 的治疗提供了新思路。目前越来越多的研究证明ETBF 与结直肠腺瘤性息肉密切相关，但在结直肠腺瘤中检测到ETBF 是否能证明其更有可能发展为CRC，以及预测CRC 的发展则需要更多的前瞻性研究来验证。

3.3 大肠埃希菌

大肠埃希菌是肠杆菌科的一种，常见于人体肠道黏膜，尤其是大肠内，它是一种普遍的兼性厌氧菌，呈杆状，革兰氏染色阴性，不形成孢子。大肠埃希菌可以携带致病岛pks，该pks 编码一组合成大肠杆菌素的酶，这种化合物被认为能在腺嘌呤残基上烷基化DNA，并在培养的细胞中诱发双链断裂，目前多数研究认为pks+ 大肠埃希菌与CRC 的发生发展显著相关。有研究表明，吸烟以及肥胖的结直肠腺瘤性息肉患者肠道中大肠埃希菌的数量显著增加，一定程度上提示生活方式及代谢状态会影响肠道菌群的分布，且大肠埃希菌可促进结直肠息肉的发生。Ambrosi 等[9]分析了272 株结肠镜活检的大肠杆菌菌株，结果显示定植在结直肠腺瘤性息肉的大肠杆菌菌株与来自正常肠黏膜的大肠杆菌菌株相比，具有较低的活动性、强大的生物膜形成活性、较差的蛋白水解能力。根据以上差异可以推测大肠埃希菌能逐渐适应肠黏膜环境的变化，且在息肉和邻近组织中大肠杆菌生物膜的形成可能是促进肿瘤形成的步骤之一。但也有研究表明，pks+ 大肠埃希菌定量在腺瘤组与健康组之间未见明显差异（可能与样本较少或腺瘤较小等有关），但与CRC 分期相关。ETBF 和pks+大肠杆菌通过两个不同但互补的途径促进CRC 的发生：（1）ETBF 降解黏液使pks+ 大肠杆菌的黏附能力增强，通过大肠杆菌素诱导结肠上皮细胞DNA 损伤加剧；（2）IL-17 的诱导主要由ETBF 促进，早期由pks+大肠杆菌增强。大肠埃希菌毋庸置疑可导致CRC 的发生发展。以上研究尽管表明大肠埃希菌与结直肠腺瘤性息肉相关，但无法作为本病的早期预测性生物指标，且其与结直肠腺瘤性息肉的因果关系仍需要更多的前瞻性实验来证明。

3.4 肠道代谢产物

许多已知的结直肠腺瘤风险因素也是决定肠道菌群结构和功能的关键因素，这些因素反过来影响宿主代谢、免疫反应和致癌的基因组/ 表观基因组改变，从而影响结直肠腺瘤的发展。红肉和加工肉制品中含有大量的含硫氨基酸和无机硫，大量食用红肉和加工肉制品已被证明可以增加生硫细菌的丰度，而这些微生物会在肠道中产生具有遗传毒性的硫化氢（H2S），从而诱导肠上皮细胞DNA 损伤并促进癌变。摄入膳食纤维会引起双歧杆菌和乳酸杆菌的富集，它们能将膳食纤维发酵成SCFAs，而SCFAs 可通过多种机制对CRC 发挥保护作用，包括通过抑制组蛋白去乙酰化酶调节T 细胞稳态和肿瘤细胞的表观遗传修饰等。以上例子说明通过外源性摄入可影响肠道微生物的稳态，从而导致代谢产物的改变以及产生有利于结直肠腺瘤发生发展的环境。有研究比较了结直肠腺瘤患者和非腺瘤患者的粪便微生物群，发现糖、蛋白质和脂质代谢的增加以及胆汁酸产生的增多可以促进嗜胆菌和脱硫弧菌等耐受性微生物的生长，这些微生物可能会产生基因毒性或炎症代谢物，如H2S 和次级胆汁酸，这些代谢物可能在催化结直肠腺瘤发展和促进CRC 发生中发挥作用。肠道代谢产物是将饮食与肠道微生物群连接起来的桥梁，饮食影响肠道代谢产物，而肠道代谢产物通过影响肠道环境从而影响肠道微生物群。提示通过饮食的干预及控制或益生菌的摄入能在一定程度上遏制结直肠腺瘤性息肉及CRC 的发生发展。

4 小结

结直肠腺瘤相关的肠道微生物菌群的变化可能代表导致CRC 途径的早期事件，具核梭杆菌、脆弱拟杆菌、大肠埃希菌的富集已经确定会对肠道微环境产生不良影响，可以在一定程度上预测结直肠腺瘤性息肉的发生发展。但从整体来看，结直肠病变包括腺瘤的产生，是肠道微生物菌群共同作用的结果。细菌代谢产物与宿主饮食以及身体健康状态密切相关，其与结直肠腺瘤发病机理的分子机制之间有潜在的联系，但需要进一步探索。明确饮食、肠道菌群和“腺瘤-癌”序列代谢产物之间的关键关系，可以为预防和管理结直肠息肉以及CRC 的个性化诊疗提供重要依据。