微生物在食管癌發(fā)生發(fā)展和治療中作用及機制的研究進展

劉彥君 綜述；左靜 審閱（河北醫(yī)科大學(xué)第四醫(yī)院 腫瘤內(nèi)科，河北 石家莊 050011）

食管癌是世界上第七大常見的惡性腫瘤，也是因癌癥死亡的第六大原因[1]。中國食管癌的組織學(xué)類型主要是食管鱗狀細胞癌（esophageal squamous cancer，ESCC；占84%的病例），其次是食管腺癌（esophageal adenocarcinoma，EAC；占15%的病例）[2]。研究結(jié)果[3-4]表明，微生物可能參與致癌過程，特別是在代謝和誘導(dǎo)炎癥中起到關(guān)鍵作用，也可能參與食管癌的發(fā)生與發(fā)展，影響食管癌的治療效果。因此，深入研究食管癌微生物的組成及其作用機制，并從中尋找有利于改善食管癌預(yù)后的治療策略具有十分重要的意義。本文將在介紹食管癌微生物組成與特征的基礎(chǔ)上，闡述靶向食管癌微生物的幾項治療技術(shù)臨床應(yīng)用的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)，以期為提高食管癌臨床療效提供新的思路與策略。

1 食管癌微生物特征

1.1 食管微生物

過去食管被認為是無菌的，但經(jīng)過大量研究發(fā)現(xiàn)，正常食管本身存在復(fù)雜的微生物群。PEI 等[5]通過16s rRNA 測序技術(shù)發(fā)現(xiàn)，食管微生物主要由厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門、變形菌門、梭桿菌門和單糖菌門組成。DONG等[6]研究發(fā)現(xiàn)，正常食管上、中、下段微生物組成非常相似，因此，食管任何部位的取材均可代表整個食管微生物群。

1.2 ESCC與微生物

現(xiàn)階段對ESCC微生物的研究幾乎均為小規(guī)模的橫斷面研究。LI等[7]研究發(fā)現(xiàn)，ESCC患者微生物多樣性和豐度降低，導(dǎo)致ESCC患者食管微生物改變的關(guān)鍵物種為梭桿菌屬；SHAO等[8]和NASROLLAHZADEH等[9]的研究也得出相似的結(jié)論。這些研究結(jié)果表明，ESCC患者微生物多樣性和豐度降低，梭桿菌屬是導(dǎo)致差異的關(guān)鍵菌屬，可以作為ESCC的生物標志物之一。此外，GAO等[10]研究發(fā)現(xiàn)，牙齦卟啉單胞菌與ESCC的發(fā)生密切相關(guān)。牙齦卟啉單胞菌選擇性感染食管癌組織，但不感染正常食管黏膜，牙齦卟啉單胞菌感染與ESCC分化、轉(zhuǎn)移和患者總生存率呈正相關(guān)。該研究表明，牙齦卟啉單胞菌可能是ESCC潛在的預(yù)后標志物。目前食管微生物與ESCC關(guān)系的研究僅限于非常小的樣本量，并且大部分為橫斷面分析，主要原因是難以通過內(nèi)窺鏡獲得大量組織樣本。未來需進行更大規(guī)模的臨床研究，以得到更可信的數(shù)據(jù)支持。

1.3 EAC與微生物

EAC 的微生物特征并不明確。研究[11-13]表明，EAC患者食管微生物的α多樣性較正常人降低，β多樣性存在顯著差異。ZHOU等[13]研究發(fā)現(xiàn)，EAC組織中產(chǎn)乳酸菌（包括乳桿菌、雙歧桿菌和鏈球菌）富集，乳桿菌似乎是EAC 發(fā)生的關(guān)鍵菌屬?，F(xiàn)有對EAC微生物研究僅限于小的橫斷面分析。目前，EAC 微生物的研究仍處于早期階段，EAC 的發(fā)生與食管微生物的改變是否直接相關(guān)尚不明確，這需要在更大規(guī)模的研究中得到證實。這些初步研究為EAC的診斷和治療提供了新的思路，具有潛在的應(yīng)用價值。

2 微生物參與食管癌的發(fā)生機制

2.1 對消化道細胞的影響

微生物可破壞消化道菌群的平衡，刺激消化道細胞產(chǎn)生基質(zhì)金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）誘發(fā)食管癌發(fā)生與發(fā)展。GURSORY 等[14]研究發(fā)現(xiàn)，具核梭桿菌能刺激腸道上皮細胞分泌MMP-2、MMP-9、MMP-13 和IL-8，其中MMP-2 和MMP-9 分泌增多可促進食管癌的侵襲和轉(zhuǎn)移。組織金屬蛋白酶抑制劑（tissue inhibitor of metalloproteinase，TIMP）對MMP 的活性有負調(diào)控作用。TIMP 被認為是食管癌進展的抑制劑[15]，具核梭桿菌可作為食管癌治療的潛在靶點。

2.2 對腫瘤的影響

微生物可能通過多種途徑對腫瘤產(chǎn)生影響：（1）微生物可直接侵入食管癌細胞導(dǎo)致食管癌進展。NOMOTO 等[16]研究發(fā)現(xiàn)，具核梭桿菌侵入食管癌細胞后，通過NOD1/RIPK2 通路誘導(dǎo)NF-κB 通路活化，從而促使腫瘤進展。牙齦卟啉單胞菌觸發(fā)NF-κB信號通路，誘導(dǎo)ESCC 細胞增殖和轉(zhuǎn)移[17]。由此可見，多種微生物可通過誘導(dǎo)NF-κB信號通路活化促使腫瘤進展。（2）微生物可誘導(dǎo)食管癌細胞自噬激活。具核梭桿菌能刺激機體分泌高遷移率族蛋白B1（high mobility group protein B1，HMGB1）[18]。HMGB1在食管癌中高表達，可導(dǎo)致食管癌細胞增殖和自噬[19]。（3）微生物可通過調(diào)節(jié)食管癌細胞周期促進食管癌細胞增殖。牙齦卟啉單胞菌促進細胞周期蛋白D3 和E1的表達，使ESCC 細胞中S 期DNA 的數(shù)量增加，表明牙齦卟啉單胞菌可利用細胞周期機制加速食管癌細胞增殖[20]?？梢娢⑸飳δ[瘤的影響是十分復(fù)雜的。

2.3 對免疫細胞的影響

腫瘤免疫微環(huán)境（tumor immune microenvironment，TIME）中包含各種免疫細胞、細胞因子、表面受體，腫瘤細胞通過與TIME相互作用，逃避宿主免疫監(jiān)視并增強腫瘤細胞侵襲與轉(zhuǎn)移能力[21]。微生物群在TIME中起到關(guān)鍵作用，微生物與多種免疫細胞相互作用促進食管癌的發(fā)生與發(fā)展。具核梭桿菌感染通過Toll樣受體4（Toll-like receptor 4，TLR4）依賴性機制促進巨噬細胞M2型分化，激活I(lǐng)L-6/p-STAT3/c-MYC信號通路，從而促進腫瘤生長[22]。具核梭桿菌還能誘導(dǎo)CD8+T細胞表面的抑制性受體KIR2DL1高表達，從而削弱抗腫瘤免疫反應(yīng)，促進ESCC的進展[23]。

2.4 對腫瘤微環(huán)境的影響

微生物通過多種途徑產(chǎn)生促炎腫瘤微環(huán)境，從而促進食管癌的發(fā)生與發(fā)展。具核梭桿菌可誘導(dǎo)IL-8 和CXCL1 分泌，從而促進食管癌細胞轉(zhuǎn)移[24]。牙齦卟啉單胞菌可增加IL-6 產(chǎn)生，促進上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化以及骨髓源性免疫抑制細胞募集，從而促進腫瘤轉(zhuǎn)移和免疫逃逸[25]。有研究結(jié)果[26]表明，TLR在EAC組織中過表達。乳酸桿菌與TLR 的表達和活性相關(guān)，TLR相關(guān)途徑激活導(dǎo)致炎癥因子釋放，從而促進EAC 的發(fā)生與發(fā)展。上述研究表明，一些微生物促進食管癌的發(fā)生與發(fā)展。隨著對食管癌微生物研究的持續(xù)深入，以微生物為靶點的治療將會成為未來研究中需要努力的方向。微生物與食管癌關(guān)系的確定對食管癌的預(yù)防及早期發(fā)現(xiàn)與治療均具有重大意義。

3 微生物對食管癌治療的影響

3.1 對食管癌化療的影響

化療耐藥是腫瘤治療的一大難題。微生物與食管癌治療的關(guān)系是目前研究的熱點和難點?，F(xiàn)階段的研究結(jié)果表明，化療可以改變患者體內(nèi)微生物的組成，化療藥物的療效可能會受到某些特定微生物的影響。

3.1.1 增強食管癌化療藥物的療效 微生物通過促進活性氧生成，增強化療藥物的療效。IIDA 等[27]研究發(fā)現(xiàn)，正常的微生物群可以通過誘導(dǎo)骨髓細胞釋放活性氧增強鉑類藥物的療效，從而促進炎癥細胞因子產(chǎn)生和腫瘤縮小。反之，在經(jīng)過抗生素治療或無菌的小鼠中，鉑類藥物的療效顯著降低。這些結(jié)果提示，化療藥物發(fā)揮作用需要完整的共生菌群，微生物或許是未來改變食管癌化療現(xiàn)狀的重要手段。

3.1.2 抑制食管癌化療藥物的療效 微生物可通過促進自噬體形成誘導(dǎo)化療耐藥。LIU 等[28]通過透射電鏡和激光掃描共聚焦顯微鏡捕捉到具核梭桿菌侵襲食管癌細胞，其通過調(diào)節(jié)內(nèi)源性輕鏈3和自噬相關(guān)基因7 表達，促進自噬體形成，以誘導(dǎo)ESCC 患者對氟尿嘧啶、順鉑和多西紫杉醇的耐藥，而敲除自噬相關(guān)基因7 可逆轉(zhuǎn)具核梭桿菌誘導(dǎo)的化療耐藥。在ESCC患者中，較高的具核梭桿菌負荷預(yù)示著對新輔助化療效果降低，具核梭桿菌可作為預(yù)測ESCC患者對新輔助化療反應(yīng)的潛在生物標志物[29]。

微生物可減少化療引起的ESCC細胞凋亡，從而導(dǎo)致化療藥物耐藥。GAO等[20]研究了85例接受過新輔助化療的ESCC患者的組織標本，發(fā)現(xiàn)牙齦卟啉單胞菌感染的患者對新輔助化療反應(yīng)性較差，牙齦卟啉單胞菌感染導(dǎo)致腫瘤細胞對化療誘導(dǎo)的細胞凋亡產(chǎn)生抵抗，并增強了腫瘤細胞的增殖活性。在體外實驗中證實，牙齦卟啉單胞菌主要通過菌毛和STAT3減少腫瘤細胞凋亡，從而降低化療藥物的療效。

微生物對于食管癌化療的作用是復(fù)雜的，一方面微生物可以通過促進活性氧生成增強食管癌化療藥物的療效，另一方面微生物也可以通過促進自噬體形成和減少腫瘤細胞凋亡等機制抑制食管癌化療藥物的療效。由于化療藥物缺乏特異性靶點，因此缺乏藥物療效的預(yù)測標志物，多種微生物可與化療療效密切相關(guān)，可能成為預(yù)測ESCC患者對化療反應(yīng)的潛在生物標志物。微生物還可以通過多種方式影響化療療效，特定微生物未來可以作為抗腫瘤治療的靶點，但需進一步臨床研究進行評估。

3.2 對食管癌免疫治療的影響

目前，免疫檢查點抑制劑（immune checkpoint inhibitor，ICI）在食管癌患者中顯示出強大的抗腫瘤活性。多項食管癌免疫治療相關(guān)大型臨床研究接連涌現(xiàn)，如KEYNOTE-590[30]、CheckMate-648[31]、ESCORT-1st[32]等，基于這些研究結(jié)果，美國食品藥品監(jiān)督管理局和中國臨床腫瘤學(xué)會食管癌指南均將免疫治療納入其中，這些研究奠定了免疫治療在食管癌治療中的地位。微生物可調(diào)控機體的免疫功能，也可能影響免疫治療的療效。大量研究表明，微生物與免疫治療療效之間存在相關(guān)性。

3.2.1 調(diào)節(jié)食管癌免疫治療療效 腸道菌群能調(diào)節(jié)PD-1/PD-L1 抑制劑對腫瘤的療效。GOPALAKRISHNAN 等[33]研究發(fā)現(xiàn)，對PD-1 抑制劑應(yīng)答者的腸道微生物多樣性較高，瘤胃球菌科的相對豐度也較高，這些患者抗腫瘤免疫應(yīng)答增強，細胞毒性T 淋巴細胞的表達以及抗原提呈能力增強。MATSON 等[34]研究發(fā)現(xiàn)，對PD-L1 抑制劑應(yīng)答者的糞便樣本中，雙歧桿菌、產(chǎn)氣柯林斯菌和屎腸球菌的相對豐度較高，將這些糞便樣本移植給無菌小鼠后，小鼠的免疫反應(yīng)增強，PD-L1 抑制劑的抗腫瘤功效增加。

3.2.2 影響食管癌免疫治療的機制 目前有大量證據(jù)證明，微生物可以影響食管癌免疫治療，但具體機制尚不明確。微生物可能從多個方面對免疫功能進行調(diào)控：（1）微生物可以分泌代謝物質(zhì)激活T 細胞功能，從而增強免疫治療的療效。MAEGER 等[35]研究表明，長雙歧桿菌可以產(chǎn)生代謝物肌苷，肌苷可與T細胞表面的腺苷A2A受體結(jié)合，激活效應(yīng)T細胞，從而增強ICI 的療效。（2）腸道菌群可通過調(diào)節(jié)固有淋巴細胞（intrinsic lymphocyte，ILC）來調(diào)節(jié)T細胞驅(qū)動的免疫過程。腸道菌群在調(diào)節(jié)適應(yīng)性T 細胞驅(qū)動的免疫過程中是必不可少的。無菌小鼠表現(xiàn)出多種免疫細胞缺陷，如腸系膜淋巴結(jié)中Th1、Th17 和調(diào)節(jié)性T細胞減少，NK細胞及ILC功能受損[36]。研究結(jié)果[37]發(fā)現(xiàn)，ILC通過分泌效應(yīng)細胞因子影響抗腫瘤適應(yīng)性免疫過程，ILC 有助于維持正常的菌群，從而降低致癌風(fēng)險，增強免疫治療療效，反之，微生物也可以驅(qū)動ILC的發(fā)育和功能。

上述研究表明，腸道微生物能調(diào)節(jié)食管癌對免疫治療的敏感性，說明了微生物與免疫治療的相關(guān)性。未來可以借助FMT等手段干預(yù)抗腫瘤免疫治療療效。然而，腸道微生物與免疫系統(tǒng)之間的相互作用非常復(fù)雜，可能受到多種內(nèi)在因素和外在因素（如遺傳易感性、飲食、藥物使用等）以及腫瘤特異性特征（如基因組特征、抗原性和微環(huán)境等）的影響。在未來的研究中，需要更大的樣本量以及更深入的菌群分析，研究其具體機制，指導(dǎo)臨床治療，從而改善患者預(yù)后。

4 食管癌微生物治療的策略

微生物與宿主之間復(fù)雜的相互作用影響著腫瘤治療的效果，而改變微生物組成可能是提高腫瘤治療療效的關(guān)鍵。

4.1 飲食

飲食是影響微生物組成的關(guān)鍵因素。與植物性飲食受試者相比，動物性飲食受試者腸道中擬桿菌和梭桿菌增加、雙歧桿菌減少[38]。既往研究結(jié)果[8-9]表明，梭桿菌與食管癌的發(fā)生與發(fā)展密切相關(guān)，而雙歧桿菌與免疫治療的免疫應(yīng)答增強密切相關(guān)。所以，增加植物性飲食也許能對食管癌的預(yù)防與治療有所助益。飲食改變引起的腸道微生物組成變化是一個重要的研究領(lǐng)域。

4.2 益生菌與益生元

益生菌是有益于宿主健康的活性微生物，其可以通過恢復(fù)腸道菌群平衡，降低腫瘤治療的毒性反應(yīng)，提高腫瘤治療的療效?？诜嫔罄钐侨闂U菌可改善氟尿嘧啶和奧沙利鉑對腸道黏膜的損傷，其機制可能是微生物的調(diào)節(jié)和抗炎作用[39]。HRADICKA 等[40]發(fā)現(xiàn)，6 種乳桿菌（包括植物乳桿菌VD23、C28、MS3 和唾液乳桿菌MS3、MS6、MS16）組成的益生菌通過促進巨噬細胞免疫調(diào)節(jié)功能發(fā)揮抗腫瘤作用。目前，有多項研究正在評估益生菌作為免疫治療佐劑的作用。益生菌治療的安全性存在爭議，目前仍需要大規(guī)模的臨床試驗來確認益生菌療法的有效性和安全性。

益生元是由宿主體內(nèi)有益微生物產(chǎn)生的底物，大多數(shù)益生元是不易消化的碳水化合物，益生元在小腸內(nèi)不會降解，而是在結(jié)腸內(nèi)促進特定細菌定植來改變腸道菌群[38]。在腫瘤治療過程中，增加益生元可以維持微生物多樣性，從而提高抗腫瘤治療的療效。不同的益生元可以促進特定細菌的生長，例如，菊粉可以刺激糞桿菌和雙歧桿菌的生長，這兩種細菌豐度增高都與免疫治療的療效增強相關(guān)[33]。

4.3 糞菌移植（faecal microbiota transplantation,FMT）

FMT是將健康人糞便中的功能菌群移植到患者胃腸道的過程。FMT常被用于治療微生物引起的胃腸道疾病，最近也被用于治療惡性腫瘤中。動物實驗揭示了FMT對抗腫瘤治療及其相關(guān)并發(fā)癥治療的益處，雖然臨床數(shù)據(jù)較少，但也展示出一定的潛力。FMT 能增強ICI 的治療反應(yīng)。MATSON 等[34]研究發(fā)現(xiàn)，將對免疫治療有反應(yīng)患者的糞便移植到小鼠體內(nèi)能增強小鼠的免疫應(yīng)答，從而增強免疫治療的療效，提示良好的腸道微生物群可增強機體免疫功能，從而抑制腫瘤生長，提高機體對免疫治療的反應(yīng)。在2019 年的美國癌癥研究協(xié)會的會議上，兩個研究團隊首次報告了對免疫治療無效的腫瘤患者在接受FMT 后獲益的研究[41]，該研究為FMT 臨床應(yīng)用于腫瘤治療奠定了基礎(chǔ)。FMT能減少腫瘤治療相關(guān)不良事件。在小鼠模型中發(fā)現(xiàn)[42]，F(xiàn)MT 可恢復(fù)奧沙利鉑、5-氟尿嘧啶化療方案誘導(dǎo)的腸道菌群的改變，抑制炎癥相關(guān)信號通路，減輕腸黏膜炎癥與腹瀉的發(fā)生。該研究結(jié)果提示，F(xiàn)MT 可作為治療化療相關(guān)消化道損傷的一種可行方法。

截至2022年5月1日，在國際臨床試驗注冊平臺（http://www.clinicaltrials.gov）和中國臨床試驗注冊中心（http://www.chictr.org.cn/）上注冊的FMT相關(guān)的研究共400 余項。其中，有幾項FMT 應(yīng)用于食管癌的臨床試驗正在進行中，如ChiCTR2100049448、ChiCTR2200059131等，展示了良好的應(yīng)用前景。FMT要想在治療中廣泛使用，其程序必須標準化，并且FMT的安全性以及其他的問題需要通過大型臨床研究進一步解決。在不久的將來，F(xiàn)MT 有望成為一種有前景的腫瘤治療方法。

4.4 抗生素

越來越多的研究數(shù)據(jù)[27]表明，在腫瘤免疫治療前使用抗生素會降低免疫治療療效和患者生存率。然而，先用抗生素調(diào)節(jié)腸道微生物群，后用FMT或益生菌植入理想菌群，這可能有助于增強腫瘤治療的療效。但是，目前抗生素誘導(dǎo)菌群失調(diào)缺乏特異性，其在腫瘤治療方面的作用機制尚不明確，應(yīng)用抗生素的種類和時機仍需深入研究。

5 結(jié)語

微生物廣泛存在于人體中，對全身的影響是顯著的。不可否認，關(guān)于食管癌的微生物研究在過去幾十年取得了一些成果，但仍面臨巨大挑戰(zhàn)。微生物群落的改變，對食管癌的發(fā)生與發(fā)展及治療療效均有重要影響。微生物對于食管癌治療的作用是復(fù)雜的，一方面，它可能降低食管癌治療的療效或增加副作用；另一方面，它也可能提高食管癌治療的療效或減少副作用。有些微生物可作為預(yù)測食管癌預(yù)后和評估治療療效的生物標志物。目前，關(guān)于微生物如何影響腫瘤藥物治療機制的研究較少，并且大部分研究仍缺乏臨床數(shù)據(jù)的支持。將抗腫瘤治療與微生物調(diào)節(jié)方案（如飲食、益生元、益生菌、FMT和抗生素等）聯(lián)合使用，可能為食管癌的治療提供新的思路與策略。