肠道菌群在肝细胞癌中的作用机制及治疗研究进展

孙湛博，刘丽贤，卢再鸣

（中国医科大学附属盛京医院 1.放射科；2.急诊科，沈阳 110004）

肝脏与肠道有着紧密的解剖学联系，营养丰富的血液从肠道运输到肝脏，通常都伴随着肠道微生物衍生的代谢物和产物，称为微生物相关分子模式（microbiota-associated molecular patterns，MAMPs）。机体和微生物形成互利共生的稳态，其中肠道屏障的存在具有重大意义。肠道菌群失衡后，可推进慢性肝病、肝硬化及肝细胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）的进程。此外，肠道屏障的改变导致肠泄露，使肝脏暴露于MAMPs和菌群代谢物中，近十年来越来越多的证据表明，肠道菌群在慢性肝病和HCC的发展中起着关键作用。本文回顾分析肠道菌群在HCC中的作用，探讨菌群失调、肠泄露及菌群代谢物通过肠-肝轴促进HCC发展的机制，并对近年来肠道菌群作为HCC的潜在诊断工具以及在免疫治疗背景下作为新治疗靶点的进展做一综述。

1 肠道菌群及其与肝脏的关系

据估计，人类肠道里存在着至少1 000种细菌，包括垂直传播从母体获得的定植细菌（如自体细菌）和通过饮食和环境中获得的益生菌等，这些细菌随着时间的推移趋于稳定状态［1-2］。在最常见的细菌里，优势菌群有5类：厚壁菌门、放线菌门、拟杆菌门、变形菌门和疣微菌门，其中厚壁菌门占60%～80%，其次，为拟杆菌门，占20%～40%［3］。

肠-肝轴理论用来描述肝脏和肠道之间的相互作用，其通过门静脉和胆道相连接并双向沟通。一方面，门脉系统收集来自肠道的血液、各种营养物质以及菌群的代谢产物，运输至肝脏，肠道环境时刻影响着肝脏的微环境；另一方面，肝脏生成的各种物质通过胆管系统运输至肠道。这种联系是肠道菌群和肝脏疾病相互作用的解剖学基础［4］。

在肠道中微生物与宿主间的严格分离通过完整的肠道屏障来实现［5］。有研究［6］表明，肠道菌群对肠道屏障的完整性有着至关重要的影响，肠道屏障受损导致的肠道菌群改变可导致慢性炎症，并影响肝脏疾病的进展，从而增加HCC发生发展的风险。

2 肠道菌群失调和肠泄露在HCC发展中的作用

2.1 肠道菌群失调

大多数HCC发生于肝硬化的基础上，有学者对肝硬化患者和健康人群的粪便进行了菌群分析，发现肝硬化患者存在严重的菌群失调，并得到了特异性的肠道菌群谱，该学者认为该肠道菌群谱对肝硬化患者有一定的临床诊断价值［7］。研究［8］表明，肠道菌群通过Toll样受体（toll-like receptors，TLR）对肝纤维化发挥着重要作用。2016年首次在肝硬化和HCC患者中发现大肠杆菌过度生长，最近有学者［9］研究了肝硬化和HCC患者的肠道菌群多样性，发现从健康对照组到肝硬化，菌群多样性下降；从肝硬化到早期HCC均伴有乙型肝炎病毒（hepatitis B virus，HBV）感染，菌群多样性增加。

2.2 肠泄露

肠泄露指肠道黏膜通透性的改变，大量研究［10-11］已证实肠泄露存在于各种疾病中，包括炎症性疾病、代谢性疾病、肿瘤和自身免疫性疾病等。有学者［12］通过检测血清革兰氏阴性菌的细胞壁主要成分脂多糖（lipopolysaccharide，LPS），发现在患有慢性肝病的小鼠和患者以及HCC患者的体内LPS水平表达增高，说明在慢性肝病和HCC发生的多个阶段存在肠泄露。FEDIRKO等［13］分析了HCC患者体内LPS水平，结果证实LPS水平与HCC发生率呈正相关，提示由肠泄露导致的微生物产物异位在HCC的发生发展过程中扮演着重要的角色。

目前，所有关于肠道菌群在HCC中起的作用的研究报道都基于对小鼠的动物实验研究，还没有临床研究表明特定的肠道菌群与HCC的发生风险有关。有研究［14-17］表明，用MAMPs或菌群代谢产物治疗小鼠，或用葡聚糖硫酸钠破坏肠道屏障，增加小鼠的LPS水平和肝脏纤维化，可促进小鼠HCC的形成。

3 肠道菌群作用于肝脏的主要机制

研究［18］表明，免疫和代谢是肠道菌群作用于肝脏的主要机制。在HCC发生的多个阶段，肠泄露可导致体内循环中MAMPs的水平增高（如LPS），通过多种机制促进肝脏疾病的进展和HCC的发生。有研究［12，19］显示，在DEN、DEN+CCL4诱导和DMBA+高脂饮食诱导的HCC小鼠中，存在细菌异位导致慢性炎症状态，分别通过LPS-Toll样受体4（LPS-TLR4）通路及脂壁酸-Toll样受体2（lipoteichoic acid toll-like receptors，LTA-TLR2）通路，促进肝细胞的分化，抑制细胞凋亡，促进HCC的进展。TLR4通过肝细胞如肝星状细胞、巨噬细胞介导HCC的发生，除了能引起慢性炎症外，还可促进肝纤维化的发展。研究［14］还表明，TLR4基因可抑制DEN+CCL4诱导的HCC发生，而通过注入低剂量的LPS可促进小鼠HCC的发生。在缺乏活化的肝星状细胞和纤维化单纯由DEN诱导的HCC模型中，TLR4不仅促进了炎症基因的表达，还促进了肿瘤的增值，同时抑制了肿瘤的死亡。而TLR2在脂肪相关性的HCC中的影响很大程度上是由肝星状细胞释放环氧合酶2（cyclooxygenase 2，COX2）和前列腺素E，导致衰老相关表型（Senescence associated phenotype，SASP）表达，这不仅触发了促炎症反应，前列腺素E还通过介导免疫细胞中的免疫抑制作用促进了HCC的发生［19］。

高脂饲料喂养的小鼠发生的主要变化之一是革兰氏阳性菌的增多，其胆汁酸的代谢能力增强，因此，当抗生素万古霉素抑制内源性胆汁酸的产生时，高脂饲料喂养导致细菌产生次级胆汁酸（deoxycholic acid，DCA）水平增高，共同促进了HCC的发生［15］。DCA可以引起肝脏星状细胞向SASP转化，促进HCC进展。有学者［20］通过抗生素介导的菌群清除模型和相关免疫缺陷小鼠模型，证实了初级胆汁酸在CXC16的调节中起关键作用，进而调节NKT细胞的募集，参与HCC的发生发展。在另一项由高胆固醇高脂肪饮食诱导的HCC研究中，抗生素可通过减少次级胆汁酸抑制HCC的发展，也与上述研究［21］相一致。另一类主要的菌群代谢产物为短链脂肪酸（short chain fatty acid，SCFA）。传统观念认为短链脂肪酸通常有利于健康，但最近的研究［22］表明，高菊粉饮食可引起胆汁淤积，并促进HCC的发生发展，这一作用可能是通过肠道菌群分解纤维素产生的SCFA而进行的。除此之外，其他能促进HCC发生发展的菌群代谢产物还包括三甲胺（trimethylamine，TMA）及其代谢产物三甲胺氧化物（trimethylamine oxide，TMAO）以及乙醇。TMA由膳食中的胆碱和肉碱产生，经肠道吸收后在肝脏转化为TMAO，有研究［23-24］表明TMAO不仅与心脏代谢风险有关，还能引起慢性炎症，与肠道肿瘤的发生有关。目前TMA/TMAO在慢性肝病的进展和HCC发生发展中的作用仍不清楚，有研究［25］认为菌群代谢为TMA，导致胆碱水平的降低，可引起肝毒性。此外，高TMAO水平与胰岛素抵抗有关，可能促进非酒脂肪性肝病（nonalooholic fatty liver disease，NAFLD）和NASH相关的HCC发展［26］。目前TMAO对肝癌形成影响的机制尚不明确，需要进一步研究。乙醇也不断有肠道菌群产生［27］，NASH患者中乙醇含量增加［28-29］。乙醇不但能引起肝脏损伤，而且是一种已知的致癌物质［30］。

4 肠道菌群在HCC患者中的临床应用

4.1 筛查和诊断HCC

肠道菌群有望作为早期诊断HCC的一个标志物。通过对75例早期HCC患者和105例健康对照组进行菌群组成研究，确定了最佳的30种菌群标记物，其曲线下面积达到80.64%，因此，肠道菌群标志物可作为早期诊断HCC的潜在非侵入性工具［9］。也有研究［31］对1组HCC患者特异性的血清菌群基因组学特征谱进行了定义，构建了基于5个菌群基因的HCC诊断模型，受试者操作特征曲线下面积可达到0.879，准确度也达到0.816。

4.2 预防HCC

从肠道菌群作用于HCC发生的分子机制出发，有学者［8］对相关靶点药物进行了综述，包括抗生素如利福昔明、FXR激动剂、TLR受体拮抗剂以及细菌代谢产物抑制剂等。对小鼠的动物研究［14］中表明使用抗生素可能对晚期HCC的发展有抑制作用。另一方面，菌群移植和益生菌是调控肠道菌群的直接方法，使肠道菌群失调得到改善，从而免疫微环境发生改变导致有益菌增加，进一步使炎症性代谢产物减少［32］。因此，可以预测未来可将菌群疗法作为高危患者的一级预防，或作为HCC癌切除术后患者的二级预防，但是这还需要进一步的临床研究来验证。

4.3 治疗HCC

最近有研究［33-34］发现肠道菌群可能在调节肿瘤免疫抑制治疗中发挥重要作用。免疫抑制剂靶向T细胞表面的免疫调节分子（或其配体）可增强抗肿瘤免疫应答，这已经在HCC患者的治疗中得到证实［35-36］。有学者［37］将应用免疫抑制治疗的HCC患者的肠道菌群移植至无菌或接受抗生素治疗的小鼠模型中，结果表明肠道菌群可改善抗肿瘤效应。

调节肠道菌群可能是当前抗癌治疗的一种新颖且重要的辅助手段。最近1项针对肥胖或胰岛素抵抗患者的临床试验研究［38］表明，对患者使用巴氏杀菌的阿克曼氏菌治疗3个月是安全的，耐受性良好，且改善了患者的胰岛素敏感性和血脂情况。可以猜测该方法可能降低NAFLD相关性HCC患者的风险。

5 结论

肠道菌群与肝脏之间的密切联系为它在HCC发生发展中作用的研究提供了理论依据。肠道菌群主要通过免疫和代谢机制作用于肝脏。研究肝脏和肠道的紧密联系将为HCC患者基于微生物的诊断、治疗和预防提供理论依据。