结直肠癌与肠道菌群关系的研究进展

魏莉平 综述，刘诚明 审校

(新疆医科大学附属肿瘤医院检验科，新疆 乌鲁木齐 830011)

结直肠癌与肠道菌群关系的研究进展

魏莉平 综述，刘诚明 审校

(新疆医科大学附属肿瘤医院检验科，新疆 乌鲁木齐 830011)

人体肠道微生态系统在健康状态下具有维持肠道正常结构，促进肠道对营养物质的消化吸收，抵抗病原微生物的侵入及调节肠道免疫应答等重要功能。有研究表明肠道菌群结构或数目的改变与结直肠癌的发生发展密切相关。了解肠道菌群参与结直肠癌发生的机制，有助于指导临床对结直肠癌患者的治疗及做好预防工作。目前肠道菌群在结肠癌中的具体发病机制仍不明确，本文将肠道菌群在结直肠癌发生发展中的菌群结构变化和致病机制最新研究进展进行综述。

肠道菌群；结直肠癌；发病机制

在人类常见的各种类型癌症中，结直肠癌是最常见的死亡原因之一[1]。据统计，每年死于结直肠癌人数达六十多万[2-4]。人们营养、生活习惯及锻炼均可引起肠道菌群活动的改变，从而增加结直肠癌的发病风险[5]。早在20世纪末，有研究者提出肠道菌群与结直肠癌之间存在相关关系的假设。此后人们通过动物模型实验及高通量测序技术等方法更深入的研究了人体正常及病理肠黏膜中菌群构成[6-8]，以有助于人们较深入的理解菌群与结直肠癌的关系。

1 人体肠道正常菌群概述

人体肠道菌群占据栖息于人体体表及体内微生物的绝大部分。到目前为止，研究者已经发现人体结直肠中约有1014个细菌[9]，这些细菌至少有1 000个不同种类，共有9个门组成。肠道正常菌群结构及生理活性与人体健康密切相关[10]。生理情况下，肠道细菌参与人体许多基本生理活动，如促进肠道的发育成熟，调节人体对营养物质的消化及吸收，抵抗病原体的入侵等。近年研究发现肠道菌群还具有调节人体免疫应答、参与人体能量代谢等特点。但在体内外某些因素刺激下，肠道菌群种类、数量、结构和代谢特征等会发生相应的变化，从而造成肠道菌群失调。失调的肠道菌群不仅会引起肠道微环境的变化，还会损伤肠道细胞，导致肠道发生过敏性肠病或炎症性肠病。肠道菌群可能通过上述机制参与结直肠癌的发生发展。

2 肠道菌群结构与功能研究方法

人体肠道菌群种类繁多，结构复杂，因而为科学家研究肠道菌群带来了一定困难。起初，人们采用最基本的细菌分离及选择性培养的方法。该方法优点在于在对细菌培养的过程中可全面的观察和了解细菌的功能及其生理活性，但由于选择性培养基只能有选择性的培养部分细菌，因而此方法不能全面的分析整个肠道菌群与人类健康的关系。后来，分子生物学技术的诞生及飞速发展，将科学家研究肠道菌群方法带入一个新的领域。其中最常用的分子生物学方法是基因检测方法，主要包括基于分子杂交技术的分析方法、基于DNA指纹图谱的分析方法及基于DNA测序的检测方法。基因检测方法可检测出通过分离培养方法不能检测出的细菌，为科学家们全面研究肠道菌群的结构带来一定的便利。进入21世纪后，研究者们主要运用高通量测序技术研究肠道微生物的多样性，这类技术主要以454测序技术为代表。

3 结直肠癌与肠道菌群

3.1 肠道菌群结构变化 目前已有大量研究发现，结直肠癌患者肠道菌群与健康者肠道菌群结构存在明显的差异。Scanlan等[11]通过运用16 SrRNA基因变性梯度凝胶电泳和核糖体基因间隔分析技术，对20例结直肠癌患者和腺瘤性息肉病志愿者肠道微生物进行分析，结果发现优势菌群多样性在结直肠癌患者和腺瘤性息肉病患者肠道中明显增多，柔嫩梭菌和球形梭菌的多样性也显著高于健康对照组。Sobhani等[12]运用焦磷酸高通量测序技术对6例结直肠癌患者和6例健康者肠道菌群进行分析发现结直肠癌患者肠道拟杆门菌、普通菌属较健康人群增多。郭伯敏等[13]在对90例结直肠癌患者肠道菌群进行测序时发现患者肠道中具有产丁酸盐功能的细菌明显降低。而目前已有研究表明丁酸盐具有抑制肠道炎症和结直肠癌等疾病的功能。此外，研究者们采用定量PCR技术分别对结直肠癌患者及健康志愿者肠道菌群进行检测，并进行DNA序列分析发现，结直肠癌患者肠道菌群中的大肠杆菌、粪肠球菌等的含量显著升高。最近有研究者发现：结肠癌患者病变组织黏膜菌群结构明显不同于周围正常组织黏膜菌群结构。如Marchesi等[7]运用深度rRNA基因测序技术发现结直肠癌患者肿瘤组织黏膜中具有益生菌特性的肠道共生菌(如Coriobateria)含量很高，而类似大肠杆菌的潜在致病菌处于低表达状态，肿瘤周围正常组织的肠道菌群结构却与之相反。

3.2 促进结直肠癌发生的共生菌及其代谢产物 大量研究表明，人体肠道内微生物与结直肠癌的发生密切相关[14]。肠道菌群参与结直肠肿瘤发生发展的机制可能有以下几个方面：某些肠道内微生物的产物可直接损伤肠道黏膜并使其发生不完全修复。例如，硫化氢是肠道内硫酸盐还原菌(Sulfate-reducing bacteria，SRB)在降解肠道食物中的有机物过程中的代谢产物。有研究表明，硫化氢可直接损伤肠道黏膜上皮细胞，当肠道内硫化氢达到一定浓度时，硫化氢可促进结直肠癌的发生与发展[15]。次级胆汁酸(Secondary bile acid)是肠道内7α-去羟化菌代谢产物，其可通过激活细胞因子NF-κB信号转导通路促进肠道炎症反应，诱导肠道上皮细胞DNA损伤和氧化应激等方式参与结直肠癌的发生。某些肠道细菌产生的过氧化物也可促发结直肠癌的发生[16-17]。人体肠道中粪肠球菌(Enterococcus faecalis)的代谢终产物过氧化氢，一方面可直接损伤肠黏膜上皮细胞的DNA，另一方面其可激活表皮生长因子受体，从而激发肠黏膜上皮细胞的异常增殖，最终导致结直肠恶性肿瘤的产生。某些肠道微生物通过直接或间接方式引起肠道上皮细胞发生基因突变，从而诱导结直肠癌的发生。例如，脆弱拟杆菌分泌的脆弱拟杆菌毒素可引起结肠上皮细胞DNA的损伤，并激活结肠上皮Wnt、NF-κB、Stat3等信号转导通路，引起肠道上皮炎症反应，进而促进结肠肿瘤形成。Colibactin蛋白可直接损伤DNA单链[18-19]，肠道中的某些大肠杆菌菌株的pks基因具有编码的Colibactin蛋白的功能，从而间接参与结直肠癌的发生。肠致病性大肠杆菌(EPEC)分泌的效应蛋白(EspF)作用于肠黏膜上皮细胞，可引起具有编码蛋白功能的基因发生突变，从而促进肠道肿瘤的发生[20]。肠道菌群通过引发肠道黏膜炎症反应，进而在结直肠癌的发生过程中起作用。Ohkusa等指出某些肠道菌属可以直接侵入肠黏膜上皮细胞(Colonicepithelial cell，CEC)并触发炎症反应[21]。有人在诱导大鼠产生结肠肿瘤的过程中发现牛链球菌可促进结肠黏膜内白介素8(IL-8)分泌及高分化ACF的形成，IL-8刺激炎症细胞产生的一氧化氮(NO)，可引起细胞DNA氧化性损伤，进而激活肠黏膜上皮细胞的癌基因或抑制抑癌基因，因而，他们认为牛链球菌可能对大鼠的结肠癌前病有一定的促进作用。此外，肠道中的某些革兰阴性杆菌可产生细菌内毒素脂多糖(Lipopolysaccharide，LPS)，其与细胞表面钟状受体4(Toll-like receptor 4，TLR-4)结合后可激活转录因子(NF-κB)及蛋白激酶(p38激酶)的活性，促进肠道内免疫细胞的产生，进而激活尿激酶纤溶酶原活化体(Urokinase plasminogen activator，u-PA)系统，最终促进肠道肿瘤细胞的粘附。目前，肠道菌群在结直肠癌发生发展中作用机制的研究仍处于初级阶段，以上只是目前研究所提出的可能的几个方面。肠道菌群参与结直肠癌的发生发展机制仍具有很广泛的研究空间。

3.3 抑制结直肠癌发生的共生菌及其代谢产物 此外，大量研究表明，某些细菌及其代谢产物则能改善肠道功能，保护肠壁细胞，从而抑制结直肠癌的发生。目前，研究最热门的是乳酸菌及双歧杆菌。乳酸菌及双歧杆菌被统称为肠道内益生菌，其是肠道菌群的重要组成部分。益生菌主要通过调节肠道黏膜免疫和炎症、修复肠上皮黏膜功能、抑制致病菌定值和繁殖、抑制致癌化学物活性剂抗氧化作用及肿瘤细胞增殖等，从而对结直肠肿瘤产生一定预防和治疗作用[22]。此外，膳食纤维类食物经过肠道消化，在肠道内产生的代谢产物短链脂肪酸(Short chain fatty acid，SCFA)，如乙酸盐(Acetate)、丙酸盐(Propionate)、丁酸盐(Butyrate)等，其中丁酸盐在维持肠道内环境稳定及抑制结直肠癌的发生方面发挥了重要作用。丁酸盐具有诱导DNA受损上皮细胞的分化与凋亡，并抑制癌细胞生长增殖的功能。

4 小结

目前大量证据证明肠道微生物与结直肠癌密切相关。鉴于此，临床对消化系统疾病患者进行粪便细菌监测，早期评估结直肠癌的发生风险，并对炎症性肠病进行适当干预，可能降低结直肠癌的罹患风险。另外，乳酸杆菌及双歧杆菌等益生菌可抑制结直肠癌的发生发展，因此可通过改善饮食结构而调整肠道菌群结构。但目前，肠道菌群在结直肠癌中具体作用机制仍不明确，需要通过大量样本进一步研究和探索，从而为指导临床治疗及预防工作提供更好的理论依据。

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Progress on the relationship between colorectal cancer and intestinal flora.

WEI Li-ping,LIU Cheng-ming. Department of Clinical Laboratory,the Affiliated Tumor Hospital of Xinjiang Medical University,Urumqi 830011, Xinjiang,CHINA

The human gut micro ecology system in health state plays the roles of maintaining the normal structure,promoting the intestinal digestion and absorption of nutrients,resisting the invasion of pathogenic microorganism,regulating the intestinal immune response.Studies have shown that the change of structure or number of intestinal flora is closely related to the occurrence of colorectal cancer development.To understand the mechanism of intestinal flora in colorectal cancer can help to guide the clinical treatment of colorectal cancer patients and to do a good job of prevention.But the intestinal flora in the colon specific pathogenesis is still unclear.This article will review latest research progress of gut flora in its flora structure change in the development of colorectal cancer and pathogenic mechanisms.

Intestinal flora;Colorectal cancer;Pathogenesis

R735

A

1003—6350（2015）09—1328—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2015.09.0476

2014-07-25)

魏莉平。E-mail：weiliping1113@163.com