Protein & Cell:原发性结直肠癌和肝细胞癌的肠道菌群改变存在差异
郑晓皎等 2021-02-03
1万字详述大肠癌和肝癌的肠道菌群变化。

编者按:

国内著名英文学术期刊 Protein & Cell 与热心肠研究院于去年再次合作,推出以“微生物组:迈向转化”为主题的人类微生物组专刊,邀请国内外有突出学术贡献的微生物组研究者和团队撰写综述文章,围绕微生物组分析方法、心血管疾病、代谢疾病、炎症性肠病、癌症和中医药等微生物组研究的热点领域展开探讨,共话人类微生物组研究的前沿进展。

今天我们发出来自上海市第六人民医院转化医学中心贾伟、郑晓皎与团队的综述的翻译稿,以飨读者。(点击文末的“阅读原文”可获取综述原文)

原发性结直肠癌和肝细胞癌的肠道菌群改变存在差异

Gut microbiota alterations are distinct for primary colorectal cancer and hepatocellular carcinoma

作者:贾伟1,2,Cynthia Rajani3,徐宏喜4,郑晓皎1

通讯作者:贾伟1,2,郑晓皎1

机构:

1. 上海交通大学附属第六人民医院转化医学中心

2. 香港浸会大学中医药学院

3. 美国夏威夷大学癌症研究中心

4. 上海中医药大学中药学院

 

翻译:郑晓皎、况俊良

校对:李金阳

     
摘要

结直肠癌(colorectal cancer,CRC)和肝细胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)是两种最常见且致死率高的恶性肿瘤,引发这两种癌症的危险因素有病毒感染、长期饮酒、吸烟、高脂饮食等不健康生活方式,以及肥胖和糖尿病等慢性疾病。近些年很多研究都聚焦在了肠道菌群在肿瘤发生发展中所扮演的角色上,发现肠道菌群结构的病理性变化所导致的慢性肠道炎症是 HCC 和 CRC 的共同“幕后推手”。受病因和环境等因素的影响,癌症患者的肠道菌群结构也随着疾病的发生以独特的方式演进。本文综述了 HCC 和 CRC 演变的各个阶段肠道菌群组成变化,而菌群的差异性变化也表明二者的肿瘤微环境(tumor microenvironment,TME)存在显著差异,因此提出肿瘤发生发展可能部分取决于促炎性肿瘤微环境的观点。

     
简介

肝细胞癌(HCC)是导致高癌症死亡率的第三大主要原因。大约 50%的肝细胞癌是由乙型肝炎病毒(HBV)感染引起的,20%是由丙型肝炎病毒(HCV)感染引起的。病毒感染是导致肝脏炎症的第一诱因,随着时间的推移,肝脏炎症可发展为肝硬化,约 70%~90%的 HCC 病例伴随着肝硬化同时发生。结直肠癌(CRC)是第二大常见的癌症死亡原因,在西方国家发病率很高。亚洲国家的发病率目前正在上升,饮食等环境因素也有很大影响。过量食用红肉和高脂肪会影响肠道菌群的组成,进而产生导致肠道炎症的代谢物,从而导致结直肠癌的初始致癌环境。导致肠道炎症的肠道菌群的病理变化,亦被称为“肠道菌群失调”,是 CRC 和 HCC 的共同特征。然而,原发性结直肠癌和 HCC 分别在肠和肝中发展为独特的肿瘤。在动物模型中已经很好地研究了肠道菌群组成与 CRC 和 HCC 之间的联系。有三种类型的肠道菌群失调:1)有益共生细菌的丧失;2)致病菌风度的增加以及;3)整体微生物多样性的丧失。这些类别通常同时出现。

     
HCC和CRC进展

肿瘤由成纤维细胞、白细胞、内皮细胞和癌细胞等多种细胞组成,这些细胞共同构成肿瘤微环境(TME)。在这种 TME 中,不同类型的细胞可以相互发出信号。最近的研究表明,癌细胞是 TME 的“组织者”,是细胞信号的主要来源,负责 TME 的诱导和最终形成。在肝脏中,肝星状细胞(HSC)、Kupffer 细胞(肝巨噬细胞,KC)、隐窝细胞、树突状细胞、自然杀伤 T 细胞(NKT)以及肝窦内皮细胞(LSEC)等细胞形成肝细胞/肝癌肿瘤细胞的周围环境或基质。

肝癌发生发展涉及慢性肝细胞死亡、炎症和肝组织修复等多个阶段。非病毒性肝癌发生发展过程中,由于高脂饮食、酒精摄入和/或次级胆汁酸(如脱氧胆酸)加,会诱发慢性肝病(chronic liver disease,CLD)相关的肠黏膜屏障功能障碍,使得肠道细菌有机会进入肝脏。与此同时,肠道细菌来源的成分,包括革兰氏阴性菌产生的脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)和革兰氏阳性菌产生的脂磷壁酸(lipoteichoic acid,LTA),会通过通透性增加的肠壁进入循环系统从而发生易位,此外,它们会结合并激活肝脏 Toll 样受体(toll-like receptor-4,TLR-4)。被激活的 TLR-4 会进一步触发核因子(nuclear factor-kappa-B,NF-κB)炎性信号通路,诱导炎性细胞因子 IL-1β 和 IL-18 产生与释放。合并有肝硬化或非酒精性脂肪肝性肝炎(non-alcoholic steatohepatitis,NASH)的 HCC 通常与 LPS/LTA-TLR-4 信号通路持续性激活有关。除了肠道菌本身的成分外,其通过 7α-脱羟基酶转化肠道内初级胆汁酸产生的次级胆汁酸脱氧胆酸(DCA)水平升高也与 NASH 型 HCC 高度相关。此外,炎症相关信号通路 JNK / p38→NF-κB→IL-18/1β→肝星状细胞(HSC)的激活会导致 ROS 升高,诱发肝脏细胞纤维化,该通路不仅可以被过量的肝脏脂质蓄积引起的脂质毒性激活,在 NASH 中还能被 DCA 介导的 DNA 损伤激活。据文献报道,NASH 与线粒体功能障碍密切相关,肝细胞中脂质过度蓄积会过度激活过氧化物酶体增殖物激活受体(peroxisome proliferator activated receptors,PPARs),从而引起 ROS 水平升高,并伴随氧化应激增加、细胞死亡和 HSC 纤维化。与此同时,线粒体来源的 ROS 也可以诱导炎性细胞因子如 TGF-β、TNF-α 和 IL-6 的产生。另外一种与 NASH 和肝脏炎症相关的肠道菌群代谢物-三甲胺(trimethylamine,TMA),随血液循环进入肝脏后转化为氧化三甲胺(trimethylamine oxide,TMAO),后者具有促炎特性,可以致肝细胞损伤与肝脏脂肪变性,从而增加患肝癌风险。

病毒相关肝癌始于乙型(hepatitis B,HBV)或丙型(hepatitis C,HCV)肝炎病毒感染引起的急性免疫反应介导的肝细胞损伤。首先,病毒感染引起肝细胞坏死并释放相关细胞因子进而通过旁分泌激活 HSC。其次,活化 Kupffer 细胞(KC)和白细胞弥漫性浸润进一步刺激 HSC 转变为纤维原性成纤维细胞,后者释放细胞因子以刺激包括胶原蛋白 I、III、层粘连蛋白和纤维连接蛋白在内的细胞外基质(extracellular matrix,ECM)大量产生,从而打破 ECM 代谢平衡,发生纤维化。有文献报道,HSC 也有助于 TME 的形成。活化的 HSC 进入衰老阶段后成为衰老相关的分泌表型(senescence-associated secretory phenotype,SASP),分泌促肿瘤细胞因子(IL-6,IL-8)、趋化因子和蛋白酶(基质金属蛋白酶,MMPs),进一步重塑 ECM 并诱导炎症的发生。

Kuppffer 细胞(KC)是肝血窦内的星状巨噬细胞,可通过吞噬作用以损伤相关分子模式(damage-associated molecular patterns,DAMPs)的形式去除微生物碎片,这些微生物碎片主要来源于受损的肝细胞和微生物相关模式(microbial associated patterns,MAMPs),例如 LPS 和血液中的细菌。当 KC 被炎性细胞因子激活时,会进一步分泌大量的炎性细胞因子和趋化因子,影响 HSC 的激活并通过招募其他类型白细胞共同调控免疫反应。此外,KC 可通过对 T 细胞、B 细胞和 NK-T 细胞的免疫调节作用进行炎症的修复。因此,纤维化发生与炎症消退之间的失衡会导致愈发加重的纤维化甚至肝硬化,最终诱发肝癌。图 1 总结了从炎症到慢性肝病到肝癌的发生发展背后涉及的分子机制。

图1:肝细胞肿瘤形成分子机制

慢性肝病向肝癌的转化始于 HBV、HCV 感染或者 TMAO、次级胆汁酸(如脱氧胆酸)等毒性分子所致的肝脏损伤。最初的损伤会诱发肝细胞死亡,并伴随 KC 和 HSC 的大量激活,释放促炎症细胞因子,最终导致肝脏损伤-修复失衡。肠道菌群代谢产物如 LPS、LTA 随着血液循环进入肝脏后,可以激活  TLR4 相关炎症通路。此外,KC 和 HSC 的激活还会促使生长因子如 PDGF、VEGF、FGF2 大量产生,进一步启动肝细胞增殖与血管生成过程。TGFβ 和 MMPs 的增加共同作用于增加 ECM 的产生,而 COX2 和 PGE2 水平的增加调节免疫系统,从而创造免疫抑制环境来保护 HCC 肿瘤。图右上角列出了导致纤维化/肝硬化增加的主要炎症途径。

CRC 的发生发展与 HCC 相类似,往往是多病因、多阶段、多环节参与的复杂过程。结肠黏膜在慢性炎症和修复循环往复的过程中从正常上皮到腺瘤及癌变需要经历数年时间。CRC 有两种主要类型-散发型(sporadic colorectal cancer,SCRC)和结肠炎型(colitis-associated colorectal cancer,CCRC),二者在组织学特征以及时序性细胞突变上存在显著差异。图 2 总结了 SCRC 和 CCRC 之间的差异性与相似性。与 CLD 致病原因相似,结肠炎通常是由细菌或病毒等感染引发,而感染又会触发免疫应答,从而诱导炎症反应的发生,最终形成一个长期反复的黏膜溃疡-再上皮化的恶行循环,并伴随着非整倍体细胞的异常形成与增殖。在肠道中,肿瘤相关的骨髓细胞会分泌 IL-23,影响 Th17 细胞的极化及随后的细胞因子 IL-17A、IL-21、TNF-α 和 IL-6 的产生,这些分子进一步为 CRC 发生发展提供促肿瘤炎症反应环境。据文献报道,IL-6 可以激活信号转导和转录因子 3(signal transducer and activator of transcription-3,STAT3)信号通路,进而促进肿瘤生长和抗肿瘤免疫。此外,IL-6 还能通过激活 NF-κB 信号通路,维持炎症反应并诱发肿瘤。上述报道与肿瘤干细胞中发现的高水平磷酸化 STAT3 和 NF-kB 结果相一致。

图2:SCRC与CCRC的肿瘤形成过程

SCRC 始于腺瘤性结肠息肉病相关基因(adenomatous polyposis coli,APC)突变。与此同时,肠道黏膜慢性炎症反应会诱发染色体和微卫星不稳定性(microsatellite instability,MSI)、基因启动子区域超甲基化以及氧化应激反应,在此基础之上最终导致腺瘤的发生。因此,从腺瘤发展到癌通常的演进过程包括:早期(APC 基因突变)、进展期、晚期腺瘤、腺癌(抑癌基因 p53 缺失)。而 CCRC 的发展过程则和 SCRC 不同,其各个阶段包括肠炎无异型增生(p53 基因缺失)、不确定异型增生、低度异型增生、高度异型增生、癌变。

肠道内寄居着数以亿计的共生菌以维持肠道乃至机体的代谢平衡,近些年研究发现,许多肠道菌与 CRC 的发生发展高度相关。CRC 早期阶段的菌群结构特征是产抗炎性短链脂肪酸(SCFAs)的一类共生细菌(如乳酸杆菌、双歧杆菌和梭状芽孢杆菌)丰度降低,且与肠上皮损伤标志物(如氧化二胺,D-乳酸和 LPS)呈显著负相关。此外,有研究表明具核梭杆菌(Fusobacterium nucleatum)和大肠杆菌(Escherichia coli pks+)与氧化二胺、D-乳酸、LPS 等代谢物之间呈正相关。

具核梭杆菌上的黏附素 FadA 可与 CRC 肿胞表面的 E-钙黏附蛋白(E-cadherin)结合,并激活 Wnt/β-catenin 信号通路。此外,具核梭杆菌可以通过另一种黏附素 Fap2 与 NK 细胞的抑制性 T 细胞表面受体结合。Fap2 还可通过与 CRC 细胞表面标志物——二糖基序半乳糖 N-乙酰-D-半乳糖胺(Gal-GalNAc)结合促进具核梭杆菌与 CRC 细胞结合。最近有研究发现, CRC 患者进行化疗(奥沙利铂)后,具核梭杆菌通过 CRC 细胞表面的 TLR4 受体触发细胞自噬。产肠毒素脆弱拟杆菌(enterotoxic Bacteroides fragilis,ETBF),一种肠道炎症致病菌,可以寄居在结直肠腺瘤和 CRC 瘤体的表面。另一项研究在人 CRC 组织中鉴定出了携带 pks(polyketide synthase)毒力基因岛的大肠杆菌,其产生的基因毒素 colibactin 可诱发结肠上皮细胞发生基因突变,从而促进 CRC 的发生。值得强调的是,许多尚未被发现和明确鉴定的肠道细菌也可能在 CRC 的发生发展过程中扮演着一定的角色。

值得深入研究的一个重要课题是了解在 CRC 和 HCC 的最终阶段的发病机制中,微生物群组成是否发生了变化以及发生了什么样的变化。下文将通过近些年的研究结果总结不同病因导致的 CRC 与 HCC 及其疾病不同阶段的肠道菌群变化特点。文献选择满足以下标准:①近五年内发表;②至少涉及两个阶段的比较;③对于 HCC 相关研究,需关注于单一病因;④临床研究;⑤菌群分析至少具体到属或者种水平。我们选择了一些符合上述入选标准且样本量较大的临床研究进行总结,结果以表格的形式进行呈现。

     
HCV中肠道菌群变化

我们对病毒性肝癌的讨论从病毒感染对肠道菌群的影响开始。一些研究表明,不仅是肝脏疾病的阶段,而且 HCV 感染的阶段都是肠道菌群组成变化的原因。HCV 感染后可将肝脏疾病状态分为四个阶段:1)血清丙氨酸氨基转移酶正常期(PNALT);2)慢性肝炎期(chronic hepatitis,CH);3)肝硬化期(liver cirrhosis, LC);4)肝癌期(hepatocellular carcinoma,HCC)。

Aly 等针对 6 名没有其他潜在疾病的慢性 HCV 感染 4 期患者以及来自同一地区的 8 名健康对照(healthy controls,HC)进行的粪便微生物组研究结果表明(表1),HCV 感染后患者的微生物丰富度和多样性显著降低,而多篇文献已报道菌群多样性降低提示存在慢性炎症。

健康对照中丰度较高的菌群大多是参与代谢植物多糖和纤维发酵相关细菌以及其他共生菌,如 Ruminococcus,Clostridium,Lachnospira和Bacteroides。Lachnospira,Butyricimonas 和 Clostridium,特别是那些 XIVa 和 IV 簇中的产乙酸和丁酸的细菌,其具有抗炎并促进结肠细胞功能恢复的作用。Bifidobacterium 和 Bacteroides 具有胆盐水解的功能,可以将肠道结合型胆汁酸转化为非结合型胆汁酸后通过胆汁酸相关信号通路发挥其代谢调节作用。共生菌 Parabacteroides 通过次级胆汁酸介导的信号通路以及琥珀酸激活的肠道糖异生途径调节机体代谢。在 HCV-HCC 发展过程中增加的肠道菌群中,Prevotella 和 Phascolarctobacteria 作为革兰氏阴性菌,产生 LPS 进而诱发炎症反应。与此同时,也有文献报道上述两种菌群可以发挥抗炎症的作用。产生相互矛盾的结论背后或许是由于肠道微环境以及菌群构成的不同所导致的。类似地,Veillonella 也同时具有促炎和抗炎作用。当在肠道中 Veillonella 与唾液链球菌菌株 1 共培养时可降低炎性细胞因子的产生,而与菌株 2 共培养时炎性细胞因子的产生比各自单独培养时显著增加。

研究表明,在 HCV 向 HCC 的进展过程中会出现一些抗炎菌,其中一部分还具有免疫调节作用。这是因为随着肿瘤发展,它需要适应周围环境才能生存,因此具有抗炎、免疫抑制特性的肿瘤微环境会为肿瘤的生长提供“肥沃的土壤”。

Heidrich 等研究(表 2)阐述了丙型肝炎病毒感染致肝硬化中肠道菌群变化,该研究纳入了 95 例慢性 HCV 患者【57 例无肝硬化患者(NCIR);38 例肝硬化患者(CIR)】和 50 例健康对照(HC)。结果显示,从 HC 到 NCIR 再到 CIR,微生物多样性逐渐降低。此外,一个很重要的发现是病毒感染会引起肠道菌发生与 CLD 无关的特异性的改变。在 3A 模式中,Citrobacter 和 Pediococcus 在疾病尚未表现时丰度极低,而 Clostridium secnsustricto 丰度在 HC 到 NCIR 发展过程中不断升高,但从 NCIR 到 CIR 时其丰度未表现出明显变化。3B 模式由四个菌构成,在从 CLD 向纤维化转化过程中,其丰度大幅降低。1A 模式中,Streptococcus 和 Veillonella 丰度随着疾病的进展不断上升,并基于不同 Streptococcus 菌株表现出促炎或抗炎作用。Lactobacillus 通常被认为是对健康有益的菌种,但其可以通过胆盐水解酶代谢产生非结合型初级胆汁酸,后者通过激活肠道法尼醇X受体(farnesoid X receptor,FXR)抑制肝脏胆汁酸合成并增加次级胆汁酸如肝毒性 DCA 的合成。1B 模式主要包含梭菌属,随着疾病的进展,它们的减少可能意味着有益共生细菌的丧失。2A 模式包括了两种有益菌属——Akkermansia 和 Bifidobacterium,其在 NCIR 阶段中丰度有所降低,但在 CIR 状态下反而上升。它们在 NCIR 中的降低和 CIR 中的复苏可能是由于这两个属中任何一个属的特定物种的突变或机会性过度生长导致的,因此,为了充分理解这些数据,需要在物种水平上进行分类。

总体来说,HCV 感染本身可以引起促炎柠檬酸杆菌属(Citrobacter)增多、梭状芽胞杆菌(Clostridia spp.)降低,这也为肠道菌向肝脏易位创造了条件。在纤维化的 NCIR 阶段中,梭菌属(Clostridium)进一步减少,促炎相关菌属大量增加,加重了肠道和肝脏的炎症环境,而 CIR 阶段则向促炎方向进一步发展。

Inoue 等(表 3)针对丙型肝炎感染不同阶段肠道菌群组成变化展开研究,该研究纳入 23 例 HC(健康组),18 例 PNALT(丙氨酸转氨酶维持正常水平),84 例 CH(慢性肝炎),40 例 LC(肝硬化)和 24 例 HCC(肝癌)患者。结果显示肝癌患者肠道微生物多样性显著下降,并随着疾病进展不断降低(HCC< LC < CH < PNALT << HC)。此外,PNALT 与 CH 组梭状芽孢杆菌属(Clostridium)、瘤胃球菌属(Ruminococcus)和链霉菌科(Lachnospiraceae)丰度显著降低,而这些菌都是可以产生短链脂肪酸(SCFA)的共生菌,特别是丁酸作为一种 SCFA 可以调节调节性 T 细胞(Treg cell)的分化。上述结果表明疾病状态下肠道对炎症控制能力大大减弱。此外,SCFA 还可作为结肠上皮细胞的营养物质来源,调节肠道 pH 值,其减少时会导致粪便中 pH 和氨水平的升高。值得注意的是,此项研究中了发现一种产尿素酶的链球菌(Streptococcus),其在疾病状态下过度生长,有文献报道此菌与 LC 病人中出现的轻微肝性脑病(MHE)密切相关。链球菌也被报道下调先天免疫系统,由于它是在肝癌中观察到的最主要的微生物变化,因此可能有助于肿瘤的生存和 TME 的调节。在本节讨论的第二项研究中也观察到了其丰度的增加。研究还发现产丁酸 Fusicatenibacter 菌属水平随着疾病进展其丰度出现动态变化,即先上升随后下降。在这项研究中,这些生物体的炎症状态在疾病的各个阶段,其倍数变化保持不变。

     
HBV肠道菌群变化

Wang 等(表 4)对在肝损害和机体代谢异常发生之前的早期慢性乙型肝炎(CHB)患者粪便进行菌群分析,以确定肠道失调是否在肝病发生之前就已经出现以及是否导致了肝脏疾病的发生发展。CHB 患者中丰度降低的菌群伴随着肠道内 SCFA 和抗菌肽减少,而 CHB 患者中丰度增加的菌群与其临床检验指标和血清代谢物(如胆固醇、L-天冬氨酸、L-酪氨酸、L-苯丙氨酸、辛酸和 1-萘酚)的积累紧密相关。其中芳香族氨基酸(如 L-苯丙氨酸和 L-酪氨酸)过度蓄积可能会影响大脑功能,且与肝性脑病发生发展密切相关。值得注意的是,HCV-HCC 中 Veillonella 和 Streptococcus  亦成对出现,且梭状芽孢菌属的 Lachnospiraceae 丰度显著增加,后者的特定种属与糖尿病的发展之间存在相关性。这突显出进行深入分类的重要性。此外,放线菌(Actinomyces)作为条件致病菌尤其是在免疫功能障碍患者中会诱发炎症反应。总体来看,乙型肝炎病毒感染会触发肠道炎症反应,致使肠道菌群发生结构性改变。

Zeng 等(表 5)纳入 15 例 HC 患者、21 例 CHB 患者、25 例 LC 患者和 21 例 HCC 患者进行肠道菌群组成分析,与之前研究结果不同的是:1)双歧杆菌在所有阶段均减少,但在 HCC 中减少程度有所降低;2)发现 Dorea(一种促炎细菌)随 CLD 的进展而增加;3)粪球菌属(Coprococcus)(一种促炎细菌)在 CHB 和 LC 患者中增加,在 HCC 患者中降低;4)罗斯氏菌属(Roseburia),其可以通过降解饮食中的 β-甘露聚糖与其它有益菌共生,在疾病发展过程中逐渐降低。

     
HBV和非肝炎病毒相关HCC中肠道菌群变化

如前所述,超过 70%的肝癌源于肝炎病毒感染。Liu 等(表6)分别对肝炎病毒与非病毒诱发的 HCC 相关肠道菌群组成变化进行分析,结果显示两种病因引发的肝炎和肝硬化病理变化相似但肠道菌群组成各异。二者的细菌相对丰度之间的一些显著差异见表 6。产内毒素的促炎菌埃希氏杆菌属(Escherichia)-志贺氏菌属(Shigella)、肠球菌(Enterococcus)和变形杆菌(Proteus)丰度在非病毒性 HCC 中升高,但在 HBV-HCC 中降低。与 HBV-HCC 相比,非病毒性 HCC 患者肠道 Firmicutes 门中多种诱发炎症的菌群显著减少。整体来说,相对于 HBV-HCC,非病毒性 HCC 肠道菌群结构显示出更强的促炎特性,表明非病毒性 HCC 的肿瘤微环境可能略有不同。导致这种差异的原因可能是非病毒性 HCC 始于慢性炎症,病毒性 HCC 则始于剧烈的免疫反应,二者的始动环节病理免疫环境截然不同。

Xie(表 7)等利用 HCC 小鼠模型探讨了胆汁酸组成与非病毒性肝病不同阶段的关联,以通过检测胆汁酸变化评估肠道菌群对肿瘤微环境的影响。这是所选取的唯一一个以小鼠为中心的研究,因为它含有肝病不同阶段的肠道菌群属水平的数据。在这项研究中,使用高脂饮食(HFD)和链脲佐菌素(streptozotocin)联合诱导小鼠发生 HCC,在肝脏疾病每个阶段(脂肪变性、纤维化、肝硬化和肝癌)进行肝、粪便胆汁酸分析及粪便菌群分析。从数据中发现了一些之前研究中从未报道过的菌属,例如 Delsulfovibrio、Parasutterella、Barnsiella 和 Odoribacter。研究还发现,与疾病进展呈负相关的菌群倾向于降低肝脏中促炎胆汁酸,而与疾病进展呈正相关的菌群则倾向于增加肝脏中的毒性胆汁酸。(原文这里还有一句,但看不懂,删除此句不影响文意)因此,通过胆汁酸水平的变化可以更好的帮我们以一种非侵入性的方式了解 TME 的炎症状态。

到目前为止,与疾病进展密切相关的菌群组成变化一直作为关注的重点,随着疾病的发生发展,菌群结构也相应的发生动态变化。其共性是不同疾病中肠道菌群的改变皆始于抗炎症菌群的急剧减少,在从早期病毒感染进展到纤维化的过程中,促炎症菌群逐渐占据主导位置。与此同时,菌群所诱导产生的剧烈炎症反应使疾病向肝硬化方向发展。促炎环境与抗炎环境之间的进一步失衡促使机体形成有利于肿瘤生长的微环境稳态,最终导致肝癌的发生。

     
CRC中肠道菌群变化

CRC 中肠道菌群结构改变可分为三种不同的模式。第一种模式,从 0 期到进展期阶段,一些促炎细菌,如Fusobacterium nucleatum、Peptostreptococcus anaerobius、Peptostreptococcus stomatis 等丰度不断升高。在结直肠癌 Ⅰ/Ⅱ 期和 Ⅲ/Ⅳ 期中,主要为 Parvimonas micra.、P. anaerobius、P. stomatis 和 P. micra,而肿瘤切除术后其水平有所降低,这也表明上述菌种可能只是适应了癌症微环境但并不参与肿瘤形成。第二种模式,在多发性息肉状腺瘤 0 期中,Atopobium parvulum 和 Actinomyces odontolyticus 等菌群丰度明显上升,但在进展期及晚期则没有增加。第三种模式,抗炎微生物或某些益生菌,例如产丁酸盐菌(Lachnospira multipara 和Eubacterium eligens)和长双歧杆菌(Bifidobacterium longum),随着 CRC 的进展而不断降低。与 HCC 结果相似,在 CRC 的不同阶段,肠道菌群组成变化也不尽相同。

Feng 等(表 8)对 55 例 HC 患者、42 例晚期腺瘤患者和 41 例癌症患者进行粪便宏基因组测序,结果发现,一些与 CLD 和 HCC 高度相关的肠道菌,例如Thetaiotaomicron、Difficile、Oscillibacter、Ovatus、Methanobrevibacter 和 Porphyromonas 等条件致病菌,也和 IBD、IBS、溃疡性结肠炎和 CRC 发生发展密切相关。其他条件致病菌,例如 Parvimonas 和 Dialister 与口腔感染及肝脓肿有关。此外,研究表明Coprococcus、Holdemania、Xylanisolvens 和 Acidominococcus 可以消耗利用肠道内膳食纤维,因此被认为是共生菌。梭状芽胞杆菌属成员 Marvinbryantia  可利用纤维素和甲基纤维素,并促进琥珀酸产生。综上,尽管 CRC 肠道内存在少量抗炎微生物,但相对于腺瘤阶段,CRC 菌群整体是相对促炎的。此外,CRC 与 HCC 中各自发生改变的肠道菌群不尽相同,这说明 CRC 与 HCC 各自形成的肿瘤微环境也存在差异。

Zhang 等(表 9)对 130 例 CRC 患者、88 例晚期腺瘤患者、62 例息肉患者、130 例 HC 患者进行粪便宏基因组测序,此研究中菌群分类具体到了属或者种水平。结果显示,与此前数据相比,基于种水平进行菌群分析得到的结论是,向 CRC 发展的各阶段肠道炎症都是显著增加的,而在肿瘤阶段几乎没有任何缓解趋势。

针对 HCV-HCC、HBV-HCC、非病毒感染 HCC、CRC 相关菌群进行整理(表 10),可以看出与 CRC 疾病相关菌属要远多于 HCC。此外,三种不同类型的 HCC 之间,其肠道菌群的变化存在显著差异,并且 CRC 和 HCC 之间存在某些共有微生物。而不同癌症之间,某些菌群的变化趋势存在相反现象。越来越多的证据表明,CRC 与 HCC 在各自的肠道菌群驱动的疾病进展和维持方面显著不同。然而,不能排除与这两种癌症相关的不同微生物群之间存在一些功能冗余。

     
小结

本综述探讨了各种类型 HCC 以及 HCC 和 CRC 之间肿瘤微环境的相似性与差异性。如果我们用肠道菌群与宿主共代谢这一想法来看肠道菌群与肿瘤之间的关系,或许可以将肠道菌群视为肿瘤的“生命之源”。因此,通过阻断肿瘤周围组织的血液供应来“饿死肿瘤”的思路或许用于同样适用于肠道菌群。如果肠道菌群通过向肿瘤组织提供营养物质、调节局部免疫反应的方式重塑肿瘤微环境的话,或许可以通过改变肠道菌群结构进而调控肿瘤微环境,以达到治疗效果。从表 10 汇总的数据来看,三种不同病因介导的 HCC 在 TME 上可能也存在显著差异。尽管我们只选择了一些孤立的研究进行讨论,但其中的一致性也印证了我们的观点。例如,相对于 HBV-HCC,链球菌(Streptococcus)在 HCV-HCC 中过度生长更加明显。与病毒性 HCC 相比,非病毒性 HCC 的促炎作用也稍强一些,这可能是因为非病毒性 HCC 由失衡所导致的“稳态”炎症发展而来,这种失衡恰好引起了 IBD 或代谢综合征。此外,必须强调的是,当前还需要更多相关研究数据以理清肠道菌群改变与疾病病因和/或疾病发展不同阶段之间的关系。由于不同实验室样本来源、菌群测序深度、采样技术的不同而导致最终实验结果的差异性也同样值得我们关注。然而,通过控制肠道菌群来杀死肿瘤的能力无疑是值得研究的。

本综述也存在不足之处,例如粪便肠道菌群组成其实不能完全反映肿瘤微环境,相比之下,解析肿瘤组织中的微生物谱可能更为合适。Yu 等通过分析腺瘤、腺瘤旁、癌及癌旁肠壁黏膜中的微生物构成后发现,鉴定到的 Bacteroides fragilis、Gemella、Parvimonas、Peptostreptococcus 和 Granulicatella 与 CRC 的发生发展密切相关。另一项研究表明结肠粘膜微生物随 CRC 的进展而改变,从 Ⅰ 期到 Ⅳ 期,Bacteroidetes、Firmicutes 和 Fusobacteria 的丰度有增加的趋势,Proteobacteria 则呈现降低的趋势。此外,对于肝脏疾病来说,酒精诱导的肝病小鼠模型实验表明,肠道细菌向肝脏易位可能与远端胃肠道的菌群变化有关。

表1:正常健康对照(HC)与 HCV-HCC 四期病人肠道菌群属水平差异性分析

表2:HC、NCIR、CIR 三组基于菌群相对丰度变化分为 6 种模式(属水平)

表3:HCV感染后不同阶段肠道菌属水平丰度变化(基于饼图估计其丰度倍数差异)

表4:早期CHB病人较正常对照发生改变的肠道菌群(属水平)

表5:CHB、LC、HCC病人较HC相比肠道菌群属水平变化

表6:相对于正常对照组,HBV-HCC、非病毒性HCC中差异菌群(丰度前35)变化

表7:HFD-STZ共同诱导HCC小鼠模型与HC相比,肠道菌群丰度与肝脏、粪便胆汁酸关联分析

表8:与正常对照相比,晚期腺瘤和CRC中肠道菌群相对丰度变化

表9:CRC各阶段肠道差异菌种丰度与正常对照比值分析

表10:HCV-HCC、HBV-HCC、非病毒性HCC与CRC患者相比肠道菌群(属水平)变化汇总

(翻译全文结束,参考文献请见综述原文,可点击“Gut microbiota alterations are distinct for primary colorectal cancer and hepatocellular carcinoma”跳转至论文页面获取。)

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