肠道菌群对白血病影响的研究进展

夏 婷，李 煜，张晨薇，朱晓萱，方建培

(1.天津科技大学省部共建食品营养与安全国家重点实验室，生物工程学院，天津 300457；2. 中山大学孙逸仙纪念医院儿科，广东 广州 510120)

肠道作为人体内最复杂的微生态系统，其中的微生物群与宿主之间相互影响。宿主饮食和疾病状态会导致肠道菌群的组成改变，而肠道菌群及其代谢物在宿主免疫系统成熟、食物大分子消化及机体健康等方面发挥重要的生理作用[1]。正常情况，机体内的肠道菌群处于动态平衡状态，并与免疫系统相互合作，共同维持机体内环境的稳定。当此平衡被打破时，有益菌的数量会减少，而有害菌的数量增多，肠道屏障破坏，免疫系统功能改变，便会引发多种疾病，危及人体健康。目前，已证实肠道菌群失调与人类诸多疾病(如：抑郁症、结直肠癌、代谢性疾病、心血管疾病、神经退行性疾病等)有关[2-4]。其中肠道菌群与白血病之间的关系，也被国内外学者广泛研究。本文将肠道菌群与免疫系统之间的相互作用，及其对白血病的发生、发展及治疗的影响进行综述。

1 肠道菌群概述

随着16S rRNA基因测序技术的应用，发现人类的肠道中存在大量的微生物，不同部位的菌群组成存在明显的差异，其中结肠是微生物系统中密度最高、活菌数最多的部位。人体内的肠道微生物大概有1014个，其中主要是细菌，还包括病毒(5.8%)、真菌(0.8%)和真核生物(0.5%)。虽然肠道细菌在每个个体间都不尽相同，但在门的水平，厚壁菌门和拟杆菌门是主要的优势菌群，两者的比值与肠道菌群的稳态密切关系[3,5]。此外，肠道内的有益菌是人体肠道的主要菌群，如：乳杆菌、消化球菌、双歧杆菌、鼠李糖杆菌等。条件致病菌通常与宿主互利共生，在肠道菌群达到平衡时，它们对机体无害，但菌群失衡时，它们会发生移位而转变成有害菌导致机体致病，如：脆弱拟杆菌、肠球菌、大肠杆菌、梭状芽孢杆菌等。有害菌能够将食物中的脂肪、蛋白质及未被小肠吸收的胆汁分解变成有毒或致癌物，进而危害身体健康。

近年来，宏基因组学和代谢组学迅速发展，使得肠道微生物在人类健康与疾病中的研究不断深入。微生物群体总DNA、RNA及蛋白质的提取、PCR扩增、高通量测序、核磁共振和各种质谱等技术在肠道菌群研究中得到广泛的应用[6]。这些技术能够准确、深入地分析肠道菌群的组成、相对丰度、基因功能、代谢动力学、代谢途径等，有助于揭示其与人类健康和疾病之间的关系和作用机制[7,8]。另外，新型的亚基因组方法可进一步解析肠道微生物的组成，有助于确定不同细菌在肠道内环境中的潜在作用。肠道菌群不仅能够帮助食物消化、营养吸收，而且会促进黏膜免疫系统成熟，影响机体的免疫防御机制，靶向各种免疫细胞，包括肠上皮细胞、巨噬细胞、先天淋巴细胞、B和T淋巴细胞，抵御病原体入侵。另外，在完全缺乏肠道微生物的无菌小鼠体内发现,肠系膜淋巴结和派尔集合淋巴结发育不成熟,并且肠道内抗体和抗菌素的生成减少。

2 肠道菌群与白血病发生发展

白血病是造血系统常见的恶性肿瘤，增殖的白血病细胞会浸润骨髓、外周血、淋巴结、肝脏、脾脏等组织和器官，对机体造成不可逆的损伤。白血病患者体内的免疫功能处于抑制状态，进而引起抗肿瘤免疫应答低下及易发感染。上世纪90年代，有学者将慢性淋巴细胞白血病(chronic lymphocytic leukemia，CLL)患者的空肠液进行体外培养，结果发现其中的大肠埃希菌、粪便链球菌及金黄色葡萄球菌增多。杨显等[9]研究发现白血病患者肠道的条件致病菌大肠埃希菌数量增加，而有益菌柔嫩梭菌减少或缺失，结果提示白血病患者肠道内的菌群失调可能是其易感染的原因之一。Rajagopala等[10]对51名儿童及青少年急性淋巴细胞白血病(acute lymphocytic leukemia，ALL)和健康同胞的肠道菌群进行16S rRNA基因测序，结果测得患者组和对照组菌群中的优势菌群均由拟杆菌、普雷沃杆菌和粪便杆菌组成，但患者组的微生物多样性明显低于对照组。与对照组相比，ALL患者中的拟杆菌属所占比例增加，而毛螺菌科(由梭菌属XIVa 和IV组成)和产丁酸盐的罗氏菌属明显减少，这些菌的减少会增加患者化疗引起的黏膜炎和胃肠道并发症的风险。

近期研究表明，肠道菌群与白血病的基因突变之间有一定关联。Tet2基因是一种肿瘤抑制基因，在表观遗传学中起重要作用。Tet2基因突变是诱发急性髓系白血病(acute myelogenous leukemia，AML)和慢性髓系白血病的因素之一[11]。Meisel等[12]研究发现，Tet2基因突变会破坏肠壁的完整性，使原本存在于小肠内的细菌进入血液及周边的器官。机体的免疫系统发现细菌异常入侵后，会产生相应的炎症因子IL-6，进而刺激白血病细胞的增殖。此外，有研究表明炎症刺激会导致肠道屏障完整性减弱，肠道菌群及其代谢物与肠上皮直接接触，引起肠上皮细胞中的NF-κB过度激活，促进TNF、IL-1、IL-6等细胞因子的生成并随血液循环进入骨髓，导致造血干细胞无限增殖不分化，从而诱发及加重白血病[13,14]。因此，肠道菌群对白血病的发生与发展过程也有着不可或缺的地位。

3 肠道菌群与白血病机体免疫

机体内的免疫系统持续监视肠道不受病原体的入侵，会帮助肠道中的有益菌抑制甚至杀灭有害菌，同时也会对共生菌群产生免疫耐受，为其生长和繁殖的提供场所，因此机体免疫系统是维持肠道菌群平衡的重要卫士[15]。肠道菌群会影响机体局部和全身的免疫系统发育及应答。肠道菌群及其代谢物能够与肠道上皮细胞和局部的先天性淋巴细胞相互作用，维持肠道屏障功能和免疫平衡。此外还能通过促进分泌型免疫球蛋白A(secretory immunoglobulin A, sIgA)生成，调节效应性和调节性T细胞平衡，从而调控肠道适应性免疫，防御病原体感染[16]。

研究发现，sIgA作为人体内一种重要的抗体，能直接识别并结合革兰氏阴性杆菌，并封闭细菌与上皮细胞的结合位点，防止细菌穿透上皮细胞发生移位，同时sIgA参与构成免疫屏障，防止细菌黏附于上皮细胞侵入肠系膜淋巴结[17]。白血病患者体内的免疫功能受损，sIgA分泌减少，从而引起肠道屏障功能降低。紊乱的肠道菌群及其代谢产物穿透黏液层黏附于上皮细胞，进而激活树突状细胞产生不同的细胞因子，使得T细胞向不同亚群分化。在急性白血病患者体内的抗原刺激T细胞向调节性T细胞(regulatory T cell, Tregs) 分化时，Tregs数目增多，机体免疫功能受抑制，从而加重白血病病情[18]。肠道菌群可影响肠道中各类免疫细胞的增殖和分化，从而调控肠黏膜免疫系统的功能。白血病患者的肠道黏液层变薄或消失、肠道菌群失调，会导致患者局部甚至全身抵抗力低下，进而易发感染[19]。脆弱拟杆菌是哺乳动物的肠道正常菌群，当机体肠道菌群平衡被打破时，脆弱拟杆菌发生易位成为条件致病菌。研究报道[20]肠道中脆弱拟杆菌通过合成多聚糖来诱导CD4+T细胞向Foxp3+调节性T细胞转化，该过程能产生IL-10，进而引起免疫抑制作用。研究发现[21]，CLL患者外周血中的IL-10和IL-6均显著升高，IL-10可以抑制1型辅助性细胞(Th1)的功能，抑制免疫功能，而IL-6能促进白血病细胞生长。当IL-10升高(>10 ng·L-1)和IL-6升高(>4.30 ng·L-1)时，会降低患者的生存率。

4 肠道菌群与白血病治疗

化疗是治疗白血病的常用方法。有研究对AML儿童化疗期间的粪便进行菌群分析，结果发现白血病患者组的细菌数比健康对照组低100倍，以及肠道菌群的多样性减少。与对照组比较，患者组化疗期间肠道内的拟杆菌属、梭菌属XIVa、普氏粪杆菌和双歧杆菌减少了3 000 ～6 000倍，同时致病性肠球菌的数量明显增多，而链球菌明显减少。此外，体外实验发现，依托泊苷和柔红霉素抑制梭菌属、链球菌、动物双歧杆菌和嗜酸乳杆菌的生长，但对肠球菌及大肠杆菌的生长无影响。研究表明[22]化疗会选择性杀死共生厌氧菌，这可以引起潜在的致病微生物的扩增。此外，益生菌对于减轻化疗引起的副作用有潜在的作用。研究发现[23]，给接受5-氟尿嘧啶化疗的小鼠服用鼠李糖乳杆菌和双歧杆菌，能够通过抑制肠道菌群失调相关的炎症反应，来改善化疗药引起的肠道黏膜炎。

造血干细胞移植是高危白血病治疗的有效方法。接受移植的患者通常会出现移植物抗宿主病(graft versus-host disease， GVHD)，其临床表现为胃肠道功能损伤以及免疫和肠道菌群紊乱，是移植成功与否的重要因素。研究发现[24]GVHD患者小肠内潘氏细胞数量减少，导致肠道抗菌肽α-防御素表达下降，造成肠道菌群失调。Jenq等[25]对造血干细胞移植后的患者12 d后的粪便肠道菌群进行分析，结果发现细菌多样性的增加与GVHD相关死亡率的减少有关。并且证实专性厌氧菌如布劳特氏菌属的细菌数量增加，会降低GVHD患者的死亡率。另有研究报道异基因骨髓移植后患者的肠上皮细胞产生丁酸盐减少。肠道内梭状芽孢杆菌产生的丁酸盐能减少肠道上皮细胞凋亡，增强肠上皮完整性，从而缓解GVHD症状。此外，给予移植小鼠高产丁酸的梭菌菌株，能够降低GVHD的严重程度，提高生存率[26]。因此，提高造血干细胞移植后白血病患者肠道菌群的多样性，维持肠道菌群平衡，维护肠道屏障作用，能够降低GVHD的发生率和死亡率。

5 总结与展望

目前，随着分子生态学方法不断应用于肠道菌群分析，逐步证明肠道菌群与多种疾病有相关性。研究发现肠道菌群与白血病的基因突变、免疫系统之间存在诸多联系。一方面白血病患者存在肠道菌群紊乱和屏障功能受损，可以影响治疗效果及预后。另一方面，肠道菌群可通过调控肠道局部及全身的免疫系统，引起患者机体免疫抑制及促进白血病细胞增殖，在白血病的发生、发展中起重要因素。近年来益生菌和粪菌移植等治疗手段的应用，可以重新调整肠道菌群平衡和功能，有助于白血病的缓解和治疗。随着白血病相关肠道菌群的深入探究，为解析肠道菌群与白血病之间的作用机制提供新的思路和理论基础，也将为白血病肠道菌群诊断和治疗提供关键目标和靶点。