腸道菌群的平衡在預(yù)防和治療結(jié)直腸癌中的重要作用

王子杰 周兆海 王賀平 田義

[摘要] 消化道是排泄、轉(zhuǎn)化、新陳代謝、免疫、天然屏障等機(jī)能相結(jié)合的重要人體器官，結(jié)直腸癌是常見惡性腫瘤之一，由于結(jié)直腸癌患者早期臨床表現(xiàn)不典型，多數(shù)患者發(fā)現(xiàn)該疾病已成為晚期，降低了患者的生存時(shí)間和生活質(zhì)量。隨著腸道菌群研究的日益深入，更多的統(tǒng)計(jì)資料表明消化道微生物群與結(jié)直腸癌的起因轉(zhuǎn)變息息相關(guān)，尤其是某些特異性腸道菌群的異常表達(dá)，如具核梭桿菌、產(chǎn)腸毒素脆弱擬桿菌、大腸埃希菌、糞腸球菌等，這些細(xì)菌的高表達(dá)可以促進(jìn)結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)益生菌在維持腸道菌群平衡中起重要作用，腸道微生物的平衡在促進(jìn)食物的消化、吸收、抗感染、抗腫瘤、提高人體免疫功能等方面有積極影響。本文重點(diǎn)概述腸道菌群的平衡在預(yù)防和治療結(jié)直腸癌中的重要作用。

[關(guān)鍵詞] 腸道菌群;結(jié)直腸癌;大腸埃希菌;益生菌

[中圖分類號(hào)] R735.3? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? ? ? ? [文章編號(hào)] 1673-9701（2021）34-0188-05

[Abstract] Digestive tract is an important human organ that combines excretion， transformation， metabolism， immunity， natural barrier and other functions. Colorectal cancer （CC） is one of the common malignant tumors. Due to atypical early clinical manifestations， most CC patients were diagnosed in the advanced stage， which reduced the survival time and quality of life of patients. With the development of the study of intestinal flora， more statistical data showed that digestive tract microflora was closely related to the cause and transformation of CC， especially the abnormal expression of some specific intestinal microflora， such as Fusobacterium nucleatum， Enterotoxin-producing Bacteroides fragilis， Escherichia coli， Enterococcus faecalis， etc. The high expression of these bacteria can promote the tumorigenesis and progression of CC. At the same time， it is found that probiotics play an important role in maintaining the balance of intestinal flora. The balance of intestinal microorganisms exerts a positive impact on promoting food digestion and absorption， anti-infection， anti-tumor and improving human immune function. This article focused on the important role of intestinal flora balance in the prevention and treatment of colorectal cancer.

[Key words] Intestinal flora; Colorectal cancer; Escherichia coli; Probiotics

癌癥是全球主要的醫(yī)療衛(wèi)生難題，也是全世界人口致死關(guān)鍵因素之一，其中結(jié)直腸癌（Colorectal cancer，CRC）是癌癥相關(guān)病死率的第二大原因[1]。總的來說，結(jié)直腸癌的發(fā)病率因地區(qū)而異，各國之間的差異高達(dá)8倍[2]。在經(jīng)歷重大發(fā)展轉(zhuǎn)型的國家，發(fā)病率往往隨著人類發(fā)展指數(shù)的增加而一致上升，這表明兩者之間存在因果關(guān)系[3]，結(jié)直腸癌是消化道中常見的惡性腫瘤。中國2016年公布的最新數(shù)據(jù)顯示，結(jié)直腸癌的發(fā)病率男性為第4位，女性則為第3位，結(jié)直腸癌的病死率在男性和女性均位于前5位。近年來，雖然結(jié)直腸癌的早期診斷和治療手段在不斷完善和進(jìn)步，而今每年仍有新發(fā)結(jié)直腸患者30余萬人，并有15余萬人死于該病[4]，盡管這些數(shù)字可能令人生畏，事實(shí)上，自2008年以來，結(jié)直腸癌的發(fā)病率一直在穩(wěn)步下降約一半以上[5]。

結(jié)直腸癌主要是由遺傳、表觀遺傳和環(huán)境等多因素干擾累積而成的。尤其是環(huán)境因素，包括飲食中食用致癌物質(zhì)、缺乏運(yùn)動(dòng)和吸煙在結(jié)直腸癌的發(fā)生和發(fā)展中起著最重要的作用[6]。由于結(jié)直腸早期無特異性的臨床表現(xiàn)，早期發(fā)現(xiàn)較為困難，多數(shù)是由體檢發(fā)現(xiàn)，早期診斷結(jié)直腸癌可以大大提高患者的生活質(zhì)量和生存時(shí)間，因此腸道菌群的不平衡導(dǎo)致結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展引起了研究者們關(guān)注。

為了了解環(huán)境對結(jié)直腸癌的影響，腸道微生物群是一個(gè)新興而重要的研究領(lǐng)域。腸道微生物群擁有大約100萬億個(gè)微生物細(xì)胞，是一個(gè)由細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物和病毒組成的復(fù)雜群落[7]。腸道微生物群落的共生平衡，對人體的身心健康起著關(guān)鍵作用。近些年，越來越多的證據(jù)表明，腸道微生物失調(diào)與結(jié)直腸癌的發(fā)病有著密切的因果關(guān)系。腸道中幾種細(xì)菌的富集，包括核梭桿菌、厭氧消化鏈球菌和產(chǎn)腸毒素脆弱類桿菌，已被證實(shí)通過誘導(dǎo)腫瘤增殖而促進(jìn)結(jié)直腸癌的發(fā)生[8]。這些微生物可通過與宿主癌細(xì)胞直接相互作用[9]分泌致癌毒性因子或產(chǎn)生致癌微生物代謝物[10]，來促進(jìn)腫瘤的發(fā)展。另一方面，一些細(xì)菌，主要是益生菌，如臘腸菌科、動(dòng)物雙歧桿菌和嗜熱鏈球菌，被發(fā)現(xiàn)在大腸癌患者中[11]。顯示這些細(xì)菌對結(jié)直腸癌有保護(hù)作用。最近的研究也報(bào)道了共生微生物對癌癥患者預(yù)后的重要影響[6]。因此，對結(jié)直腸癌與腸道菌群平衡的研究是一項(xiàng)緊迫而重要的工作。

1 人類腸道菌群的簡介

人類腸道微生物群復(fù)雜多樣，Hugon等[12]列出了2172種已經(jīng)在人類身上分離出來的物種。它們被歸入12個(gè)不同的門，主要屬于變形桿菌門、纖毛菌門、放線桿菌門和擬桿菌門。健康成人腸道中微生物細(xì)胞大約有百萬億個(gè)。在人體內(nèi)最重要的微生物儲(chǔ)存庫腸道中，這些微生物被量化為每克糞便101至1012細(xì)菌[12]。體健成人消化道微生物群中最主要的是厚壁菌門和擬桿菌門，其次是放線菌門、變形菌門及疣微菌門等[13]。腸道菌群大多數(shù)為專性厭氧菌，桿菌屬是豐富多樣的;主要的菌種有擬桿菌、真桿菌和雙歧桿菌及厭氧的革蘭陽性球菌，如消化鏈球菌和瘤胃球菌[14]。腸道菌群在腸道疾病的發(fā)生發(fā)展過程中扮演重要角色。

人類胃腸道擁有一個(gè)復(fù)雜而動(dòng)態(tài)的微生物群，即腸道微生物群，它們在體內(nèi)平衡和疾病發(fā)生期間對宿主產(chǎn)生顯著影響[15]。隨著16 s RNA、宏基因組、宏轉(zhuǎn)錄組等高通量測序技術(shù)在腸道微生態(tài)領(lǐng)域的應(yīng)用，腸道菌群結(jié)構(gòu)和組成變化與人體健康疾病的關(guān)系正在系統(tǒng)而深入地得以闡明。

2 選擇性腸道菌群在結(jié)直腸癌中的作用

過去幾年的研究表明，腸道菌群的變化與結(jié)直腸癌的發(fā)展直接相關(guān)。有證據(jù)表明，在大腸癌患者中存在高水平的梭桿菌屬、類桿菌屬、腸球菌屬、大腸埃希菌屬和卟啉單胞菌屬[16]。國內(nèi)外多項(xiàng)研究顯示大腸埃希菌、糞腸球菌、具核梭桿菌、產(chǎn)腸毒脆弱擬桿菌等細(xì)菌與結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切。

2.1大腸埃希菌

大腸桿菌（Escherichia coli）是一種革蘭陰性厭氧共生細(xì)菌，普遍存在于腸道微環(huán)境中，在維持腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定方面發(fā)揮著重要作用[17]。多項(xiàng)研究表明，大腸埃希菌與結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展有直接原因。由于腸道微生物群的復(fù)雜性，由多種微生物組成，大腸桿菌在結(jié)直腸癌病因?qū)W中的作用還有許多問題有待闡明。主要分為4個(gè)類群：A 型、B1型、B2型和D型4個(gè)亞型。腸上皮細(xì)胞的粘附性侵襲性大腸桿菌（AIEC）感染為其發(fā)病機(jī)制提供了許多有利條件。一般來說，宿主細(xì)胞內(nèi)的病原體可以免受體液和補(bǔ)體介導(dǎo)的宿主反應(yīng)的影響[18]。一些菌株變得致病，攜帶毒力因子并產(chǎn)生毒素，如環(huán)調(diào)節(jié)蛋白。這些毒素通過干擾真核細(xì)胞周期和（或）誘導(dǎo)DNA損傷來影響細(xì)胞的分化、凋亡和增殖。尤其是其中一種毒素，大腸桿菌素，由pks基因組島編碼，可導(dǎo)致雙鏈DNA斷裂，從而導(dǎo)致CRC相關(guān)的染色體不穩(wěn)定性[19]。PKS陽性的大腸桿菌在大腸癌患者中更為頻繁地被檢測到，這表明pks陽性大腸桿菌可能在腫瘤發(fā)展中起作用[19]。

在人體外，腸道致病性大腸桿菌（Enteropathogenic E. coli，EPEC）通過細(xì)菌分泌效應(yīng)蛋白EspF的轉(zhuǎn)錄后效應(yīng)及通過EspF獨(dú)立產(chǎn)生宿主活性氧物種（ROS）來改變MSI-CRC表型中改變的DNA錯(cuò)配修復(fù)（Mismatch repair，MMR）系統(tǒng)。然后，這種細(xì)菌誘導(dǎo)的DNA-MMR系統(tǒng)缺失與宿主細(xì)胞自發(fā)突變頻率的增加顯著相關(guān)，從而促進(jìn)結(jié)直腸癌的發(fā)生[20]。近年來研究證明，結(jié)腸癌中的大腸桿菌誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞COX-2表達(dá)顯著增加，巨噬細(xì)胞是浸潤腫瘤的主要免疫細(xì)胞類型。此外，巨噬細(xì)胞和其他免疫細(xì)胞浸潤腫瘤，釋放髓過氧化物酶（MPO），并通過多種化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生ROS[21]。從而大腸桿菌可以通過以上途徑導(dǎo)致結(jié)直腸癌的發(fā)生。

2.2 糞腸球菌

腸球菌是人類糞便中主要的革蘭陽性球菌，糞腸球菌是最常見的腸球菌[22]。有研究報(bào)道糞腸球菌屬硬壁菌科，有時(shí)用作益生菌產(chǎn)品[23]。然而，在某些特定情況下，糞腸球菌可導(dǎo)致致病性細(xì)菌，由于其能夠破壞結(jié)腸上皮細(xì)胞DNA，它可以導(dǎo)致結(jié)直腸癌的致病性和有害微生物的發(fā)展[24]。

糞腸球菌致病菌在同類細(xì)菌中具有獨(dú)特的能力，通過膜相關(guān)的脫甲基甲醌非酶還原氧化產(chǎn)生細(xì)胞外超氧化物[25]，致病力主要與它產(chǎn)生活性氧和細(xì)胞外超氧物的能力有關(guān)，這些物質(zhì)可以導(dǎo)致基因組不穩(wěn)定，破壞結(jié)腸DNA，易使患者基因發(fā)生突變，從而引發(fā)癌癥[23]。此外，糞腸球菌能產(chǎn)生金屬蛋白酶，可以直接破壞腸道上皮的屏障并誘發(fā)炎癥。它還可以激活巨噬細(xì)胞基質(zhì)金屬蛋白酶MMP-9102并導(dǎo)致單層完整性的破壞，這可能導(dǎo)致獲得遷移表型的祖細(xì)胞的形態(tài)轉(zhuǎn)化，從而促進(jìn)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化[24]。

有研究者發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌患者糞便中糞腸球菌的平均拷貝數(shù)高于息肉患者，且兩者的拷貝數(shù)均高于正常人。此外，結(jié)直腸癌患者糞便中糞腸球菌的數(shù)量與息肉患者比較有顯著差異。息肉患者糞便中糞腸球菌數(shù)與健康人比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.07）[25]。研究結(jié)果表明，腸道微生物菌群可能有助于惡性腫瘤的發(fā)生。因此，監(jiān)測和控制腸道微生物群，特別是糞腸球菌，可能是預(yù)防大腸癌的一種方法，特別是對家族中有息肉和大腸癌病史的人[25]。

2.3具核梭桿菌

具核梭桿菌（Fusobacterium nucleatum，F(xiàn)n）屬專性厭氧革蘭陰性細(xì)桿狀菌，末端呈梭形，主要是一種定植腸道和口腔微生物，在牙周病和牙齦炎的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。同時(shí)，在結(jié)直腸疾病領(lǐng)域中研究越來越廣泛[26]。近年來，發(fā)現(xiàn)Fn通過抗腫瘤免疫作用、毒力因子、細(xì)菌代謝和微型核糖核酸（MicroRNA）[27]的機(jī)制發(fā)展為結(jié)直腸癌。具核梭桿菌在某種程度上可以促進(jìn)結(jié)直腸癌的發(fā)生。

在一個(gè)小鼠大腸癌模型中，證明了細(xì)胞核F.nucleatum增強(qiáng)了腫瘤負(fù)荷、促炎標(biāo)志物和骨髓免疫細(xì)胞的浸潤，尤其是CD11b+細(xì)胞，包括樹突狀細(xì)胞（DC）、巨噬細(xì)胞和粒細(xì)胞的浸潤[28]及可以抑制自然殺傷（NK）細(xì)胞的細(xì)胞毒性[29]。Fn的Fap2蛋白通過與在大腸癌中過度表達(dá)的D-半乳糖β（1-3）-N-乙酰-D-半乳糖胺結(jié)合，在CRC中發(fā)揮重要作用[30]。毒力因子FadA 是一種介導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞侵襲的強(qiáng)毒因子有助于結(jié)直腸癌發(fā)生[9]。

研究者為了確定Fn的臨床意義，結(jié)果表明，與健康對照組比較，結(jié)直腸癌患者排泄物中梭桿菌屬細(xì)菌富集。Fn感染通過激活NF-κB通路上調(diào)KRT7-AS/KRT7，從而促進(jìn)大腸癌細(xì)胞的體外遷移和體內(nèi)轉(zhuǎn)移[31]。以上闡明Fn對結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展有重大意義。

2.4 產(chǎn)腸毒脆弱擬菌（Enterotoxigenic bacteroides fragilis，ETBF）

產(chǎn)腸毒性脆弱類桿菌（ETBF）是腸道菌群中最常見的致癌菌之一[32]。EFBT是脆弱類桿菌的一種特殊類型，具備編碼脆弱類桿菌毒素（Bacteroides fragilis toxin，BFT）基因序列[33]，這是一種鋅依賴性金屬蛋白酶[34]。

研究表明，BFT靶向上皮細(xì)胞緊密連接，導(dǎo)致E-鈣粘蛋白斷裂，屏障通透性增強(qiáng)，Wnt/β-catenin和核因子κB（NF-κB）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[35]。最近一項(xiàng)研究表明，BFT誘導(dǎo)結(jié)腸上皮細(xì)胞的原癌信號(hào)傳遞到黏膜Th17反應(yīng)，致使NF-κB在末端結(jié)腸上皮細(xì)胞特異性激活，共同觸發(fā)髓系細(xì)胞依賴性遠(yuǎn)端結(jié)腸腫瘤的發(fā)生[34]。同時(shí)，長非編碼RNA（Long non-codingrnas RNA，lncRNAs）參與腫瘤發(fā)生的許多步驟。研究表明lncRNA參與腸道細(xì)菌致癌的機(jī)制，大腸癌組織中脆弱類桿菌相關(guān)lncRNA1（BFAL1）介導(dǎo)ETBF致癌。

在體外，經(jīng)ETBF處理的大腸癌細(xì)胞中BFAL1上調(diào)。機(jī)制上，ETBF通過激活Ras同源物促進(jìn)腫瘤生長[36]。臨床上，BFAL1的高表達(dá)和大腸癌組織中ETBF的高豐度預(yù)示著結(jié)直腸癌患者預(yù)后不良。因此，BFAL1是ETBF誘發(fā)大腸癌的介導(dǎo)因子，可能是ETBF誘發(fā)大腸癌的潛在治療靶點(diǎn)[36]。綜上所述，ETBF是導(dǎo)致結(jié)直腸癌發(fā)生的主要腸道菌群之一。

3 益生菌對結(jié)直腸癌的影響

益生菌被定義為活的微生物，當(dāng)給予足夠的量時(shí)，它會(huì)給宿主帶來健康益處。20世紀(jì)初，諾貝爾獎(jiǎng)獲得者埃莉·梅奇尼科夫首次提出假設(shè)，益生菌被描述為改變腸道菌群組成，并用有益微生物取代“腐敗”細(xì)菌。

隨著對益生菌的理解不斷發(fā)展，益生菌現(xiàn)在被認(rèn)為不僅能調(diào)節(jié)微生物群，而且還能誘導(dǎo)宿主的生理和代謝變化[6]。益生菌是一個(gè)術(shù)語，用于描述對人體有益作用的健康細(xì)菌;乳酸菌和雙歧桿菌是腸道中最常見的類型[37]。乳酸菌（Lactic acid bacteria，LAB）是常見的腸道益生菌之一，具有多種功能。在這些功能中，由乳酸菌產(chǎn)生的胞外多糖（EPS）具有抗腫瘤特性[38]。結(jié)直腸癌患者在腸道生態(tài)系統(tǒng)中，乳酸桿菌的數(shù)量明顯低于正常人[39]。

益生菌預(yù)防和治療結(jié)直腸癌的潛在作用機(jī)制是改變腸道微生物群，改善結(jié)腸理化條件，產(chǎn)生抗癌和抗氧化代謝物，減少腸道炎癥及降低產(chǎn)生有害酶[39]。研究表明，乳酸菌可增強(qiáng)Bax等參與細(xì)胞周期的促凋亡蛋白的作用，并下調(diào)Bcl-2等抗凋亡蛋白[40]。由于益生菌產(chǎn)生的短鏈脂肪酸（SCFA），特別是丁酸對非癌細(xì)胞有抗凋亡的作用，并被證明可以防止癌細(xì)胞的增殖。在分子水平上，丁酸被認(rèn)為是癌細(xì)胞中組蛋白脫乙?；敢种苿38]。

組蛋白和非組蛋白的脫乙?；烧{(diào)控細(xì)胞凋亡、增殖、細(xì)胞代謝、分化和DNA修復(fù)等過程。因此，組蛋白脫乙?；敢种苿℉DACis）被認(rèn)為是一類有希望抑制腫瘤細(xì)胞增殖或凋亡的抗癌藥物[41]。雙歧桿菌中的某些細(xì)菌具有促進(jìn)腸道上皮完整性和防止TNF-α引起的腸道上皮屏障破壞的能力，乳酸菌菌株加強(qiáng)了緊密連接和腸屏障的完整性[39]，同時(shí)，益生元可以提高益生菌（尤其是雙歧桿菌）的生物活性，并改變免疫反應(yīng)[43]，從而降低結(jié)直腸癌的發(fā)生。

腸道微生物群失衡導(dǎo)致大量β-葡萄糖醛酸酶、β-葡萄糖苷酶、偶氮還原酶和硝基還原酶的釋放，并產(chǎn)生致癌物質(zhì)，益生菌通過各種機(jī)制降低這些酶的活性，如乳酸菌通過降低β-葡萄糖醛酸酶的活性來抑制細(xì)菌酶的能力[42]。大量研究證明，益生菌在結(jié)直腸癌預(yù)防和治療中的意義重大。

4? 結(jié)論

在健康宿主中，不同優(yōu)勢菌如硬壁菌、蛋白細(xì)菌、擬桿菌、放線桿菌和梭桿菌之間存在著良好的平衡關(guān)系[43]。腸道菌群以不同的方式在結(jié)直腸癌發(fā)生中起關(guān)鍵作用，尤其是在生態(tài)失調(diào)的情況下，某些致癌性特異性腸道微生物在促進(jìn)癌細(xì)胞生長方面有積極作用，可以大大增加結(jié)直腸癌的發(fā)病率，同時(shí)，益生菌可以維持腸道菌群平衡的穩(wěn)定，能夠有效抑制癌細(xì)胞的生長，從而防治結(jié)直腸癌的發(fā)生演變，有效提高腸道益生菌可以更好的維持腸道菌群的平衡，從而降低結(jié)直腸癌的發(fā)病率。

由于早期結(jié)直腸癌無明顯的臨床表現(xiàn)，早期發(fā)現(xiàn)較為困難，臨床上大部分患者已成為中晚期，大大降低了患者的壽命和生活質(zhì)量。在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中檢查腸道菌群的變化將為結(jié)直腸癌的早期診斷提供幫助，有助于早診療，提高病患的存活率及有更高的生活質(zhì)量。腸道菌群的平衡可以大大降低結(jié)直腸癌的患病率，及可以降低結(jié)直腸癌術(shù)后并發(fā)癥。益生菌是維持腸道平衡最好的選擇。

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