感染、炎症与肿瘤的发生

朱元民，刘玉兰

北京大学人民医院消化内科，北京 100044

恶性肿瘤的发病率在世界范围内越来越高，对人类健康及生命的威胁也愈加严重，2008年全球癌症新发病例约为1270万，癌症死亡例数为760万，预计全世界癌症死亡人数将继续上升，到2030年将超过1100万;另一方面，恶性肿瘤的发生是一个漫长的过程，可防可控，因而世界卫生组织在2006年正式将肿瘤列入慢性病的范畴。近年来的研究证明，感染、炎症与一些肿瘤的发病有着密切的关系。一些病毒、细菌和支原体等在机体的慢性感染可以促进肿瘤的发生，如人乳头状瘤病毒(HPV)与子宫颈癌、乙型肝炎病毒(HBV)与肝癌、幽门螺杆菌(H.pylori)与胃癌的发病均密切相关。全球新发肿瘤患者中约17%是由感染因素所致，在发展中国家这一比例更高，达26%，在发达国家的比例则更低，为7.2%［1］。胃癌、肝癌、宫颈癌等感染相关性癌在我国均是发病率较高的恶性肿瘤，尤其胃癌及肝癌高居我国恶性肿瘤的发病率前3位，因而重视感染因素在恶性肿瘤的发病中的作用，对恶性肿瘤的预防、诊断及治疗等方面均有重要意义。

1 感染、炎症与肿瘤的发生机制

HPV、HBV、H.pylori等致病原在人群中都有较高的感染率，在人体相关组织中长期存在，可在局部形成慢性炎症，引起临床或亚临床表现。慢性炎症可以促进癌症的发生和发展，并参与癌症的发生、生长和转移的各个病理过程。早在两千年前古人就怀疑炎症和肿瘤相关，此后不断进行着观察和研究，目前感染、炎症可以导致肿瘤发生已找到大量的动物实验及临床研究的证据，如与炎症因素相关的结肠癌称之为炎症相关性结肠癌(colitis-assocated cancer，CAC)，并建立了一些成熟的动物模型，也已发现一些炎症促进肿瘤的传导途径和关键分子，如核转录因子κB(nuclear transcription factor kappa B，NF-κB)及其活化激酶(IKK)系统、信号转导子与转录激活子3(signal transducen and activator of transcription，STAT3)等系统。一般认为炎症对肿瘤发生的影响主要与炎症局部细胞释放细胞因子和氧化游离基产生过多有关，还与炎症诱发的基因变异及免疫抑制等有关。

1.1 炎症相关细胞因子与肿瘤发生的关系 感染可激活和募集大量白细胞，如中性粒细胞、单核细胞、嗜酸性粒细胞、树突状细胞、肥大细胞等，聚集在感染部位，分泌各种细胞因子，包括炎症因子、趋化因子、黏附分子、生长因子等，如白细胞介素-6因子(IL-6)、IL-10、肿瘤坏死因子α(TNF-α)、血小板源性生长因子(PDGF)、表皮生长因子(EGF)、成纤维细胞生长因子(FGF)、血管内皮生长因子(VEGF)、活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)、活性氮簇(reactive nitrogen species，RNS)及花生酸类等物质，一起组成新的炎症环境，另外炎细胞也可分泌蛋白溶解酶，这些炎症介质可在肿瘤的发生、发展过程中起重要作用，并刺激肿瘤细胞生长，血管和淋巴管生成以及肿瘤的浸润转移。

细胞因子对炎症的影响既可表现为促炎作用(pro-inflammation)，也可表现为抗炎作用(anti-inflammation)，促炎作用的细胞因子如 IL-1、IL-8、IL-6、TNF-α、免疫反应性纤维结合素γ(IFN-γ)、集落刺激因子(CSF)、巨噬细胞游走抑制因子(MIF)等;抗炎的细胞因子如IL-10、IL-13等。慢性炎症过程中由于促炎的细胞因子和抗炎的细胞因子比例失衡，从而始发或增强肿瘤的生长。肿瘤相关巨噬细胞(tumor-associated macrophage，TAM)在涉及的炎症细胞中所占比例最大(可占炎症细胞的50%)，作用最为显著。巨噬细胞能分泌乳脂球表皮生长因子-8(milk fat globule EGF factor VIII，MFG-E8)，通过激活 STAT3，介导癌症干细胞的Sonic Hedgehog信号通路，导致细胞异常增殖和凋亡障碍，促进肿瘤的形成和发展。在局部肿瘤MIF的多态性与慢性炎症的严重程度相关，是连接炎症和肿瘤的重要介质，MIF可抑制巨噬细胞游走，促进巨噬细胞在炎症局部浸润、增生、激活并分泌TNF-α、IL-1、IL-8等细胞因子，与TNF-α协同诱导巨噬细胞产生一氧化氮(NO)，加重 DNA的损伤;还可通过启动ERK1/ERK2磷酸化等级联事件引起NF-κB的激活、环氧化酶-2(COX-2)和一氧化氮合成酶(NOS2)的增加、依赖或非依赖P53对凋亡的抑制。在促炎作用的细胞因子当中，TNF-α是影响肿瘤发生的关键细胞因子。TNF-α和其他炎症相关细胞因子能通过激活NF-κB信号，促进细胞生长，抑制细胞凋亡。环氧化酶是花生四烯酸转变为前列腺素(PG)的限速酶，包括COX-1和COX-2两种亚型。COX-1在体内多种组织中表达，而COX-2在生理状态下处于低表达状态，在炎症状况下呈高表达状态，增强肿瘤生成并激活Wnt通路。IL-10能抑制抗原递呈DC诱导调节T细胞，削弱细胞毒性T细胞对肿瘤细胞的杀伤免疫。VEGF对肿瘤细胞的增生、生存、转移起重要作用，也是肿瘤形成不可缺少的一个方面。

1.2 炎症相关ROS及RNS与癌基因 在慢性感染过程中，中性粒细胞和其他炎症细胞可产生大量的ROS及RNS用于对抗感染，ROS和RNS引起细胞内大分子尤其是DNA分子的损伤，其主要变化为DNA链断裂和碱基突变，导致抑癌基因突变以及与细胞凋亡、DNA修复、细胞周期关卡等细胞基本进程相关的蛋白翻译后修饰，活性簇的自由基类型、半衰期以及与靶标的趋近性决定损伤的程度和特异性。炎症过程中产生大量的炎性细胞因子导致的DNA突变、染色体的不稳定性、癌基因的激活和抑癌基因的灭活，在肿瘤的发生、发展中也起着至关重要的作用。在游离基方面，许多代谢过程中形成的氧化基团对肿瘤的发生也有影响，这些游离基对蛋白质、脂质膜和DNA均有不利的影响。NO可与超氧化物作用产生超氧化亚硝酸，它可引起组织损伤和基因突变。在慢性炎症产生的大量ROS及T细胞、巨噬细胞分泌的前炎性细胞因子－巨噬细胞游走抑制因子极大地抑制P53基因的功能，尤其是MIF通过自分泌方式，在花生四烯酸、环氧合酶(COX-2)同时表达的情况下通过抑制P53基因功能，使其丧失细胞周期关卡的作用，促使正常细胞向恶性细胞转化，同时也导致DNA氧化损伤(包括点突变、缺失、基因重排等)，破坏DNA修复及癌症倾向的翻译后修改，这种损伤被巨噬细胞及T淋巴细胞分泌MIF加强。有DNA损伤或发生了基因突变的增殖细胞在富含炎症细胞和多种生物因子的微环境中细胞凋亡减少，失控性增殖，持续血管生成，修复程序混乱，最终癌变。

1.3 细菌分泌遗传毒性物质 一些体内常驻革兰氏阴性细菌如埃希氏大肠杆菌(Escherichia coli，E.coli)等可以产生遗传毒性物质，如细胞致死膨胀性毒素(cytolethal distending toxin)以及Colibactin等，能够分泌这些遗传毒性物质的细菌定植于局部组织，如结肠黏膜，机体细胞长期接触遗传毒性物质，可以导致DNA损伤，并导致中毒细胞修复及细胞周期的停滞，不可逆的DNA损伤导致细胞凋亡或衰老，导致癌变的发生。细菌分泌遗传毒性物质致癌的机制目前主要在结肠癌的发病过程中受到重视，并得到一些动物实验的证据。

1.4 其他炎症相关机制 表观遗传学的改变也在感染相关癌变中发挥重要作用，炎症中失调的miRNA表达与转录因子及肿瘤发生间也存在着复杂关系。大量研究也发现在微生物感染中慢性炎症与超甲基化也存在密切联系。感染的过程尤其是消化道感染常常有固有免疫系统的参与，慢性炎症通过免疫抑制导致免疫系统对肿瘤细胞无反应，这种免疫抑制也与Toll样受体等有关。

2 不同病原感染与肿瘤的发生

一些病毒感染与人类肿瘤的发生关系密切。如肝炎病毒与肝细胞癌，EB病毒(Epstein-Barr virus，EBV)与Burkitt淋巴瘤、鼻咽癌，人乳头瘤病毒(human papilloma virus，HPV)与宫颈癌有直接关联。另外，腺病毒、人类免疫缺陷病毒、多瘤病毒等亦与肿瘤发生有一定的关系。全球每年HPV感染可导致约555100例宫颈癌，其中80%以上出现在中低收入国家［1］。HPV感染不但与宫颈癌息息相关，也与其他生殖道肿瘤(如外阴癌、阴道癌、阴茎癌等)、头颈部肿瘤、直肠肿瘤的发生有着密切的关系。肝癌是我国恶性肿瘤发病率最高的恶性肿瘤之一，大多数的肝癌与乙型肝炎病毒及丙型肝炎病毒所导致的慢性肝炎相关。在HBV的高发地区，如我国大陆地区、香港、台湾以及韩国等HCC中60%～90%有HBV感染，而在日本及欧洲一些国家HCC患者中HCV感染占多数，可达50% ～70%。HCC的发生与HBV、HCV的载量、感染事件、基因型、环境因素(饮食和饮水中的黄曲霉素、藻毒素)、酗酒等有关。在人免疫缺陷病毒(HIV)感染者中卡波济肉瘤、B细胞淋巴瘤、何杰金病以及某些肿瘤发生率升高。艾滋病的主要发病机制是HIV特异性攻击人体内的CD+4T淋巴细胞，造成免疫系统功能进行性破坏，导致各种机会性感染和肿瘤的发生。

H.pylori已被世界卫生组织列为Ⅰ类致癌物［2］，但是也存在一些难以解释的现象，比如H.pylori在不同国家地区的感染率都相当高，但胃癌的发病率却相对很低，有人把这种现象称为“非洲谜团”(African E-nigma)［3］，据估计世界范围内约50%的人口感染有H.pylori，且通常情况下从婴幼儿或儿童期即可感染H.pylori，但仅有极少数人(约1/2000)发展至胃癌，而H.pylori感染者表现范围广泛，如轻度的亚临床炎症、溃疡病以及胃癌等，可以把H.pylori相关的胃癌称之为一个慢性感染性疾病，至于出现不同的临床表现及发展过程，可能与以下因素相关:(1)H.pylori不同的基因亚型具有不同程度的致病性;(2)机体针对H.pylori感染的免疫反应呈现Th2型，即由Th2细胞因子白介素(IL)-4，IL-10表达介导。如果针对H.pylori感染的免疫反应由Th1细胞因子如TNF-α以及IL-1β等介导则易出现慢性炎症，并逐渐发展至萎缩性胃炎及癌变。(3)饮食因素为H.pylori可通过慢性炎症及氧化应激等机制致癌，一些富含抗氧化物的食物如新鲜水果及蔬菜等可以降低胃癌的风险。(4)遗传易感性为H.pylori通过不同机制产生系列细胞因子引起慢性炎症，而不同机体编码释放细胞因子的基因多态性则使机体针对H.pylori产生的炎症出现不同的反应程度及类型，因而也出现不同的结果。

肠道菌群是一个十分复杂的生物种群，目前肠道能够检测出的细菌种类达到1000种以上，近来一些特定细菌的致病性以及在结肠黏膜造成慢性炎症，甚至与结肠肿瘤发生过程中的作用已越来越受到重视，如产肠毒素脆弱杆菌(enterotoxigenic bacteroides fragili，ETBF)、肝螺杆菌(Helicobacter hepaticus，H.hepaticus)及E.coli。脆弱杆菌是人体肠道常驻细菌，ETBF为其一种亚型，可分泌脆弱杆菌毒素，感染后可以导致腹泻等症状，也可以无症状定植于人体内。Wu等［4］的研究发现ETBF可以长期定植于小鼠肠道内，引起低度炎症，并显著增加了多发性肠道肿瘤(Min)小鼠模型中结肠肿瘤的发生率。Goodwin等［5］的研究发现ETBF感染可上调氧化精胺酶(Spermine oxidase，SMO)，后者可促进活性氧簇、DNA损伤等促进肿瘤发生，用SMO抑制剂治疗可抑制ETBF在Min小鼠模型中产生的炎症并显著减少结肠癌的数量。H.hepaticus也是一个被认为可以促进结肠癌发生的致病菌，H.hepaticus在感染BALB-RagMin小鼠中产生的结肠癌数量也显著多于未感染H.hepaticus的BALB-RagMin小鼠［6］。Erdman 等［7］的研究提示 H.hepaticus在重组激活基因-2缺失(Rag2-/-)小鼠感染可致结肠炎症及结肠癌的发生，其机制可能通过刺激产生肿瘤坏死因子TNF-α和NOS2的产生。E.coli是人体的常驻菌，至少可分成4个亚型:A、B1、B2、D，其中B2亚型部分携带一种保守的基因岛-“pks岛”，可产生一种多聚乙酰-肽的基因毒性物Colibactin。Arthur等［8］的研究发现，给予IL10-/-小鼠单一定植E.coli NC101可以显著促进Azoxymethane(AOM)诱导的浸润性癌的发生，给予敲除pks基因的E.coli NC101则发现在没有改变炎症程度的情况下AOM诱导的肿瘤多样性及浸润性明显下降。另一方面，pks+E.coli更普遍存在于炎症性肠病及结肠癌患者的肠道黏膜中。细胞实验中pks+E.coli与哺乳类上皮细胞共同培养，可导致上皮细胞DNA损伤，DNA修复不完全以及染色体变异等，说明B2亚型Escherichia coli可促进肿瘤的发生。值得注意的是B2亚型Escherichia coli在发达国家健康人粪便中检出率可高达30% ～50%，B2亚型Escherichia coli在人大肠癌的发病中的作用值得重视。Wang等［9］检测46个结肠癌患者粪便中的菌群结构，结果发现与健康人有显著差异，其中 Escherichia/Shigella、Klebsiella、Streptococcus和 Peptostreptococcus等机会致病菌数量增多，而产丁酸盐的细菌种类显著减少。肠道菌群紊乱、特异致病菌与结肠癌的发病关系的研究虽然只是初步阶段，但已经为结肠癌的早期发病机制展示了一个新的充满期待的领域。

3 感染相关肿瘤预防治疗新思路

肿瘤是慢性病，部分肿瘤的发病已经证明与细菌、病毒等致病原感染及其导致的慢性炎症过程相关。这一瘤变过程涉及的病原菌、炎症通路、基因突变等为肿瘤的预防诊治提供了新思路、新靶点。

幽门螺杆菌的根除治疗已经是胃癌高危患者的一个首选预防手段，也可使50% ～80%低度恶性的胃黏膜相关淋巴组织(MALT)淋巴瘤消退，许多学者主张胃MALT淋巴瘤一经确诊首先考虑H.pylori的根除治疗。1982年首种HBV疫苗已投入临床使用，目前已经用于针对HBV感染的一级预防:乙肝疫苗的计划免疫，重点对象是新生儿和未曾接种的儿童，可扩大至乙肝人群。二级预防:积极治疗慢性乙肝患者，对HBsAg携带者随访发现早期HCC患者。目前我国HBV感染率已低于8%，在一些城市人群中的发病率已呈下降趋势，通过降低HBV感染率以降低肝癌发病率的策略在我国已经露出胜利曙光。宫颈癌筛查能降低宫颈癌的发生，筛查方法直接影响筛查的效果。西方国家在2003年开始已将HPV检测列入30～35岁以上妇女宫颈癌筛查方案，从而提高了筛查的敏感性。对HPV易感人群注射宫颈癌疫苗，进行一级预防，才可能从根本上减少下一代人的发病，降低宫颈癌的发生。预防性HPV疫苗目前已经在发达国家推广，为宫颈癌的防治提供了新希望。

慢性炎症过程中多有 COX-2的高表达，服用NSAIDs可以极大减少癌症的发生，尤其是消化道癌症，同时还可以抑制肿瘤复发。在临床实验中使用COX-2特异性酶抑制剂可以显著降低结肠癌患病风险及复发率，并对于肺癌、食管癌、胃癌均有一定预防作用。炎症是肿瘤形成的重要微环境，在肿瘤的形成、发展过程中起重要的作用，临床上已经开始试验使用某些抗炎药物如趋化因子拮抗剂、糖皮质激素、非类固醇类抗炎药等辅助抗癌治疗。此外在“炎症促进肿瘤”过程中起到关键作用的细胞及细胞因子如肿瘤相关性巨噬细胞、TNF、NF-κB等都为将来肿瘤的治疗提供了新靶点。

结肠癌的发病率在我国正逐年上升，其早期发病机制虽然尚不十分明确，但肠道菌群紊乱以及特异致病菌的致癌作用已经受到重视，补充益生菌无论在动物实验或多中心临床试验中都得到了能够降低结肠癌发病的证据，随着研究的深入，针对致病相关细菌的思路无疑会为结肠癌的早期诊断、预防及治疗带来更多的新方法。

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