鼠李糖乳桿菌GG在結(jié)直腸癌中的研究進(jìn)展

吳玉嬌 張 煒江蘇大學(xué)附屬醫(yī)院消化內(nèi)科(212001)

結(jié)直腸癌是一種發(fā)生于結(jié)直腸黏膜上皮的惡性腫瘤，發(fā)病率和死亡率在全球惡性腫瘤中位居前列[1]。在我國，其發(fā)病率居第3位，死亡率居第5位，且呈上升趨勢[2]。結(jié)直腸癌的危險因素包括炎癥性疾病、服用藥物、體質(zhì)量超重、吸煙、飲酒等，可導(dǎo)致腸道微生態(tài)失衡，引發(fā)局部炎癥反應(yīng)。腸道慢性炎癥發(fā)展過程可激活致癌成分，使正常黏膜修復(fù)功能失控，最終導(dǎo)致腫瘤發(fā)生[3]。益生菌是一類對宿主有益的活性微生物，可用于炎癥性腸病、腸易激綜合征、肝硬化、結(jié)直腸癌等多種疾病腸道微生態(tài)失衡的調(diào)節(jié)[4-5]。此外，益生菌亦可通過與病原菌競爭、破壞潛在致癌物、減少微生物遺傳毒性、增強(qiáng)腸道屏障和宿主固有免疫、調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖和凋亡等多種機(jī)制降低惡性腫瘤的發(fā)生風(fēng)險[6]。鼠李糖乳桿菌GG(LactobacillusrhamnosusGG, LGG)是研究最早和最廣泛的益生菌之一，其通過調(diào)節(jié)腸道菌群、抗炎、抗增殖以及促凋亡等多種機(jī)制在癌癥三級預(yù)防中展現(xiàn)了巨大的應(yīng)用潛力。本文就LGG在結(jié)直腸癌中的研究進(jìn)展作一綜述。

一、LGG的概述

LGG屬于乳桿菌屬，鼠李糖乳桿菌種，是一種革蘭陽性菌，其無質(zhì)粒，不能利用乳糖，可代謝單糖，有較強(qiáng)的耐酸、耐膽汁鹽和胃腸道黏附能力。因最初由美國科學(xué)家Goldin和Gorbach從健康成年人的糞便樣品中分離而來，且對鼠李糖具有代謝和發(fā)酵的能力[7-8]。LGG作為人類共生菌，參與營養(yǎng)物質(zhì)代謝、調(diào)節(jié)腸道菌群和機(jī)體免疫、抑制有害酶產(chǎn)生、排除毒素等。此外，Goldin等[9]的研究發(fā)現(xiàn)，在化學(xué)誘導(dǎo)結(jié)腸癌前補(bǔ)充LGG可有效減少大鼠腸道腫瘤的發(fā)生率和腫瘤數(shù)目，提示LGG可通過抑制或減輕致癌物質(zhì)的致突變作用，從而防止結(jié)腸癌的發(fā)生、發(fā)展。

二、LGG在結(jié)直腸癌中的作用機(jī)制

1. 調(diào)節(jié)腸道菌群：腸道菌群是維持腸道穩(wěn)態(tài)的基礎(chǔ)，在合成維生素、參與食物消化、防止致病菌過度生長等方面起著重要作用。腸道菌群失衡會引起微生態(tài)失調(diào)，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)激活、致癌物質(zhì)增加、表觀遺傳修飾和組織損傷，從而增加腫瘤的發(fā)生風(fēng)險[8]。研究[5,10]表明，結(jié)直腸癌患者腸道菌群中糞腸球菌、大腸埃希菌、脆弱擬桿菌、具核梭桿菌、牛鏈球菌等數(shù)量增多，乳桿菌、雙歧桿菌、羅氏菌和產(chǎn)丁酸鹽菌等有益菌減少。Ni等[11]的研究發(fā)現(xiàn)，APCMin/+小鼠補(bǔ)充LGG能增加糞便中羅氏菌屬和糞球菌屬等微生物數(shù)量或活性，且可抑制沃氏嗜膽菌等與炎癥相關(guān)的微生物。Mendes等[6]的研究顯示，給予氧化偶氮甲烷(AOM)/葡聚糖硫酸鈉(DSS)誘導(dǎo)的結(jié)腸癌小鼠補(bǔ)充LGG+嗜酸乳桿菌+兩歧雙歧桿菌后，糞便中乳酸桿菌屬、雙歧桿菌屬、阿洛巴氏菌屬、梭狀芽孢桿菌屬Ⅺ和ⅩⅧ的豐度明顯增加。Kaeid Sharaf等[12]的研究顯示，給予二甲基肼(DMH)誘導(dǎo)的結(jié)腸癌小鼠補(bǔ)充LGG+塞來昔布后，糞便中乳酸桿菌數(shù)量增加。上述結(jié)果表明LGG可通過調(diào)節(jié)腸道菌群、增加有益菌數(shù)量來維持相對健康的腸道環(huán)境，從而降低腫瘤的發(fā)生風(fēng)險。

2. 調(diào)節(jié)微生物酶活性：Verma等[13]的研究發(fā)現(xiàn)LGG可降低DMH誘導(dǎo)的大鼠β-葡萄糖醛酸酶、β-葡萄糖苷酶以及硝基還原酶的活性，從而抑制3種酶參與致癌物質(zhì)的產(chǎn)生過程。此外，LGG在抑制氧化應(yīng)激方面亦具有一定優(yōu)勢。氧化應(yīng)激及其伴隨產(chǎn)生的大量活性氧(ROS)在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中起到了重要的促進(jìn)作用。而谷胱甘肽(GSH)、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽S轉(zhuǎn)移酶(GST)、谷胱甘肽還原酶(GR)、谷胱甘肽過氧化物酶(GPX)以及過氧化氫酶(CAT)可作為抗氧化劑和自由基清除劑在調(diào)節(jié)氧化損傷中發(fā)揮重要作用。Hou等[14]的研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)腸癌細(xì)胞株Caco-2經(jīng)過氧化氫(H2O2)處理后SOD活性降低，GPX活性增加，與氧化應(yīng)激相關(guān)的8種基因顯著上調(diào)，而LGG可減輕其氧化應(yīng)激程度，下調(diào)TNF、EGR2、NUAK2、FBN2和TNFAIP3基因的表達(dá)，最終達(dá)到降低ROS累積的風(fēng)險，發(fā)揮抗氧化作用的目的。Walia等[15]亦發(fā)現(xiàn)LGG可提高DMH誘導(dǎo)大鼠GPX、GST、SOD、CAT以及GSH的活性，直接或間接激活抗氧化防御系統(tǒng)，恢復(fù)經(jīng)DMH處理后被抑制的抗氧化酶活性，從而在誘導(dǎo)型結(jié)腸癌的治療過程中抑制氧化應(yīng)激，發(fā)揮保護(hù)作用。由此可知，在結(jié)直腸癌發(fā)生過程中，相關(guān)微生物酶活性和基因的表達(dá)發(fā)生顯著改變，而LGG可通過抑制有害酶活性并提高抗氧化酶活性，從而降低氧化應(yīng)激程度，降低腫瘤發(fā)生風(fēng)險。

3. 增強(qiáng)腸道屏障：正常情況下，腸道屏障功能可保護(hù)腸道免受病原體、毒素等物質(zhì)損害。屏障功能受損可引起病原菌移位、誘發(fā)免疫應(yīng)激和炎癥等病理狀態(tài)，增加結(jié)直腸癌的發(fā)生風(fēng)險。胃腸道黏液層主要由杯狀細(xì)胞分泌的黏蛋白組成，作為抵御感染和損傷的第一道防線，對保護(hù)上皮細(xì)胞免受細(xì)菌和病毒攻擊以及機(jī)械損傷具有重要作用。研究[16]表明LGG衍生蛋白p40可上調(diào)結(jié)腸癌細(xì)胞株LS174T和正常野生型C57BL/6小鼠結(jié)腸上皮細(xì)胞中MUC2基因表達(dá)，促進(jìn)黏蛋白產(chǎn)生，從而增加黏液層厚度。Donato等[17]發(fā)現(xiàn)，采用LGG預(yù)處理能保持干擾素-γ(IFN-γ)和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)誘導(dǎo)的Caco-2細(xì)胞中跨膜電阻和閉鎖小帶蛋白(ZO-1)的分布，后兩者對維持細(xì)胞間緊密連接和上皮屏障完整性具有重要作用。此外，Escamilla等[18]通過測定與腫瘤晚期密切相關(guān)的基質(zhì)金屬蛋白酶-9(MMP-9)和反映腸道屏障功能的ZO-1表達(dá)來探討LGG對腫瘤侵襲性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用LGG培養(yǎng)的無細(xì)胞上清液處理轉(zhuǎn)移性結(jié)腸癌細(xì)胞可使MMP-9表達(dá)降低，ZO-1水平增加，結(jié)腸癌細(xì)胞的侵襲能力降低，但尚未明確具體的作用機(jī)制。上述研究表明LGG及其衍生蛋白不僅可刺激杯狀細(xì)胞產(chǎn)生黏蛋白以維持黏膜穩(wěn)態(tài)，亦可通過維持緊密連接蛋白水平和阻止連接蛋白重排來增強(qiáng)腸道屏障功能。

4. 抗炎和免疫調(diào)節(jié)：炎癥反應(yīng)失調(diào)是促使癌癥發(fā)生、發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。核因子-κB(NF-κB)及其調(diào)控產(chǎn)物涉及的炎癥途徑與腫瘤的轉(zhuǎn)化、存活、增殖、侵襲、血管生成等密切相關(guān)[19]。研究[20]表明LGG可抑制鞭毛蛋白誘導(dǎo)的Caco-2細(xì)胞NF-κB核移位，減少NF-κB抑制蛋白(IκB)降解和白細(xì)胞介素-8(IL-8)表達(dá)。在DMH誘導(dǎo)的結(jié)腸癌大鼠中，單獨(dú)使用LGG能降低NF-κB、TNF-α、環(huán)氧合酶-2(COX-2)、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)、β-連環(huán)蛋白(β-catenin)、血管內(nèi)皮生長因子-α(VEGFα)的表達(dá)[21]。LGG聯(lián)合塞來昔布亦可降低結(jié)腸癌組織中NF-κB、β-catenin和COX-2的表達(dá)[12]。而LGG+嗜酸乳桿菌+兩歧雙歧桿菌可使AOM/DSS誘導(dǎo)的結(jié)直腸癌小鼠血清中正常T細(xì)胞表達(dá)和分泌因子(RANTES)、嗜酸性粒細(xì)胞活化趨化因子(eotaxin)表達(dá)降低，結(jié)腸癌組織內(nèi)磷酸化κB抑制蛋白激酶(p-IKK)和TNF-α降低、IL-10表達(dá)增加[6]。

在免疫調(diào)節(jié)方面，LGG能促進(jìn)樹突細(xì)胞、T細(xì)胞和B細(xì)胞等免疫細(xì)胞分化，調(diào)節(jié)腸道和全身免疫反應(yīng)。Cai等[22]的研究顯示，采用LGG預(yù)培養(yǎng)的中性粒細(xì)胞可刺激樹突細(xì)胞成熟和IL-12p70等細(xì)胞因子釋放，激活T細(xì)胞介導(dǎo)的對腫瘤環(huán)境的免疫反應(yīng)。Wang等[23]的研究發(fā)現(xiàn)，p40蛋白可通過激活表皮生長因子受體(EGFR)，調(diào)節(jié)腸上皮細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)配體基因表達(dá)和蛋白生成，刺激固有層B細(xì)胞類別轉(zhuǎn)換和IgA產(chǎn)生，從而調(diào)節(jié)黏膜免疫，改善腸道損傷和炎癥。上述研究表明LGG具有抗炎和免疫調(diào)節(jié)特性，有望成為癌癥預(yù)防和治療的潛在靶點(diǎn)。

5. 抑制細(xì)胞增殖和促進(jìn)細(xì)胞凋亡：諸多研究表明LGG可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖和凋亡的相關(guān)途徑發(fā)揮抗腫瘤作用。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明，LGG可降低結(jié)直腸癌細(xì)胞株DLD-1的增殖活性，增加凋亡細(xì)胞百分比[24]。從LGG中分離出的p8蛋白能特異性轉(zhuǎn)移至DLD-1細(xì)胞胞質(zhì)中，通過抑制p53-p21-Cyclin B1/Cdk1信號通路導(dǎo)致細(xì)胞周期G2期生長阻滯，發(fā)揮抗增殖作用，在小鼠體內(nèi)注射該蛋白可使腫瘤體積明顯減小[25]。此外，在Caco-2、HT-29以及SW480 3種分化程度不同的結(jié)腸癌細(xì)胞中，LGG可發(fā)揮抑制增殖、誘導(dǎo)凋亡和阻滯細(xì)胞周期的作用，與維生素K1聯(lián)用能顯著增強(qiáng)其抗增殖作用[26]。近來研究[27]發(fā)現(xiàn)LGG細(xì)胞裂解液與硝酸銀溶液制備的銀/LGG納米顆粒亦可誘導(dǎo)HT-29細(xì)胞凋亡。體內(nèi)研究[21]中，與單獨(dú)的DMH組相比，LGG處理組可使大鼠抗凋亡蛋白Bcl-2表達(dá)下調(diào)，促凋亡蛋白Bax、caspase-3以及抑癌基因p53表達(dá)增加。LGG與塞來昔布聯(lián)合應(yīng)用后，大鼠結(jié)腸上皮細(xì)胞凋亡率明顯增加，Bcl-2和原癌基因K-ras表達(dá)下調(diào)，Bax和p53表達(dá)上調(diào)，caspase-3、caspase-8、caspase-9活性增加[28]。Walia等[15]發(fā)現(xiàn)DMH誘導(dǎo)的大鼠結(jié)腸組織中Bcl-2表達(dá)增加，p21和Bax、caspase-3、caspase-9表達(dá)降低，補(bǔ)充LGG可使上述改變逆轉(zhuǎn)。由此可見， LGG具有一定的抗腫瘤能力。

6. 改善輔助治療毒性作用：多數(shù)結(jié)直腸癌患者確診時已屬于中晚期，治療效果不佳，而輔助治療可降低其復(fù)發(fā)率和死亡率[5,29-30]，但與輔助治療相關(guān)的毒性反應(yīng)可能影響治療效果，甚至導(dǎo)致治療失敗[9]。其中，黏膜炎和腹瀉是備受關(guān)注的不良反應(yīng)。黏膜炎是由于小腸內(nèi)促炎細(xì)胞因子和轉(zhuǎn)錄因子上調(diào)、腸上皮細(xì)胞增殖和遷移減少、細(xì)胞凋亡增加、整體屏障功能喪失所致。研究[31]顯示，LGG上清液預(yù)處理可改善經(jīng)5-氟尿嘧啶(5-FU)處理的IEC-6細(xì)胞的跨膜電阻，降低caspase-3和caspase-7活性。LGG與5-FU聯(lián)用可增加Toll樣受體2(TLR2)和Th1細(xì)胞/IFN-γ轉(zhuǎn)錄，改善結(jié)腸癌小鼠先天性和適應(yīng)性免疫反應(yīng)，下調(diào)腸黏膜中K-ras和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg細(xì)胞)/IL-10轉(zhuǎn)錄水平[32]。然而，有研究[33]發(fā)現(xiàn)預(yù)防性補(bǔ)充LGG對5-FU誘導(dǎo)的大鼠黏膜炎并無明顯保護(hù)作用?；熀蠼o予LGG甚至可上調(diào)促炎因子單核細(xì)胞趨化蛋白-1(MCP-1)、TNF-α以及IL-12的基因表達(dá)，加劇5-FU誘導(dǎo)的Caco-2細(xì)胞炎性狀態(tài)[34]。

輔助治療引起的腹瀉與腹盆腔放射導(dǎo)致的腸道細(xì)胞和隱窩數(shù)量減少、微血管損傷，黏膜炎引起吸收不良、化療藥物和廣譜抗菌藥物使用引起的菌群失調(diào)以及免疫功能低下易發(fā)生感染性腹瀉有關(guān)[9,35]。Riehl等[36]的研究發(fā)現(xiàn)，LGG可預(yù)防放射所致的小鼠腸上皮損傷，降低細(xì)胞凋亡水平，增加隱窩存活數(shù)量。脂磷壁酸是其中發(fā)揮輻射保護(hù)作用的關(guān)鍵物質(zhì)，其通過啟動上皮干細(xì)胞龕，觸發(fā)涉及巨噬細(xì)胞和分泌前列腺素E2(PGE2)的間充質(zhì)干細(xì)胞的多細(xì)胞適應(yīng)性免疫級聯(lián)反應(yīng)，保護(hù)上皮干細(xì)胞免受輻射損傷，且LGG僅保護(hù)正常小腸細(xì)胞，對腫瘤細(xì)胞無益。綜上所述，LGG有望預(yù)防或改善由放化療引起的不良反應(yīng)，但由于相關(guān)研究尚未得出一致結(jié)論，因此仍需要更多臨床研究進(jìn)一步探究益生菌與抗癌藥物的協(xié)同效應(yīng)。

三、 LGG在臨床中的應(yīng)用

臨床研究表明，LGG在結(jié)直腸癌治療中起到保護(hù)作用。Rafter等[37]的研究顯示，對行結(jié)腸癌根治術(shù)和息肉切除術(shù)患者補(bǔ)充富含低聚果糖的菊粉+LGG+乳雙歧桿菌BB12的合生元，術(shù)后患者糞便標(biāo)本中雙歧桿菌、乳酸桿菌增加，產(chǎn)氣莢膜梭狀芽孢桿菌減少，息肉切除術(shù)后患者糞水誘導(dǎo)結(jié)腸細(xì)胞壞死的能力減輕。Bajramagic等[38]發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充含有LGG的益生菌后，結(jié)直腸癌術(shù)后患者腸梗阻、手術(shù)部位感染、吻合口松動等術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率降低，住院時間縮短。此外，Osterlund等[29]的研究表明，結(jié)直腸癌患者化療時口服LGG，可使3～4級腹瀉發(fā)生率以及腹部不適和住院率降低，因腸道毒性所致化療劑量減量的發(fā)生率亦降低。

四、結(jié)語和展望

近年研究表明LGG對結(jié)直腸癌相關(guān)炎癥、上皮損傷、腫瘤的侵襲和增殖方面具有獨(dú)特優(yōu)勢，盡管部分研究未發(fā)現(xiàn)其有明顯的抗腫瘤作用，甚至出現(xiàn)矛盾的結(jié)論，但總體安全有益。而不同研究結(jié)果可能因涉及LGG活菌、死菌、菌體成分、分泌蛋白、不同菌量所致，需進(jìn)一步研究證實(shí)。目前LGG相關(guān)臨床研究較少，有關(guān)其預(yù)防或治療結(jié)直腸癌的干預(yù)時間、劑量、用法(單用或聯(lián)合其他菌種)尚未明確，因此臨床證據(jù)尚不充分。未來應(yīng)著力于探索LGG抗結(jié)直腸癌的信號調(diào)控途徑和關(guān)鍵靶點(diǎn)以及LGG的臨床應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，以便明確LGG的保護(hù)機(jī)制，為結(jié)直腸癌的預(yù)防、早期干預(yù)和治療提供新思路。