肠道微生物与结直肠癌发生发展关系的研究进展

袁　龙，赵　盼，管静芝

肠道微生物与结直肠癌发生发展关系的研究进展

袁龙，赵盼，管静芝

近些年来，人们越来越关注肠道微生物在结直肠癌中的作用。大量研究已经表明肠道微生物在结直肠癌发生发展过程中发挥着重要的功能。通过益生菌或益生元调节肠道微生态平衡可以达到预防和治疗结直肠癌的目的。本综述围绕肠道微生物与结直肠癌发生发展的关系以及益生菌参与抑制结直肠癌的机制进行论述，为研究该疾病发生发展机制及预防治疗等提供一些思路。

结直肠癌；肠道微生物；益生菌

人类肠道微生态是由约1013～1014个微生物组成的复杂生态系统。在长期的进化过程中，这些微生物逐渐形成与宿主相互依赖、相互制约的关系。因此，构成肠道菌群的各类细菌成员维持种类和数量的动态平衡，有利于人体肠道微生态的稳定。研究发现，肠道微生态平衡的破坏加速了结直肠癌的发生和发展［1］。近年来微生态平衡破坏的研究成为除基因突变和遗传因素外，结直肠癌发生发展机制研究的另一热点，并可能为结直肠癌的治疗提供新的方向。

1 肠道微生物参与结直肠癌发生发展的机制

近年来许多报道都证实了肠道微生物与结直肠癌的发生密切相关。研究发现IL-10表达缺乏的小鼠和TCR β/p53双敲除的小鼠在无菌的环境中不会发生结直肠癌，这表明了肠道微生物参与了结直肠癌的发生［2］。比较结直肠癌患者与正常人的肠道微生物发现，结直肠癌患者肠道优势菌群为一些致病菌，如致病性大肠杆菌、放线菌、奇异菌属、梭杆菌属以及嗜血杆菌等［3］，这充分提示了肠道微生物菌群与结直肠癌的发生有密切关系。因此，肠道微生态平衡参与结直肠癌发生发展机制逐渐成为了研究者关注的重点。

1.1肠道微生物产生的毒力因子 在生物进化过程中，一些肠道细菌获得了毒力因子，从而具有致病性。这些毒力因子主要包括侵袭力和毒素。一方面，结直肠癌患者肠道存在大量的具核梭杆菌，它能通过表面的黏附素FadA黏附到肠上皮细胞激活β-catenin和Wnt通路，上调炎症基因的表达和下调T细胞介导的获得性免疫［4］。与结直肠癌发生相关的肠道菌群，如大肠杆菌也可以通过黏附素Afa和Eae侵袭肠上皮细胞，激活类似的通路［5］。另一方面，一些肠道微生物产生的毒素也参与了结直肠癌的发生。产肠毒素的脆弱类杆菌属能产生脆弱类杆菌毒素（Bacteroides fragilis toxin，BFT），是一种潜在的可以促发结直肠癌的微生物。BFT能够激活Wnt/β-catenin和NF-κB通路，促进细胞增殖，诱导炎症介质的产生，最后形成结直肠癌［6］。Boleij等［7］最近也报道了BFT基因是结直肠癌的风险因素，并且与晚期结直肠癌关系更密切。许多肠道微生物还可以产生有基因毒性的毒素，诱导DNA的损伤，干扰细胞周期和凋亡。其中，细胞致死性肿胀毒素（cytolethal distending toxin，CDT）和聚酮肽基因毒素（如Colibactin）能直接损伤DNA，引起基因组的不稳定［8-9］。大多数参与结直肠癌发生的革兰阴性菌都可以产生CDT。细菌通过CDT A和CDT C与宿主细胞相互作用，促使胞质中的CDT B能转移到细胞核后作为脱氧核苷酸酶损伤宿主细胞DNA［10］。

研究还发现结直肠癌患者的大肠杆菌中含有聚酮合酶基因，该基因不仅可以诱导炎症反应、上皮细胞损伤以及细胞增殖［8］，而且可以编码Colibactin，从而损伤DNA，最后促进结直肠癌的发生［11］。这种产生Colibactin的大肠杆菌还能通过诱导衰老的上皮细胞分泌生长因子或促瘤分子来促进肿瘤的生长［12］；最近研究表明这种产生Colibactin的大肠杆菌还可以通过诱导环氧合酶-2来增强促瘤巨噬细胞的活性［13］。当肠道微生态被破坏后，尽管这些产毒的细菌在肠道微生物中占据少数，但是宏转录组学分析结直肠癌样本发现，这些毒力因子处于高表达状态［14］。

1.2肠道微生物代谢产物 除了细菌毒力因子外，肠道微生态破坏后产生的一些微生物代谢产物也强烈影响着结直肠癌的发展［15］，主要包括：次级胆汁酸、葡萄糖醛酸酶、乙醛等。研究发现高脂饮食的人群易患结直肠癌，将高脂饮食转变为高纤维素饮食后发现患癌风险大大降低［16］。这可能是因为高脂饮食导致肠道初级胆汁酸分泌增加，而微生物能将这种初级胆汁酸代谢转变为次级胆汁酸。当研究者用次级胆汁酸喂养小鼠时发现，其能增加小鼠肠道肿瘤的形成以及炎症损伤［17］。研究发现这种次级胆汁酸一方面可作为微生物能量的来源，另一方面又可通过参与细胞增殖、凋亡及DNA损伤等过程来促进结肠癌的发展［18］。

另外，有研究显示结直肠癌患者粪便中葡萄糖醛酸酶的活性比正常人高［19］。在结直肠癌的小鼠模型中发现，抑制葡萄糖醛酸酶的活性可以有效减少肿瘤的数目［20］。有研究报道墨角藻黄素可通过抑制葡萄糖醛酸的活性达到预防结肠癌的目的［21］。这些研究充分证实了葡萄糖醛酸酶与结直肠癌的发生密切相关。其参与肿瘤发生的机制可能是：肝脏可以通过葡萄糖醛酸介导的共价结合来使有毒致癌物质失活。但是，在结肠中这一过程会被细菌的葡萄糖醛酸酶所逆转。肠道微生物还可以直接通过蛋白酵解产生一些致癌的代谢产物。这些代谢物包括硫化物、氨以及亚硝胺等。有报道显示，高蛋白低糖饮食的人群有毒代谢产物的生成会增加，抗癌代谢物的产生减少，因此会提高患癌率［22］。这些致癌代谢物能引起DNA的突变以及氧自由基的形成，导致肿瘤的发生［23］。酒精也被认为是发生结直肠癌的危险因素之一。因为酒精可以被肠道需氧和兼性厌氧的细菌转化为乙醛［24］，而乙醛是一种可以促进肿瘤形成的致癌物质，它可以引起细胞周期损伤［25］。

1.3宿主免疫与炎症 肠黏膜的固有免疫能抵抗肠道微生物的侵袭，维持肠稳态。其中Toll样受体（Toll-like receptors， TLRs）和NOD样受体（NOD-like receptors， NLRs）因能识别致病肠道微生物的特殊分子模式而发挥重要的作用。宿主免疫一方面可以抑制肿瘤的形成，另一方面对肿瘤的发生具有促进作用。早期有研究显示，髓系分化因子88（myeloid differentiation factor 88， MyD88）在自发或致癌物诱导的结肠癌中有着关键的作用［26］。而这种MyD88是TLRs和IL-1/IL-18信号通路中的重要接头蛋白。结肠腺瘤样息肉蛋白（adenomatosis polyposis coli， APC）基因是一种抑癌基因。在氧化偶氮甲烷（azoxymethane， AOM）处理过的APCMin/+小鼠模型中，失活MyD88基因后发现肿瘤数目减少［27］。表明在TLRs通路中，MyD88具有促进结直肠癌进展的功能。但是在氧化偶氮甲烷/葡聚糖硫酸钠（azoxymethane/dextran sulfate sodium， AOM/ DSS）处理过的MyD88基因敲除（MyD88-/-）小鼠模型中，又发现MyD88具有抗癌特性。这可能是因为MyD88激活IL-18信号通路而发生抗肿瘤效应［27］。在NOD1或NOD2缺乏的APCMin/+的小鼠模型中，结肠癌肿瘤数目明显增加［28］。在AOM/DSS处理的小鼠模型中，缺乏NOD1或NOD2后会出现同样的结果［29］。这表明NLRs通路的激活可以抑制结直肠癌的发生。除了宿主免疫与结直肠癌发生相关外，炎症也是一种重要因素。在炎症性肠病患者中，肠道微生物的稳态已发生改变［30］，而且该类人群更易患结直肠癌。随后研究发现这种肠道微生物紊乱的炎症性肠病引起肠道肿瘤的机制主要包括：肿瘤蛋白p53的突变；β-catenin和Wnt通路的激活；细胞因子的作用；DNA的损伤［31］。因此，宿主免疫与炎症在结直肠癌的发生中有重要作用。

2 益生菌参与抑制结直肠癌的机制

当肠道微生态发生紊乱后，致病性肠道微生物会通过不同的机制参与结直肠癌的发生。因此，转变这种肠道紊乱状态将成为治疗结直肠癌的新方法。益生菌有多种有利于宿主健康的生物学效应：抗致病菌活性，调节免疫系统，降低血胆固醇，减少结肠炎症，预防结直肠癌的发生等［32］。

不同的益生菌会通过不同机制抑制结直肠癌的发生。研究表明益生菌可以与致癌诱变剂结合，发生生物转化，达到解毒作用［32］。这种解毒作用主要依赖于益生菌表面的肽聚糖、多糖以及分泌的糖蛋白。益生菌能下调炎症反应，预防结直肠癌的发生。研究表明柔嫩梭菌群能产生一种疏水性的微生物抗炎分子，该分子能下调肠上皮细胞的NF-κB通路，预防动物模型发生结肠炎［33］。益生菌还能降低肠道致癌物或致癌代谢产物的产生，预防结直肠癌的发生。研究表明鼠李糖乳杆菌一方面可以结合1-甲基-3-硝基-1-亚硝基胍从而达到抗肿瘤和抗基因毒性作用，另一方面还能通过降低肠道葡萄糖醛酸酶和葡萄糖苷酶水平，达到减少肠道有毒致癌物的产生，降低患癌率的目的［34-35］。益生菌还能调节免疫系统，抑制结直肠癌的进展。研究表明，同时给予小鼠丁酸梭菌和1，2-二甲肼盐酸盐后，肿瘤发生率降低。这种丁酸梭菌的抗肿瘤机制包括：减少Th2和Th17细胞，抑制CD4+和CD8+T淋巴细胞的减少，阻断肿瘤细胞周期进展，减少 NF-κB、IL-22等炎症因子的分泌，促进肿瘤细胞的凋亡等［36］。

益生菌不仅通过产生抗炎因子来延伸免疫刺激功能，还能分泌抗氧化、抗癌化合物短链脂肪酸来提高肠道屏障功能［37-38］。研究发现环氧合酶-2可以促进肿瘤血管的生成，而益生菌通过降低环氧合酶-2的表达抑制结直肠癌的发生［39］。益生菌还能改变肠道菌群的结构，预防结直肠癌的发生。研究表明在1，2-二甲肼诱导的小鼠肠道中，芽孢杆菌数量增加，偶氮还原酶增加，促进了结直肠癌的发生，而单独给予小鼠唾液乳杆菌后，普氏菌属数量增加，丁酸盐增加，进而预防结直肠癌的发生［40］。Sivan等［41］发现益生菌可以增加抗程序性死亡配体-1药物的抗肿瘤效应。

本综述介绍了肠道微生物与结直肠癌发生发展的关系，主要从肠道微生物产生的毒力因子，代谢物质对肿瘤发生发展的影响，宿主防御调控与炎症等方面作了系统性论述。这些理论成果使人们对肠道微生物促进人类结直肠癌发生发展的探索又向前迈进了一步。在预防结直肠癌方面，益生菌能通过抗致癌诱变剂活性，调节免疫系统，减少结肠炎症，调节肠道菌群结构等机制达到抑制结直肠癌发生的作用。人们可能通过调节肠道微生态的平衡，找到一个更加安全、有效的方法来治疗结直肠癌。

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（2016-07-10收稿 2016-08-05修回）

（责任编委 王永怡 本文编辑 闫晶晶）

Recent research on the relationship between the intestinal microorganisms and the occurrence and development of colorectal cancer

YUAN Long， ZHAO Pan， GUAN Jing-zhi*
The Second Clinical Medical College， Shanxi Medical University， Taiyuan， Shanxi 030001， China

， E-mail:1020264077@qq.com

In recent years， more and more attention has been paid to the effect of intestinal microorganisms on colorectal cancer. Increasing studies also show that the intestinal microbiota plays an important role in the occurrence and development of colorectal cancer. The probiotics and prebiotics， regulating intestinal microorganisms， play an important role in the prevention and treatment of colorectal cancer. This review elaborates the relationship of gut microbiota and the development of colorectal cancer as well as the mechanisms of probiotics involved in suppression of colorectal cancer， so as to provide some reference for research on the development， prevention and treatment of this disease.

colorectal cancer； gut microbiota； probiotics

R37；R574.4

A

1007-8134（2016）05-0307-005

10.3969/j.issn.1007-8134.2016.05.013

030001 太原，山西医科大学第二临床医学院（袁龙）100091 北京，解放军第三○九医院肿瘤科（赵盼、管静芝）

管静芝，E-mail: 1020264077@qq.com