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會議下午的“結直腸癌專場”，中山大學附屬第六醫(yī)院胃腸研究所執(zhí)行所長、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)展的關系進行了專題報告，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)展的關系，并介紹目前免疫療法的現(xiàn)狀及今后探索的方向。

　　直腸癌概況

　　結直腸癌是全球最常見的惡性腫瘤之一，2015年中國結直腸癌的新發(fā)病例數(shù)達到37.6萬例，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效，出現(xiàn)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

　　通過結直腸癌發(fā)展的簡表，李孟鴻教授介紹了每個腫瘤階段驅動CRC發(fā)展的幾個主要信號通路，而每個信號通路中的幾個驅動基因在不同個體中是可以發(fā)生改變的

　　在啟動過程中，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，從而促進細胞非典型增生和腫瘤形成。在進展期，惡性腫瘤往往出現(xiàn)轉移、擴散。除了遺傳突變，環(huán)境和微生物因素對于腫瘤進展都是至關重要的。微生物可以促進結直腸癌發(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者或伴隨者。此外，通過中國古代24孝的故事（嘗糞憂心），李孟鴻教授闡述了腸道菌用于疾病的診治由來已久。隨后，李孟鴻教授圍繞腸癌、菌群、代謝三者間的互動關系進行詳細的介紹。

　　華大基因科學家分別從正常組織、腺瘤及結直腸癌不同分期的病人進行菌群分析，發(fā)現(xiàn)腸癌患者腸道菌群的基因數(shù)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。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(xù)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。

　　同樣，腸道菌群代謝物在腸癌中的作用也備受關注。來源于日常環(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，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，如圖為紅色標注。不同代謝產(chǎn)物具有促進或抑制CRC發(fā)生的作用。

　　李孟鴻教授進一步從生物合成途徑進一步解釋了主要微生物代謝物的合成過程，并指出微生物來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，其反過來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，并通過染色質的表觀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注的。炎性小體來源的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相關的表型會導致菌群失調，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。微生物相關分子模式（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，通過激活不同通路促進腫瘤發(fā)展。上皮調節(jié)蛋白（EREG）和雙調蛋白（AREG）是表皮生長因子受體（EGFR）的配體，通過活化MAPK/ERK通路誘導增殖。Th17細胞因子通過誘導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的作用。實體瘤內的缺氧區(qū)域為厭氧細菌（例如產(chǎn)生丁酸鹽的微生物群）提供生長壁。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(tǒng)發(fā)現(xiàn)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風險。個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，使類桿菌富集，這些細菌促進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(jié)性T細胞（Treg）的免疫抑制功能，促進腸組織中的局部炎癥增加抗腫瘤細胞應答。