肠道菌群与抗肿瘤治疗①

黄 亚 吴红艳

(三峡大学医学院免疫学系，三峡大学肿瘤微环境与免疫治疗湖北省重点实验室，宜昌443002)

肠道菌群与抗肿瘤治疗①

黄 亚 吴红艳

(三峡大学医学院免疫学系，三峡大学肿瘤微环境与免疫治疗湖北省重点实验室，宜昌443002)

人体肠道微生物菌群大约重1 000 g，种类大约30个属，300～500多种。细菌数量达到了1014个，是人体细胞总数的10倍。肠道菌群主要由厌氧菌、兼性厌氧菌和需氧菌组成，其中专性厌氧菌占99%以上。被认为是人类的“第二基因组”[1]。肠道菌群的生物学功能可以从三方面来阐述：即维持肠道的正常结构和生理功能， 拮抗病原微生物的定植、感染和刺激，调控人体的免疫功能。这些功能相互关联、 互相促进。一般情况下，肠道菌群与人体和外部环境保持着一个平衡状态，对人体的健康起着重要作用。大量研究表明，肠道菌群对抗肿瘤治疗有一定的疗效。本文就肠道菌群在抗肿瘤治疗中的作用做一综述。

1 肠道微生物菌群促进抗肿瘤免疫

肠道微生物菌群能够通过干扰CTLA-4和PD-1等信号通路影响抗肿瘤治疗的疗效[2，3]。在免疫系统中，作为正规军主力部队的T细胞，在识别肿瘤细胞、直接杀死肿瘤细胞以及组织免疫系统其他武装力量来歼灭肿瘤等方面具有举足轻重的作用。正如同汽车必须有刹车以防止其行驶失控一样，对T细胞来说，也有类似的“刹车”调控机制，CTLA-4和PD-1信号通路正是这样的防止T细胞失控并伤害自身组织的机制。而肿瘤细胞也正是利用了这种机制，通过激活这两种被称为“免疫检查站(checkpo-int)”的受体，来逃避T细胞的追杀。针对CTLA-4和PD-1的免疫疗法，正是要抑制这两种“免疫检查站”的作用，使T细胞恢复肿瘤细胞杀手的威力。尽管这种免疫疗法在一些肿瘤患者身上取得了可喜的效果，检查站抑制剂可以通过缩小肿瘤来延长患者的生命，有的患者的生存期甚至延长了好几年，这些患者在治疗之前已显示在肿瘤微环境中存在内源性T细胞应答[4-7]；但是同样的疗法对于其他很大一部分患者却效果不佳。影响这些差异的一个可能因素是肠道菌群。

1.1 肠道菌群能够促进抗PD-L1效应 Sivan等[8]通过比较来自不同供应商的小鼠体内肿瘤时发现，在分别来自Jackson Laboratory 和Taconic Farms的小鼠中，黑色素瘤在前者体内的增长慢于后者。由于这些小鼠在共同饲养时会互相吃掉对方的排泄物，其体内微生物组会趋向于同质化。这些研究人员将来自这两个供应商的小鼠混在同一个笼子里后，发现其肿瘤生长速度的差异消失了。这表明这些动物的肠道微生物的类型确实对肿瘤生长有影响。当他们分析了这些小鼠的微生物组后，研究人员明确找出了一种称为双歧杆菌的细菌种类。研究小组发现，对Taconic Farms的小鼠喂食含有几种双歧杆菌的益生菌能够增加抗肿瘤的检查站抑制剂的疗效。为了检测细菌的活力及抑癌能力，研究人员将细菌转移与anti-PD-L1抗体的效果进行比较。结果表明，影响及效果是等同的。研究人员接下来的目标是检测双歧杆菌这一菌种的抑癌效果。他们给TAC小鼠口服双歧杆菌片，2周后，TAC小鼠T细胞抑制及清除肿瘤细胞的能力得以增强且效果持久。Sivan博士认为，双歧杆菌可能通过触发并刺激树突状细胞，进而增强机体的免疫反应。树突状细胞在T细胞进行免疫应答初期发挥关键作用。他们还产生重要的化学物质，如细胞因子和CD40，以调节免疫反应。因此，未来双歧杆菌等肠道微生物可能作为抑制癌症出现的重要工具。

1.2 肠道菌群能够通过封锁CTLA-4促进抗肿瘤治疗 易普利姆玛(针对CTLA-4通路的抗肿瘤药物)等药物经常会引发结肠炎，这是一种发生于大肠的炎症，这里也是肠道共生菌的一个重要栖息地。这些抗肿瘤药物对人体的副作用表明针对CTLA-4通路的抗肿瘤药物可能与肠道微生物有相互作用。出于对这种可能性的探索，Vétizou等[9]让肠道中缺少细菌的小鼠服用易普利姆玛。同拥有正常肠道细菌的小鼠相比，该药物在治疗这些小鼠体内的癌症上并没有那么有效。当让正常小鼠服用抗生素以清除肠道细菌时，药物的效用也有所降低。粪便样品显示，易普利姆玛导致肠道中的两种细菌减少，即拟杆菌和伯克氏菌。在两组小鼠体内补充这些微生物会使药物功效恢复。随后，该研究团队采集了来自25位黑色素瘤患者的粪便样品，并且测试了拟杆菌含量。当研究人员将这些样品移植到不含肠道细菌的小鼠体内，并让其服用易普利姆玛时，他们发现接受了含有更多拟杆菌移植物的小鼠，对癌症治疗产生了更好的反应。

2 肠道菌群有利于各种抗癌药物的药效发挥

环磷酰胺(CTX)是临床上重要的抗癌药物之一，它可以通过刺激抗肿瘤免疫反应来对抗乳腺癌、脑肿瘤等多种肿瘤[10]。Viaud等[11]通过研究荷瘤小鼠模型发现，环磷酰胺可以改变动物的肠道菌群组成，并触发某些革兰氏阳性菌种易位至次级淋巴器官。一旦到达那里，这些细菌会促进生成特异性免疫细胞以及记忆Th1免疫反应，提高环磷酰胺效力。而在无菌小鼠或给予抗生素杀灭革兰氏阳性菌的小鼠体内，他们的肿瘤对环磷酰胺耐药。在另一项研究[12]中，美国国家癌症研究所的科学家们提出了类似的假设：肠道微生物导致了肿瘤微环境中炎症形成。研究人员证实小鼠肠道微生物组不仅影响了局部炎症，还影响了全身炎症形成，众所周知炎症可以促进癌症发展。而在无菌或抗生素治疗小鼠中，研究人员发现肿瘤浸润髓源细胞对CpG-寡核苷酸免疫治疗和铂化疗反应不佳，其部分原因在于细胞因子和活性氧簇生成减少。令研究人员感到惊讶的是：肠道细菌能够调节远距离的肿瘤环境炎症。尽管他们此前怀疑，CpG 治疗的抗肿瘤效应源于已知受到肠道菌群调控的促炎症反应，但研究小组没有预想到炎性细胞生成活性氧簇的水平对铂类药物遗传毒性效应如此至关重要，其绝对依赖于肠道菌群的存在。与此同时， Iida等[12]开展了另一项研究，他们让肿瘤在小鼠体内缓慢生长，并辅以抗生素治疗，之后用实验免疫疗法治疗小鼠，包括能激发免疫反应的DNA片段和抗生素。由于这些小鼠的微生物群落已经被抗生素摧毁，治疗效果并不理想。该疗法未能充分刺激IFN-γ，只有很少的肿瘤细胞死亡。同样地，相对于正常小鼠，在无菌环境中培养的小鼠产生的肿瘤坏死因子数量更少，且肿瘤未受任何损伤。Iida说：“缺乏微生物时，炎症反应就会被严重抑制”。研究人员还发现，当采用第二种完全不同的治疗方案时，抗生素会抑制巨噬细胞和其他免疫细胞的反应。至少在部分情况下，诸如奥沙利铂这类抗癌药是有效的，因为其能通过增加活性氧分子的产生而破坏肿瘤细胞。但Iida表示，对于接受抗生素治疗且在无菌环境下生存的小鼠，其免疫细胞无法产生足够数量的能生成活性氧分子的酶。Iida说：“肠道细菌可以发挥激发免疫系统的作用”。Viaud等[11]发现，当采用第三种治疗方案时，微生物也发挥着独特的作用。该疗法采用了一种名为CTX的抗癌药物，通过增加一类名为Th17/Th1的免疫细胞的数量，CTX能有效对抗乳腺癌、淋巴瘤和一些脑肿瘤。Viaud注意到，接受过CTX化学治疗的病人通常有消化系统疾病。经过更深入地了解，发现CTX破坏了肠黏膜，肠绒毛萎缩且肠壁渗漏。研究人员发现，几种革兰氏阳性菌进入了身体的其余部分，包括两种乳酸杆菌和海氏肠球菌进入了淋巴结和脾脏内。实验室研究显示，这种细菌迁移对药物效能的发挥至关重要。在试管中，革兰氏阳性菌导致脾脏和淋巴结内的未成熟T细胞变成Th17细胞，其中一部分在之后转化成记忆细胞。此外，这些细菌在小鼠体内的增殖也促使脾脏中T淋巴细胞数量的增长。与此相反，无菌环境下的小鼠或接受抗生素综合治疗的小鼠或只接受万古霉素治疗的小鼠，Th17细胞并未产生什么积极反应，其体内肿瘤也没有明显缩小。这些研究都表明癌症的治疗要取得最佳效果需要一个完整肠道共生菌群。

3 肠道菌群用于临床肿瘤治疗

Zhao等[13]利用手术切除法、基因敲除法、药物阻碍法以及注射肉毒杆菌四种不同的方法来隔绝神经系统与肿瘤间的关联以期达到抗肿瘤的效果。结果表明，所有的操作都抑制了肿瘤生长，但是注射肉毒杆菌效应特别明显。因此，肉毒杆菌对临床抗肿瘤治疗有潜在的价值。

4 其他

近年来，肠道益生菌在降低胃肠道炎症反应和预防大肠癌等方面的作用得到广泛证实[14，15],为了进一步探索其抑制肠外肿瘤生长的免疫调节作用及机制，科学家们采用小鼠模型和基因组测序研究[16]，通过喂养益生菌来探索治疗SC肝细胞癌(HCC)的作用机制。结果表明：喂养prohep(一种新型益生菌混合物)能够减缓肿瘤的生长，与对照组相比显著减少肿瘤的大小和重量的40%。研究显示小鼠体内IL-17细胞因子及主要生产IL-17的Th17细胞的含量显著下降。科学家们认为这项研究表明通过该益生菌治疗影响肠道中T细胞的分化，这反过来改变了肠外肿瘤微环境中促炎性细胞因子的水平。

5 结语

肠道菌群在塑造系统性免疫反应方面起着重要的作用[17-19]。在研究过程中，人类科学家绘制出人类肠道菌群图谱[20，21]。同时研究表明，通过饮食能够调节人体肠道菌群[22]。然而，对于肠道菌群与抗肿瘤治疗之间的密切联系，尚需进行更加深入的研究。如何研制出利用肠道菌群有效治疗肿瘤的新型药物和临床方法是接下来最迫切的任务。当前我们所面临的主要难题有：目前肠道微生物菌群是如何促进免疫应答的机理还有待进一步研究，还不清楚我们是否可以有意义的操纵微生物来对健康创造积极的影响。当前科学家对肠道菌群和抗肿瘤治疗的研究还只是局限在小鼠等动物模型上 ，而小鼠等动物和人类存在种属差异，其体内肠道细菌与人体内肠道细菌的种类、数量以及比例等并不完全一致。因此，在动物身上所做的实验结果可能并不适用于人类。此外，我们还缺乏肠道菌群对不同肿瘤的抗肿瘤治疗疗效的临床研究。总的来说，肠道菌群对抗肿瘤治疗的机制还不完全清楚，不同个体肠道菌群对肿瘤治疗的影响也需要我们进一步研究。

综上所述，以肠道菌群为靶点探索抗肿瘤治疗的疗效具有光明的前景，但鉴于研究过程中出现的一系列有待解决的问题，靶向肠道菌群抗肿瘤治疗还有待更深入的研究。

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[收稿2016-04-05]

(编辑 倪 鹏)

10.3969/j.issn.1000-484X.2016.12.030

①本文为国家自然科学基金项目(81402557)。

黄 亚(1991年-)，男，硕士，主要从事肿瘤相关靶向治疗方面的研究，E-mail：386027494@qq.com。

及指导教师：吴红艳(1978年-)，女，副教授，硕士生导师，主要从事肿瘤免疫方面的研究，E-mail：wuhongyan@ctgu.edu.cn。

R730.3

A

1000-484X(2016)12-1859-03