肠道菌群与原发性肝癌相关性的研究进展

陈默 刀永祥 综述 王君 审校

原发性肝癌（以下简称肝癌）是消化系统最常见的恶性肿瘤之一，其发病率在全球居高不下，其病死率在中国肿瘤疾病中高居第3 位［1］。目前全世界对于肝癌的研究较多，但其确切的发病原因和相关分子机制尚未阐明。肝癌的形成受多因素的影响，诸如病毒性肝炎、酒精性肝病（alcoholic liver disease，ALD）、非酒精性脂肪肝（nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD）、肝硬化等［2］。此外，近年来研究发现肠道菌群失调与肝癌的发生发展有密切的联系［3］，而益生菌可以纠正肠道菌群失调，改善内毒素血症，从而改善肝功能，为肝癌的防治提供了新的思路。

1 人体肠道菌群的特点

肠道菌群是寄居在人体肠道内的庞大微生物种群，其总量超过了1×1014个，由一千余种细菌组成，可分为变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、放线菌门（Actinobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）和疣微菌门（Verrucomicrobia）5大类，其中以厚壁菌门和拟杆菌门为主，占90%以上［4］。人体成长过程中肠道菌群的种类和数量也随之增长并趋于稳定［5］，在外环境和宿主因素的共同作用下，菌群间达成了微生态平衡，并且积极参与到机体物质代谢、免疫调节及消化吸收等多种生理过程中［6］。特别是在免疫和代谢方面，肠道菌群可拮抗致病菌、促进免疫系统成熟，还可通过参与维生素的合成、辅助肠上皮细胞分化生长、促进机体代谢等改善宿主营养［6］。近十年来大量证据表明肠道菌群对机体的影响已经超过了胃肠道本身［7］，且已有研究发现肠道菌群还可参与肿瘤（如乳腺癌）的发生和转移过程［8-9］。

然而疾病、滥用抗生素、酗酒、高脂饮食等因素可破坏肠道微生态平衡，导致小肠细菌过度生长（small intestinal bacterial overgrowth，SIBO）、肠屏障功能受损及肠道通透性改变，进而诱使慢性炎性肠病、慢性肝炎、肝硬化甚至肝癌等疾病的发生［10］。

2 肠道菌群与肝癌

关于肠道菌群在改善宿主营养、参与免疫调节、促进物质代谢等方面的研究较多，但是有关肠道菌群与肝癌发病机制方面的研究才刚起步。

近年来有学者发现肝癌宿主伴有肠道菌群结构和数量的改变。Lei等［11］在研究肠道菌群与肝癌的关系中发现，与健康对照组相比，肝癌患者厚壁菌门明显减少，而路德维希肠杆菌明显增加，并且随着肝癌的进展，厚壁菌门/拟杆菌门菌的比例显著下降，肝癌组肠道菌群主要以肠球菌科、乳酸菌、杆菌等为主。相似地，Zhigang等［12］在研究早期肝癌、肝硬化患者的肠道菌群特征时发现，与健康对照组相比，肝癌组和肝硬化组的肠道菌群多样性发生明显改变，其中肝癌组的肠道菌群结构和数量改变最为明显，如产脂多糖菌属显著增加，而丁酸盐产生菌显著减少。这提示了早期肝癌患者肠道菌群结构发生了特异性改变，该菌群有望成为早期肝癌诊断的靶向生物标志物，通过菌群特异性分析对早期肝癌具有提示意义。此外，还有研究发现，通过万古霉素纠正肥胖白鼠肠道菌群失衡后，可以有效减少肝癌的发生［13］。上述研究提示肠道菌群与肝癌的发生发展存在一定关系。

进一步研究发现，肝脏可以通过门静脉吸收营养物质，与此同时也能吸收肠道菌群代谢产物，如脂多糖（LPS）和细菌脱氧核糖核酸等［6］。当发生SIBO时，细菌代谢产物（特别是LPS）大量增加，肠道屏障功能明显下降，大量LPS 通过门静脉进入肝脏，与各种肝脏细胞［如Kupffer细胞（kupffer cells，KCs）、肝星状细胞（hepatic stellate cells，HSCs）以及肝癌细胞等］中的Toll样受体4（toll-like receptor 4，TLR4）结合，引起慢性肝炎、肝硬化直至肝癌［14］。由此可见LPSTLR4 途径的激活在肝癌的发生发展中起关键作用。其中肝脏细胞中的KCs 被LPS-TLR4 通路激活后可大量分泌TNF-α、IL-6等炎性介质，引起肝脏的氧化应激和炎性反应，造成细胞DNA损伤，导致基因突变的发生［3，15］。同时肝脏细胞中的HSCs 被LPS-TLR4途径激活后可合成大量具有促纤维化作用的细胞外基质蛋白，进而加剧肝硬化的发生发展，激活后的HSCs 还能分泌血管生成因子，在LPS 的共同作用下诱发间质内内皮细胞迁移并逐渐生成血管，血管形成的过程是肝癌进展中的关键步骤［16］。当肝癌细胞被LPS-TLR4 途径激活后还可利用NF-κB 通路诱发上皮细胞-间质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），而有研究发现EMT是肝癌扩散转移的关键环节［17］。

此外，病毒性肝炎（如HBV感染）、肥胖等多因素与肠道菌群失调相互作用可进一步加剧肝癌的病情。病毒性肝炎是肝癌常见的病因之一，HBV 感染可加剧肝硬化，促成肝癌的发生，而肠道菌群失调可能促发病毒性肝炎相关并发症，进一步加快肝癌的病程［3］。究其原因，研究发现肠道菌群失调导致的肠源性内毒素血症（intestinal endotoxemia，IETM）和菌群移位可干扰机体对HBV 的正常免疫过程，在LPS的作用下，受HBV感染肝细胞的LPS-TLR4通路被免疫细胞激活，分泌大量炎症反应介质，造成大量肝细胞受损，并且使HBV感染趋于慢性化，加快肝硬化及肝细胞癌变过程［18］。在肥胖方面，有学者指出肥胖可以诱导脱氧胆酸和脂膜酸的产生，其中脱氧胆酸是一种可引起肝细胞损伤并导致细胞凋亡的细菌代谢产物，而脂膜酸是肠道革兰阳性菌细胞壁成分，在脱氧胆酸和脂膜酸的共同作用下，通过TLR2 促使HSCs上调环加氧酶2（COX2）和衰老相关分泌表型因子的表达，其中环加氧酶2 可以介导前列腺素E2（PGE2）产生相应受体来抑止抗肿瘤相关免疫，进而加剧了肝癌的发生发展。由此可见肥胖合并肠道菌群失调可以加剧肝癌的发生发展［19］。

值得注意的是，肠道菌群失调与肝癌的发生发展是一个相互作用的过程，肝癌的进展可能进一步加剧肠道菌群紊乱。肝功能异常及门脉高压是肝癌进展期常见的并发症，当肝功能下降时，一方面胆汁酸合成减少，造成胆汁酸抑制肠道有害菌的作用减弱［20］，另一方面肝脏KCs清除进入门脉系统的细菌及其代谢产物LPS 的功能下降［21］，易发生内毒素血症；同时门脉高压可引起肠道黏膜淤血水肿、通透性增加，导致肠道黏膜屏障受损。在上述因素的共同作用下可进一步加剧肠道菌群移位及菌群失调［21］，而肠道菌群失调又可进一步加快肝癌的病程，导致恶性循环。

肠道菌群的某些代谢产物却可以保护肝功能，对预防肝癌发挥积极作用，比如吲哚丙酸，这是一种色氨酸经细菌分解的产物，可以抑制NF-κB 信号通路，降低促炎细胞因子的水平，拮抗肝脏炎症和肝损伤［22］。综上所述，肠道菌群与肝癌的发生发展密切相关。

3 益生菌在肝癌防治中的应用

目前肝癌的治疗手段很多，除手术、放化疗外，还有经导管肝动脉栓塞、肝动脉灌注化疗栓塞、分子靶向及免疫治疗等，这些方法虽然疗效比较确切，但也存在创伤大、并发症和不良反应多等缺陷。鉴于益生菌可调节肠道菌群，改善肝脏功能，因此有望成为防治肝癌的潜在有效方法。

益生菌是一类对机体有益的活性微生物，包括乳杆菌属、双歧杆菌属等，可以改善肠道微生态。不断有研究发现益生菌在预防肝癌发病方面发挥着独特的作用：1）益生菌可以改善肠道微生态、保护黏膜屏障，有效抑制SIBO 的发生，减少细菌代谢产物（尤其是LPS）对LPS-TLR4途径的激活，进而预防肝癌的发生。Marlicz 等［23］在研究益生菌（地衣芽孢杆菌）对病毒性肝炎肝硬化患者的肠道菌群、黏膜屏障功能的影响时，通过检测患者的4种炎性介质和5种肠道菌群的变化发现，地衣芽孢杆菌可以促进肠道菌群中双歧杆菌（益生菌）的增长，而抑制白色念珠菌（致病菌）的数量；还能通过减少肠道黏膜上皮细胞的凋亡来保护黏膜屏障功能，同时通过抑制TNF-α、IL-6等炎症介质的释放来阻止肝硬化的进一步发展。肝硬化是肝癌的重要病因之一，益生菌能改善肝硬化起到预防肝癌的作用。2）益生菌还可通过降低致癌物质的毒性来预防肝癌，最近有学者发现，枯草芽孢杆菌可以降解黄曲霉毒素，其降解率可以达到38.38%，当枯草芽孢杆菌、酪蛋白乳酸菌和产朊假丝酵母按1：1：1的比例制成复合益生菌制剂后，其降解率甚至可达到45.49%［24］。这提示益生菌制剂可以减少黄曲霉毒素的暴露剂量，对预防肝癌的发生发挥了积极作用。3）益生菌还可通过改善病毒性肝炎而预防肝癌的发生，研究发现通过添加双歧杆菌和乳杆菌，可以有效地改善肠道菌群失调和IETM，恢复机体对HBV 的正常免疫应答，同时减少炎症介质的释放，减少肝脏细胞损伤，进而改善病毒性肝炎症状［25］。4）益生菌还可以通过提高肝脏及肠道的固有免疫力，进而增强肝脏清除肝炎病毒的能力，减轻肝脏炎症，同时加强肠道屏障作用，从而发挥防癌作用［26-27］。在肝癌治疗方面，Li 等［28］研究发现，新型益生菌混合物（含双歧杆菌、大肠杆菌Nissle 1917 及鼠李糖乳杆菌等）喂养肝癌白鼠模型7 天后，与对照组相比肿瘤大小及质量下降了40%。究其原因，一方面益生菌可能通过刺激普氏菌分泌消炎物质抑制肝癌的发展；另一方面可能是益生菌有效抑制了肿瘤内Th17 细胞水平，而Th17 细胞是一种能特征性分泌IL-17 的辅助性T 细胞亚群，能抑制肿瘤免疫并刺激肿瘤血管生成，参与肿瘤的发生发展［29］，益生菌通过抑制Th17 细胞水平而发挥抗癌作用。此外，最新研究发现在恶性肿瘤免疫治疗过程中肠道菌群发挥着积极的辅助作用［30］，益生菌可以通过辅助免疫检查点抑制剂调控T细胞表面免疫调节分子，进而增强抗肿瘤免疫反应，提高肝癌免疫治疗的疗效［31］。

4 结语

益生菌不仅可以通过改善病毒性肝炎和肝硬化病情、加强肝肠固有免疫、降低毒物致癌性等预防肝癌的发生，还可以刺激消炎物质分泌、抑制肿瘤内Th17细胞水平和增强抗肿瘤免疫反应来发挥抗癌作用，具有安全、无害、廉价等优势，有望成为肝癌新兴的防治手段。但这方面的研究目前主要集中于动物实验，开展的临床试验相对较少，而实验模型也主要以病毒性肝炎及肝硬化为主，在肝癌模型中的研究还有待加强，且当前益生菌的研究主要倾向于肝癌的预防，而在肝癌治疗方面的研究相对较少，其具体的作用机理、制剂如何制备、临床如何应用等问题有待解决，还需大量的实验（特别是大样本肝癌模型实验）进一步研究证实。

尽管肠道菌群和肝癌之间相互作用关系密切，然而，导致肝癌发病的因素复杂、个体化差异大，肠道菌群种类繁多，各菌群作用机制也不尽相同［32］，因此还需不断地探索与挖掘，进一步阐明作用机理。