糞便菌群移植在癌癥治療中的研究進展

王恒敏 趙琦 綜述 吳華星 審校

人體的腸道中含有大量共生細菌，被稱為最大的共生細菌庫，腸道細菌總量約100萬億，總重量大概1～2公斤，其中主要代表大概有800個菌種和7 000多個菌株，由此可見腸道菌群是人體中不容忽視的免疫有機體[1]。隨著高通量微生物組測序技術(shù)的突破，使得全面參與培養(yǎng)并進行有關(guān)的微生物譜分析成為可能，在這些條件的支持下，科學(xué)家們在腸道微生物組和宿主生理、代謝、免疫力以及惡性腫瘤之間建立起了進一步的功能性聯(lián)系[2]。腸道中存在的正常菌群主要是擬桿菌、乳桿菌、大腸桿菌和腸球菌。在腸道微生物中，擬桿菌和犁頭霉屬的豐度最高，占微生物總數(shù)的90%以上[3]。腸道菌群豐度和腸道微生態(tài)結(jié)構(gòu)的變化會導(dǎo)致腸道菌群失衡。一旦腸道菌群失衡，腸道益生菌類群如雙歧桿菌、乳桿菌和擬桿菌就會減少，致病菌如產(chǎn)腸毒素的擬桿菌、大腸桿菌和艱難梭菌的數(shù)量也會增加[4]。微生物營養(yǎng)不良和腸道中的單個細菌都可以誘導(dǎo)癌變，通過激活致癌途徑，誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)和破壞宿主DNA來導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生或促進癌癥的發(fā)展[5]。調(diào)節(jié)腸道菌群有望作為一種新方法來治療癌癥。調(diào)節(jié)腸道菌群的潛在途徑包括飲食、益生菌、益生元、抗生素和糞便菌群移植(FMT)，其中FMT被認為是最能夠調(diào)節(jié)患者腸道菌群的手段，F(xiàn)MT即指將健康供體的糞便注入接受治療的患者的胃腸道，以治療與腸道菌群改變有關(guān)的疾病[6]。

1 FMT用于消化系統(tǒng)癌癥

臨床研究已經(jīng)證明，比起健康個體，結(jié)直腸癌(CRC)患者的腸道菌群組成發(fā)生了重大改變?；颊逤RC腸道表現(xiàn)出特有的細菌特征，一些細菌如乳酸桿菌、雙歧桿菌等在CRC患者的糞便樣本中數(shù)量減少，而其他如葡萄球菌、梭桿菌、厭氧消化鏈球菌等數(shù)量增加[7]。干酪乳桿菌菌株BL23不僅能抑制小鼠的CRC的發(fā)生，還能對抗CRC誘導(dǎo)的腸道菌群失調(diào)[8]。動物實驗發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)MT可以顯著減弱腸道菌群失衡導(dǎo)致的炎性反應(yīng)，增強CRC患者的免疫治療效果[9]，并且能夠改善基于程序性細胞死亡蛋白1(PD-1)的抗腫瘤免疫治療的療效[10]。由此可見FMT可使CRC癌患者已經(jīng)失調(diào)的腸道菌群得到恢復(fù)和改善，從而減少炎性反應(yīng)的刺激、腫瘤的增殖、促癌途徑的激活以及微生物誘導(dǎo)的基因毒性[11]。肝臟疾病通常與腸道營養(yǎng)不良有關(guān)，腸道細菌代謝產(chǎn)物可以通過腸肝軸促進慢性肝病和肝癌的發(fā)展[12]。FMT可改善高脂飲食引起的肝損傷和脂質(zhì)代謝失調(diào)，并增加小鼠腸道菌群的多樣性[13]。在對酒精性肝病有抵抗力的供體小鼠和無菌小鼠之間進行FMT，觀察到FMT可以預(yù)防無菌小鼠發(fā)生酒精性肝損傷[14]。幾項關(guān)于FMT治療慢性乙型肝炎患者(CHB)的研究顯示，在接受口服抗病毒藥物治療超過一段時間的HBeAg陽性患者中，接受FMT治療的患者中有若干例HBeAg清除，而對照組(只接受口服抗病毒藥物治療者)中無患者實現(xiàn)HBeAg清除，在HBeAg陰性的CHB患者中，每次FMT治療后都可見HBsAg滴度的降低，可見糞便菌群移植在慢性乙型肝炎患者的治療中似乎是有效的[15]。鑒于FMT在治療慢性肝病中的作用，F(xiàn)MT對肝細胞癌(HCC)患者的治療益處值得關(guān)注。2017年一項關(guān)于細菌在介導(dǎo)腫瘤對化療藥物吉西他濱(一種通常用于胰腺導(dǎo)管腺癌的化學(xué)治療藥物)耐藥中的潛在作用的研究中顯示，在113例胰腺導(dǎo)管腺癌患者中，有76%的受試者腫瘤內(nèi)細菌陽性[7]。這些檢測到的細菌中的某些種類(包括變形桿菌)可以增強腫瘤對吉西他濱的耐藥性，而抗生素環(huán)丙沙星則可以消除耐藥性。此外，胰腺癌組織中富集的梭菌種類與預(yù)后較差相關(guān)[16]，這些研究表明FMT基于微生物群的治療可能對控制胰腺癌有作用。

2 FMT用于非消化系統(tǒng)癌癥

最近有證據(jù)顯示腸道菌群對黑色素瘤的治療有影響。利用黑色素瘤小鼠的研究表明，在無菌條件下，PD-1抑制劑的有效性降低了[17]，而在有雙歧桿菌的條件下觀察到其有效性增高，經(jīng)過分析認為雙歧桿菌可以激活抗原提呈細胞，從而促進腫瘤微環(huán)境中活化的CD8+T細胞的積累[18]。一項39例接受免疫檢查點治療的轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者的研究表明，微生物含量與免疫治療反應(yīng)之間存在顯著相關(guān)性。在癌癥免疫治療效果良好的患者里，其腸道中腸桿菌、太白桿菌、費氏桿狀桿菌和絲狀霍德曼菌含量豐富。把從免疫治療效果良好的黑色素瘤患者收獲的糞便轉(zhuǎn)移到無菌黑色素瘤小鼠中，結(jié)果表明FMT可以增強免疫療法的有效性[19]。因此，F(xiàn)MT似乎有望通過轉(zhuǎn)移有利的腸道菌群來增強黑色素瘤患者的抗腫瘤免疫力。乳腺癌與CRC在流行病學(xué)上具有相似性，對于乳腺癌，人類微生物組最重要的作用之一就是對類固醇激素代謝的調(diào)節(jié)，因為內(nèi)源性雌激素是乳腺癌發(fā)展中最重要的危險因素，尤其是在絕經(jīng)后婦女中[20]。在2018年一項關(guān)于絕經(jīng)后婦女的乳腺癌與腸道基因組之間關(guān)系的研究中，將25例未絕經(jīng)乳腺癌患者與18例未絕經(jīng)正常女性，46例絕經(jīng)后乳腺癌患者和44例絕經(jīng)后正常女性分別進行對照實驗，實驗結(jié)果表明絕經(jīng)后乳腺癌患者微生物多樣性顯著高于絕經(jīng)后對照，但是在絕經(jīng)前患者和絕經(jīng)前對照之間，腸道菌群的相對物種的豐度沒有明顯差異[21]。需要通過進一步的研究來闡明其中的機制，進而利用FMT參與乳腺癌的治療。

3 FMT治療癌癥相關(guān)并發(fā)癥

癌癥患者由于化療、頻繁使用廣譜抗生素、住院時間長以及免疫力低下等因素，容易發(fā)生原發(fā)性艱難梭菌感染(CDI)和復(fù)發(fā)性CDI，CDI是抗生素相關(guān)性腹瀉的最常見原因[22]。2013年指南[23]批準(zhǔn)FMT作為治療復(fù)發(fā)性CDI的臨床方法，其臨床有效性已達到約90%[24]。盡管缺乏長期安全性數(shù)據(jù)，但臨床研究和病例報告已證實了FMT對癌癥患者CDI的益處。已經(jīng)有研究報道FMT對23 例接受化療的癌癥患者(主要是血液學(xué)癌癥)CDI復(fù)發(fā)的影響，令人信服的是，治療中不發(fā)生嚴(yán)重的不良反應(yīng)或感染性并發(fā)癥的有效率為86%[19]。放射療法是最成功的癌癥療法之一，但它可能引起嚴(yán)重的組織損傷，如放射性腸炎、放射性肺炎等，從而限制了放射療法的使用。對比移植了正常小鼠糞便的無菌小鼠，移植了輻射小鼠糞便的無菌小鼠會發(fā)生明顯的輻射損傷，如惡心、嘔吐、腹痛等放射性腸炎的癥狀。將健康小鼠的糞便菌群移植到輻射小鼠體內(nèi)能明顯減輕輻射引起的胃腸綜合征，并提高了受輻射小鼠的存活率[25]。有研究首次證明FMT在慢性放射性腸炎(CRE)的治療中可能是一種安全且耐受良好的方法，因為在研究中可以觀察到FMT可以改善CRE患者的直腸出血、大便失禁、腹瀉、腹痛和直腸痛等癥狀。不過療效并不持久，考慮到CRE對患者的傷害是進行性的，因此患者可能需要重復(fù)進行FMT，而不是“一次性”治療。所以，可以建議臨床在放射性腸炎的早期而不是在嚴(yán)重的狀態(tài)下進行FMT[26]。使用小鼠模型也證實了腸道菌群可以保護肺免受放射性肺炎的侵害，利用FMT也可以減輕這種傷害，并且16S rRNA測序顯示在FMT后腸道細菌組成和群落也發(fā)生了變化[27]。因此，F(xiàn)MT可以在腫瘤放療中用作放射防護劑，以改善預(yù)后。造血干細胞移植(HSCT)是治療血液惡性腫瘤最有效，最有前景的方法。同種異體HSCT中，供體T細胞攻擊宿主健康組織，導(dǎo)致移植物抗宿主病(GVHD)，這是HSCT最嚴(yán)重的并發(fā)癥[28]。一項臨床研究已經(jīng)確定腸道細菌多樣性是同種異體造血干細胞移植新的獨立預(yù)后因素[29]。同種異體造血干細胞移植導(dǎo)致腸道菌群受損以及多樣性降低，腸道多樣性較高的患者比多樣性較低的患者預(yù)后更好，生存時間更長[29]。2016年已有研究報道FMT成功應(yīng)用于干細胞移植患者的腸道急性GVHD[30]，在接受FMT的4例患者中，3例完全緩解，1例部分緩解。通過FMT靶向修復(fù)腸道菌群可能會成為GVHD的一種新型治療策略。

4 FMT面臨的問題

目前由于缺乏專門的FMT管理中心、捐助者招募困難、監(jiān)管不易和安全性不確定等一系列問題，F(xiàn)MT的傳播受到了限制。在不提供FMT的330名醫(yī)生中，有80%的人表示準(zhǔn)備糞便的后勤工作有困難，還有45%的人則認為捐獻者篩查的復(fù)雜性和成本令人望而卻步[31]。而且來自美國一家糞便銀行的數(shù)據(jù)也表明，經(jīng)過醫(yī)學(xué)評估，將近90%的候選人不符合捐助條件。澳大利亞大便銀行也提供了類似的數(shù)據(jù)，在完成臨床調(diào)查問卷后，大約有50%捐助者被排除在外[32]。動物研究表明，腸道菌群的組成會影響宿主對疾病的易感性[33]，人類研究一致表明，F(xiàn)MT持久地改變了受體的微生物組[34-35]。FMT與其他治療方法不同的地方是它直接被用于臨床，而繞過了藥物開發(fā)過程，該過程通常在提供治療之前收集大量患者的前瞻性療效和安全性數(shù)據(jù)[36]。Wang等[37]對50篇選定的出版物中的1 089例接受FMT的患者進行了系統(tǒng)的審查，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生嚴(yán)重的副作用如死亡和病毒感染并不罕見。

5 小結(jié)與展望

腸道菌群與人類癌癥息息相關(guān)，但是腸道菌群影響每種癌癥的失衡機制尚未完全闡明。此外，在將腸道菌群分析作為癌癥治療的重要手段之前，必須解決特定的問題。首先需要詳細研究宿主與腸道菌群之間的關(guān)系，以鑒定與特定癌癥高度相關(guān)的特定腸道菌群，以及具體機制。雖然糞便微生物移植在某些疾病治療方面取得了成功，但是它目前有作用無法精確控制，安全性得不到保障等問題，所以FMT要想在癌癥治療中廣泛使用，其程序必須標(biāo)準(zhǔn)化(例如供體選擇、糞便準(zhǔn)備、劑量確定以及操作方法等)，并且FMT的安全性以及其他的問題更是需要通過長期和隨機對照的臨床研究進一步解決。在不久的將來，F(xiàn)MT可能會成為一種有前景的治療癌癥的有效策略。