胃内微生态与胃癌关系的研究进展

刘晨晨，张振玉

南京医科大学附属南京医院(南京市第一医院)消化科，江苏 南京210006

胃癌是世界第四大高发肿瘤、第二大致死性肿瘤，每年新发病例约70 万，5 年生存率为20% ～40%［1］。胃癌的危险因素包括幽门螺杆菌(H. pylori)感染、吸烟、不良饮食习惯等［2］，其中H.pylori 感染是胃癌的独立危险因素。胃内高酸性环境不适合细菌生长，但二代DNA 测序技术结果显示，胃内除了H.pylori 外还有很多其他细菌，胃内菌群的种类远远超过传统培养方法所检测的范围［3］。多项研究显示，胃内除了H. pylori以外的其他细菌可能也参与了胃癌的发病。本文就胃内微生态与胃癌关系的研究进展作一概述。

1 H.pylori 对胃内微生态的影响

人胃内pH 1 ～2，不适合细菌定植，既往认为胃是一个无菌的器官;但最近应用高通量测序技术和宏基因组学方法研究显示，胃内除H. pylori 外还有很多其他细菌。常见的人类胃内菌群有5 大门类:拟杆菌、厚壁菌、变形菌、放线菌和梭杆菌，目前已经确认的有100 多个亚类的细菌［3］。H.pylori 是革兰阳性菌，人群中有50%的感染率;H.pylori 感染后胃内酸度降低、胃内的营养吸收和免疫反应过程发生紊乱，胃内微生态容易发生变化而引起慢性胃炎、消化性溃疡、胃癌等［4］。但在未感染H.pylori 的人群和小鼠也可以发生胃炎，提示H.pylori 只是引起胃炎的微生物之一。研究显示非H.pylori 菌群及其产物可以作为持续的抗原刺激加剧H.pylori 感染引起的炎症反应，H.pylori 和非H.pylori 的混合感染协同促进萎缩性胃炎的发生［5］。

研究显示抗生素可以改变C57BL/6 小鼠胃内菌群的组成，服用抗生素组的小鼠与对照组相比，在H.pylori感染时的炎症反应较轻［6］;同时前者胃内梭菌属Ⅳ型和ⅩⅣa 型细菌数量增加，这些细菌可以增强胃黏膜中Treg 细胞的反应性［7］。在转胰岛素-胃泌素(INS-GAS)基因小鼠中，H.pylori 定植引起厚壁菌数量增加，拟杆菌数量减少［8］。蒙古沙鼠胃内pH 值＜2，无食粪癖，与人类胃内环境相似，是研究H.pylori 等菌群致病机制的有效模型;蒙古沙鼠胃中乳杆菌属的定植非常普遍［9］，未感染H. pylori 的蒙古沙鼠胃内主导菌群是乳杆菌属，与小鼠模型中结果一致［10-11］。有研究［11］显示蒙古沙鼠在感染H. pylori 后乳杆菌数量下降，但该研究样本量较小、细菌的检测方法也有局限性。应用qPCR 技术研究蒙古沙鼠感染H. pylori 1 年后胃内菌群的变化，结果显示实验组中蒙古沙鼠胃内H.pylori 定植的成功率是45%，成功定植H. pylori 的蒙古沙鼠胃内梭菌属数量较少;未成功定植H. pylori的沙鼠胃内梭菌属和双歧杆菌属数量较少。未感染H.pylori 的蒙古沙鼠胃内主导菌群是乳杆菌属，其次是肠球菌，奇异菌属和梭菌属数量相当［10］。H. pylori定植对小鼠胃内菌群的影响取决于多个因素，如小鼠的遗传背景、H. pylori 的种类、感染时间的长短等。Bik 等［3］应用克隆技术的研究显示，H.pylori 的定植对成人胃内菌群的组成没有影响。但应用基因芯片技术的研究显示，与未感染H. pylori 的成人相比，感染H.pylori的成人胃内螺旋菌、非H.pylori 变形菌的数量增加，而放线菌、拟杆菌、厚壁菌的数量减少［12］。这些研究结果的差异可能与研究者选用的检测细菌的方法有关。胃内菌群之间可能通过竞争营养、生存空间，影响抑菌肽分泌、改变宿主胃内环境等而相互影响，进而对胃癌病程产生作用［13］。目前仅有少量关于H.pylori对人胃内菌群影响的研究［14］，更多的应用测序技术的研究亟待进行。

2 根除H.pylori 对胃内微生态的影响

H.pylori 不仅存在于人类，也存在于很多哺乳动物和鸟类中;遗传学的研究显示，H.pylori 菌株遗传多样性与人类的遗传多样性的变化类似，提示H. pylori与人类的共同进化至少始于6 万年前人类从东非向外迁徙［15］。因此，H.pylori 在胃内定植有悠久的历史，可视为是人胃内微生态的正常组成部分。现代医疗主张根除H. pylori，抗生素和抑酸剂的应用影响了胃内正常的生理和免疫功能。

儿童时期感染H.pylori 后通过诱导调节性T 细胞(Tregs)而保护机体不受过敏性和自身免疫性疾病的侵袭;H. pylori 感染可以诱导胃黏膜局部和全身很强的Treg 细胞反应［16］。H. pylori 定植后引起胃黏膜萎缩，导致产生胃酸的壁细胞减少而使胃内pH 值升高。胃幽门部产生胃泌素可以引起饥饿感和进食活动，感染H.pylori 的人群由于胃黏膜萎缩胃泌素水平下降，而根除H.pylori 可以增加胃泌素水平。研究显示，根除H.pylori 与体质量的增加有关，感染H. pylori 的成人较未感染成人的体质量指数(BMI)低［17］。现有的证据提示，胃内H. pylori 的缺失与代谢性疾病如肥胖和2 型糖尿病有关。

3 H.pylori 在胃癌中的作用

胃癌是世界范围内第四大恶性肿瘤，第二大致死性肿瘤［1］;H.pylori 有明确的致炎和致癌作用，被列为Ⅰ类致癌因子。影响胃癌发病的因素包括H.pylori 菌株的毒力、感染时间的长短、宿主的遗传背景、饮食等［18］。H.pylori 的种系差别是胃癌风险的强烈提示因素，与亚洲种系的H.pylori 相比，欧洲种系的H. pylori与高分化胃癌的相关性更强［19］。H.pylori 主要是通过其毒力因子如空泡毒素相关蛋白A(VacA)、细胞毒素相关蛋白(CagA)、脂多糖及感染后引起炎症和免疫反应等参与胃癌的发病［20］。

VacA 蛋白存在于所有H. pylori 菌株中，VacA 通过干扰线粒体的功能而促进胃黏膜上皮细胞凋亡，进而诱导宿主细胞形成空泡，VacA 可以结合CD4+T 细胞，内化后阻碍激活的T 细胞转录核因子(NFAT)的脱磷酸化作用;磷酸化的NFAT 位于胞液中，无法激活其靶基因及其受体基因，抑制了抗原依赖性T 细胞的增殖［21］。VacA 可以诱导树突细胞表达及释放IL-10和IL-18 等抗炎因子，这些炎症因子可以促进Treg 细胞分化而产生免疫抑制作用。VacA 的免疫抑制效应促进H.pylori 躲避宿主免疫系统的攻击，促进胃癌细胞的存活［22-23］。而Cag 毒力岛中的基因只存在部分H.pylori 菌株中，其编码的蛋白形成Ⅳ型细菌分泌系统，可以将细菌成分注入宿主细胞。CagA 蛋白可以引起胃黏膜上皮细胞伸长、排列不规则、细胞极性丧失等畸变。转CagA 基因小鼠胃黏膜上皮细胞增殖增强，促进胃癌发生;因此CagA 被列为细菌性致癌蛋白［24］。除了CagA 蛋白自身外，Ⅳ型细菌分泌系统还将H.pylori 的肽聚糖注入胃黏膜上皮细胞中，激活磷脂酰肌醇3 激酶(PI3K)信号通路，促进细胞迁移和肿瘤发生［25］。

4 胃内其他菌群在胃癌中的作用

胃内菌群可能通过影响胃的生理和免疫功能影响疾病的进程，H. pylori 感染及其他因素如自身免疫性胃炎导致的胃黏膜萎缩是胃癌发病过程中的重要环节［26］。尽管根除H. pylori 可以推迟胃黏膜已经萎缩的患者发生胃癌的时间，但不能阻止此类患者胃癌的发病;而在胃黏膜发生萎缩之前根除H. pylori 可能阻止胃癌的发病［14］。胃内其他菌群和H. pylori 协同促进胃癌的发生。

4.1 相关的体外研究证据 H. pylori 可以加速转INS-GAS 基因小鼠胃上皮内瘤变的进程;转INS-GAS基因小鼠于注射H.pylori 后8 周给予抗生素的抗肿瘤效果明显好于12 周和22 周;同样的根除H. pylori 疗法在未感染H.pylori 的转INS-GAS 基因小鼠中起到了明显延缓肿瘤进程的作用［27］。在感染H. pylori 和未感染H.pylori 的小鼠中早期应用抗生素能更有效预防胃癌，原因可能是早期应用抗生素也杀灭了其他有致癌潜能的微生物。Lertpiriyapong 等［28］在转INS-GAS基因无菌小鼠中仅定植改良琼脂培养(ASF)的3 种细菌，即ASF519 梭菌属、ASF361 乳杆菌属和ASF 拟杆菌属，形成限菌(rASF)小鼠模型;与无菌转INS-GAS基因小鼠相比，rASF 小鼠胃黏膜中有明显的病理变化过程，包括胃窦部炎症、上皮高度增生和不典型增生。尽管两组小鼠在注射H.pylori 7 个月后都没有发展成胃癌，rASF 小鼠与清洁级(SPF)未感染H. pylori 的小鼠有相似的病理变化。46%的rASF 小鼠、53%注射肠道细菌和H.pylori 的小鼠在菌群定植7 个月后发展成了胃癌，而单独感染H.pylori的小鼠则没有发展成胃癌。定植H.pylori 的雄性小鼠，无论是rASF 小鼠还是定植肠道细菌的小鼠都出现了胃黏膜局部和全身性促炎因子及癌症相关基因表达增强的现象。提示单独H.pylori 感染并不足以使胃癌发病，也不是胃癌发病的必要条件，其他菌群也参与了胃癌的发病。Lofgern等［8］的研究显示，无菌转INS-GAS 基因小鼠发生萎缩性胃炎和上皮内瘤样病变的时间比SPF 级转INS-GAS基因小鼠要迟;与始终无菌的小鼠相比，小鼠单独感染H.pylori 加速了胃黏膜萎缩和癌变的进程，但是与混合感染H. pylori 和其他细菌的小鼠相比，单独感染H.pylori的小鼠胃炎程度较轻、肿瘤发生的时间较迟。且雄性转INS-GAS 基因小鼠比雌性小鼠的胃内病变程度重，胃癌发生时间也较早，这点与人群中胃癌男性多于女性的现象类似。以上研究结果提示胃内其他菌群与H.pylori 可以协同促进胃癌发病，胃内其他菌群也参与了胃癌的发病过程。

4.2 相关的临床研究证据 Mowat 等［29］比较了根除H.pylori 疗法中常用的质子泵抑制剂奥美拉唑在感染H.pylori 和未感染H.pylori 人群中的作用，服药期间，与未感染人群相比，感染H.pylori 的人群胃内pH 值较高，胃内定植的非H. pylori 菌群比例较高。一些非H.pylori菌群，包括产生亚硝基的菌群，能够将胃液中的亚硝基和含氮化合物转化成有潜在致癌作用的亚硝基化合物。健康人胃内由于胃酸的作用，亚硝酸盐水平很低而检测不到，但是在胃酸过少时亚硝酸盐水平增加。这可能是胃黏膜萎缩性病变和胃癌的联系之一，潜在机制可能是胃内菌群可以产生的具有DNA 损伤作用的活性氧和活性氮，从而促进了胃癌的发病。

随着大量临床和基础研究的进行，对胃内菌群在胃部疾病中作用的认识逐渐深入，明确了H. pylori 引起的慢性胃炎在胃癌发病过程中的重要作用。近来，随着高通量测序技术的兴起，与人类健康息息相关的胃肠道微生态领域逐渐被关注，胃内其他菌群在胃癌中的作用逐渐被重视。但上消化道菌群的特征尤其是构成胃内微生态菌群的研究进展不明显，胃内其他菌群在H.pylori 感染相关胃疾病如胃癌中的作用尚不明确;这些菌群增强了H.pylori 毒力还是抑制了H.pylori的毒力?或是H.pylori 影响了胃内其他菌群进而促进胃癌发生?胃内微生态在胃癌发病中的作用研究还处于起步阶段，更多的关于胃内微环境-宿主-环境之间相互作用的研究亟待进行，阐明这一作用必将为胃癌的诊断和治疗提供新的思路和希望。

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