腸道菌群與結直腸癌

　　胃腸菌群在結直腸癌發(fā)生發(fā)展中的作用和機制

　　2017年3月4日下午，在POSTASCOGI會(huì )議下午的“結直腸癌專(zhuān)場(chǎng)”，中山大學(xué)附屬第六醫院胃腸研究所執行所長(cháng)、MDAnderson癌癥中心終身教授李孟鴻就腸道菌群與結直腸癌發(fā)生發(fā)展的關(guān)系進(jìn)行了專(zhuān)題報告，報告中從代謝、炎癥、免疫等方面闡述胃腸道菌群與結直腸癌發(fā)生發(fā)展的關(guān)系，并介紹目前免疫療法的現狀及今后探索的方向。

　　直腸癌概況

　　結直腸癌是全球最常見(jiàn)的惡性腫瘤之一，2015年中國結直腸癌的新發(fā)病例數達到37.6萬(wàn)例，占全球結直腸癌新發(fā)病例的20%，而且發(fā)病率逐年上升。目前復發(fā)轉移和化療不敏感是結直腸癌預后不佳的主要原因。約三分之一患者治療無(wú)效，出現復發(fā)，導致結直腸癌5年生存率在65%左右。因此，迫切需要尋找新的標志物協(xié)助診治腸癌患者。

　　胃腸道菌群和CRC的發(fā)生發(fā)展

　　通過(guò)結直腸癌發(fā)展的簡(jiǎn)表，李孟鴻教授介紹了每個(gè)腫瘤階段驅動(dòng)CRC發(fā)展的幾個(gè)主要信號通路，而每個(gè)信號通路中的幾個(gè)驅動(dòng)基因在不同個(gè)體中是可以發(fā)生改變的

　　在啟動(dòng)過(guò)程中，正常細胞早期經(jīng)歷了DNA序列和結構損傷后未修復的變化，其最終導致它們轉化成腫瘤細胞。在發(fā)展階段，突變的細胞經(jīng)歷了克隆擴增，從而促進(jìn)細胞非典型增生和腫瘤形成。在進(jìn)展期，惡性腫瘤往往出現轉移、擴散。除了遺傳突變，環(huán)境和微生物因素對于腫瘤進(jìn)展都是至關(guān)重要的。微生物可以促進(jìn)結直腸癌發(fā)展，同樣也可以抑制其發(fā)展。其中細菌被認為是疾病的驅動(dòng)者或伴隨者。此外，通過(guò)中國古代24孝的故事（嘗糞憂(yōu)心），李孟鴻教授闡述了腸道菌用于疾病的診治由來(lái)已久。隨后，李孟鴻教授圍繞腸癌、菌群、代謝三者間的互動(dòng)關(guān)系進(jìn)行詳細的介紹。

　　華大基因科學(xué)家分別從正常組織、腺瘤及結直腸癌不同分期的病人進(jìn)行菌群分析，發(fā)現腸癌患者腸道菌群的基因數與多樣性都增加。與正常人相比，腸癌患者中富集特定的菌群，并且可以作為另一種結直腸癌的標志物

　　既往已有研究顯示，腸道菌群影響癌細胞生長(cháng)。糞腸球菌可以在在結腸上皮細胞含氧腔表面附近產(chǎn)生細胞外超氧化物（O2-）。在這種酸性微環(huán)境中，O2-自發(fā)產(chǎn)生H2O2并擴散到上皮中，在DNA位點(diǎn)形成羥基自由基，導致DNA-蛋白交聯(lián)、DNA斷裂和堿基修飾。大腸桿菌攜帶保守的基因組島“pks”，可以產(chǎn)生名為大腸桿菌素的基因毒素。大腸桿菌素可誘導DNA雙鏈斷裂，導致染色體畸變和基因突變的頻率增加。ETBF是一種菌，能分泌金屬蛋白酶腸毒素BFT，BFT對結腸上皮細胞具有遺傳毒性，并且還刺激E-鈣粘蛋白的切割，導致細胞增殖和腸屏障破壞。BFT還可以誘導持續的TH17型炎癥反應，增加IL-17表達和STAT3和IL-6的上調表達，其具有促增殖和抗細胞凋亡性質(zhì)。

　　同樣，腸道菌群代謝物在腸癌中的作用也備受關(guān)注。來(lái)源于日常環(huán)境及飲食的主要微生物代謝物在結直腸癌的發(fā)生發(fā)展中扮演重要角色。其中，短鏈脂肪酸（SCFA）、酚酸（phenolicacids）、異硫氰酸酯（isothiocyanate）具有抗癌性質(zhì)，如圖為藍色標注；而N-亞硝基化合物（NOCs）、聚胺（polyamine）、氨基乙磺酸（taurine）、乙醛（acetaldehyde）等代謝物由于能產(chǎn)生活性氧而具有致癌性質(zhì)，如圖為紅色標注。不同代謝產(chǎn)物具有促進(jìn)或抑制CRC發(fā)生的作用。

　　李孟鴻教授進(jìn)一步從生物合成途徑進(jìn)一步解釋了主要微生物代謝物的合成過(guò)程，并指出微生物來(lái)源的短鏈脂肪酸和宿主之間復雜的相互作用。經(jīng)胃和小腸消化后的復合多糖到達結腸，在這里它們被結腸微生物群代謝為短鏈脂肪酸（SCFA），例如乙酸鹽，丙酸鹽和丁酸鹽。乙酸鹽和丙酸鹽被結腸上皮細胞上表達的G蛋白偶聯(lián)受體GPR43識別。GPR43被腸內分泌細胞的乙酸鹽和丙酸鹽活化后引起胃腸激素如PYY和胰高血糖素樣肽（GLP）的產(chǎn)生，其反過(guò)來(lái)控制胰島素分泌和食欲。結腸細胞中GPR43的活化影響肝臟中的脂質(zhì)代謝和脂肪組織中的脂肪形成。丁酸鹽由結腸細胞和巨噬細胞表達的GPR109A識別。該受體被丁酸鹽激活后通過(guò)IL-18誘導出FOXP3Treg細胞及促使巨噬細胞產(chǎn)生IL-10，起到抑制炎癥的作用。丁酸鹽還利用單羧酸轉運蛋白MCT1轉運到結腸細胞中，并通過(guò)染色質(zhì)的表觀(guān)遺傳修飾影響基因表達和細胞增殖。

　　菌群失調及免疫功能障礙的致癌作用也是值得關(guān)注的。炎性小體來(lái)源的IL-18是組織修復以及維持微生物生態(tài)平衡所必需的。缺乏IL-18相關(guān)的表型會(huì )導致菌群失調，從而引起慢性炎癥，增加IL-6信號傳導和腫瘤發(fā)生。在腸上皮細胞中，IL-6激活STAT3信號傳導，保護正常和癌前細胞免于凋亡。菌群失調及免疫功能障礙改變了腸粘膜屏障，增加了細菌異位的機會(huì )。微生物相關(guān)分子模式（MAMP）由上皮細胞、巨噬細胞和肌成纖維細胞中的Toll樣受體（TLR）識別，通過(guò)激活不同通路促進(jìn)腫瘤發(fā)展。上皮調節蛋白（EREG）和雙調蛋白（AREG）是表皮生長(cháng)因子受體（EGFR）的配體，通過(guò)活化MAPK/ERK通路誘導增殖。Th17細胞因子通過(guò)誘導STAT3表達提示CRC的早期階段。

　　某些腸道菌代謝物也有抑制癌細胞生長(cháng)的作用。實(shí)體瘤內的缺氧區域為厭氧細菌（例如產(chǎn)生丁酸鹽的微生物群）提供生長(cháng)壁。高濃度的丁酸鹽被送至腫瘤細胞，抑制HDAC并增強組蛋白乙?；?。這將導致細胞周期停滯、誘導凋亡及抑制血管生成，使腫瘤細胞更容易被免疫系統發(fā)現而清除。

　　宿主和微生物代謝物的相互作用也能增加或降低結直腸癌患病風(fēng)險。特定的膳食成分例如飽和脂肪、紅肉、加工肉和多胺可增加CRC風(fēng)險。個(gè)體的腸道微生物代謝可能在某些食物中具有有益或有害的影響

　　胃腸道細菌影響免疫治療效果

　　有研究顯示，腸道菌Bifidobacterium可增強anti-PDL1免疫療法的效果?？笴TLA-4和抗PD-L1療法取決于腸道微生物群的存在與否?？笴TLA-4間接改變腸道菌群，使類(lèi)桿菌富集，這些細菌促進(jìn)DC的激活，呈遞腫瘤抗原以引發(fā)抗腫瘤T細胞應答?？筆D-L1療法則取決于宿主中的關(guān)鍵菌群的豐度，特別是雙歧桿菌，其作用也是增加DC激活和抗腫瘤T細胞應答。另外，抗CTLA-4阻斷調節性T細胞（Treg）的免疫抑制功能，促進(jìn)腸組織中的局部炎癥增加抗腫瘤細胞應答。