鼠李糖乳杆菌GG在结直肠癌中的研究进展

吴玉娇 张 炜江苏大学附属医院消化内科(212001)

结直肠癌是一种发生于结直肠黏膜上皮的恶性肿瘤，发病率和死亡率在全球恶性肿瘤中位居前列[1]。在我国，其发病率居第3位，死亡率居第5位，且呈上升趋势[2]。结直肠癌的危险因素包括炎症性疾病、服用药物、体质量超重、吸烟、饮酒等，可导致肠道微生态失衡，引发局部炎症反应。肠道慢性炎症发展过程可激活致癌成分，使正常黏膜修复功能失控，最终导致肿瘤发生[3]。益生菌是一类对宿主有益的活性微生物，可用于炎症性肠病、肠易激综合征、肝硬化、结直肠癌等多种疾病肠道微生态失衡的调节[4-5]。此外，益生菌亦可通过与病原菌竞争、破坏潜在致癌物、减少微生物遗传毒性、增强肠道屏障和宿主固有免疫、调节细胞增殖和凋亡等多种机制降低恶性肿瘤的发生风险[6]。鼠李糖乳杆菌GG(LactobacillusrhamnosusGG, LGG)是研究最早和最广泛的益生菌之一，其通过调节肠道菌群、抗炎、抗增殖以及促凋亡等多种机制在癌症三级预防中展现了巨大的应用潜力。本文就LGG在结直肠癌中的研究进展作一综述。

一、LGG的概述

LGG属于乳杆菌属，鼠李糖乳杆菌种，是一种革兰阳性菌，其无质粒，不能利用乳糖，可代谢单糖，有较强的耐酸、耐胆汁盐和胃肠道黏附能力。因最初由美国科学家Goldin和Gorbach从健康成年人的粪便样品中分离而来，且对鼠李糖具有代谢和发酵的能力[7-8]。LGG作为人类共生菌，参与营养物质代谢、调节肠道菌群和机体免疫、抑制有害酶产生、排除毒素等。此外，Goldin等[9]的研究发现，在化学诱导结肠癌前补充LGG可有效减少大鼠肠道肿瘤的发生率和肿瘤数目，提示LGG可通过抑制或减轻致癌物质的致突变作用，从而防止结肠癌的发生、发展。

二、LGG在结直肠癌中的作用机制

1. 调节肠道菌群：肠道菌群是维持肠道稳态的基础，在合成维生素、参与食物消化、防止致病菌过度生长等方面起着重要作用。肠道菌群失衡会引起微生态失调，导致炎症反应激活、致癌物质增加、表观遗传修饰和组织损伤，从而增加肿瘤的发生风险[8]。研究[5,10]表明，结直肠癌患者肠道菌群中粪肠球菌、大肠埃希菌、脆弱拟杆菌、具核梭杆菌、牛链球菌等数量增多，乳杆菌、双歧杆菌、罗氏菌和产丁酸盐菌等有益菌减少。Ni等[11]的研究发现，APCMin/+小鼠补充LGG能增加粪便中罗氏菌属和粪球菌属等微生物数量或活性，且可抑制沃氏嗜胆菌等与炎症相关的微生物。Mendes等[6]的研究显示，给予氧化偶氮甲烷(AOM)/葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的结肠癌小鼠补充LGG+嗜酸乳杆菌+两歧双歧杆菌后，粪便中乳酸杆菌属、双歧杆菌属、阿洛巴氏菌属、梭状芽孢杆菌属Ⅺ和ⅩⅧ的丰度明显增加。Kaeid Sharaf等[12]的研究显示，给予二甲基肼(DMH)诱导的结肠癌小鼠补充LGG+塞来昔布后，粪便中乳酸杆菌数量增加。上述结果表明LGG可通过调节肠道菌群、增加有益菌数量来维持相对健康的肠道环境，从而降低肿瘤的发生风险。

2. 调节微生物酶活性：Verma等[13]的研究发现LGG可降低DMH诱导的大鼠β-葡萄糖醛酸酶、β-葡萄糖苷酶以及硝基还原酶的活性，从而抑制3种酶参与致癌物质的产生过程。此外，LGG在抑制氧化应激方面亦具有一定优势。氧化应激及其伴随产生的大量活性氧(ROS)在肿瘤的发生、发展中起到了重要的促进作用。而谷胱甘肽(GSH)、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽S转移酶(GST)、谷胱甘肽还原酶(GR)、谷胱甘肽过氧化物酶(GPX)以及过氧化氢酶(CAT)可作为抗氧化剂和自由基清除剂在调节氧化损伤中发挥重要作用。Hou等[14]的研究发现，结肠癌细胞株Caco-2经过氧化氢(H2O2)处理后SOD活性降低，GPX活性增加，与氧化应激相关的8种基因显著上调，而LGG可减轻其氧化应激程度，下调TNF、EGR2、NUAK2、FBN2和TNFAIP3基因的表达，最终达到降低ROS累积的风险，发挥抗氧化作用的目的。Walia等[15]亦发现LGG可提高DMH诱导大鼠GPX、GST、SOD、CAT以及GSH的活性，直接或间接激活抗氧化防御系统，恢复经DMH处理后被抑制的抗氧化酶活性，从而在诱导型结肠癌的治疗过程中抑制氧化应激，发挥保护作用。由此可知，在结直肠癌发生过程中，相关微生物酶活性和基因的表达发生显著改变，而LGG可通过抑制有害酶活性并提高抗氧化酶活性，从而降低氧化应激程度，降低肿瘤发生风险。

3. 增强肠道屏障：正常情况下，肠道屏障功能可保护肠道免受病原体、毒素等物质损害。屏障功能受损可引起病原菌移位、诱发免疫应激和炎症等病理状态，增加结直肠癌的发生风险。胃肠道黏液层主要由杯状细胞分泌的黏蛋白组成，作为抵御感染和损伤的第一道防线，对保护上皮细胞免受细菌和病毒攻击以及机械损伤具有重要作用。研究[16]表明LGG衍生蛋白p40可上调结肠癌细胞株LS174T和正常野生型C57BL/6小鼠结肠上皮细胞中MUC2基因表达，促进黏蛋白产生，从而增加黏液层厚度。Donato等[17]发现，采用LGG预处理能保持干扰素-γ(IFN-γ)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)诱导的Caco-2细胞中跨膜电阻和闭锁小带蛋白(ZO-1)的分布，后两者对维持细胞间紧密连接和上皮屏障完整性具有重要作用。此外，Escamilla等[18]通过测定与肿瘤晚期密切相关的基质金属蛋白酶-9(MMP-9)和反映肠道屏障功能的ZO-1表达来探讨LGG对肿瘤侵袭性的影响，结果发现采用LGG培养的无细胞上清液处理转移性结肠癌细胞可使MMP-9表达降低，ZO-1水平增加，结肠癌细胞的侵袭能力降低，但尚未明确具体的作用机制。上述研究表明LGG及其衍生蛋白不仅可刺激杯状细胞产生黏蛋白以维持黏膜稳态，亦可通过维持紧密连接蛋白水平和阻止连接蛋白重排来增强肠道屏障功能。

4. 抗炎和免疫调节：炎症反应失调是促使癌症发生、发展的重要环节。核因子-κB(NF-κB)及其调控产物涉及的炎症途径与肿瘤的转化、存活、增殖、侵袭、血管生成等密切相关[19]。研究[20]表明LGG可抑制鞭毛蛋白诱导的Caco-2细胞NF-κB核移位，减少NF-κB抑制蛋白(IκB)降解和白细胞介素-8(IL-8)表达。在DMH诱导的结肠癌大鼠中，单独使用LGG能降低NF-κB、TNF-α、环氧合酶-2(COX-2)、诱导型一氧化氮合酶(iNOS)、β-连环蛋白(β-catenin)、血管内皮生长因子-α(VEGFα)的表达[21]。LGG联合塞来昔布亦可降低结肠癌组织中NF-κB、β-catenin和COX-2的表达[12]。而LGG+嗜酸乳杆菌+两歧双歧杆菌可使AOM/DSS诱导的结直肠癌小鼠血清中正常T细胞表达和分泌因子(RANTES)、嗜酸性粒细胞活化趋化因子(eotaxin)表达降低，结肠癌组织内磷酸化κB抑制蛋白激酶(p-IKK)和TNF-α降低、IL-10表达增加[6]。

在免疫调节方面，LGG能促进树突细胞、T细胞和B细胞等免疫细胞分化，调节肠道和全身免疫反应。Cai等[22]的研究显示，采用LGG预培养的中性粒细胞可刺激树突细胞成熟和IL-12p70等细胞因子释放，激活T细胞介导的对肿瘤环境的免疫反应。Wang等[23]的研究发现，p40蛋白可通过激活表皮生长因子受体(EGFR)，调节肠上皮细胞增殖，诱导配体基因表达和蛋白生成，刺激固有层B细胞类别转换和IgA产生，从而调节黏膜免疫，改善肠道损伤和炎症。上述研究表明LGG具有抗炎和免疫调节特性，有望成为癌症预防和治疗的潜在靶点。

5. 抑制细胞增殖和促进细胞凋亡：诸多研究表明LGG可通过调节细胞增殖和凋亡的相关途径发挥抗肿瘤作用。细胞实验表明，LGG可降低结直肠癌细胞株DLD-1的增殖活性，增加凋亡细胞百分比[24]。从LGG中分离出的p8蛋白能特异性转移至DLD-1细胞胞质中，通过抑制p53-p21-Cyclin B1/Cdk1信号通路导致细胞周期G2期生长阻滞，发挥抗增殖作用，在小鼠体内注射该蛋白可使肿瘤体积明显减小[25]。此外，在Caco-2、HT-29以及SW480 3种分化程度不同的结肠癌细胞中，LGG可发挥抑制增殖、诱导凋亡和阻滞细胞周期的作用，与维生素K1联用能显著增强其抗增殖作用[26]。近来研究[27]发现LGG细胞裂解液与硝酸银溶液制备的银/LGG纳米颗粒亦可诱导HT-29细胞凋亡。体内研究[21]中，与单独的DMH组相比，LGG处理组可使大鼠抗凋亡蛋白Bcl-2表达下调，促凋亡蛋白Bax、caspase-3以及抑癌基因p53表达增加。LGG与塞来昔布联合应用后，大鼠结肠上皮细胞凋亡率明显增加，Bcl-2和原癌基因K-ras表达下调，Bax和p53表达上调，caspase-3、caspase-8、caspase-9活性增加[28]。Walia等[15]发现DMH诱导的大鼠结肠组织中Bcl-2表达增加，p21和Bax、caspase-3、caspase-9表达降低，补充LGG可使上述改变逆转。由此可见， LGG具有一定的抗肿瘤能力。

6. 改善辅助治疗毒性作用：多数结直肠癌患者确诊时已属于中晚期，治疗效果不佳，而辅助治疗可降低其复发率和死亡率[5,29-30]，但与辅助治疗相关的毒性反应可能影响治疗效果，甚至导致治疗失败[9]。其中，黏膜炎和腹泻是备受关注的不良反应。黏膜炎是由于小肠内促炎细胞因子和转录因子上调、肠上皮细胞增殖和迁移减少、细胞凋亡增加、整体屏障功能丧失所致。研究[31]显示，LGG上清液预处理可改善经5-氟尿嘧啶(5-FU)处理的IEC-6细胞的跨膜电阻，降低caspase-3和caspase-7活性。LGG与5-FU联用可增加Toll样受体2(TLR2)和Th1细胞/IFN-γ转录，改善结肠癌小鼠先天性和适应性免疫反应，下调肠黏膜中K-ras和调节性T细胞(Treg细胞)/IL-10转录水平[32]。然而，有研究[33]发现预防性补充LGG对5-FU诱导的大鼠黏膜炎并无明显保护作用。化疗后给予LGG甚至可上调促炎因子单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)、TNF-α以及IL-12的基因表达，加剧5-FU诱导的Caco-2细胞炎性状态[34]。

辅助治疗引起的腹泻与腹盆腔放射导致的肠道细胞和隐窝数量减少、微血管损伤，黏膜炎引起吸收不良、化疗药物和广谱抗菌药物使用引起的菌群失调以及免疫功能低下易发生感染性腹泻有关[9,35]。Riehl等[36]的研究发现，LGG可预防放射所致的小鼠肠上皮损伤，降低细胞凋亡水平，增加隐窝存活数量。脂磷壁酸是其中发挥辐射保护作用的关键物质，其通过启动上皮干细胞龛，触发涉及巨噬细胞和分泌前列腺素E2(PGE2)的间充质干细胞的多细胞适应性免疫级联反应，保护上皮干细胞免受辐射损伤，且LGG仅保护正常小肠细胞，对肿瘤细胞无益。综上所述，LGG有望预防或改善由放化疗引起的不良反应，但由于相关研究尚未得出一致结论，因此仍需要更多临床研究进一步探究益生菌与抗癌药物的协同效应。

三、 LGG在临床中的应用

临床研究表明，LGG在结直肠癌治疗中起到保护作用。Rafter等[37]的研究显示，对行结肠癌根治术和息肉切除术患者补充富含低聚果糖的菊粉+LGG+乳双歧杆菌BB12的合生元，术后患者粪便标本中双歧杆菌、乳酸杆菌增加，产气荚膜梭状芽孢杆菌减少，息肉切除术后患者粪水诱导结肠细胞坏死的能力减轻。Bajramagic等[38]发现，补充含有LGG的益生菌后，结直肠癌术后患者肠梗阻、手术部位感染、吻合口松动等术后并发症发生率降低，住院时间缩短。此外，Osterlund等[29]的研究表明，结直肠癌患者化疗时口服LGG，可使3～4级腹泻发生率以及腹部不适和住院率降低，因肠道毒性所致化疗剂量减量的发生率亦降低。

四、结语和展望

近年研究表明LGG对结直肠癌相关炎症、上皮损伤、肿瘤的侵袭和增殖方面具有独特优势，尽管部分研究未发现其有明显的抗肿瘤作用，甚至出现矛盾的结论，但总体安全有益。而不同研究结果可能因涉及LGG活菌、死菌、菌体成分、分泌蛋白、不同菌量所致，需进一步研究证实。目前LGG相关临床研究较少，有关其预防或治疗结直肠癌的干预时间、剂量、用法(单用或联合其他菌种)尚未明确，因此临床证据尚不充分。未来应着力于探索LGG抗结直肠癌的信号调控途径和关键靶点以及LGG的临床应用标准，以便明确LGG的保护机制，为结直肠癌的预防、早期干预和治疗提供新思路。