基于腸道菌群探討砷劑治療血液系統(tǒng)惡性腫瘤的研究進展*

陶雨晨，任建業(yè)，王冬琴，胡可心 綜述，陸嘉惠 審校

(上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬市中醫(yī)醫(yī)院 200071)

20世紀(jì)70年代，哈爾濱醫(yī)科大學(xué)率先使用三氧化二砷(AS2O3)治療急性早幼粒白血病，并獲得成功。此后，國內(nèi)外學(xué)者圍繞砷劑(主要是AS2O3和硫化砷)治療血液系統(tǒng)惡性腫瘤開展了大量研究工作。然而，砷劑對不同患者的個體差異性較大，主要表現(xiàn)在對砷劑耐受性以及諸如消化道反應(yīng)、肝腎功能損害、皮膚神經(jīng)反應(yīng)和慢性砷中毒等不良反應(yīng)的發(fā)生。

腸道是口服藥物在體內(nèi)代謝的重要場所，腸道內(nèi)寄生的大量細菌對藥物的生物轉(zhuǎn)化起到了非常重要的作用。隨著高通量測序和代謝組學(xué)技術(shù)的突破，人們逐漸認識到腸道菌群對機體的潛在重要性。腸道菌的代謝轉(zhuǎn)化被認為是影響藥效和毒性效應(yīng)的重要途徑之一，這為對砷劑的臨床治療作用及不良反應(yīng)給予更多維度的闡釋。本文以腸道菌群為切入點，從“菌-病”“菌-藥”兩方面進行綜述，以期為揭示腸道菌群在血液系統(tǒng)惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及對中藥藥效和毒性效應(yīng)研究提供幫助。

1 腸道菌群與血液系統(tǒng)惡性腫瘤

在人類的胃腸道中有一個巨大的微生物生態(tài)系統(tǒng)，容納著數(shù)萬億個微生物細胞。腸道的必需菌包括益生菌和共生菌，正常情況下，腸道菌群表層的主要成分是大腸埃希菌、腸球菌，中層主要是以類桿菌為主的厭氧菌，深層則主要是乳酸桿菌和雙歧桿菌。深層的菌群可以與腸黏膜上皮表面的特異性受體結(jié)合，形成可以抵御過路菌侵襲的生物屏障。

一項囊括美國、中國和歐洲1 200例樣本的人類糞便微生物宏基因組綜合目錄確定了這些糞便微生物群中總計990萬個微生物基因，超過10億年的哺乳動物-微生物共同進化導(dǎo)致了相互依賴[1]。正常菌群有許多重要的生理功能：如拮抗作用、免疫作用、排毒作用、抗腫瘤作用、抗衰老作用等。因此，腸道菌群在宿主免疫應(yīng)答的成熟和持續(xù)發(fā)育中起著關(guān)鍵作用，提供防止病原體過度生長的保護，影響宿主細胞增殖，調(diào)節(jié)腸道內(nèi)分泌功能、神經(jīng)信號，對特定藥物起反應(yīng)或修飾作用和消除外源性毒物等。鑒于腸道菌群的多種功能，使得它們成為慢性疾病研究的焦點，包括癌癥和炎癥、代謝、心血管、免疫、神經(jīng)、精神系統(tǒng)的疾病[2-5]。

1.1 腸道菌群可以促進造血重建

相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群在正常造血和促進造血恢復(fù)過程中發(fā)揮著重要的作用[6]。STAFFAS等[7]認為，腸道菌群耗竭可以削弱骨髓移植后的造血功能，同時會減少能量收集和內(nèi)臟脂肪組織合成，而補充熱量可以彌補由于菌群不足導(dǎo)致的造血功能受損。JOSEFSDOTTIR等[8]在小鼠上證明了抗生素消耗腸道菌群可以損害造血功能，抗生素可以導(dǎo)致腸道共生菌群的平衡和多樣性遭到嚴(yán)重的破壞，進而導(dǎo)致小鼠出現(xiàn)貧血和白細胞減少，血小板計數(shù)顯著增加，淋巴細胞減少，表現(xiàn)為CD4+/CD8+比例降低。但是，造血功能被抑制的表現(xiàn)是短暫的，抗生素對小鼠造血功能的不利影響是可逆的。進一步實驗表明，腸道菌群可以通過激活信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子1(STAT1)信號來維持穩(wěn)定的造血，從而證明了腸道菌群的耗竭在抗生素相關(guān)性骨髓移植的發(fā)展中至關(guān)重要。

1.2 腸道菌群可以調(diào)節(jié)T細胞免疫

腸道菌群是一個信號樞紐，它將飲食等環(huán)境輸入與遺傳和免疫信號整合在一起，從而影響宿主的代謝和免疫等反應(yīng)，免疫系統(tǒng)和腸道菌群之間的交流異常可能導(dǎo)致復(fù)雜疾病的發(fā)生、發(fā)展[9-11]。ZITVOGEL等[12]把腸道菌群組促進致癌的機制總結(jié)為：(1)通過微生物及其產(chǎn)物的直接致癌作用；(2)通過改變循環(huán)代謝物，進而成為致癌物；(3)通過刺激宿主合成營養(yǎng)因子；(4)通過誘導(dǎo)促炎和免疫抑制途徑干擾宿主癌免疫監(jiān)視。

腸道微生物群已成為一種重要的宿主因子，可能被調(diào)節(jié)以增強免疫療法的反應(yīng)[13]。腸道菌群可能通過促進造血作用來指導(dǎo)先天免疫細胞的發(fā)育，有助于人們認識到哺乳動物及其微生物群之間的深層進化聯(lián)系[14-15]。腸道菌群在腸道Th17細胞的發(fā)育中起著關(guān)鍵作用。此外，一些共生微生物及其代謝產(chǎn)物，如丁酸鹽、丙酸鹽和乙酸鹽，可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細胞(Treg)的分化和增殖[16]。

VIAUD等[17]為了證實“環(huán)磷酰胺的治療效果部分取決于其刺激抗腫瘤免疫反應(yīng)的能力”觀點，通過小鼠模型證明了環(huán)磷酰胺可以改變小腸內(nèi)微生物群的組成，并誘導(dǎo)選定的革蘭陽性菌轉(zhuǎn)移到次級淋巴組織中，這些細菌刺激特定亞群的“致病性”輔助Th17(pTh17)和記憶Th1免疫反應(yīng)的產(chǎn)生；無菌或用抗生素殺死革蘭陽性菌的荷瘤小鼠顯示出pTh17反應(yīng)的降低，并且它們的腫瘤對環(huán)磷酰胺有耐藥性；過繼性轉(zhuǎn)移pTh17細胞可部分恢復(fù)環(huán)磷酰胺的抗腫瘤作用，這些結(jié)果表明腸道微生物群有助于形成抗癌免疫應(yīng)答。

1.3 腸道菌群可以預(yù)防感染

研究表明感染是血液惡性腫瘤患者死亡的重要原因，而大部分感染是由細菌引起的，腸道菌群失調(diào)與細菌感染也是密切相關(guān)的。血液惡性腫瘤患者與健康人腸道菌群的變性梯度凝膠電泳(DGGE)指紋圖譜有明顯差異：與健康人相比，血液惡性腫瘤患者腸道菌群結(jié)構(gòu)與多樣性發(fā)生改變，主要表現(xiàn)為腸道大腸埃希菌呈現(xiàn)過度增長趨勢，有益菌柔嫩梭菌減少或缺失，以及糞腸球菌、硫磺腸球菌、約氏不動桿菌等腸道內(nèi)一些細菌呈現(xiàn)特異性增長[18]。

正常情況下，人類通過厭氧腸道菌群保護免受感染，提供定植抵抗力。在免疫功能低下的患者中，內(nèi)源性腸道革蘭陽性和革蘭陰性菌常引起感染性并發(fā)癥。研究發(fā)現(xiàn)，白血病患者在化療后，糞樣中由于厭氧菌減少了1萬倍，導(dǎo)致細菌總數(shù)比健康人低100倍，同時，潛在致病性腸球菌增加了100倍。厭氧菌和需氧菌之間的平衡失調(diào)可以進一步增加患者革蘭陽性需氧菌感染的風(fēng)險[19]。WEN等[20]在急性髓系白血病(AML)患者中發(fā)現(xiàn)，在抗癌治療期間，腸道菌群發(fā)生了顯著變化，這與胃腸道黏膜炎相吻合——有利于潛在病原體的共生體厭氧菌群減少。

ALQAHTANI等[21]認為降低艱難梭菌感染(CDI)復(fù)發(fā)風(fēng)險的最有效策略之一是糞便微生物移植(FMT)。目前，很少有關(guān)于免疫功能低下血液系統(tǒng)惡性腫瘤患者FMT療效和安全性的數(shù)據(jù)。文獻報道沙特阿拉伯1例被診斷為高危骨髓增生異常綜合征(MDS)的69歲女性到急診科就診，抱怨有臭味、頑固性、水樣腹瀉和全身腹痛，需要每天輸血，并報告了過去多次使用甲硝唑和萬古霉素作為單藥或聯(lián)合療法成功治療的CDI發(fā)作。在這一入院期間，奧拉萬古霉素(大劑量)和靜脈注射甲硝唑治療不成功，但是通過FMT治療，盡管中性粒細胞絕對計數(shù)(ANC)<0.25×109/L，但患者恢復(fù)良好，并于術(shù)后不久開始化療。FMT治療成功且安全，隨訪8周未發(fā)現(xiàn)復(fù)發(fā)和不良事件。

2 腸道菌群與AS2O3

AS2O3+全反式維A酸聯(lián)合應(yīng)用的“上海方案”已成為治療急性早幼粒細胞白血病的首選。腸道微生物對降低宿主砷負荷、提高砷的生物利用度及降低砷的肝毒性有著重要作用。研究表明，腸道菌群可以保護小鼠免受砷引起的死亡，用抗生素治療的小鼠和無細菌的小鼠在糞便中排泄的砷更少，在器官中積累的砷也更多[22]。

CHI等[23]在常規(guī)飼養(yǎng)的正常小鼠和利用抗生素破壞腸道菌群小鼠中注射亞砷酸后發(fā)現(xiàn)，腸道菌群紊亂小鼠尿液總砷水平明顯高于正常小鼠，一甲基砷酸/二甲基砷酸比值(砷代謝和毒性的生物標(biāo)志物)顯著增加，但糞便中總砷水平卻較低。同時，僅腸道菌群紊亂小鼠出現(xiàn)一氧化碳代謝基因[包括FOLR2、BHMT和MTHFR]的表達下調(diào)，肝臟S-腺苷甲硫氨酸(SAM)水平顯著降低，可能會影響砷甲基化。此外，在腸道菌群紊亂小鼠中，砷干擾了基因表達，包括p53信號通路，上調(diào)了許多肝細胞癌(HCC)中高表達的癌基因，下調(diào)了一些抑癌基因，表明HCC的發(fā)病風(fēng)險增加。

AS2O3也是中藥砒霜的主要成分，為砒石經(jīng)生化而得的精制品[24]，以內(nèi)服每日量3～6 mg或每日量10～30 mg入丸、散用，或研末外用，或入膏藥貼之；成人口服AS2O3的中毒量為5～50 mg(敏感者僅服1 mg即可中毒)，其致死量為70～180 mg。然而，由于個體對砷的耐受性不同，因而中毒程度有極大差異，耐受性高者，服至10 000 mg，經(jīng)治療仍可恢復(fù)健康[25]。

3 腸道菌群與硫化砷

目前，臨床上應(yīng)用硫化砷藥物主要以雄黃為主。雄黃，主含二硫化二砷，以內(nèi)服每日50～100 mg入丸、散用；外用適量，熏涂患處[26]。文獻報道，口服雄黃20 mg時可危及生命，但耐受高者可達10 000 mg，一般成人口服雄黃的中毒劑量為10 mg，致死量為100～200 mg[25]。

20世紀(jì)50年代以來，臨床應(yīng)用含雄黃的復(fù)方制劑或單方治療血液系統(tǒng)惡性腫瘤取得了顯著的治療效果。由于雄黃不溶于水，臨床上常見的含雄黃制劑以丸劑、片劑、膠囊劑等為主，如：復(fù)方黃黛片、青黃散、定清片、六神丸、牛黃解毒片、安宮牛黃丸、梅花點舌丸等。

雄黃的毒性已被證明與可溶性或生物可及砷的水平有關(guān)，雄黃可溶性砷中的砷形態(tài)為As(Ⅲ)、As(Ⅴ),且As(Ⅲ)水平高于As(Ⅴ)，雄黃可溶性砷與As單元素在腸道菌群的作用下，通過高效液相色譜電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)合技術(shù)(HPLC-ICP-MS)只檢測到的砷形態(tài)為As(Ⅲ)、As(Ⅴ)[27]。研究表明，雄黃與三價砷等量的AS2O3對腸道菌群影響具有相似性，臨床使用雄黃后出現(xiàn)的不良反應(yīng)可能與菌群紊亂有關(guān)：雄黃給藥后腸道保護性細菌如乳酸菌屬等減少，發(fā)生炎癥；低劑量時抗炎性細菌如瘤胃球菌屬、粘放線菌屬等增多，可以抵消菌群失調(diào)造成的輕度炎癥；高劑量時菌群紊亂，變形菌門增多，腸道炎癥加劇，出現(xiàn)水腫等炎性反應(yīng)[28]。

牛黃解毒片是含雄黃的經(jīng)典名方，一些研究表明，牛黃解毒片比雄黃更安全。體外研究證實了牛黃解毒片中其他中藥對雄黃中砷生物利用度的影響，以及腸道微生物在這一過程中的作用，大黃、黃芩、桔梗、甘草能顯著降低雄黃中砷在人工胃腸液中的生物可接受性。腸道菌群在培養(yǎng)基中能吸收雄黃中的可溶性砷，對降低雄黃的生物利用率起著重要作用。大黃、黃芩、桔梗可通過調(diào)節(jié)腸道微生物群來提高其對砷的吸收活性[29]。

4 小 結(jié)

腸道菌群是先天性和適應(yīng)性免疫及造血功能的一個關(guān)鍵的外在調(diào)節(jié)因子[30]，對維持機體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)有著重要作用。一旦腸道菌群失調(diào)，會增加細菌和病毒感染的風(fēng)險。腸道菌群將成為人類疾病(砷中毒)滲透率的重要解釋因素，并成為砷劑“以毒攻毒”預(yù)防和治療血液系統(tǒng)惡性腫瘤臨床策略的新目標(biāo)。