肿瘤化疗对肠道微生态影响的研究进展

孙志高，窦永起

解放军总医院 中医科，北京 100853

肠道菌群调节胃肠平滑肌蠕动，与腹泻、便秘等消化道症状密切相关[1]。化疗是临床治疗恶性肿瘤的主要方法之一，在杀伤肿瘤细胞的同时，会对肠黏膜等敏感组织造成损伤，引起肠道广泛黏膜炎症及菌群紊乱，甚至出现菌群易位导致严重感染而威胁患者生命。据统计，化疗患者消化道黏膜炎发生率可达40%以上，而超过30%的肠道肿瘤患者在接受化疗过程中出现腹泻等菌群失调症状[2-3]。近年来化疗相关肠道微生态紊乱的特点及发生机制被逐渐揭示，本文就此研究进展作一综述。

1 菌群结构变化

国内外的临床研究均显示，化疗药物可导致肠道菌群的总数明显减少，多样性下降、菌群比例失衡。特别是归类于厌氧菌属的益生菌，而致病菌的数量及比例在化疗期间则有所增加，总体呈现明显的菌群失调趋势。Huang等[4]研究发现，氨甲蝶呤引起白血病患儿肠道菌群总数减少约29.6%，并以第3天的变化较为明显；其中双歧杆菌、乳酸杆菌及大肠埃希菌的数量在化疗期间下降最为明显。Montassier等[5]研究接受BEAM方案化疗的非霍奇金淋巴瘤患者，发现肠道菌群的多样性显著下降，菌群构成发生明显改变，并认为这可能与化疗后Faecalibacterium的急剧下降及其继发的埃希氏菌的增加有关。Zwielehner等[6]对17例肿瘤患者研究发现，化疗对拟杆菌影响轻微，而梭菌簇Ⅳ和ⅩⅣa则更敏感，其可能是化疗后黏膜炎及肠道微生态系功能紊乱的重要因素。Motoori等[7]研究表明，DCF化疗方案(紫杉醇、顺铂、5-氟尿嘧啶)通过改变食管癌患者肠道乙酸和丙酸浓度而降低食管癌患者肠道双歧杆菌及普雷沃菌属表达并增加肠球菌等条件致病菌含量，从而造成化疗后肠道菌群紊乱状态。陈晓慧等[8]发现，肺癌患者铂类药物化疗后条件致病菌增加，多样性下降，菌群构成发生改变。

动物实验研究结果与临床观察基本一致，提示化疗期间肠道微生态的改变更有利于致病菌的生长，甚至发生易位而改变菌群结构[9]。舒晓宏等[10]发现大剂量顺铂可引起大鼠各段肠管内革兰阴性杆菌比例明显增高，回盲部淋巴结革兰阴性菌阳性率为80%，而对照组大鼠回盲部淋巴结无细菌生长，说明大剂量顺铂可导致大鼠肠黏膜损伤、肠道内菌群失衡，并出现肠源性细菌易位。Lin等[11]在对大肠癌模型大鼠化疗研究中发现，伊立替康可显著降低肠道菌群的总量并增加盲肠梭状杆菌Ⅺ和肠杆菌，特别是在剂量强化治疗后影响更加显著。此外5-FU、卡培他滨、氨甲蝶呤等对肠道微生态的影响也有类似报道[12-13]。由此可见，化疗药物可抑制共生菌群数量，利于条件致病菌的繁殖而破坏肠道微生态平衡。

2 肠道通透性变化

肠黏膜是肠屏障作用的重要组成部分，它能阻止肠道菌群和内毒素进入肠道以外的器官。当肠黏膜发生损伤，通透性增高，细菌和内毒素易通过肠壁，从而引发肠源性感染。因此，肠黏膜通透性是评价肠道微生态平衡的重要内容。

Russo等[14]观察氟尿嘧啶、表柔比星、环磷酰胺联合用药对乳腺癌患者肠道影响，发现用药14 d后，乳果糖/甘露糖醇比率显著增高，胰高血糖素样肽-2(glucagon-like peptide-2，GLP-2)和表皮生长因子(epidermal growth factor，EGF)水平显著下降，提示肠渗透性改变。

动物实验得到了相似的结果。Generoso Sde等[15]观察到5-FU造模72 h后，大肠埃希菌比例在小鼠的肝、脾中显著升高，表明化疗药物造成肠道屏障破坏，通透性增高和菌群易位。病理变化上，顺铂、5-FU等化疗药物可引起大鼠黏膜变薄、水肿，绒毛短缩、破坏并伴随隐窝变浅等特征[10,16-17]。此过程可能与化疗药物减少黏蛋白分泌、抑制上皮细胞增殖及诱导肠道细胞凋亡有关[18-19]。

3 肠道免疫失衡

肠道免疫屏障对肠道微生态的正常发育及维持起重要作用。其中防御素为固有免疫主要功能蛋白，具有较强的抗菌作用，对病原菌入侵具有一定的防御功能[20]。SIgA是肠黏膜表面主要的免疫球蛋白，通过黏附作用使病毒、细菌等有害物质失活，维持肠道微生态平衡。有报道，肠道免疫屏障中免疫因子SIgA的缺失或功能障碍将引起活化诱导性胞苷脱氨酶的缺失或突变，进而影响肠道非黏膜免疫系统，最终导致肠道菌群组成成分的变化[21]。

化疗药物多为细胞毒药物，其在杀伤肿瘤细胞的同时也破坏了肠道免疫功能而影响肠道菌群比例及结构稳定。左涛等[22]研究发现，环磷酰胺可显著降低小鼠肠道SIgA分泌，而造成有益菌和有害菌比例失调，其进一步研究发现环磷酰胺主要通过影响SIgA构成蛋白J chain、pIgR而达起到上述作用。5-FU、氨甲蝶呤的研究亦得到了类似的结果。

另一方面，肠道免疫系统通过分泌多种免疫因子使肠道微生物在肠腔内以一定规律分层分布，并抑制有害菌群过度繁殖，维持肠道微生态平衡[23]。在此过程中T细胞免疫发挥着重要的调节作用，也是化疗后肠道微生态失调的重要因素。研究表明，化疗药物刺激肠道产生内毒素并通过激活TLR4/NF-κB通路诱导促炎介质IL-1、IL-6、IL-8、TNF-α表达，引起肠道中CD4+Th细胞异常表达针对肠道共生菌群的T细胞特异性受体，刺激巨噬细胞放大杀菌作用，导致肠道菌群失调[24-25]。多项研究表明肠道微生态紊乱与炎性介质表达有关。Tang等[26]研究发现5-FU造模大鼠肠道菌群多样性降低，乳酸杆菌及肠球菌属等变化显著，其机制与化疗药物刺激TLR2/TLR4信号通路诱导IL-4、IL-6、TNF-α的表达增高有关。Al-Asmari等[27]同样发现5-FU可诱导造模大鼠肠道NF-κB过度激活，并刺激环加氧酶-2的表达和嗜中性粒细胞浸润，诱导上皮组织损伤。

近年随着Th17和Treg的发现，人们对肠道炎性反应有了更加深入的认识[28]。Mi等[29]研究发现，5-FU联合奥沙利铂可显著增加造模大鼠Th17细胞含量，增加Treg表达，而作为促炎细胞因子的中心介质，Treg/Th17比例变化可能是下游IL-1β、TNF-α等炎性因子“瀑布样释放”并产生促炎作用的关键所在。

4 肠黏膜损伤

肠黏膜损伤也是化疗后菌群失调的重要原因。肠道内的杯状细胞所分泌的黏液及黏蛋白具有维护肠道屏障功能的作用，可为肠道菌群提供营养物质和黏附位点并维持肠道菌群的动态平衡[30]。化疗药物能够使其迅速释放出内部所储存的黏液而转变为空泡状杯状细胞，导致储存的黏蛋白迅速耗尽，引起肠道黏液层变化，使肠道菌群的营养及附着点减少，并降低对肠道屏障功能的保护作用，进而影响肠道菌群的组成及数量，甚至继发菌群移位[31]。Stringer等[32]研究发现5-FU造模大鼠空肠中杯状细胞数量在24 ～72 h显著降低，而空化杯状细胞的百分比则显著增加，并认为肠道黏蛋白分泌的变化是造成化疗后微生态失调的重要因素。同时，黏蛋白的耗尽使黏液层更加稀薄，肠道菌群更容易接触TLR，使之激活，进而上调下游信号通路的表达，放大促炎因子的损失效应，加重肠上皮细胞凋亡和屏障功能破坏，导致有害菌大量繁殖甚至继发菌群移位[31,33]。

紧密连接蛋白(Claudin)是肠上皮细胞主要连接方式，对维持肠黏膜完整性发挥重要的作用。有研究发现，单次大剂量5-FU腹腔注射及小剂量多次给药均可引起大鼠肠上皮Claudin-1、JAM-1及Occludin蛋白表达不同程度下降[34-35]。顺铂、环磷酰胺、伊立替康等化疗药物均有类似作用。同样，体外研究发现，肠道上皮是化疗药物介导的细胞毒性损伤的主要目标，低浓度的5-FU即可诱导广泛的细胞凋亡[36]。进一步研究发现，5-FU处理后，IEC-6肠上皮细胞增殖受到显著抑制并通过p53/PUMA机制诱导细胞凋亡，造成肠上皮损伤[37]。可见，化疗药物可破坏肠道机械屏障，造成肠黏膜通透性增高而影响肠道微生态平衡。

5 结语

化疗后，伴随着免疫紊乱和肠上皮屏障的破坏，肠道菌群的种类和组成比例均发生了显著变化，通常表现为益生菌的减少及条件致病菌的增加。其发生机制与化疗后肠道免疫功能紊乱有关，在此过程中T细胞免疫对化疗后免疫抑制及促炎介质的表达具有重要的调节作用。近年来随着Treg/Th17的发现，人们逐渐认识到Treg/Th17平衡对于维持肠道T细胞免疫功能及炎性因子平衡至关重要，但具体作用途径及其与宿主、微生物群的相互作用关系尚需深入探索。