肠道屏障功能与肺癌治疗的研究进展*

杨宇晨 综述，蔡智慧△ 审校

(1.内蒙古医科大学研究生院，内蒙古 呼和浩特 010000；2.内蒙古自治区人民医院肿瘤内科，内蒙古 呼和浩特 010017)

微生物组的组成与疾病(包括癌症)密切相关，并从不同方面影响着肿瘤的治疗与预后。微生物群已成为包括肺癌在内的不同类型癌症中的疗效和毒性的关键调节因子。因此，全面了解肠微生物屏障及其与肺癌的关系,能为肺癌的诊疗提供新的策略。

1 肠道黏膜屏障概述

肠黏膜屏障是排列在肠道内的单层细胞，主要由肠上皮细胞膜与肠细胞之间的连接复合体和细胞表面的菌膜组成，能防止体外有害物质如细菌和抗原等穿过肠黏膜进入人体内其他组织。肠黏膜屏障根据作用机制可分为4种，包括机械屏障、免疫屏障、化学屏障和生物屏障，其中机械屏障是最重要的一种屏障，主要通过完整的肠道上皮细胞、肠上皮细胞的紧密相连，与菌膜一起有效阻止细菌和内毒素等有害物质自由穿过肠黏膜进入机体。

1.1屏障组成成分 肠黏膜屏障组成成分包括肠上皮细胞、肠黏液、分泌型免疫球蛋白(Ig)、肠道相关淋巴组织、肠道菌群、胆盐、激素和胃酸等。其中，上皮细胞提供物理屏障作用，并与免疫细胞和基质细胞协同工作，以抵抗病原体[1]。上皮细胞中的杯状细胞可分泌黏蛋白到肠腔中，与IgA等一起组成黏液以润滑肠内容物，保护肠上皮。杯状细胞也可作为抗原呈递细胞将腔内抗原传递至CD103树突状细胞，从而促进调节性T细胞的发育。此外，杯状细胞衍生的产物，如三叶因子3和抵抗素样分子β，可通过促进上皮修复和黏蛋白的分泌来进一步调节肠内的物理屏障。小肠内的潘氏细胞是人体的一种防卫细胞，能产生抗菌肽，如α-防御素、溶菌酶C和C型凝集素等，可帮助人体抵御微生物的侵犯[1]。而在免疫方面，肠道相关淋巴组织分泌的特异性IgA抗体与抗原结合，可防止抗原抵达黏膜细胞。这是细菌定植和侵入肠道深层先决条件。与化学屏障相关的管腔内的胆汁、胃酸和胰液能够降解细菌和抗原。组成生物屏障的寄生菌通过产生抗微生物物质、调节管腔内容物的酸碱度和与病原体生长所需营养物的竞争来抑制病原体的定居[2]。当微生物群的稳定性遭到破坏后，会导致潜在病原体的定植和入侵。

1.2肠黏膜损伤时的生化指标 诊断肠黏膜损伤时的常见指标包括D-乳酸、二胺氧化酶、细菌内毒素、瓜氨酸、脂多糖和Zonulin蛋白等。当发生肠黏膜屏障受损并引起肠通透性增加时，细菌产生的D-乳酸和细菌内毒素会通过损伤的黏膜从肠道转运到血浆，导致血浆D-乳酸和内毒素水平增加[3]。血浆瓜氨酸是一种由肠上皮细胞产生的非蛋白质氨基酸，因其与肠上皮数量显著相关而被认为与肠细胞功能有关的有效生物标志。有研究显示，在某些需要使用抗生素的接受免疫治疗的肺癌患者中，瓜氨酸可有效用于监测肺癌患者的治疗效果。在出现炎症现象和细胞死亡时会导致机体对瓜氨酸的异常识别和抗瓜氨酸抗体的产生[4]。

Zonulin蛋白是一种常被用于评估肠屏障功能障碍和通透性的血清学标志物。Zonulin蛋白能可逆地分解紧密连接蛋白复合物，调节黏膜通透性，因此被广泛用于评估除胃肠道疾病以外的各种肠道渗透性。然而，最近的研究表明，市场上可用的检测方法并不能检测到珠蛋白(前结合珠蛋白-2)，而是量化了结合珠蛋白和补体因子C3的水平。因此，在检测技术进一步发展之前，建议谨慎地将Zonulin蛋白解释为诊断屏障完整性的标志物[2，5]。

2 肠道微生物对肺癌的影响

肠道微生物可通过代谢、免疫反应或炎性反应达到致癌或抑癌作用[6-7]。微生物群具有调节微生物生理的能力，有助于建立促炎或抗肿瘤的炎症环境。肠道微生物群不仅影响局部黏膜的免疫反应和炎性反应，而且可通过“肠-肺轴”对肺部微生物产生影响，而肺癌又似乎与呼吸系统微生物群有关[7]。肺癌的进展与全身免疫反应和炎性反应有关，因此肺癌可能与肠道微生物和微生物群的失调有关[6-8]。

2.1致癌作用 越来越多研究表明，某些肠道细菌与致癌作用有关，如具核梭杆菌、大肠杆菌、脆弱拟杆菌和变形菌，可通过不同的机制促进结肠直肠癌的发展[9]。近年来的研究证明，肠道细菌的改变在肠外癌症的发展中也起着重要作用。一项针对肺癌患者粪便细菌群落变化的研究发现，肺癌患者肠道细菌群落发生了改变[7]。通过分析肺癌患者支气管镜样本发现，在肺癌中有大肠杆菌定植[6]。在另一项临床试验中，肺癌组患者肠道微生物以拟杆菌属和梭杆菌属多见，而在健康对照组中，变形菌门和厚壁菌门最丰富。提示变形杆菌等机会性病原菌的增加与癌症患者的肠道微生物群失衡有关[7]。有研究揭示了肠道微生物对致癌作用的可能影响，主要包括调节免疫反应，调节代谢，激活Toll样受体，产生致癌毒素和诱导慢性炎性反应[7]。

微生物不仅可以触发免疫回路，可利用或引发免疫抑制反应来避免自身被破坏并导致抗肿瘤免疫受损，还可以诱导Th17细胞以促进肺癌细胞增殖和血管生成[6]。慢性系统性免疫抑制增加了癌症的风险，特别是与病毒相关的恶性肿瘤。目前，大多数针对癌症的免疫疗法都集中于唤醒对肿瘤的免疫反应。异常免疫不仅会导致肺重塑，还会导致肺癌的易感性和进展[8]。肠道微生物可以通过不同的机制影响肺部免疫功能。一种是通过致病菌自身成分，如脂多糖，其可刺激宿主细胞细胞膜表面，使toll样受体增多，使下游的相应信号通路上调，从而激活调节炎性反应的基因。另一种是细菌的代谢产物，如短链脂肪酸，其由细菌发酵碳水化合物产生，是宿主抗免疫和抗炎活性的重要成分，能降低肠道通透性，并通过抑制组蛋白去乙酰化酶、甲基化、细胞因子和趋化因子的产生及细胞分化、增殖和凋亡来改变基因表达。有研究表明，厚壁菌门产丁酸盐是这些脂肪酸中最关键的一种[4，7]。肠道微生物失调时，肠道通透性会增大[10]。抗原入血引起的免疫反应可在血液循环中扩散，影响远处器官和组织。而肿瘤是一种全身性疾病，因此肠屏障功能损伤和微生物缺失是肠道微生物群、免疫系统和癌症三者产生关联的可能影响因素。有研究证明，在小鼠生长过程中，缺乏肠道微生物的小鼠会出现免疫系统发育不良现象，并导致肺部病原体清除能力受损[11]。

炎症途径可通过参与肿瘤发展过程中破坏黏膜屏障等多种方式促进肿瘤发展。现有的研究确定了肺癌患者体内特定细菌和炎症状态之间的相关性，并加深了人们对肺癌患者肠道细菌的理解。有研究证实，肠道微生物群可以调节中性粒细胞和炎症单核细胞寿命，以及中性粒细胞与淋巴细胞比值和血小板减少发生率升高与肺癌患者预后不良相关[7]。炎症还能够导致呼吸电子受体的产生(如硝酸盐、乙醇胺和四硫氰酸盐)，为某些细菌分支带来生长优势及增强慢性炎症，从而促进癌症的生长和扩散。由核因子-κB和信号转导及转录活化因子3介导的慢性炎症前馈回路促进了肿瘤内转化细胞和非肿瘤细胞的致癌作用[7]。然而，炎症指标和肠道细菌之间的因果关系还需要进一步论证。

除去常见的免疫与炎症途径，微生物也可通过参与调节宿主的代谢和产生毒素直接发挥致癌作用。有研究显示，细菌微生物群有助于产生乙醛(一种重要的致癌物质)。肿瘤相关微生物群也可能产生有助于或阻止致癌作用的代谢物[6]。微生物代谢物或共代谢物(由宿主和微生物共同产生)会导致炎症，并影响组织中增殖和细胞死亡的平衡。考虑到微生物群代谢的影响，特别是肿瘤微环境中产生的微生物代谢物对癌症生长和扩散的影响，为肿瘤增加了另一个治疗和诊断角度[7]。细菌毒素可直接破坏宿主DNA或通过宿主产生的活性氧和氮物种间接破坏DNA，从而诱导DNA损伤反应和致癌作用。细菌毒素如脆弱拟杆菌毒素等，被鉴定为可触发双链DNA损伤反应的介质[6]。

2.2抗肿瘤作用 部分肠道微生物也可通过协助肿瘤治疗发挥抑癌作用，如乳酸杆菌在Lewis肺癌小鼠模型的肠道中显示出抗肿瘤作用。粪肠球菌和拟杆菌在肿瘤中富含抗细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4(CTLA-4)和抗程序性细胞死亡蛋白1受体，表明其在癌症患者的免疫治疗中具有潜在的协同抗肿瘤作用[7]。另一项研究显示，使用顺铂联合抗生素治疗的试验组小鼠肿瘤体积大于采用顺铂单一治疗的对照组，提示传统完整微生物群的存在对于肺癌的有效化疗至关重要[12]。最近发现，膳食纤维会促进肠道微生物群对短链脂肪酸的发酵，而短链脂肪酸可发挥抗炎作用，降低肿瘤的发生率[6]。肠道细菌可通过多种方式影响抗癌治疗的疗效[9]，其增加了现有肿瘤治疗方法与细菌疗法相结合以提高疗效和预后的可能性。

目前，关于肺癌患者肠道细菌的确切组成仍知之甚少[7]，关于肠微生物、肺微生物群及肺癌相关性的研究仍有限。理解上述3者之间关系的一个关键步骤仍然是确定有肺癌和无肺癌患者肠道菌群的异同。目前，对肺部微生物群和肺癌之间的联系机制的研究仍处于初步阶段。最近的研究揭示了肠道微生物和肺微生物组的变异在介导肺癌发生发展中的作用。更好地了解微生物群和肺癌之间的相互作用有利于加快对肺癌的早期预防和个性化治疗[6]。然而，我们不能完全排除另一种假设，即观察到的微生物多样性改变可能只是肿瘤进展的被动反应。

3 肺癌治疗引起的肠屏障功能障碍的防治

肺癌是目前最多见且病率最高的癌症。肺癌的常见治疗方法(包括免疫治疗、放疗、化疗等)可以损伤肠屏障功能，从而导致多种消化系统不良反应，严重影响患者生存质量。目前常用的治疗方法会降低肠道微生物的多样性，令机会致病菌过度繁殖，引起微生态失衡，从而容易导致肠黏膜炎性反应[12]。如采用环磷酰胺治疗肺癌时，其通过损伤小鼠肠上皮屏障，增加黏膜通透性，可导致革兰氏阳性肠细菌如约翰逊乳杆菌和肠球菌等经黏膜转移至肠系膜淋巴结，出现腹痛、恶心呕吐等症状。除此以外，环磷酰胺疗法也能改变小鼠小肠中的共生寄生菌的组成，影响原本的肠屏障功能[13]。近年来，微生物群已成为包括肺癌在内的不同类型癌症的疗效和毒性的关键调节因子[4]。

3.1微生物治疗 小鼠肠道微生物群中某些菌株的改变，如脆弱类杆菌和洋葱伯克霍尔德氏菌等，已被证明可防止抗CTLA-4抗体诱导的结肠炎的发展，并与增强的抗肿瘤效应相关[14]。如拟杆菌属细菌可通过刺激T调节细胞分化来限制炎症，对免疫治疗诱导的结肠炎有拮抗作用，以及拟杆菌比例的增加可使患者免于易普利单抗诱导的结肠炎[15]。近年来出现的一种新型治疗方法——粪便微生物菌群移植，是将健康供体粪便中的菌群灌入患者肠道内，从而调节患者肠道菌群，使其恢复正常的肠道微生态系统。该方法可治疗因肠道菌群失调导致的各种肠道内外疾病。有研究显示，对于激素、维多株单抗均无效的难治性免疫相关消化道不良反应，采用肠道菌群移植进行治疗有一定疗效[16]。近期研究发现，针对癌症患者的免疫检查点抑制治疗联合细菌治疗在抗肿瘤反应方面有很大前景[7]。

3.2营养治疗 面对肿瘤治疗引起的肠黏膜损伤，肠内营养支持治疗具有提供肠黏膜修复时需要的氨基酸、蛋白质、膳食纤维等营养物质，可维持正常肠黏膜的生长，并具有促进胃肠道激素释放的功能。作为一种重要的肠道营养氨基酸，谷氨酰胺(Gln)可直接或间接维持肠道屏障完整性和肠道功能，并减少体内细菌移位[17]。补充Gln不仅对黏膜上皮细胞有直接作用，还能通过改善宿主黏膜免疫功能和抵抗微生物入侵来促进黏膜愈合。一项研究表明，口服Gln补充剂可降低放化疗毒性，对含瘤动物有保护作用，并与其存活率的提高有关[18]。益生菌通过调节宿主黏膜免疫功能和肠道内菌群平衡，促进营养吸收来保持肠道健康。如嗜酸乳杆菌能减轻接受放疗和铂类化疗药治疗患者的肠道毒性，预防消化道不良反应[13]。

3.3激素治疗 早期应用激素是治疗免疫相关不良反应的关键。如发生消化系统重度不良反应(≥3度)时，推荐使用大剂量全身激素治疗，并且要延长激素的使用时间。如果需要用糖皮质激素进行长期免疫抑制来治疗严重的不良反应,患者可使用抗生素以预防机会性感染。在消化系统症状控制2～5 d后，可缓慢进行激素的减量,最好可以大于6～8周，同时使用甲氧苄啶和磺胺甲恶唑进行预防治疗[19]。剂量减少过快可能导致复发或不良反应恶化[20]。另一项回顾性分析显示，在糖皮质激素中加入英夫利昔单抗作为初始治疗被证明与肿瘤治疗诱导的高级别结肠炎患者症状缓解时间缩短相关。该策略有可能通过避免早期炎症发展为慢性炎症状态来预防不良后果[21]。

3.4受损黏膜的修复 机体通过肠隐窝中肠道干细胞的增殖分化来补充上皮细胞。长非编码核糖核酸可调节肠干细胞的增殖、分化和迁移能力[22]，并可通过G蛋白偶联受体5来监测其增殖分化[23]。目前常用生长因子和细胞因子等调节肽来增强肠上皮细胞的恢复。许多调节肽因子如肝细胞生长因子、血管内皮细胞生长因子、白细胞介素和干扰素等，已被确定具有在肠道内表达并调节肠黏膜内伤口愈合的特性。胰高血糖素样肽-2(GLP-2)是一种促生长激素，可通过影响细胞旁和跨细胞途径快速增强黏膜细胞生长，提高肠屏障功能。GLP-2对肠隐窝细胞具有抗凋亡作用。这可能有助于减轻化疗诱导的肠上皮萎缩和肠黏膜炎，维护肠黏膜屏障的完整性。内源性白细胞介素-33的正常功能是保护作用，在肠上皮的恢复期间施用外源性白细胞介素-33会显著加速上皮恢复和修复。白细胞介素-33通过诱导上皮衍生的微小核糖核酸特别是miR-320，能够促进上皮修复/恢复和炎症消退，在肠黏膜愈合中起着至关重要的作用[24]。此外，白细胞介素-28可通过激活信号转导及转录活化因子1控制结肠炎小鼠肠上皮细胞的增殖，加速黏膜愈合[25]。很多非肽因子如磷脂、营养素(腺嘌呤核苷酸、多胺、短链脂肪酸)、肠道微生物产物、微量元素、药物和其他因子，具有调节参与肠损伤修复的上皮细胞的功能。其中，一些非肽因子由受伤或死亡的黏膜细胞释放，另一些通过肠腔或血流到达肠黏膜。

4 小 结

目前，关于肿瘤治疗导致肠道微生物群失调的发生机制仍未阐明，只能通过经验治疗与回顾性研究选择合适的治疗策略。未来需要进一步探索以明确肿瘤药物与肠道微生物、肿瘤微生物之间的相互影响，以建立基于发病机制的治疗方针。了解肺癌患者肠道中微生物如何变化及其如何影响肺癌的发展和治疗，是更新治疗方法、减少胃肠道不良反应及提高治疗有效性的关键。