胃肠道微生态与胃癌关系的研究进展*

李 琳 张国新

南京医科大学第一附属医院消化科(210029)

人体微生态系统包括口腔、皮肤、泌尿、胃肠道四个微生态系统，其中胃肠道微生态平衡对人类健康起重要作用，这些微生物与宿主共生进化，在为宿主提供营养、抵抗病原菌入侵、调控上皮发育、指导先天性免疫等方面发挥重要作用，被称为人体不可缺少的“器官”[1-2]。研究[3]表明，胃肠道微生态在胃癌的发生、发展过程中起重要作用。胃癌是全球第二位致死性肿瘤[4]。近年来，胃癌在发达国家的发病率总体呈下降趋势[5]，然而在我国，胃癌病死率仍逐年上升[6]。明确胃癌的发病机制，对其治疗具有重要意义。目前已证实幽门螺杆菌(Hp)是引起胃癌发生的高危因素。此外，研究[7]显示，胃癌患者胃肠道中乳杆菌、韦荣球菌、链球菌、普雷沃菌数量增加，但这些菌种的变化在胃癌发生、发展过程中的作用有待研究。本文就胃肠道微生态与胃癌关系的研究进展作一综述。

一、胃肠道微生态的生物学功能

1. 胃肠道微生态的组成：人体胃肠道包含约30属1 000种细菌，数量为1014个，约为人体细胞数量的10倍[8]。与人体共生的微生物的基因总和称为元基因组，通过分析元基因组可确定胃肠道微生物群落的组成和功能，是认识胃肠道中复杂的微生物群落的重要途径[9]。胃肠道菌群大致分为三类，一类为与宿主共生的生理性细菌，以专性厌氧菌为主，具有营养与免疫调节作用；其次为与宿主共生的条件致病菌，以兼性需氧菌为主，在宿主抵抗力降低、过度使用广谱抗菌药物等因素下，该类细菌可成为优势菌群诱发疾病；另一类为病原菌，数量少，大多为过路菌，长期定植的机会少，一旦数量超出正常范围则可致病[10]。

2. 胃肠道微生态的生理作用：人体健康与胃肠道内菌群结构息息相关。胃肠道菌群在长期进化过程中，通过个体适应和自然选择，使菌群中不同种类间，菌群与宿主间，菌群、宿主与环境间，始终处于动态平衡状态，形成一个相互依存、相互制约的系统。正常菌群对宿主产生有益作用，主要表现为：①营养作用：合成多种维生素，如维生素K、B1、B2、B6等；利用蛋白质残渣合成必需氨基酸，如天冬氨酸、苯丙氨酸、缬氨酸、苏氨酸等；参与糖类和蛋白质的代谢；促进铁、镁、锌等矿物元素吸收[2]。②生物拮抗：定植于黏膜上皮细胞，产生定植抗力，并借助胃肠道黏膜屏障和胃肠道内杀菌物质以及免疫系统，共同防御外籍菌黏附和定植[1]。③免疫作用：促进肠道黏膜分泌IgA，分泌量超过人体免疫球蛋白总量的70%[11]；活化辅助型T细胞(Th)1、Th17，分泌大量炎性因子如干扰素-γ(IFN-γ)、白细胞介素-17(IL-17)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等作用于抗原呈递细胞，使其诱导大量炎性介质以及多种活性氧分泌，从而保护机体抵御致病菌攻击。

二、胃肠道微生态菌群的检测

传统检测胃肠道微生物菌群的方法主要是通过计算胃黏膜、胃液、肠内容物中的活菌克隆数量，从而对菌群进行定量分析，但该检测费时费力且易受外界因素的影响。近年来随着分子微生态研究的发展，相关技术的应用使胃肠道微生态菌群的检测水平得到显著提升。Monstein等[12]应用16S rDNA序列分析研究胃内微生物菌群，发现胃内除Hp外，还存在肠球菌属、假单胞菌属、链球菌属、葡萄球菌属、口腔球菌属。Huipeng等[13]运用聚合酶链反应-变性梯度凝胶电泳技术检测了结肠癌患者和健康人肠道菌群的构成，结果显示结肠癌患者肠道内菌群的多样性和丰度均低于正常人，而拟杆菌属比例明显增加，提示此种肠道菌群的变化可能与结肠癌的发生相关，但具体作用机制尚未明确。Lofgren等[14]的研究对转基因FVB/N胰岛素-胃泌素(INS-GAS)小鼠给予Hp灌胃建立胃肠道上皮内瘤变小鼠模型，收集胃肠道黏膜组织行焦磷酸测序，结果显示小鼠胃内拟杆菌比例降低，厚壁菌比例增加，而盲肠和结肠内菌群构成比例无明显改变，提示胃内菌群改变可能会促进胃酸缺乏的小鼠发生胃肠道上皮内瘤变。

三、胃肠道微生态在胃癌发生、发展中的作用

1. 胃肠道微生态在胃癌中的变化：Dicksved等[7]对比了消化不良患者和胃癌患者的胃内菌群，结果显示两者胃内菌群构成种类无明显差异，主要为五个细菌类群：厚壁菌门、变形菌门、放线菌门、拟杆菌门、梭杆菌门，然而胃癌患者胃内Hp数量相对较少，优势菌群主要由链球菌属、乳酸菌属、韦荣球菌属、普雷沃菌属构成，但这些菌种与胃癌的关系尚未明确，有待进一步研究。Sjöstedt等[15]的研究发现，胃癌患者胃内细菌数量增多，此可能与胃内pH值升高，为细菌生长提供了有利的微生态环境有关。细菌过度生长可导致胃内微生态平衡破坏，同时其代谢产物可损害胃黏膜，甚至诱发癌变。

2. Hp：Hp作为慢性活动性胃炎、消化性溃疡、胃黏膜相关淋巴样组织(MALT)淋巴瘤的主要诱发因子，世界卫生组织已将其列为Ⅰ类致癌因子[16]。Hp通过其毒力致病因子如空泡毒素相关蛋白A(VacA)、细胞毒素相关蛋白(CagA)、尿素酶、黏附因子、血型抗原结合黏附素基因、脂多糖以及感染后引起炎症和免疫反应等参与胃癌的发生、发展[17-18]。Lertpiriyapong 等[3]对Hp INS-GAS小鼠模型的研究发现，Hp定植胃黏膜可引起IL-11、转化生长因子-β(TGF-β)以及癌症相关基因表达升高，促进胃癌发展。Hayashi等[19]的研究显示，Hp分泌的CagA可通过上调c-myc、DNMT3B、EZH2表达，下调miR-26a、miR-101表达，使let-7表达下降，从而激活Ras通路，引起致癌基因Ras表达上升，参与胃癌的发生、发展。Cheng等[20]应用全基因组甲基化分析发现，在人Hp相关胃癌组织中，Hp可通过诱导 FoxD3甲基化，抑制细胞死亡调节因子CYFIP2、RARB 激活，从而促进胃癌细胞增殖和侵袭。

3. 乳酸杆菌：Lertpiriyapong等[3]的研究发现，在Hp INS-GAS小鼠模型中仅梭菌属、拟杆菌属、乳酸杆菌属三种菌群可加速Hp相关胃炎发展为上皮内瘤变，提示在促进胃癌发生的过程中菌群特异性的作用强于菌群多样性。Mahkonen等[21]应用乳酸杆菌、双歧杆菌刺激原发性人胃癌细胞AGS和转移性人胃癌细胞NCI-N87，并检测环氧合酶-1(COX-1)、COX-2、COX-1-IR 表达，结果显示乳酸杆菌刺激NCI-N87细胞后COX-1表达增加，而双歧杆菌刺激AGS、NCI-N87细胞后COX-1、COX-2、COX-1-IR表达无明显改变，提示乳酸杆菌可通过诱导具有细胞保护作用的COX-1产生，从而抑制转移性胃癌细胞生长。Weiss等[22]将C57BL/6小鼠来源的骨髓巨噬细胞与Hp、乳酸杆菌分别单独培养和共培养，发现Hp通过其毒力因子VacA抑制乳酸杆菌诱导IFN-β、IL-12的产生，进一步通过宏基因组分析发现，Hp和乳酸杆菌共培养细胞的P2rx2、Pdxp表达明显升高。其中，P2rx2为三磷酸腺苷(ATP)受体，与ATP结合介导神经元间的突触传递以及信号从神经元向平滑肌的传递。Pdxp基因编码5’-磷酸吡哆醇磷酸酶，可催化5’-磷酸吡哆醛和5’-磷酸吡哆醇去磷酸化生成吡哆醛和吡哆醇，促进维生素B6的合成。有研究[23]发现表达Pdxp基因的植株结瘤数量减少，结瘤时间推迟，竞争结瘤的能力下降，提示Pdxp表达升高可能具有抑癌效应。Osaki等[24]的研究发现，蒙古沙鼠胃内原籍微生物群可被Hp长期感染所破坏。Hp感染沙鼠的胃黏膜中乳酸杆菌、拟球梭菌、柔嫩梭菌数量增多，奇异菌数量减少，此种胃内微生态的变化可能对Hp感染具有抑制作用。目前关于Hp与乳酸杆菌在胃癌中相互作用的机制尚未明确，有待进一步研究。

4. 双歧杆菌、肠球菌、芽孢杆菌：陈旭等[25]通过提取双歧杆菌属两歧双歧杆菌细胞表面成分胞外多糖(EPS)，将3种不同浓度的EPS作用于人胃癌细胞BGC-823，发现EPS可通过延长G0/G1期抑制BGC-823细胞生长，且呈剂量和时间依赖关系，进一步研究发现EPS可抑制细胞内端粒酶逆转录酶(hTERT)表达，且随着EPS对细胞的抑制，细胞内Ca2+含量显著增加，提示EPS抑制BGC-823细胞生长可能与改变细胞端粒酶限速因子hTERT的表达和调节细胞内Ca2+浓度有关。Kuo等[26]对蒙古沙鼠研究发现，长期使用含双歧杆菌、乳酸杆菌等益生菌的酸奶可减轻Hp诱发的炎症反应，并抑制肠化生，相关机制与益生菌诱导IL-10表达升高和TNF-α表达降低有关。Strickertsson等[27]的研究显示，肠球菌可促进胃腺癌细胞MKN74内活性氧簇生成，诱导线粒体DNA不稳定性，促进肿瘤形成。Seo等[28]的研究发现，芽孢杆菌可通过上调bax表达、下调bcl-2表达，诱导胃腺癌细胞AGS凋亡。

四、胃肠道微生物菌群与胃癌的治疗

目前，应用益生菌及其代谢产物治疗胃肠道疾病越来越受到关注。益生菌是一类对宿主有益的活性微生物，定植于人体胃肠道、生殖系统内，能产生确切健康功效，改善宿主微生态平衡。目前已发现的益生菌可分成三大类：①乳杆菌类，如嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、詹氏乳杆菌、拉曼乳杆菌等；②双歧杆菌类，如长双歧杆菌、短双歧杆菌、卵形双歧杆菌、嗜热双歧杆菌等；③革兰阳性球菌，如粪链球菌、乳球菌、中介链球菌等[29-30]。多项研究[29，31]表明，益生菌及其代谢产物对Hp具有抑制作用，其可抑制Hp在胃黏膜上皮定植、生长，降低Hp活力，并以破坏细胞壁等方式杀灭Hp。王克俭等[32]的研究发现，胃癌患者术后接受肠内微生态营养可增强患者的免疫能力，并降低发生感染的概率。Orlando等[33]的研究发现，乳酸菌属可抑制胃癌细胞株生长并诱导其凋亡，饮食补充乳酸菌属具有潜在预防胃癌发生的作用。Cousin等[34]的研究显示，以含有费氏丙酸杆菌的发酵乳的上清液培养胃癌细胞株HGT-1，可引起细胞凋亡增加，表现为染色质凝聚、凋亡小体形成、细胞周期阻滞等，此外，费氏丙酸杆菌亦可提高化疗药物喜树碱的细胞毒性，相关作用可能与费氏丙酸杆菌的代谢产物丙酸和乙酸有关，提示含有费氏丙酸杆菌的发酵乳可作为预防或治疗胃癌的辅助饮食。目前临床对胃癌的治疗尚未充分考虑对胃内微生态平衡的保护，对胃癌的生态防治是消化病学和微生态学共同面临的课题，有待于联合深入研究。

五、结语

目前研究表明，胃肠道微生态紊乱与胃癌等多种胃肠道疾病密切相关。随着基因组学、转录组学、蛋白质组学、代谢组学的发展和人类元基因组计划的开展，微生物菌群的特征、不同菌群间的作用、菌群与宿主的相互作用及其致病机制有望得到深入、系统的研究，微生态制剂应用于疾病防治的疗效和机制有望逐步明确。

1 Stecher B, Hardt WD. The role of microbiota in infectious disease[J]. Trends Microbiol, 2008, 16 (3): 107-114.

2 Tlaskalová-Hogenová H, Stěpánková R, Kozáková H, et al. The role of gut microbiota (commensal bacteria) and the mucosal barrier in the pathogenesis of inflammatory and autoimmune diseases and cancer: contribution of germ-free and gnotobiotic animal models of human diseases[J]. Cell Mol Immunol, 2011, 8 (2): 110-120.

3 Lertpiriyapong K, Whary MT, Muthupalani S, et al. Gastric colonisation with a restricted commensal microbiota replicates the promotion of neoplastic lesions by diverse intestinal microbiota in theHelicobacterpyloriINS-GAS mouse model of gastric carcinogenesis[J]. Gut, 2014, 63 (1): 54-63.

4 Roder DM. The epidemiology of gastric cancer[J]. Gastric Cancer, 2002, 5 Suppl 1: 5-11.

5 Bertuccio P, Chatenoud L, Levi F, et al. Recent patterns in gastric cancer: a global overview[J]. Int J Cancer, 2009, 125 (3): 666-673.

6 孙秀娣，牧人，周有尚，等. 中国胃癌死亡率20年变化情况分析及其发展趋势预测[J]. 中华肿瘤杂志, 2004, 26 (1): 4-9.

7 Dicksved J, Lindberg M, Rosenquist M, et al. Molecular characterization of the stomach microbiota in patients with gastric cancer and in controls[J]. J Med Microbiol, 2009, 58 (Pt 4): 509-516.

8 Guarner F, Malagelada JR. Gut flora in health and disease[J]. Lancet, 2003, 361 (9356): 512-519.

9 Zhao L. Genomics: The tale of our other genome[J]. Nature, 2010, 465 (7300): 879-880.

10 王瑞君. 人体的胃肠道微生态系统和微生态失衡[J]. 渝西学院学报(自然科学版), 2005, 4 (4): 39-40.

11 Macpherson AJ, Uhr T. Induction of protective IgA by intestinal dendritic cells carrying commensal bacteria[J]. Science, 2004, 303 (5664): 1662-1665.

12 Monstein HJ, Tiveljung A, Kraft CH, et al. Profiling of bacterial flora in gastric biopsies from patients withHelicobacterpylori-associated gastritis and histologically normal control individuals by temperature gradient gel electrophoresis and 16S rDNA sequence analysis[J]. J Med Microbiol, 2000, 49 (9): 817-822.

13 Huipeng W, Lifeng G, Chuang G, et al. The differences in colonic mucosal microbiota between normal individual and colon cancer patients by polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis[J]. J Clin Gastroenterol, 2014, 48 (2): 138-144.

14 Lofgren JL, Whary MT, Ge Z, et al. Lack of commensal flora inHelicobacterpylori-infected INS-GAS mice reduces gastritis and delays intraepithelial neoplasia[J]. Gastroenterology, 2011, 140 (1): 210-220.

15 Sjöstedt S, Heimdahl A, Kager L, et al. Microbial colonization of the oropharynx, esophagus and stomach in patients with gastric diseases[J]. Eur J Clin Microbiol, 1985, 4 (1): 49-51.

16 Wang F, Meng W, Wang B, et al.Helicobacterpylori-induced gastric inflammation and gastric cancer[J]. Cancer Lett, 2014, 345 (2): 196-202.

17 韩秀萍，王芃，李家奎，等. 幽门螺杆菌毒力致病因子研究进展[J]. 世界华人消化杂志, 2009, 17 (22): 2292-2297.

18 Sun X, Zhang M, El-Zataari M, et al. TLR2 mediatesHelicobacterpylori-induced tolerogenic immune response in mice[J]. PLoS One, 2013, 8 (9): e74595.

19 Hayashi Y, Tsujii M, Wang J, et al. CagA mediates epigenetic regulation to attenuate let-7 expression inHelicobacterpylori-related carcinogenesis[J]. Gut, 2013, 62 (11): 1536-1546.

20 Cheng AS, Li MS, Kang W, et al.Helicobacterpyloricauses epigenetic dysregulation of FOXD3 to promote gastric carcinogenesis[J]. Gastroenterology, 2013, 144 (1): 122-133.

21 Mahkonen A, Putaala H, Mustonen H, et al.Lactobacillusacidophilus74-2 and butyrate induce cyclooxygenase (COX)-1 expression in gastric cancer cells[J]. Immunopharmacol Immunotoxicol, 2008, 30 (3): 503-518.

22 Weiss G, Forster S, Irving A, et al.HelicobacterpyloriVacA suppressesLactobacillusacidophilus-induced interferon beta signaling in macrophages via alterations in the endocytic pathway[J]. MBio, 2013, 4 (3): e00609-e00612.

23 田润. 费氏中华根瘤菌WGF03中硫代谢相关基因pdxP的研究[D]. 广西: 广西大学, 2011: 1-68.

24 Osaki T, Matsuki T, Asahara T, et al. Comparative analysis of gastric bacterial microbiota in Mongolian gerbils after long-term infection withHelicobacterpylori[J]. Microb Pathog, 2012, 53 (1): 12-18.

25 陈旭，江虹锐，杨艳梅，等. 两歧双歧杆菌胞外多糖对胃癌细胞及端粒酶逆转录酶的影响[J]. 微生物学报, 2009, 49 (1): 117-122.

26 Kuo CH, Wang SS, Lu CY, et al. Long-term use of probiotic-containing yogurts is a safe way to preventHelicobacterpylori: Based on a Mongolian gerbil’s model[J]. Biochem Res Int, 2013, 2013: 594561.

27 Strickertsson JA, Desler C, Martin-Bertelsen T, et al.Enterococcusfaecalisinfection causes inflammation, intracellular oxphos-independent ROS production, and DNA damage in human gastric cancer cells[J]. PLoS One, 2013, 8 (4): e63147.

28 Seo HR, Kim JY, Kim JH, et al. Identification ofBacilluscereusin a chungkukjang that showed high anticancer effects against AGS human gastric adenocarcinoma cells[J]. J Med Food, 2009, 12 (6): 1274-1280.

29 Parvez S, Malik KA, Ah Kang S, et al. Probiotics and their fermented food products are beneficial for health[J]. J Appl Microbiol, 2006, 100 (6): 1171-1185.

30 Thomas LV, Ockhuizen T, Suzuki K. Exploring the influence of the gut microbiota and probiotics on health: a symposium report[J]. Br J Nutr, 2014, 112 Suppl 1: S1-S18.

31 Gotteland M, Brunser O, Cruchet S. Systematic review: are probiotics useful in controlling gastric colonization byHelicobacterpylori[J]? Aliment Pharmacol Ther, 2006, 23 (8): 1077-1086.

32 王克俭，曹玉根. 益生菌肠内营养制剂在胃癌术后患者应用的临床研究[J]. 实用医学杂志, 2007, 14 (29): 3977-3979.

33 Orlando A, Refolo MG, Messa C, et al. Antiproliferative and proapoptotic effects of viable or heat-killedLactobacillusparacaseiIMPC2.1 andLactobacillusrhamnosusGGin HGC-27 gastric and DLD-1 colon cell lines[J]. Nutr Cancer, 2012, 64 (7): 1103-1111.

34 Cousin FJ, Jouan-Lanhouet S, Dimanche-Boitrel MT, et al. Milk fermented byPropionibacteriumfreudenreichiiinduces apoptosis of HGT-1 human gastric cancer cells[J]. PLoS One, 2012, 7 (3): e31892.