肠道菌群对肿瘤治疗的影响

韩晓丹 张俊伶 综述 樊赛 军审校

·综述·

肠道菌群对肿瘤治疗的影响

韩晓丹 张俊伶 综述 樊赛 军审校

肠道菌群是寄居在人体肠道内的正常微生物群落，维持着宿主肠道微生态的稳态，肠道微生态失调促进肿瘤的发生，但特异的肠道共生菌及其代谢产物可能抑制肿瘤的发生。肠道菌群对宿主固有免疫和适应性免疫系统的成熟与调节具有重要作用，其可增强烷化剂、Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）激动剂、免疫检验点抑制剂、过继性细胞免疫治疗等的抗肿瘤作用。肠道菌群主要通过调节肿瘤浸润髓源细胞的分化和功能影响抗肿瘤免疫反应，重新编程肿瘤浸润髓源细胞可能是一种理想的肿瘤治疗方法。肠道菌群为肿瘤治疗提供了新的策略，但其临床应用还面临着较多问题。本文就肠道菌群对肿瘤的发生和肿瘤治疗的有益影响进行综述。

肠道菌群 肿瘤治疗 抗肿瘤免疫 粪便菌群移植

肠道菌群是寄居在人体肠道内的正常微生物群落，以厚壁菌和拟杆菌为主。肠道菌群大多与宿主呈共生关系，维持宿主肠道微生态的稳态，参与消化、代谢、防御反应、免疫调节等过程［1］。饮食改变、肠道感染、使用抗生素、肿瘤治疗均可引起肠道菌群组成改变或易位，导致肠道微生态的失调［2］。肠道微生态是影响肿瘤发生的重要因素，肠道菌群通过影响炎症与免疫反应、氧化应激、基因组的稳定性、病原微生物的增殖等可促进肿瘤的发生［3］。越来越多的研究表明肠道菌群还可抑制肿瘤发生和调控肿瘤治疗，本文就肠道菌群对肿瘤的发生和肿瘤治疗的有益影响进行综述。

1 肠道菌群抑制肿瘤的发生

宏基因组学和测序技术的发展可无需分离培养就可确定每个菌群对疾病的遗传贡献，无菌（germfree，GF）动物模型和操控肠道菌群策略的使用，共同推动了肠道菌群与宿主肿瘤之间关系的研究［4］。

肠道菌群在肿瘤的发生和发展中发挥着双重作用，特异的肠道共生菌及代谢产物可能抑制肿瘤的发生。肠道菌群多样性较高的个体患乳腺癌的风险较低，而长期应用抗生素使HER-2/neu转基因小鼠乳腺癌的发生率上升3倍，其原因可能是肠道菌群的多样性影响体内雌激素的水平［5-6］。摄入鼠李糖乳杆菌、大肠杆菌Nissle 1917、乳酸杆菌等的混合制剂可抑制小鼠体内Th17细胞的极化而促进Treg细胞分化，降低肿瘤微环境中炎性因子的水平，从而阻滞原发性肝癌的进展［7］。肠道菌群发酵膳食纤维产生的一种短链脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs）—丁酸，可诱导Treg细胞的扩增和抗炎细胞因子的产生，抑制结肠癌的发生［8］。丁酸是一种组蛋白去乙酰化酶抑制剂，高纤维饮食增加丁酸在肿瘤组织中的积累，诱导组蛋白乙酰化，促进肿细胞瘤凋亡、抑制肿瘤细胞增殖，从而抑制结肠癌和淋巴瘤的发生、发展［9-10］。

2 肠道菌群的免疫功能

肠道菌群对宿主固有免疫和适应性免疫系统的成熟与调节，尤其是肠道的黏膜免疫具有重要作用。与健康小鼠相比，GF小鼠的派伊尔淋巴集结较小、IgA分泌受损、肠上皮内淋巴细胞减少、抗菌肽释放减少，而这些免疫缺陷通过肠道菌群的再定植大部分可得到纠正［11］。分段丝状菌可激活肠黏膜固有层树突细胞而诱导Th17细胞的发育；梭状芽孢杆菌和脆弱拟杆菌能诱导Treg细胞的分化；细菌代谢产物SCFAs调节Treg细胞的数量和功能，还可诱导肠上皮细胞分泌IL-18，影响黏膜免疫［12］。综上所述，肠道菌群主要通过调节炎症和抗肿瘤免疫反应影响肿瘤治疗的过程。

3 肠道菌群对肿瘤治疗的影响

3.1烷化剂

环磷酰胺（cyclophosphamide，CTX）是常用于治疗肿瘤和免疫性疾病的DNA烷化剂。近期研究证明肠道菌群对CTX的免疫调节作用和抗肿瘤作用是必需的。Viaud等［13］发现CTX引起小鼠肠道菌群组成和多样性的改变，诱导革兰阳性菌向次级淋巴器官脾脏和淋巴结易位，易位的细菌刺激Th17细胞和记忆性Th1细胞的抗肿瘤免疫反应。而肠道菌群的缺失抑制了致病性Th17细胞（pathogenic T helper 17，pTh17）在GF小鼠和使用万古霉素小鼠脾脏中的积累，过继性转移pTh17细胞可以挽救万古霉素对CTX抗肿瘤作用的抑制。这表明CTX诱导肠道革兰阳性菌的易位，提供以pTh17为主的免疫环境，增强抗肿瘤免疫反应，提高了CTX的疗效［14］。有研究报道CTX使肠道拟杆菌门减少而厚壁菌门增加，生酸拟杆菌和Alistipes菌可能是响应CTX治疗的特异细菌［15］。

3.2TLR9激动剂

Toll样受体9（Toll-like receptor 9，TLR9）可识别微生物DNA的CpG基序，TLR9激动剂CpG寡核苷酸（CpG-ODN）与树突细胞和B细胞表面TLR9的结合诱导肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）等促炎细胞因子的释放，介导抗肿瘤免疫反应和肿瘤出血性坏死［16］。Iida等［17］发现3种抗生素的混合物（万古霉素、亚胺培南和新霉素、ABX）抑制肿瘤浸润髓源细胞释放促炎细胞因子如TNF、IL-1α、IL-12β，降低CpG-ODN对小鼠结肠癌的疗效；而应用外源性的TLR4激动剂细菌脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）可改善使用ABX小鼠TNF的产生，说明共生菌通过激活TLR4信号途径驱动肿瘤浸润髓源细胞释放促炎细胞因子，促进肿瘤出血性坏死和免疫性细胞死亡。本研究还发现Alistipes shahii菌可修复使用ABX小鼠肿瘤浸润髓源细胞分泌TNF的能力，增强CpGODN的疗效。

3.3免疫检验点抑制剂

免疫检验点防止T细胞的过度激活、抑制免疫反应以维持机体免疫耐受，同时也增强了肿瘤细胞的免疫逃逸。阻断免疫检验点分子如细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4（lymphocyte-associated antigen 4，CT⁃LA-4）、程序性细胞死亡分子1（programmed cell death protein 1，PD-1）或程序性细胞死亡配体1（pro⁃grammed cell death ligand 1，PDL-1），可消除免疫抑制，激活抗肿瘤免疫反应。CTLA-4单克隆抗体（an⁃ti-CTLA-4 monoclonal antibody，aCTLA-4 mAb）可清除肿瘤微环境中的Treg细胞，促进细胞毒性T细胞的浸润而清除肿瘤［18-19］；而PDL-1单克隆抗体（anti-PDL-1 monoclonal antibody，αPDL-1 mAb）可阻止肿瘤微环境中T细胞的耗竭，激活其肿瘤杀伤能力［18］。

不同患者对免疫检验点抑制剂的治疗反应差异明显，且部分患者治疗后发生结肠炎，因此一些研究认为免疫检验点抑制剂可能与患者的肠道菌群发生了相互作用，但具体机制有待研究。Vetizou等［20］报道aCTLA-4 mAb对GF小鼠或使用广谱抗生素小鼠的MCA205肉瘤、Ret黑色素瘤及MC38结肠癌均无效，并证明肠道菌群通过调节树突细胞的功能促进T细胞介导的抗肿瘤免疫反应。aCTLA-4 mAb的肿瘤杀伤作用依赖于肠道内拟杆菌属如多形拟杆菌、脆弱拟杆菌、洋葱伯克霍尔德菌的多样性，GF小鼠对aCTLA-4 mAb治疗反应的缺失可通过脆弱拟杆菌的定植、脆弱拟杆菌多糖诱导的免疫反应或过继性转移脆弱拟杆菌特异的Th1细胞而修复。脆弱拟杆菌和洋葱伯克霍尔德菌定植于GF小鼠还可改善aCT⁃LA-4 mAb的黏膜毒性并减少结肠炎的发生。Sivan等［21］发现不同来源的相同品系的C57BL/6小鼠黑色素瘤的生长速度不同，而共同饲养或粪便菌群移植（fecal microbiota transplantation，FMT）可消除这种差异，本研究认为肠道菌群的差异影响了肿瘤的生长。进一步研究证明这两种小鼠肠道双歧杆菌的多样性差异明显，口服双歧杆菌与应用aPDL-1 mAb可达到相似的抗肿瘤效果，而两者合用使肿瘤生长得到完全抑制。其中双歧杆菌通过增强树突细胞的功能、激活CD8+T细胞、促进CD8+T在肿瘤中的积累，增强抗肿瘤免疫反应。

3.4过继性细胞免疫治疗

过继性细胞免疫治疗（adoptive cellular immuno⁃therapy，ACT）是将肿瘤内具有抗肿瘤活性的淋巴细胞体外扩增后输入受者体内直接杀伤或激发免疫反应杀伤肿瘤组织。全身照射（total body irradiation，TBI）预处理通过清除抑制性淋巴细胞、激活抗原呈递细胞，增强ACT的杀伤作用，其作用机制可能是TBI诱导肠道菌群易位，易位的共生菌激活TLR4信号通路从而增强过继性转移CD8+T细胞的抗肿瘤活性［22］。近期研究表明外源性LPS只能增强ACT对TBI小鼠的疗效而对未照射小鼠无效；若在ACT治疗前应用CD4抗体清除宿主CD4+T细胞，LPS能够增强ACT对未照射小鼠的疗效［23］。这说明肠道菌群只能辅助TBI提高ACT的疗效，不能取代TBI的作用。

3.5铂类和核苷类似物

铂类化合物可与DNA结合形成链内交联加合物，诱导肿瘤细胞的凋亡。Iida等［17］还发现ABX降低了奥沙利铂和顺铂对小鼠皮下移植瘤的疗效，而且GF小鼠对奥沙利铂的治疗反应低于无特定病原菌（specific pathogen-free，SPF）小鼠，提示肠道菌群参与奥沙利铂介导的肿瘤杀伤反应。本研究认为肿瘤浸润髓源细胞释放的活性氧（reactive oxygen species，ROS），有助于奥沙利铂诱导肿瘤细胞的DNA损伤。因此奥沙利铂的抗肿瘤作用可能依赖于肠道菌群驱动肿瘤浸润髓源细胞释放ROS，诱导DNA损伤从而杀伤肿瘤。近期研究还发现抗生素降低顺铂对小鼠Lewis肺癌的疗效，而乳酸杆菌通过增强抗肿瘤免疫反应、促进肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤细胞增殖等增强了顺铂的肿瘤杀伤作用，延长了小鼠存活期［24］。

核苷类似物是一类可干扰肿瘤细胞DNA合成的抗代谢药物，肠道菌群代谢某些核苷类似物如卡培他滨、氟达拉滨后使其肿瘤杀伤毒性增强，但是克拉屈滨、吉西他滨等被肠道菌群代谢后活性明显减低［25］。有研究报道肠道菌群的鞣花酸代谢产物uro⁃lithin A可增强5-氟尿嘧啶对结肠癌患者的化疗疗效，提示urolithin A可能成为一种有效的化疗佐剂，但其作用机制尚不明确［26］。

3.6放射治疗

肠道菌群的定植使GF小鼠的放射敏感性增加，原因可能包括易位的共生菌抑制禁食诱导脂肪因子（lack fasting-induced adipose factor，FIAF）的表达，而FIAF缺失使肠道的放射敏感性升高［27］。有研究发现沙门菌鞭毛的一种多肽，在没有降低肿瘤放射敏感性的情况下，减轻了肠上皮损伤、延长了小鼠存活期［28］。

4 结语

肠道菌群对肿瘤发生的双重作用证明了细菌-免疫-肿瘤轴的复杂性。肠道菌群主要通过调节肿瘤浸润髓源细胞的分化和功能影响抗肿瘤免疫反应［29］，见表1。重新编程肿瘤浸润髓源细胞以增强和维持抗肿瘤免疫反应，可能是一种理想的肿瘤治疗方法。

肠道菌群为肿瘤治疗提供了新的策略，但其临床应用还面临着较多问题。人与实验动物的肠道菌群存在差异，但目前人体肠道菌群调节肿瘤治疗的研究较少，其治疗影响尚不明确。不同个体肠道菌群的组成存在差异，调控不同肿瘤治疗的肠道细菌种类可能不同，治疗前、中、后期可能都需要监测肠道微生态变化，个体化调节患者的肠道菌群。益生菌、益生元、FMT均可改善肠道微生态失调，但其防治肿瘤的有效性和安全性仍存在争议。FMT在艰难梭菌感染的治疗中取得巨大成功，也为肿瘤治疗提供了新思路，但是目前FMT缺乏相应规范，不加区分的菌群移植可能导致感染，某些细菌还可能加重肿瘤的进展。

今后随着调控肿瘤治疗的特异肠道细菌或其共有特性的发现，靶向调节肠道菌群用以辅助肿瘤治疗，精准医疗的发展将会得到进一步的推动。

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（2016-07-14收稿）

（2016-11-02修回）

（编辑：武斌 校对：周晓颖）

The effects of gut microbiota on cancer therapy

Xiaodan HAN,Junling ZHANG,Saijun FAN
Correspondence to:Saijun FAN;E-mail:fansaijun@irm-cams.ac.cn

Beijing Union Medical College,The Chinese Academy of Medical Sciences&Peking Union Medical College,Institute of Radiation Medicine;Tianjin Key Laboratory of Radiation Medicine and Molecular Nuclear Medicine,Tianjin 300192,China

Gut microbiota helps in maintaining a healthy balance within the microecosystem of the host,and the occurrence of dysbiosis has been linked to tumorigenesis.Specific commensal microbes and their metabolites have the potential to inhibit tumorigenesis. Moreover,gut microbiota plays an important role in the maturation and regulation of both the innate and adaptive immune systems. This microbe population,which lives in the intestines,enhances the antitumor effects of alkylating agents,Toll-like receptor agonists, immune checkpoint inhibitors,and adoptive cellular immunotherapy.Furthermore,gut microbiota also affects the antitumor immune response by regulating the differentiation and function of tumor-infiltrating myeloid cells,the reprogramming of which may be an ideal method for cancer therapy.The manipulation of gut microbiota represents a new strategy for cancer therapy.However,clinical application of gut microbiota still poses many problems.

gut microbiota,cancer therapy,antitumor immune,fecal microbiota transplantation

10.3969/j.issn.1000-8179.2016.22.822

中国医学科学院,北京协和医学院，放射医学研究所；天津市放射医学与分子核医学重点实验室（天津市300192）

樊赛军fansaijun@irm-cams.ac.cn

韩晓丹专业方向为血液病、恶性肿瘤临床及基础研究及放射医学基础研究等。

E-mail：hanxiaodan1234@sina.com