腸道菌群對(duì)白血病影響的研究進(jìn)展

夏 婷，李 煜，張晨薇，朱曉萱，方建培

(1.天津科技大學(xué)省部共建食品營(yíng)養(yǎng)與安全國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，生物工程學(xué)院，天津 300457；2. 中山大學(xué)孫逸仙紀(jì)念醫(yī)院兒科，廣東 廣州 510120)

腸道作為人體內(nèi)最復(fù)雜的微生態(tài)系統(tǒng)，其中的微生物群與宿主之間相互影響。宿主飲食和疾病狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致腸道菌群的組成改變，而腸道菌群及其代謝物在宿主免疫系統(tǒng)成熟、食物大分子消化及機(jī)體健康等方面發(fā)揮重要的生理作用[1]。正常情況，機(jī)體內(nèi)的腸道菌群處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，并與免疫系統(tǒng)相互合作，共同維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定。當(dāng)此平衡被打破時(shí)，有益菌的數(shù)量會(huì)減少，而有害菌的數(shù)量增多，腸道屏障破壞，免疫系統(tǒng)功能改變，便會(huì)引發(fā)多種疾病，危及人體健康。目前，已證實(shí)腸道菌群失調(diào)與人類(lèi)諸多疾病(如：抑郁癥、結(jié)直腸癌、代謝性疾病、心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病等)有關(guān)[2-4]。其中腸道菌群與白血病之間的關(guān)系，也被國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛研究。本文將腸道菌群與免疫系統(tǒng)之間的相互作用，及其對(duì)白血病的發(fā)生、發(fā)展及治療的影響進(jìn)行綜述。

1 腸道菌群概述

隨著16S rRNA基因測(cè)序技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)人類(lèi)的腸道中存在大量的微生物，不同部位的菌群組成存在明顯的差異，其中結(jié)腸是微生物系統(tǒng)中密度最高、活菌數(shù)最多的部位。人體內(nèi)的腸道微生物大概有1014個(gè)，其中主要是細(xì)菌，還包括病毒(5.8%)、真菌(0.8%)和真核生物(0.5%)。雖然腸道細(xì)菌在每個(gè)個(gè)體間都不盡相同，但在門(mén)的水平，厚壁菌門(mén)和擬桿菌門(mén)是主要的優(yōu)勢(shì)菌群，兩者的比值與腸道菌群的穩(wěn)態(tài)密切關(guān)系[3,5]。此外，腸道內(nèi)的有益菌是人體腸道的主要菌群，如：乳桿菌、消化球菌、雙歧桿菌、鼠李糖桿菌等。條件致病菌通常與宿主互利共生，在腸道菌群達(dá)到平衡時(shí)，它們對(duì)機(jī)體無(wú)害，但菌群失衡時(shí)，它們會(huì)發(fā)生移位而轉(zhuǎn)變成有害菌導(dǎo)致機(jī)體致病，如：脆弱擬桿菌、腸球菌、大腸桿菌、梭狀芽孢桿菌等。有害菌能夠?qū)⑹澄镏械闹?、蛋白質(zhì)及未被小腸吸收的膽汁分解變成有毒或致癌物，進(jìn)而危害身體健康。

近年來(lái)，宏基因組學(xué)和代謝組學(xué)迅速發(fā)展，使得腸道微生物在人類(lèi)健康與疾病中的研究不斷深入。微生物群體總DNA、RNA及蛋白質(zhì)的提取、PCR擴(kuò)增、高通量測(cè)序、核磁共振和各種質(zhì)譜等技術(shù)在腸道菌群研究中得到廣泛的應(yīng)用[6]。這些技術(shù)能夠準(zhǔn)確、深入地分析腸道菌群的組成、相對(duì)豐度、基因功能、代謝動(dòng)力學(xué)、代謝途徑等，有助于揭示其與人類(lèi)健康和疾病之間的關(guān)系和作用機(jī)制[7,8]。另外，新型的亞基因組方法可進(jìn)一步解析腸道微生物的組成，有助于確定不同細(xì)菌在腸道內(nèi)環(huán)境中的潛在作用。腸道菌群不僅能夠幫助食物消化、營(yíng)養(yǎng)吸收，而且會(huì)促進(jìn)黏膜免疫系統(tǒng)成熟，影響機(jī)體的免疫防御機(jī)制，靶向各種免疫細(xì)胞，包括腸上皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、先天淋巴細(xì)胞、B和T淋巴細(xì)胞，抵御病原體入侵。另外，在完全缺乏腸道微生物的無(wú)菌小鼠體內(nèi)發(fā)現(xiàn),腸系膜淋巴結(jié)和派爾集合淋巴結(jié)發(fā)育不成熟,并且腸道內(nèi)抗體和抗菌素的生成減少。

2 腸道菌群與白血病發(fā)生發(fā)展

白血病是造血系統(tǒng)常見(jiàn)的惡性腫瘤，增殖的白血病細(xì)胞會(huì)浸潤(rùn)骨髓、外周血、淋巴結(jié)、肝臟、脾臟等組織和器官，對(duì)機(jī)體造成不可逆的損傷。白血病患者體內(nèi)的免疫功能處于抑制狀態(tài)，進(jìn)而引起抗腫瘤免疫應(yīng)答低下及易發(fā)感染。上世紀(jì)90年代，有學(xué)者將慢性淋巴細(xì)胞白血病(chronic lymphocytic leukemia，CLL)患者的空腸液進(jìn)行體外培養(yǎng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其中的大腸埃希菌、糞便鏈球菌及金黃色葡萄球菌增多。楊顯等[9]研究發(fā)現(xiàn)白血病患者腸道的條件致病菌大腸埃希菌數(shù)量增加，而有益菌柔嫩梭菌減少或缺失，結(jié)果提示白血病患者腸道內(nèi)的菌群失調(diào)可能是其易感染的原因之一。Rajagopala等[10]對(duì)51名兒童及青少年急性淋巴細(xì)胞白血病(acute lymphocytic leukemia，ALL)和健康同胞的腸道菌群進(jìn)行16S rRNA基因測(cè)序，結(jié)果測(cè)得患者組和對(duì)照組菌群中的優(yōu)勢(shì)菌群均由擬桿菌、普雷沃桿菌和糞便桿菌組成，但患者組的微生物多樣性明顯低于對(duì)照組。與對(duì)照組相比，ALL患者中的擬桿菌屬所占比例增加，而毛螺菌科(由梭菌屬XIVa 和IV組成)和產(chǎn)丁酸鹽的羅氏菌屬明顯減少，這些菌的減少會(huì)增加患者化療引起的黏膜炎和胃腸道并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)。

近期研究表明，腸道菌群與白血病的基因突變之間有一定關(guān)聯(lián)。Tet2基因是一種腫瘤抑制基因，在表觀(guān)遺傳學(xué)中起重要作用。Tet2基因突變是誘發(fā)急性髓系白血病(acute myelogenous leukemia，AML)和慢性髓系白血病的因素之一[11]。Meisel等[12]研究發(fā)現(xiàn)，Tet2基因突變會(huì)破壞腸壁的完整性，使原本存在于小腸內(nèi)的細(xì)菌進(jìn)入血液及周邊的器官。機(jī)體的免疫系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)細(xì)菌異常入侵后，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的炎癥因子IL-6，進(jìn)而刺激白血病細(xì)胞的增殖。此外，有研究表明炎癥刺激會(huì)導(dǎo)致腸道屏障完整性減弱，腸道菌群及其代謝物與腸上皮直接接觸，引起腸上皮細(xì)胞中的NF-κB過(guò)度激活，促進(jìn)TNF、IL-1、IL-6等細(xì)胞因子的生成并隨血液循環(huán)進(jìn)入骨髓，導(dǎo)致造血干細(xì)胞無(wú)限增殖不分化，從而誘發(fā)及加重白血病[13,14]。因此，腸道菌群對(duì)白血病的發(fā)生與發(fā)展過(guò)程也有著不可或缺的地位。

3 腸道菌群與白血病機(jī)體免疫

機(jī)體內(nèi)的免疫系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)視腸道不受病原體的入侵，會(huì)幫助腸道中的有益菌抑制甚至殺滅有害菌，同時(shí)也會(huì)對(duì)共生菌群產(chǎn)生免疫耐受，為其生長(zhǎng)和繁殖的提供場(chǎng)所，因此機(jī)體免疫系統(tǒng)是維持腸道菌群平衡的重要衛(wèi)士[15]。腸道菌群會(huì)影響機(jī)體局部和全身的免疫系統(tǒng)發(fā)育及應(yīng)答。腸道菌群及其代謝物能夠與腸道上皮細(xì)胞和局部的先天性淋巴細(xì)胞相互作用，維持腸道屏障功能和免疫平衡。此外還能通過(guò)促進(jìn)分泌型免疫球蛋白A(secretory immunoglobulin A, sIgA)生成，調(diào)節(jié)效應(yīng)性和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞平衡，從而調(diào)控腸道適應(yīng)性免疫，防御病原體感染[16]。

研究發(fā)現(xiàn)，sIgA作為人體內(nèi)一種重要的抗體，能直接識(shí)別并結(jié)合革蘭氏陰性桿菌，并封閉細(xì)菌與上皮細(xì)胞的結(jié)合位點(diǎn)，防止細(xì)菌穿透上皮細(xì)胞發(fā)生移位，同時(shí)sIgA參與構(gòu)成免疫屏障，防止細(xì)菌黏附于上皮細(xì)胞侵入腸系膜淋巴結(jié)[17]。白血病患者體內(nèi)的免疫功能受損，sIgA分泌減少，從而引起腸道屏障功能降低。紊亂的腸道菌群及其代謝產(chǎn)物穿透黏液層黏附于上皮細(xì)胞，進(jìn)而激活樹(shù)突狀細(xì)胞產(chǎn)生不同的細(xì)胞因子，使得T細(xì)胞向不同亞群分化。在急性白血病患者體內(nèi)的抗原刺激T細(xì)胞向調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cell, Tregs) 分化時(shí)，Tregs數(shù)目增多，機(jī)體免疫功能受抑制，從而加重白血病病情[18]。腸道菌群可影響腸道中各類(lèi)免疫細(xì)胞的增殖和分化，從而調(diào)控腸黏膜免疫系統(tǒng)的功能。白血病患者的腸道黏液層變薄或消失、腸道菌群失調(diào)，會(huì)導(dǎo)致患者局部甚至全身抵抗力低下，進(jìn)而易發(fā)感染[19]。脆弱擬桿菌是哺乳動(dòng)物的腸道正常菌群，當(dāng)機(jī)體腸道菌群平衡被打破時(shí)，脆弱擬桿菌發(fā)生易位成為條件致病菌。研究報(bào)道[20]腸道中脆弱擬桿菌通過(guò)合成多聚糖來(lái)誘導(dǎo)CD4+T細(xì)胞向Foxp3+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞轉(zhuǎn)化，該過(guò)程能產(chǎn)生IL-10，進(jìn)而引起免疫抑制作用。研究發(fā)現(xiàn)[21]，CLL患者外周血中的IL-10和IL-6均顯著升高，IL-10可以抑制1型輔助性細(xì)胞(Th1)的功能，抑制免疫功能，而IL-6能促進(jìn)白血病細(xì)胞生長(zhǎng)。當(dāng)IL-10升高(>10 ng·L-1)和IL-6升高(>4.30 ng·L-1)時(shí)，會(huì)降低患者的生存率。

4 腸道菌群與白血病治療

化療是治療白血病的常用方法。有研究對(duì)AML兒童化療期間的糞便進(jìn)行菌群分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)白血病患者組的細(xì)菌數(shù)比健康對(duì)照組低100倍，以及腸道菌群的多樣性減少。與對(duì)照組比較，患者組化療期間腸道內(nèi)的擬桿菌屬、梭菌屬XIVa、普氏糞桿菌和雙歧桿菌減少了3 000 ～6 000倍，同時(shí)致病性腸球菌的數(shù)量明顯增多，而鏈球菌明顯減少。此外，體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，依托泊苷和柔紅霉素抑制梭菌屬、鏈球菌、動(dòng)物雙歧桿菌和嗜酸乳桿菌的生長(zhǎng)，但對(duì)腸球菌及大腸桿菌的生長(zhǎng)無(wú)影響。研究表明[22]化療會(huì)選擇性殺死共生厭氧菌，這可以引起潛在的致病微生物的擴(kuò)增。此外，益生菌對(duì)于減輕化療引起的副作用有潛在的作用。研究發(fā)現(xiàn)[23]，給接受5-氟尿嘧啶化療的小鼠服用鼠李糖乳桿菌和雙歧桿菌，能夠通過(guò)抑制腸道菌群失調(diào)相關(guān)的炎癥反應(yīng)，來(lái)改善化療藥引起的腸道黏膜炎。

造血干細(xì)胞移植是高危白血病治療的有效方法。接受移植的患者通常會(huì)出現(xiàn)移植物抗宿主病(graft versus-host disease， GVHD)，其臨床表現(xiàn)為胃腸道功能損傷以及免疫和腸道菌群紊亂，是移植成功與否的重要因素。研究發(fā)現(xiàn)[24]GVHD患者小腸內(nèi)潘氏細(xì)胞數(shù)量減少，導(dǎo)致腸道抗菌肽α-防御素表達(dá)下降，造成腸道菌群失調(diào)。Jenq等[25]對(duì)造血干細(xì)胞移植后的患者12 d后的糞便腸道菌群進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)細(xì)菌多樣性的增加與GVHD相關(guān)死亡率的減少有關(guān)。并且證實(shí)專(zhuān)性厭氧菌如布勞特氏菌屬的細(xì)菌數(shù)量增加，會(huì)降低GVHD患者的死亡率。另有研究報(bào)道異基因骨髓移植后患者的腸上皮細(xì)胞產(chǎn)生丁酸鹽減少。腸道內(nèi)梭狀芽孢桿菌產(chǎn)生的丁酸鹽能減少腸道上皮細(xì)胞凋亡，增強(qiáng)腸上皮完整性，從而緩解GVHD癥狀。此外，給予移植小鼠高產(chǎn)丁酸的梭菌菌株，能夠降低GVHD的嚴(yán)重程度，提高生存率[26]。因此，提高造血干細(xì)胞移植后白血病患者腸道菌群的多樣性，維持腸道菌群平衡，維護(hù)腸道屏障作用，能夠降低GVHD的發(fā)生率和死亡率。

5 總結(jié)與展望

目前，隨著分子生態(tài)學(xué)方法不斷應(yīng)用于腸道菌群分析，逐步證明腸道菌群與多種疾病有相關(guān)性。研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群與白血病的基因突變、免疫系統(tǒng)之間存在諸多聯(lián)系。一方面白血病患者存在腸道菌群紊亂和屏障功能受損，可以影響治療效果及預(yù)后。另一方面，腸道菌群可通過(guò)調(diào)控腸道局部及全身的免疫系統(tǒng)，引起患者機(jī)體免疫抑制及促進(jìn)白血病細(xì)胞增殖，在白血病的發(fā)生、發(fā)展中起重要因素。近年來(lái)益生菌和糞菌移植等治療手段的應(yīng)用，可以重新調(diào)整腸道菌群平衡和功能，有助于白血病的緩解和治療。隨著白血病相關(guān)腸道菌群的深入探究，為解析腸道菌群與白血病之間的作用機(jī)制提供新的思路和理論基礎(chǔ)，也將為白血病腸道菌群診斷和治療提供關(guān)鍵目標(biāo)和靶點(diǎn)。