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綜述 | Seminars in Cancer Biology:基于腸道菌群變化的結(jié)直腸癌的發(fā)生和治療

編譯:微科盟一山,編輯:微科盟湯貝、江舜堯。

微科盟原創(chuàng)微文,歡迎轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)載,轉(zhuǎn)載須注明來(lái)源《微生態(tài)》公眾號(hào)。

導(dǎo)讀  

結(jié)直腸癌(CRC)是世界上最常見(jiàn)的癌癥,近年來(lái)發(fā)病率呈上升趨勢(shì)。結(jié)直腸癌的發(fā)生被認(rèn)為與多種因素有關(guān)。流行病學(xué)資料表明,結(jié)直腸癌的發(fā)病主要受環(huán)境因素、飲食習(xí)慣、體力活動(dòng)和遺傳因素的影響。腸道菌群作為一種新發(fā)現(xiàn)的功能成分,在預(yù)防CRC的形成和維持腸道免疫方面發(fā)揮著重要作用。

       本文綜述了腸道菌群通過(guò)改變免疫功能而導(dǎo)致結(jié)直腸癌的機(jī)制,重點(diǎn)探討腸道微生物功能障礙促進(jìn)結(jié)直腸癌發(fā)生的機(jī)制。此外,我們描述了在結(jié)直腸癌中觀察到的腸道菌群的變化及其對(duì)結(jié)直腸癌治療的潛力,目的是促進(jìn)未來(lái)對(duì)腸道菌群作用的研究。  

 

論文ID


 

名:Colorectal cancer occurrence and treatment based on changes in intestinal flora

基于腸道菌群變化的結(jié)直腸癌的發(fā)生和治療

期刊Seminars in Cancer Biology

IF:15.707

發(fā)表時(shí)間:2020.5.11

通訊作者:林旭紅

通訊作者單位:河南大學(xué)淮河醫(yī)院臨床檢驗(yàn)科


綜述框架



主要內(nèi)容


正常腸道菌群與免疫功能

 人體腸道中含有大量的共生菌,被稱(chēng)為最大的共生體。這些細(xì)菌包含大約800個(gè)物種和7000多個(gè)菌株;這個(gè)龐大的數(shù)字(大約100兆,總重量1−2 kg)使得腸道菌群成為人體不可忽視的免疫有機(jī)體。腸道菌群具有高度的多樣性、穩(wěn)定性、抵抗力和韌性,而腸道菌群的紊亂則與共生和多樣性的喪失有關(guān)。

大多數(shù)腸道微生物傾向于發(fā)酵碳水化合物,而碳水化合物發(fā)酵細(xì)菌在近端腸道區(qū)域形成主要群體。這些微生物沿密度梯度分布在消化道中,其中結(jié)腸的密度最大。由于遠(yuǎn)端結(jié)腸中嚴(yán)格意義上的厭氧菌增多,遠(yuǎn)端結(jié)腸中的細(xì)菌密度是近端的100倍。

腸道中存在的正常菌群是擬桿菌(Bacteroides)、乳桿菌(Lactobacillus)、大腸桿菌(Escherichia coli)和腸球菌(Enterococcus)。腸道微生物中,擬桿菌和犁頭霉(Absidia)的豐度最高,占微生物總數(shù)的90%以上。腸道和宿主是一種共生關(guān)系,互惠互利。腸道向宿主提供養(yǎng)分流動(dòng),而細(xì)菌參與食物加工并支持腸道。

腸道菌群促進(jìn)人體免疫系統(tǒng)的成熟,維持天然屏障的完整性。在健康的個(gè)體中,結(jié)直腸上皮的結(jié)構(gòu)和免疫功能在腸道菌群和宿主之間保持著有益的關(guān)系。研究表明,短鏈脂肪酸(SCFAs)是腸道菌群消化長(zhǎng)鏈植物纖維的產(chǎn)物,是腸道上皮細(xì)胞的重要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),促進(jìn)其分化和生長(zhǎng),維持腸道上皮屏障的完整性,防止腸道內(nèi)毒素進(jìn)入血液,引起代謝性內(nèi)毒素血癥。

腸道的變化影響免疫系統(tǒng)的功能,免疫系統(tǒng)參與調(diào)節(jié)腸道菌群的位置和組成。宿主免疫系統(tǒng)受到腸道菌群的影響,腸道免疫系統(tǒng)控制腸道微生物的組成。駐留的微生物提供促進(jìn)正常免疫系統(tǒng)發(fā)育和調(diào)節(jié)后續(xù)免疫反應(yīng)的信號(hào)。

 
腸道腫瘤相關(guān)菌群與腫瘤免疫

腸道菌群豐度和腸道微生態(tài)結(jié)構(gòu)的改變會(huì)導(dǎo)致腸道菌群失衡。一旦腸道菌群失衡,腸道益生菌種類(lèi)如雙歧桿菌(Bifidobacterium)、乳桿菌和擬桿菌減少,而致病菌數(shù)量增加,如產(chǎn)生腸毒素的擬桿菌、大腸桿菌和艱難梭菌(Clostridium difficile)。病原菌分泌多種毒性因子,破壞腸上皮細(xì)胞,引發(fā)慢性炎癥反應(yīng),發(fā)展為結(jié)直腸癌。

腸道細(xì)菌疾病與人類(lèi)疾病密切相關(guān),包括腸道疾病和惡性腫瘤。腸道菌群通過(guò)天然免疫促進(jìn)粘膜和系統(tǒng)免疫系統(tǒng)的成熟和調(diào)節(jié)。例如,粘膜中的某些類(lèi)型的細(xì)胞(腸細(xì)胞、多核細(xì)胞、肥大細(xì)胞、巨噬細(xì)胞)表達(dá)模式識(shí)別受體(PRRs),T細(xì)胞和B細(xì)胞表面表達(dá)高度特異性的受體。這些細(xì)胞的招募和激活高度依賴(lài)于菌群的信號(hào),并受到嚴(yán)格的調(diào)控。研究表明,腸道菌群通過(guò)腸道粘膜M細(xì)胞激活粘膜巨噬細(xì)胞,觸發(fā)先天免疫反應(yīng),產(chǎn)生邊際效應(yīng),從而促進(jìn)大腸癌的發(fā)生發(fā)展。此外,在高水平的氧化應(yīng)激(如超氧化物和一氧化氮誘導(dǎo)的應(yīng)激)下的慢性炎癥導(dǎo)致屏障上皮細(xì)胞的死亡依賴(lài)性喪失,這可能導(dǎo)致屏障功能障礙的加重和免疫過(guò)度循環(huán)。獲得性免疫反應(yīng)包括體液反應(yīng),在體液反應(yīng)中,可溶性腫瘤抗原被特定的B細(xì)胞識(shí)別,這些B細(xì)胞在CD4Th細(xì)胞的幫助下成熟,并產(chǎn)生腫瘤抗原特異性抗體。輔助性T細(xì)胞(Th)、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)和B細(xì)胞分泌免疫球蛋白A(IgA)通過(guò)適應(yīng)性免疫反應(yīng)參與腫瘤的發(fā)生。涉及腸道腫瘤相關(guān)菌群致癌的發(fā)病機(jī)制如下表1所示。腸道腫瘤相關(guān)菌群引起結(jié)直腸癌的途徑如圖1所示。

 
表1. 腸道腫瘤相關(guān)菌群參與癌變的發(fā)病機(jī)制。


 
圖1. 腸道腫瘤相關(guān)菌群引起結(jié)直腸癌的途徑。
 
2.1 具核梭桿菌(Fusobacterium nucleatum)

與具核梭桿菌相關(guān)的CRC具有高微衛(wèi)星不穩(wěn)定性(MSI-H)和高CpG島甲基化表型(CIMP)。具核梭桿菌可通過(guò)增強(qiáng)腫瘤免疫逃避、抑制自然殺傷或T細(xì)胞抗腫瘤防御以及調(diào)節(jié)E-鈣粘蛋白/β-連環(huán)蛋白來(lái)支持CRC的發(fā)展和轉(zhuǎn)移。具核梭桿菌在其表面表達(dá)超抗原因子,并與鈣粘蛋白結(jié)合以激活CRC細(xì)胞中的亞型信號(hào)通路并促進(jìn)結(jié)直腸癌生長(zhǎng)。具核梭桿菌及其組分使得腫瘤浸潤(rùn)性骨髓細(xì)胞上的TLR參與并激活MyD88介導(dǎo)的炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生,尤其是IL-23的產(chǎn)生。反過(guò)來(lái),IL-23通過(guò)誘導(dǎo)IL-17AIL-6IL-22的產(chǎn)生促進(jìn)CRC的發(fā)展。

 
2.2 大腸桿菌(Escherichia coli)

大腸桿菌通過(guò)增加bcl-2和bcl-xl的表達(dá),增加IL-17c的表達(dá),抑制結(jié)腸細(xì)胞凋亡,從而增加腫瘤負(fù)荷。在早期的單克隆IL-10/小鼠實(shí)驗(yàn)中,宿主炎癥被證明對(duì)大腸桿菌的促癌活性是必不可少的。研究還顯示,大腸桿菌與可能促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)的促炎浸潤(rùn)相關(guān)聯(lián)。疾病表型與大腸桿菌基因目錄的變化有關(guān),例如致癌聚酮合酶(PKS)島的存在。體外培養(yǎng)的哺乳動(dòng)物上皮細(xì)胞暴露于PKS陽(yáng)性大腸桿菌后,出現(xiàn)短暫的DNA損傷、DNA修復(fù)損傷和基因突變頻率增加的現(xiàn)象。雖然其病理機(jī)制尚不清楚,但異種移植和炎癥相關(guān)腫瘤模型的數(shù)據(jù)顯示,表達(dá)編碼基因毒素(如colibactin)的PKS毒力島的大腸桿菌可以促進(jìn)腫瘤生長(zhǎng)。

 
2.3 產(chǎn)腸毒素脆弱擬桿菌(ETBF)
ETBF可產(chǎn)生一種毒素,導(dǎo)致上皮脫落和GAMA依賴(lài)的上皮細(xì)胞鈣粘蛋白裂解。除了直接破壞上皮屏障外,ETBF還能增加Th17細(xì)胞的活性。Toll樣受體的激活可以穿透上皮屏障,增加IL-6和TNF-α的產(chǎn)生,進(jìn)一步激活STAT3和NF-kB,抑制抗腫瘤免疫,促進(jìn)腫瘤的發(fā)生。調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Tregs)抑制炎癥反應(yīng),通常抑制腸道內(nèi)新生的炎癥。然而,在ETBF誘導(dǎo)的致癌過(guò)程中,Treg細(xì)胞的作用是促進(jìn)癌癥。Treg細(xì)胞抑制ETBF誘導(dǎo)的結(jié)腸炎,但通過(guò)限制IL-2在腫瘤環(huán)境中的可獲得性,促進(jìn)Th17細(xì)胞的增殖和腫瘤IL-17的過(guò)表達(dá)。從脆弱擬桿菌中提純的擬桿菌素可上調(diào)結(jié)腸上皮細(xì)胞精胺氧化酶(SMO)的表達(dá)。這種上調(diào)導(dǎo)致SMO依賴(lài)的活性氧(ROS)增加,從而促進(jìn)上皮細(xì)胞分泌促炎細(xì)胞因子;它還導(dǎo)致DNA損傷。研究表明,腸道細(xì)菌以外膜小泡(OMVs)的形式釋放免疫調(diào)節(jié)成分。例如,當(dāng)脆弱擬桿菌的OMVs被腸道樹(shù)突狀細(xì)胞(DCs)吞噬時(shí),它們可以誘導(dǎo)DCs分泌IL-10細(xì)胞因子,并將其轉(zhuǎn)化為調(diào)節(jié)性DCs。體細(xì)胞免疫細(xì)胞能調(diào)節(jié)接觸后的炎癥反應(yīng),這可以解釋脆弱芽孢桿菌(Bacillus fragilis)等共生菌與炎癥性腸病和自閉癥的負(fù)相關(guān)關(guān)系。
 
2.4 糞腸球菌(Enterococcus faecalis)

糞腸球菌激活(或極化)巨噬細(xì)胞,產(chǎn)生旁觀者效應(yīng)。當(dāng)未轉(zhuǎn)化的原生上皮細(xì)胞暴露在糞腸球菌極化的巨噬細(xì)胞中時(shí),細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生染色體不穩(wěn)定性(CIN),然后轉(zhuǎn)化為癌細(xì)胞。

 

腸道菌群介導(dǎo)的免疫系統(tǒng)參與導(dǎo)致結(jié)直腸癌的機(jī)制
3.1 微環(huán)境變化與炎癥誘導(dǎo)的結(jié)直腸癌
3.1.1 腫瘤微環(huán)境組成

腫瘤微環(huán)境由巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞、髓系抑制細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、適應(yīng)性免疫細(xì)胞(T和B淋巴細(xì)胞)、癌細(xì)胞及其周?chē)g質(zhì)(成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞和間充質(zhì)細(xì)胞)組成。這些細(xì)胞通過(guò)產(chǎn)生自分泌、旁分泌和內(nèi)分泌介質(zhì)進(jìn)行通訊,從而控制腫瘤的生長(zhǎng)。

 
3.1.2 微環(huán)境改變?cè)诮Y(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展中的重要作用

慢性感染是導(dǎo)致慢性炎癥和癌癥的主要環(huán)境因素。當(dāng)脂肪組織處于增生和肥大狀態(tài)時(shí),各種促炎免疫細(xì)胞過(guò)載,包括經(jīng)典激活的巨噬細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞(NK細(xì)胞)、肥大細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、樹(shù)突狀細(xì)胞(DC)、B細(xì)胞、CTLs和輔助性Th1細(xì)胞。這些細(xì)胞釋放促炎因子,如干擾素-γ(IFN-γ)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細(xì)胞介素-1β(IL-1β)和白細(xì)胞介素-6(IL-6),導(dǎo)致局部和全身炎癥和胰島素抵抗增加,它們是促進(jìn)腫瘤進(jìn)展的強(qiáng)有力因素。

快速生長(zhǎng)的實(shí)體腫瘤核心區(qū)的壞死誘導(dǎo)促炎介質(zhì)的釋放,如白細(xì)胞介素-1(IL-1)和高遷移率族蛋白1(HMGB1),進(jìn)而導(dǎo)致血管生成因子的釋放。這些因素直接通過(guò)增加腫瘤組織的氧氣供應(yīng)和營(yíng)養(yǎng),間接地通過(guò)招募促炎細(xì)胞和促進(jìn)細(xì)胞因子的釋放來(lái)促進(jìn)腫瘤的存活率。

微環(huán)境的變化最終表現(xiàn)為微環(huán)境中細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子及其引發(fā)的炎癥的變化。

 

3.1.3 細(xì)胞因子、炎癥與結(jié)直腸癌

腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAMs)被廣泛認(rèn)為受腫瘤環(huán)境的調(diào)節(jié),在促進(jìn)腫瘤功能方面起著重要作用。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(TGF-β)和白細(xì)胞介素-10(IL-10)等因子可以調(diào)節(jié)單核細(xì)胞,使其極化為M2巨噬細(xì)胞,從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移、血管生成、基質(zhì)沉積和重塑。

高水平的IL-1、IL-6、IL-10TNF-α通過(guò)三個(gè)步驟啟動(dòng)腫瘤進(jìn)展:(I)活化B細(xì)胞的核因子κ輕鏈增強(qiáng)劑(NF-κB)、Wnt信號(hào)和絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)途徑;(II)抑制凋亡;(III)增加氧化應(yīng)激。β-catenin復(fù)合體、腺瘤性息肉病基因(APC;一種抑癌基因,最初是在結(jié)腸腺瘤樣息肉病人中發(fā)現(xiàn)的,并以此命名)、糖原合成酶激酶3β(Gsk3β)和軸蛋白(Axin)引起上皮細(xì)胞Wnt通路的異常,從而激活編碼c-myc和細(xì)胞周期蛋白D1的原癌基因。

越來(lái)越多的證據(jù)表明,結(jié)腸菌群調(diào)節(jié)宿主的炎癥并影響結(jié)腸腫瘤的發(fā)生。研究表明,山羊飼喂大黃后,緊密連接蛋白claudin-1水平和梭狀芽孢桿菌(Clostridium)、乳酸菌(等共生菌數(shù)量增加,葡萄球菌數(shù)量和促炎因子IL-1水平下降。這些結(jié)果表明,增加共生菌的數(shù)量可以增強(qiáng)腸道屏障和宿主的免疫防御能力。

髓系分化因子88(MyD88)是一種調(diào)節(jié)天然免疫和對(duì)病毒和細(xì)菌感染的免疫反應(yīng)的蛋白質(zhì)。TLR和 IL-1R識(shí)別微生物或內(nèi)源性配體,招募MyD88激活MyD88依賴(lài)的信號(hào)通路。MyD88蛋白在TLR/IL-1R炎癥和RAS信號(hào)通路之間起橋梁作用。MyD88/TLR/IL-1R信號(hào)通路激活導(dǎo)致RAS/ERK激活并促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖。

 

3.1.4 其他因素引起的結(jié)直腸癌

一些報(bào)道表明,炎癥誘導(dǎo)的癌變涉及多個(gè)分子變化,包括抑癌基因的失活、癌基因的突變、雜合子和染色體的丟失以及微衛(wèi)星不穩(wěn)定性(MSI)。慢性炎癥通過(guò)誘導(dǎo)結(jié)腸上皮細(xì)胞突變和異常DNA甲基化導(dǎo)致結(jié)腸癌的發(fā)展。在炎癥性腸病的發(fā)展過(guò)程中,DNA甲基化是受cpG島甲基化表型影響的腫瘤亞群中的一個(gè)關(guān)鍵因素,這是一種以表觀遺傳不穩(wěn)定性的形式出現(xiàn)的途徑。在這種情況下,炎癥性腸病相關(guān)腫瘤的一個(gè)重要方面是DNA錯(cuò)配修復(fù)缺陷,表現(xiàn)為MSI和錯(cuò)配修復(fù)基因MLH1的啟動(dòng)子高甲基化。然而,結(jié)腸菌群對(duì)異常DNA甲基化的影響仍不清楚。此外,微生物失調(diào)可導(dǎo)致免疫反應(yīng)失調(diào)和炎癥增加,導(dǎo)致PIK3CA突變,從而可能加速直腸癌的發(fā)展和/或生長(zhǎng)。

 
3.2 微生物代謝產(chǎn)物的改變可誘發(fā)結(jié)直腸癌

腸道菌群被認(rèn)為通過(guò)其代謝活動(dòng)和對(duì)免疫細(xì)胞功能的深刻影響而對(duì)癌癥易感性產(chǎn)生影響。越來(lái)越多的證據(jù)表明,正常腸道菌群的失衡可以通過(guò)產(chǎn)生致癌的次生代謝物而促進(jìn)炎癥狀態(tài),從而導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生。細(xì)菌毒素和致癌代謝物的分泌增加,有益代謝物的分泌減少,損害了腸道屏障功能,導(dǎo)致免疫失調(diào)和進(jìn)一步的細(xì)胞增殖,這可能導(dǎo)致結(jié)直腸癌。表2總結(jié)了代謝物和CRC之間的相關(guān)性。研究表明,擬桿菌、雙歧桿菌、梭狀芽胞桿菌和乳桿菌的發(fā)酵產(chǎn)物SCFAs,包括乙酸、丙酸鹽和丁酸鹽,它們通過(guò)改變基因表達(dá)和轉(zhuǎn)錄參與CRC的形成。其中,丁酸與其受體結(jié)合,通過(guò)信號(hào)傳遞促進(jìn)巨噬細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞的抗炎活性,進(jìn)而觸發(fā)Tregs和T細(xì)胞的分化,促進(jìn)抗炎細(xì)胞因子IL-10的表達(dá)。它還能增強(qiáng)結(jié)腸的保護(hù)屏障,減少氧化應(yīng)激。此外,產(chǎn)生硫化物的細(xì)菌會(huì)產(chǎn)生H2S,從而損害腸壁的屏障功能,從而導(dǎo)致炎癥和腫瘤的發(fā)生。Grivennikov等人使用CRC小鼠模型,發(fā)現(xiàn)腫瘤部位屏障功能受損有助于細(xì)菌產(chǎn)物的滲透,導(dǎo)致致瘤細(xì)胞因子IL-23和IL-17的激活。臨床研究表明,CRC患者的結(jié)腸腔內(nèi)膽汁酸含量較高。由梭狀芽胞桿菌產(chǎn)生的酶催化的微生物次級(jí)膽汁酸(包括石膽酸(LCA)和脫氧膽酸(DCA))的增加可能導(dǎo)致ROS產(chǎn)生增加和DNA損傷。這些變化會(huì)導(dǎo)致K-ras突變、非整數(shù)倍數(shù)、微核等異常,而Wnt信號(hào)通路的激活是促癌機(jī)制。日本一項(xiàng)隊(duì)列研究的代謝組分析顯示,多發(fā)性息肉狀腺瘤(CRC的前體)患者糞便中DCA濃度較高,支持DCA可能參與早期癌變的建議。色氨酸(Trp)是哺乳動(dòng)物必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),其內(nèi)源性代謝產(chǎn)物參與腸道免疫穩(wěn)態(tài)和多種免疫性疾病的發(fā)生發(fā)展。蛋白質(zhì)發(fā)酵的產(chǎn)物之一氨也是一種致癌物質(zhì),但它在人體內(nèi)的濃度很低。在大鼠實(shí)驗(yàn)中,氨已被證明可以增加粘膜損傷和結(jié)腸腺瘤的數(shù)量。因此,加速微生物代謝產(chǎn)物的分解可能是未來(lái)研究的熱點(diǎn)。


表2. 腸道微生物代謝產(chǎn)物與結(jié)直腸癌發(fā)展的相關(guān)性。


3.3 腸道菌群可以直接接觸腸道免疫細(xì)胞,通過(guò)宿主免疫系統(tǒng)誘發(fā)結(jié)直腸癌

腸道細(xì)菌與腸道免疫細(xì)胞的直接接觸是腸道細(xì)菌作用于宿主免疫系統(tǒng)的重要途徑。一般來(lái)說(shuō),健康的腸上皮不與腸道內(nèi)容物(即細(xì)菌和食物的混合物)直接接觸,而是由腸上皮中的一類(lèi)杯狀細(xì)胞分泌的粘液隔離其間。此外,在病理?xiàng)l件下,如IBD,腸道細(xì)菌與腸道上皮下免疫細(xì)胞一般沒(méi)有直接接觸。然而,研究發(fā)現(xiàn),位于小腸微絨毛的樹(shù)突狀細(xì)胞遷移到微絨毛中,樹(shù)突狀偽足從上皮細(xì)胞的縫隙中伸出,捕獲位于腸腔內(nèi)的細(xì)菌或抗原物質(zhì)。在腸上皮細(xì)胞下方的Peyer氏結(jié)中有大量的B細(xì)胞,通過(guò)分泌IgA來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)腸道共生菌的主動(dòng)調(diào)節(jié),IgA選擇性地將病原體和非共生菌結(jié)合到腸腔內(nèi)。

 
3.4 腸道菌群可通過(guò)生物膜誘發(fā)結(jié)直腸癌

近年來(lái)在結(jié)腸腺瘤表面發(fā)現(xiàn)了微生物生物膜。這些生物膜可以通過(guò)降低表面的正常防御來(lái)促進(jìn)細(xì)菌衍生物進(jìn)入表面上皮。與結(jié)腸腺瘤相關(guān)的微生物膜包括擬桿菌門(mén)和厚壁菌門(mén)毛螺菌科、梭狀芽孢桿菌、瘤胃球菌和丁酸弧菌以及梭桿菌門(mén)和γ-變形菌。健康粘膜缺乏與腺瘤相關(guān)的典型生物膜。根據(jù)Johnson等人的報(bào)告,在多胺細(xì)菌的生產(chǎn)中,生物膜與腺瘤的關(guān)系有待研究。多胺細(xì)菌可通過(guò)誘導(dǎo)遺傳毒性損傷促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng),從而促進(jìn)CRC的發(fā)生。

 
腸道菌群在結(jié)直腸癌治療中的作用
4.1 腸道菌群對(duì)靶向PD-1治療效果的影響

靶向共抑制或共刺激受體-配體系統(tǒng),如程序性死亡1(PD-1)-程序性死亡配體1(PD-L1)和細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞相關(guān)蛋白4(CTLA-4)已成為招募宿主免疫系統(tǒng)對(duì)抗癌細(xì)胞的有力手段。細(xì)菌對(duì)以PD-1為基礎(chǔ)的免疫療法治療上皮性腫瘤的療效有直接影響,揭示了腸道菌群和免疫系統(tǒng)之間的功能聯(lián)系。抗生素引起的腸道微生物組成的改變與免疫療法治療此類(lèi)腫瘤的療效降低有關(guān)。特別值得一提的是,相對(duì)缺乏嗜黏蛋白阿克曼氏菌(Akkermansia muciniphila)與治療反應(yīng)較弱有關(guān)。嗜黏蛋白阿克曼氏菌通過(guò)白細(xì)胞介素-12(IL-12)和增加腫瘤微環(huán)境對(duì)CCR9+CXCR3CD4T淋巴細(xì)胞的募集,逆轉(zhuǎn)PD-1阻斷的效果。此外,PD-1/PD-L1阻斷對(duì)微衛(wèi)星高不穩(wěn)定性(MSI-high)/錯(cuò)配修復(fù)缺陷(dMMR)腫瘤的治療非常有效。微衛(wèi)星不穩(wěn)定性高的腫瘤對(duì)PD-1阻斷的敏感性可能與高腫瘤突變負(fù)荷(TMB)有關(guān),因?yàn)門(mén)MB可以預(yù)測(cè)許多癌癥類(lèi)型的檢查點(diǎn)阻斷反應(yīng)。

 
4.2 腸道菌群對(duì)化療療效的影響
      大量具核梭桿菌與化療后較高的復(fù)發(fā)率和疾病的不良預(yù)后有關(guān)。此外,這種細(xì)菌的相對(duì)豐度也與對(duì)5-氟尿嘧啶、 卡培他濱和奧沙利鉑的弱反應(yīng)有關(guān)。這種現(xiàn)象與這種搏動(dòng)在調(diào)節(jié)TLR-4介導(dǎo)的通路激活和MyD88誘導(dǎo)的自噬方面的相互作用有關(guān),伴隨著能夠?qū)鼓[瘤的免疫細(xì)胞的腫瘤微環(huán)境。
 
4.3 腸道菌群變化對(duì)結(jié)直腸癌的直接治療作用
4.3.1 飲食和鍛煉
      腸道菌群特征受長(zhǎng)期飲食習(xí)慣的影響。食用高蛋白和高脂肪(肉類(lèi))飲食的人的腸道微生物群中含有大量的擬桿菌,而以碳水化合物為主的人的糞便中含有大量的普氏菌。在中國(guó)進(jìn)行的一項(xiàng)病例對(duì)照研究發(fā)現(xiàn),植物纖維攝入量與結(jié)直腸癌呈負(fù)相關(guān)(Q4:Q1=0.51;95%置信區(qū)間:0.31−0.85)。一項(xiàng)使用小鼠息肉病模型的研究表明,高纖維飲食可以增加產(chǎn)生SCFA的細(xì)菌和丁酸受體GPR109A的表達(dá),從而抑制結(jié)腸癌的發(fā)生。另一項(xiàng)研究表明,喂食高脂飲食的小鼠和喂食低脂飲食的小鼠的結(jié)腸微生物群不同,隨后對(duì)腫瘤生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。這些觀察結(jié)果表明以飲食為基礎(chǔ)的癌癥預(yù)防策略的潛力,因?yàn)槟c道微生物對(duì)氨基酸的發(fā)酵可能導(dǎo)致有害代謝物的產(chǎn)生,如苯乙酸、吲哚、對(duì)甲酚和N-亞硝基化合物。運(yùn)動(dòng)和體力活動(dòng)可以積極改變微生物群的組成,有益于宿主的健康,從而保持運(yùn)動(dòng)潛力。一項(xiàng)有趣的研究表明,隨著社會(huì)互動(dòng)的減少,微生物群落多樣性逐漸減少,其中社會(huì)互動(dòng)減少的個(gè)體的微生物群落多樣性下降幅度最大。采用健康的生活方式與癌癥發(fā)病率和死亡率的大幅降低相關(guān),因此應(yīng)作為癌癥預(yù)防的優(yōu)先事項(xiàng)。一項(xiàng)針對(duì)不同生活方式的參與者的研究發(fā)現(xiàn),與生活方式最不健康的參與者相比,生活方式最健康的參與者在不同地點(diǎn)患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)降低了17%-58%。此外,有研究表明,經(jīng)常飲酒會(huì)導(dǎo)致腸道微生物群發(fā)生變化,從而增加患結(jié)腸癌的風(fēng)險(xiǎn)。在慢性酒精中毒中,厭氧菌的數(shù)量減少,而鏈球菌屬的厭氧菌數(shù)量增加。因此,飲食療法和健康的生活方式可能是治療CRC最合適、最具成本效益的方法。
 
4.3.2 微生物制劑

益生菌除了通過(guò)產(chǎn)生抗炎因子來(lái)增強(qiáng)免疫系統(tǒng)外,還有助于產(chǎn)生SCFAs以及抗氧化劑和抗癌化合物。Jang等人發(fā)現(xiàn)Weissella cibaria CMU和兩種從商業(yè)益生菌產(chǎn)品中分離出來(lái)的益生菌物種,唾液乳桿菌(Lactobacillus salivarius)和羅伊氏乳桿菌(Lactobacillus reuteri)對(duì)具核梭桿菌的生長(zhǎng)抑制率超過(guò)95%。此外,W. cibaria CMU與具核梭桿菌的共聚率達(dá)到81.2%。共聚是影響各種生物膜形成的附著過(guò)程,是益生菌的有益特性。這個(gè)過(guò)程可能會(huì)導(dǎo)致屏障形成,從而阻止病原菌的定植。此外,一些菌株通過(guò)直接發(fā)揮對(duì)具核梭桿菌的抗菌活性或調(diào)節(jié)CRC相關(guān)的微生物群起到保護(hù)腸道的作用。Gao等人在一項(xiàng)前瞻性對(duì)照試驗(yàn)中將22名CRC患者隨機(jī)分為兩組。一組接受長(zhǎng)雙歧桿菌(Bifidobacterium longum)、嗜酸乳桿菌(Lactobacillus acidophilus)和糞腸球菌的混合物。結(jié)果表明,服用益生菌混合物后,消化鏈球菌(Peptostreptococcus)和叢毛單胞菌(Comamonas)的豐度顯著下降;特別是,具核梭桿菌的數(shù)量減少了5倍。此外,接受益生菌治療的患者的變形桿菌和腸球菌水平高于健康對(duì)照受試者。在Hibberd等人的一項(xiàng)研究中,使用含有高濃度乳酸雙歧桿菌BL-04和嗜酸乳桿菌NCFM的益生菌干預(yù),結(jié)果顯示,與健康對(duì)照組相比,接受益生菌干預(yù)的CRC患者糞便標(biāo)本中,與CRC、具核梭桿菌和消化鏈球菌關(guān)系最密切的類(lèi)群較少。此外,益生菌干預(yù)組的糞便樣本中丁酸產(chǎn)生菌Clostridiales spp、FaecalibacteriumEubacterium的豐度增加。研究發(fā)現(xiàn),雙歧桿菌通過(guò)調(diào)節(jié)樹(shù)突狀細(xì)胞活化和增強(qiáng)CD8T細(xì)胞免疫應(yīng)答,增加細(xì)胞程序性死亡,促進(jìn)免疫治療。鼠李糖乳桿菌(Lactobacillus rhamnosus)菌株可減少細(xì)胞增殖和致癌作用。在CRC的體內(nèi)模型中,嗜酸乳桿菌ATCC314和發(fā)酵乳桿菌NCIMB5221的組合使用減少了細(xì)胞增殖并下調(diào)細(xì)胞增殖標(biāo)志物。小檗堿是一種植物來(lái)源的飲食成分,可以抑制Fn誘導(dǎo)的腫瘤形成,并與減輕粘膜炎癥有關(guān)。具有抗炎和抗癌特性的抗性淀粉可能通過(guò)調(diào)節(jié)微生物數(shù)量來(lái)降低炎癥相關(guān)CRC大鼠模型的腫瘤負(fù)荷。這些發(fā)現(xiàn)表明微生物干預(yù)對(duì)CRC的治療是有益的。

 
4.3.3 糞菌移植

糞便微生物移植(FMT)包括用健康受試者的糞便重新填充患有胃腸道病變的患者的下消化道。對(duì)于艱難梭桿菌感染(CDI)、腸易激綜合征和炎癥性腸病的患者,這種干預(yù)已成為一種“自然”且有希望的治療方法。在治療艱難梭菌復(fù)發(fā)感染方面,F(xiàn)MT已顯示出90%的臨床成功率。在FMT之后,供體和受體菌株共存超過(guò)90天。大量研究表明,CDI與糞便中微生物多樣性的減少和微生物組成的變化有關(guān)。然而,F(xiàn)MT作為一種緩解IBD的方法的研究在治療的有效性和安全性方面產(chǎn)生了相互矛盾的結(jié)果,還需要進(jìn)一步的研究。同樣,F(xiàn)MT治療CRC的有效性也不清楚。因此,需要進(jìn)一步利用特定的微生物制劑來(lái)研究FMT在治療CRC中的價(jià)值。

 
研究前景與展望

腸道微生物組通過(guò)破壞微環(huán)境的穩(wěn)態(tài)和改變免疫反應(yīng)以及腸道細(xì)菌的生物膜和有毒代謝物,在CRC的發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用。某些類(lèi)型的細(xì)菌可能比其他細(xì)菌更能影響CRC的發(fā)展。確定腸道微生物群的組成可以為評(píng)估CRC的發(fā)生提供診斷依據(jù),尤其是CRC的早期階段。識(shí)別腸道細(xì)菌和糞便代謝物的變化可能代表一種非侵入性的疾病檢測(cè)方法,并導(dǎo)致抑制CRC相關(guān)細(xì)菌的生長(zhǎng),降低患CRC的風(fēng)險(xiǎn)的策略。與潛在有害的腸道微生物相反,一些腸道菌群在免疫療法和化學(xué)療法中顯示出積極的抗腫瘤作用。此外,健康飲食、避免不必要的廣譜抗生素、益生菌和益生元的使用以及糞便細(xì)菌移植來(lái)調(diào)節(jié)腸道菌群有可能成為降低CRC風(fēng)險(xiǎn)的方法,并可能提供新的治療選擇。在未來(lái),監(jiān)測(cè)腸道微生物的變化可能有助于早期疾病檢測(cè)和干預(yù),并促進(jìn)疾病預(yù)防方法的發(fā)展。



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