今日話題之——腸道菌群與結直腸癌的研究進展

作者：徐超（綜述）1，姚慶華（審校）2

（1. 浙江中醫藥大學第一臨床醫學院，浙江 杭州 310053；2. 浙江省腫瘤醫院，浙江省腫瘤醫院中西醫結合重點實驗室，浙江 杭州 310022）

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摘要：腸道細菌屏障即腸黏膜生物屏障及腸道益生菌的功能與臨床多種疾病的成因和治療有著緊密的聯繫，如炎症性腸病、肝硬化、腫瘤等。 腸道細菌屏障及腸道益生菌能夠通過協同免疫屏障、機械屏障對腫瘤起殺傷作用，並可分泌相關生化產物對抑製腫瘤生成，同時可以促進腫瘤細胞的凋亡，改善腸道腫瘤微環境。 全文結合最近國內外的研究狀況對腸道細菌屏障及益生菌與腫瘤之間的關係作一綜述。

關鍵詞：腸道細菌屏障；結直腸腫瘤；益生菌；凋亡

中圖分類號：R735.3

文獻標識碼：A

文章編號：1004-0242（2016）08-0634-05

DOI：10.11969/j.issn.1673-548X.2016.08.019

腸道細菌在腸道微環境中發揮著重要的作用，同時雙向調節腸道微生態平衡。 腸道致病菌能夠促使腸道炎症以及炎症性腸病的進展， 同時又促進腸道腫瘤的發生發展及轉移。 然而腸內益生菌及所形成的屏障不僅在防止致病菌和內毒素經腸道入侵中發揮著重要的作用， 而且能通過調節相關信號通路產生對腫瘤的免疫反應， 同時又能介導相關凋亡通路促使結直腸腫瘤的凋亡。 在基因層面上又能抑製腫瘤基因突變。 腸道菌群並能通過自身分泌相關物質直接作用於腸上皮細胞到達抗癌作用。

1腸道細菌屏障的組成

健康人的胃腸道內寄居著種類繁多的微生物，這些微生物稱為腸道菌群。 在人類胃腸道內的細菌可構成一個巨大而複雜的生態系統， 一個人結腸內就有 400 個以上的菌種。 腸道微生物是一個極其龐大而複雜的微生態系統［1］。 迴腸末端細菌主要為乳桿菌、大腸埃希菌、類桿菌和梭狀芽孢桿菌等；結腸中主要為雙歧桿菌、類桿菌、乳桿菌等厭氧菌，而潛在的致病性的梭狀芽孢桿菌和葡萄球菌僅少量［2，3］。腸道細菌對致病因子和腸屏障達到了一個動態的平衡。

2腸道細菌屏障協同免疫、 機械屏障抗腫瘤作用

共生菌誘導機體產生的固有免疫反應對於黏膜和外周免疫系統的成熟和發育及對腫瘤殺傷起到了重要性作用，研究表明與普通餵養小鼠相比較，無菌條件下飼養小鼠易造成免疫缺陷［4，5］。 腸道微環境表現為：派伊爾結( Peyer s』 patches)缺失、固有層 CD4+ T 細胞和產 IgA 的 B 細胞構象改變。 這表明腸道共生菌可以提升黏膜 T 細胞分化和招募能力 。 Mari-man 等［4］給腸道益生素對免疫系統刺激作用的可能途徑： 一為微生物代謝產物或碎片作為小分子抗原直接過普通上皮細胞或者透過上皮細胞間的緊密連接縫隙；二為微生物細胞本身由微褶細胞(M 細胞)通過胞飲作用傳送給位於 M 細胞包囊中的巨嗜細胞等。抗原進入淋巴組織後，或由抗原提呈細胞處理後或直接交給淋巴細胞，產生相應的免疫應答，引導 NK 細胞、T 細胞、巨噬細胞的腫瘤殺傷作用。 Sekine 等 ［5］ 認為雙歧桿菌的肽聚糖 （WPG）的抑瘤機制主要是可通過激活機體免疫系統中的巨噬細胞 、NK細胞以及 B 淋巴細胞等免疫效應細胞，使之分泌多量的具有殺瘤活性的細胞毒性效應分子 ， 如 IL-1、IL-6、TNF-A、IFN-C、NO 以及多種抗體。

2.1腸道細菌與Toll 樣受體參與抗腫瘤

Toll 樣受體是跨膜模式識別受體 （PRRs）的內體漿質隔室的代表［6］。 共生菌與宿主之間的對話依靠一系列的信號分子，宿主方面，腸道細胞表面和胞漿表達 PRRs( pattern-recognition receptors)， 參與識別MAMP(microbial molecularmotifs)和PAMP(patho-genassociated molecular patterns)。 PRR-MAMP 之間的相互作用激起信號通路，導致轉錄途徑的激活，最終導致炎症因子的產生，形成對腫瘤的殺傷。

Dugas 等［7］在研究中發現 ， 益生菌 ( 如乳桿菌LAC-GG)有誘導細胞核因子 κB(NF-κB)介導反應的能力 ，Toll 相關蛋白在經過腸細胞和免疫細胞的加工和表達後，再經過 NF-κB 途徑誘導 Th1 細胞因子的產生。 Th1 細胞為 CD4 陽性細胞，主要分泌白細胞介素 2（IL-2)、γ 干擾素 （IFN-γ)、β 腫瘤壞死因子（TNF)等，功能為參與調節細胞免疫，輔助細胞毒性細胞分化，可介導巨噬細胞免疫應答，能夠吞噬並消化掉細菌，可對腫瘤細胞產生殺傷。 Cario 等［8］發現通過腸道上皮細胞 TLR 傳遞的信號涉及到包括 p42/44 或 p38 的絲裂原蛋白激酶 （MAPK），MAPK p42 ／ 44 和 p38 和益生菌誘導的膜穩定性有關，還參與了誘導表皮防禦(transepithelial resistance，TER)的提高［9］，減少致病菌繁殖產生致癌物質。

2.2腸道細菌與 NKG2D 配體參與抗腫瘤

NKG2D 屬於 C 型凝集素樣受體家族， 由於這個基因編碼的受體存在於 NKG2 複合體中， NKG2D配體在不同的腫瘤細胞系中廣泛表達， 也可以在其他多種癌細胞系中被檢測到 ［ 10 ］ 。 NKG2D 可介導 NK細胞、 巨噬細胞、 T 細胞的腫瘤殺傷作用。 2013 年Camilla 等［ 11 ］通過大鼠腹腔注射氨苄西林觀察到NKG2D 配體中的 H60 和 Rae-1 表達增加。 Tieng 等 ［ 12 ］通過注射致病性大腸桿菌觀察到 NKG2D 配體表達增加，同時也見於 TLR-3 依賴的 poly I ： C 。 在一些轉染實驗和抗體封閉實驗中發現， 腫瘤中的 NKG2D配體的自然表達或誘導表達都可增強其對 NK 細胞的敏感性， 從而介導 NK 細胞對腫瘤的殺傷作用。CD8+T 細胞和 γδT 細胞可對表達 NKG2D 配體的腫瘤細胞的攻擊增強，但要求 T 細胞抗原受體識別腫瘤抗原。

2.3腸道細菌增強機械屏障功能

腸道細菌可通過調節緊密連接蛋白加強腸黏膜機械屏障，緊密連接蛋白 -1（ ZO-1 ）和緊密連接蛋白 -2 （ ZO-2 ）是腸道機械屏障的重要組成部分 ［ 13 ］。Zyrek等 ［ 14 ］發現 Escherichia coli nissle 1917(Ecn) 可通過上調 ZO-2 表達來修復和保護腸道機械屏障。另外，Ukena 等［ 15 ］發現 Ecn 可以上調 ZO-1的表達，降低腸黏膜的通透性，增強機械屏障功能，抵禦外來和內生的侵襲。

2.4腸道細菌與藥物抗腫瘤

腸道細菌可協同抗腫瘤藥物提高淋巴免疫。2013 年 Sophie 等實驗發現， 在 CTX 可以改變腸道菌群的結構，引起菌群位置的轉移，使得 G+ 細菌能夠進入次級淋巴器官，這些細菌能夠刺激 pTh17 細胞特殊亞型的增殖，並且產生記憶 Th1 細胞的免疫反應 ［ 16 ］ 。

3腸道細菌對腫瘤凋亡的影響

3.1誘導細胞凋亡

細胞凋亡是有核細胞在基因調控下發生的一種細胞的主動死亡方式。 Hockenbery 等［ 17 ］證實了 BCL-2 基因家族是重要的凋亡調控基因。 BCL-2 可通過細胞內抗氧化作用以及抑製 Ca2 + 離子跨膜運動等途徑來抑製多種因素誘發的細胞凋亡， 最終延長細胞的壽命，而非刺激細胞增殖。 BCL-2 蛋白家族在腫瘤凋亡調控中佔有獨特 的地位， BCL-2 、 BCL-XL 、BCL-w 、 MCL-1 和 A1 等具有明顯的抗凋亡作用。相反，BAX 、 BAK 和 BAD 卻具有促凋亡功能。 BAD 能和BCL-XL 結合形成異源二聚體，逆轉 BCL-XL 抑製凋亡活性，對細胞程式性死亡的過程起開啟作用［ 32 ］。同時天門冬氨酸的半胱氨酸酶（ Caspase ）家族成員介導的蛋白酶級聯反應也參與到複雜的腫瘤細胞凋亡中， 其中 Caspase-3 被認為是各種凋亡刺激因子激活 Caspase 家族中的關鍵蛋白酶， Thomberry 等［ 18 ］於1998 年證實了活化後的 Caspase-3 能使多種細胞骨架蛋白髮生裂解， 導致細胞從所黏附的基質上脫落和細胞形態異常而出現凋亡。 另一方面，活化 Cas-pase-3 也可直接激活內源性核酸酶， 最終使細胞發生凋亡。 Sekine 等［ 5 ］研究發現，雙歧桿菌細胞壁中的完整肽聚糖（ WPG ） OK-432 、 BCG 及短小棒狀桿菌等微生物製劑一樣， 在體內能抑製多種腫瘤的發生與發展， 並證實了證實嬰兒型雙歧桿菌的 WPG 能明顯抑製小鼠皮下移植的 MethA 纖維肉瘤的發生與發展。 王立生研究小組［ 19 ］將雙歧桿菌的（ WPG ）作用於荷瘤小鼠， 鼠體內的大腸癌移植組織表達促凋亡基因 BAD 和 Caspase-3 表達升高，表明了雙歧桿菌增強凋亡促進 bad 和 Caspase 基因的表達是其誘導腫瘤細胞凋亡的一個途徑。 同時該小組又通過免疫組化和電鏡檢測觀察用雙歧桿菌處理過的實驗組和對照組得出結果： 雙歧桿菌處理的實驗組和對照組大腸癌移植瘤組織 BCL-2 蛋白表達率分別為70％ 和 90％，Bax 基因的表達率分別為 100％ 和 40％，進一步說明了雙歧桿菌可以正向調節移植瘤 Bax 基因的表達，負向調節 BCL-2 基因，以此來增加 BAX 與BCL-2 的比例，從而誘導腫瘤細胞的凋亡［ 20 ］。

3.2對 ras-p21 誘癌蛋白的影響

ras 早癌基因（ cKi-ras ， c-Ha-ras 和 N-ras ）的組成是能夠編碼一個 21Kd 蛋白質（ ras-p21 ）的具有高度保守性的基因家族，這個蛋白錨定在漿膜的胞質面，結合 GTP 和 GDP ，而且被認為能夠傳導控制細胞生長及分化的信號 ［ 21 ］ 。 Jagveer 等 ［ 22 ］ 在用氧化偶氮基甲烷 (azoxymethane ， AOM) 處理大鼠的同時喂飼長桿雙歧桿菌（ Bifidobacterium longum ）的凍乾培養物後發現，與僅用 AOM 處理的對照組相比，實驗組大鼠結腸癌的發生率、 有腫瘤生長時結腸腫瘤的體積以及癌組織的多形性明顯減少，並且 ras-p21 誘癌蛋白表達受到了抑製。

3.3對端粒酶的抑製作用

端粒酶在細胞中的主要生物學功能是通過其逆轉錄酶活性複製和延長端粒 DNA 來穩定染色體端粒 DNA 的長度［ 23 ］。近年有關端粒酶與腫瘤關係的研究進展表明， 在腫瘤細胞中端粒酶還參與了對腫瘤細胞的凋亡和基因組穩定的調控過程。 端粒酶在正常人體組織中的活性被抑製，在腫瘤中被重新激活，端粒酶可能參與惡性轉化。 端粒酶的活性與結直腸腫瘤的發生及其機制，結直腸腫瘤縱橫諜海較快，端粒酶的活性就高；而縱橫諜海較慢的腫瘤組織，端粒酶的活性就低［ 24 ］。 端粒酶活性的強弱與結直腸腫瘤細胞在積液中的生存時間呈正相關。

王躍研究小組［ 25 ］採用了 PCR-ELISA 法檢測了經雙歧桿菌表面分子脂磷壁酸 （ LTA ） 處理前後的HL-60 白血病細胞株端粒酶活性的改變。 發現經LTA 處理過後， HL-60 白血病細胞的生長受到抑製，端粒酶活性明顯降低，說明雙歧桿菌 LTA 對 HL-60白血病細胞具有生長抑製作用，其抗腫瘤細胞的機制可能與抑製腫瘤細胞的端粒酶有關。

4腸道細菌對腫瘤生長代謝的作用

4.1減少致癌物質生成

腸道細菌能抑製腸內致癌物質的形成， 乳酸桿菌可幫助改善由腸道病原菌大量繁殖所致的細菌酶催化致癌前體物質向致癌物轉化的過程。 乳酸桿菌可使細菌酶的產生和活性下降， 減少了致癌物形成和滯留的機會。 腸道乳酸桿菌可通過其梭菌屬的生長，減少次級膽汁酸的產生， Degirolamo 等［ 26 ］研究發現次級膽汁酸是消化道腫瘤的激活因子。

4.2誘導 NO 生成

NO 屬細胞間的通訊物質， 是生物體重要的信號分子和活化巨噬細胞的效應分子。 腸道雙歧桿菌可以產生乳酸和乙酸，使得腸道酸化，以此促進腸蠕動，減少致癌物質與腸上皮細胞的接觸，並可誘導提高血液中 NO 水準，激活巨噬細胞活性，通過與腫瘤代謝關鍵酶活性部位 Fe2S 結合使酶的活性消失，同時又與氧相結合形成使癌細胞凋亡的羥自由基［ 27 ］。

4.3抗腫瘤突變

2009 年 Hu 等［ 28 ］研究發現雙歧桿菌並且能降低腸道內偶氮還原酶、 β- 葡萄糖醛酸酶和硝酸鹽還原酶等細菌酶的活性，抑製突變劑和致癌劑的活化。Tejada 等［ 29 ］發現多種乳酸桿菌能與 3- 氨基 -1 ， 4- 二甲基 -5H 砒啶［ 4 ， 3-b ］吲哚［ Trp-P-1 ］等結合發揮抗突變的作用。

另外 Rowland 等［ 30 ］發現雙歧桿菌分泌一種降解N- 亞硝胺的酶，使亞硝胺分解，預防其引起的腫瘤產生。 Lee 等［ 31 ］通過大量動物實驗證實了乳酸桿菌能夠較好的抑製纖維瘤、淺表膀胱癌、淋巴瘤、黑色素瘤等腫瘤的發生、轉移與複發。 秦環龍等［ 32 ］研究發現雙歧桿菌能產生脂肪酸 cis-9 和共扼亞油酸，其能抑製腫瘤環境。

5展 望

腸道細菌屏障對機體免疫、抗腫瘤、治療肝性腦病等具有重要意義。 細菌屏障與腫瘤的關係已成為關注的研究話題， 原因在於腸道細菌及益生菌與人體組成一個動態平衡的整體。 腸道細菌對腸道炎症反應及腸道腫瘤起到了雙向調節的作用 , 其機制有待進一步發掘。目前，中醫藥與腸道細菌及益生菌的機制尚不明確，用中醫藥來乾腸道細菌的發展，更好地實現腸道細菌對機體免疫和抗腫瘤的作用將是未來發展的熱點。

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