共生菌差异性调节恶性肿瘤放疗反应的研究进展△

赵爽彦，段小钰，扈婷婷，蔡宏懿#

1甘肃中医药大学第一临床医学院，兰州 730000

2甘肃省人民医院放疗一科，兰州 730000

恶性肿瘤成为严重影响人类生命健康的第一大疾病，据报道，2020 年全球约有2000 万新增病例和1000 万肿瘤相关死亡病例[1]。随着全球向老龄化社会过渡，预计2040 年肿瘤患者例数将比2020年增加约50%[2]。放射线的发现开启了肿瘤治疗的新大门，但是，放疗对周围正常组织有很大的损伤，所以，人们在不断探索一种增敏肿瘤放疗效应的方法。研究报道，肿瘤放化疗和免疫治疗的疗效受到微生物的影响，共生微生物组与人类疾病之间有很强的相关性，如代谢紊乱、传染病、消化系统疾病和肿瘤[2]。微生物种类繁多，有细菌、真菌、病毒、朊粒、衣原体、立克次体、支原体、螺旋体、寄生虫等。本文对共生菌差异性调节恶性肿瘤放疗反应的研究进展进行综述。

1 共生、细菌、真菌

1.1 共生状态的含义

共生是指两种不同生物之间，一方为另一方提供有利于生存的条件，同时也获得对方的帮助。两种生物共同依存在一起，相互依赖，彼此依靠[3]。倘若彼此分开，则双方或其中一方便无法维持生命，即共生关系。

1.2 细菌与真菌的区别

细菌属于原核生物，细菌细胞壁的主要成分是肽聚糖，只有核糖体一种细胞器，分裂方式为细菌特有的二分裂，一般分类有球菌、杆菌、弧菌、螺旋菌。真菌属于真核生物，有核膜包围的细胞核，细胞结构有核糖体、内质网、高尔基体、线粒体、中心体等多种细胞器，真菌细胞的增殖主要通过有丝分裂进行。

1.3 共生细菌真菌对机体的影响

随着测序技术的发展，微生物组在人体中的作用已变得明朗。在健康状况下，人类宿主和微生物组是共生状态，人体内微生物从人体出生就伴随，可从母体产道获得，也可后期从各种食物或者生活环境中获得。正常微生物菌群对人体的健康起重要作用，包括保持健康、增强体质、益寿延年及防御疾病。①预防或改善腹泻、增强人体免疫力、促进消化系统健康、降低血清胆固醇：饮食习惯不良或服用抗生素均会打破肠道菌群平衡，从而导致腹泻，补充益生菌有助于平衡肠道菌群及恢复正常的肠道pH 值，缓解腹泻症状；益生菌可以通过刺激肠道内的免疫功能，将过低或过高的免疫活性状态调节至正常，其免疫调节作用也被认为有助于抗肿瘤与抑制过敏性疾病；益生菌还可以抑制有害菌在肠道内的增殖，减少毒素，促进肠道蠕动，降低血清胆固醇。②缓解乳糖不耐症：乳杆菌可帮助人体分解乳糖，缓解腹泻、胀气等不适症状，可以与牛奶同食。③合成维生素及人体必需的营养物质：大肠杆菌主要生活在大肠内，是人体肠道内最主要且数量最多的一种细菌，它能帮助人体抵御病原菌的侵入，还能合成维生素B 和维生素K；双歧杆菌生活在人体肠道内，可以改善肠道环境，抑制肠道有害细菌的生长，产生维生素B1、维生素B2、维生素B6、维生素B12、丙氨酸、缬氨酸、天冬氨酸和苏氨酸等人体必需的营养物质，有益于人体对营养物质的吸收，预防便秘。人体则为这些菌类提供相应的微环境以及生存的营养物质。当然人体内也有对人体有害的菌类，例如：①幽门螺杆菌（helicobacter pylori，Hp）已经被证实与胃癌、胃溃疡的发生呈高度相关性；②黄曲霉菌与肝癌密切相关等。有报道称，微生物群在肿瘤放疗疗效和预后中起着关键作用[4-7]。研究证实，肠道中的微生物也会影响局部黏膜免疫反应和系统免疫反应，从而影响肿瘤发展的免疫过程[8]。而不同的微生物对肿瘤患者放疗敏感性的影响也差异较大，更多的影响来自肿瘤内共生细菌真菌对放疗反应的免疫应答情况。

2 恶性肿瘤治疗现状

目前消化系统恶性肿瘤的治疗方法主要有手术、放疗、化疗、热疗以及免疫治疗，随着人们生活质量的提高，肿瘤患者对手术及放化疗能治愈疾病的期盼越来越强烈。放疗是一种目前公认的治愈性或姑息性肿瘤的治疗手段，是目前治疗恶性肿瘤最有效的方式之一，有助于恶性肿瘤患者的后期联合治疗[8]，通过诱导抗肿瘤CD8+T 细胞产生肿瘤相关抗原（tumor-associated antigen，TAA）和远隔效应[9]，直接破坏肿瘤细胞的DNA 从而诱导肿瘤细胞凋亡。放疗包括三维适形放疗（three dimensional conformal radiation therapy，3D-CRT）、调强放疗（intensity modulated radiation therapy，IMRT）、立体定向放疗（stereotactic body radiation therapy，SBRT）、质子重离子治疗等[10]，利用成像精确勾勒肿瘤轮廓，以减少辐射场中对正常组织的辐射，从而减少对周围正常组织的辐射损伤[11-12]。与3D-CRT 相比，IMRT 可以增加肿瘤的放射剂量，同时减少肿瘤周围组织的剂量沉积[11,13]。放疗的总体目标是实现肿瘤控制，同时尽量减少对周围正常组织的急性和晚期不良反应[14]。为提高肿瘤对放疗的反应性，临床采取各种方法来刺激肿瘤患者体内的内源性免疫细胞的作用，或从外部为患者提供特定的免疫细胞类型[15-17]。

3 共生细菌真菌差异性调节恶性肿瘤放疗反应

Narunsky-Hiziza 等[18]从35 种肿瘤患者的体内采集超1.7 万样本，均检测到了相应的真菌，通过系统分析得出结论，真菌大多隐藏在肿瘤细胞内或肿瘤内的免疫细胞中。癌症基因组图谱（The Cancer Genome Atlas，TCGA）显示，含有曲霉属真菌的肿瘤通常含有特定细菌，含有马拉色菌的肿瘤往往含有其他细菌[1,19]。相关研究表明，通过建立小鼠模型，模拟人体恶性肿瘤的发生发展过程，探讨真菌与肿瘤的相互关系，结果显示，真菌消融对肿瘤发生发展具有促进作用，而马拉色菌（不是念珠菌、酵母菌或曲霉菌）的附属种群对肿瘤的发生发展提供有利因素[1,19]，这些方面的研究为微生物对肿瘤的影响提供了证据支持。

研究表明，共生状态细菌和真菌与放疗后的抗肿瘤免疫作用呈负相关[20]，共生细菌的消融将会导致共生状态真菌种群的扩大，通过抗生素介导的共生真菌消融通过抑制抗肿瘤T 细胞的作用，促进促肿瘤巨噬细胞的作用，即共生状态的真菌促进肿瘤细胞抵抗机体的免疫反应，降低了恶性肿瘤细胞对放疗的敏感性。

3.1 胰腺导管腺癌

Aykut 等[1]通过口服强饲法使用绿色荧光蛋白（green fluorescent protein，GFP）标记的酿酒酵母控制携带肿瘤的小鼠，结果显示，肠腔内的真菌可以迁移至胰腺；为探究真菌生态失调对肿瘤进展的影响，在LSL-KrasG12D 模型中使用口服两性霉素B 消融了真菌组，结果显示，Kras 诱导的炎症导致真菌生态失调，进而通过识别真菌病原体并激活MBL-C3 级联反应促进肿瘤进展。胰腺导管腺癌内含有大量马拉色菌，通过甘露糖结合凝集素（mannose-binding lectin，MBL）结合真菌壁聚糖以激活补体级联反应[1]，而瘤外区室中的MBL 或C3缺失或肿瘤细胞中的C3a 受体消融对胰腺发展为恶性肿瘤具有反向保护作用，实验表明，致病真菌通过MBL 激活驱动补体级联反应来促进胰腺导管腺癌的发生发展，而由抗生素介导的真菌消融，促进了恶性肿瘤对化疗的敏感性。

3.2 肠道远端化疗后的抗肿瘤免疫反应

研究报道，万古霉素作用于肠道的革兰阳性菌，可促进放疗诱导的抗肿瘤免疫反应和肿瘤生长抑制[9]。这种协同作用依赖于TAA 向细胞溶解性CD8+T 细胞的交叉呈递和γ干扰素（interferon-γ，IFN-γ）的作用，IFN-γ在激活细胞免疫反应并随后刺激抗肿瘤免疫反应中起关键作用，也可以抑制肿瘤组织中的新生血管生成，诱导调节性T 细胞凋亡和/或刺激促炎M1 型巨噬细胞的活性以抑制肿瘤进展，用低剂量IFN-γ治疗的肿瘤获得转移性，而用高剂量IFN-γ治疗的肿瘤发生肿瘤消退。究其原因，由耗竭万古霉素的肠道细菌产生的代谢物——丁酸导致，万古霉素通过远隔效应增强化疗介导的局部和全身抗肿瘤反应。简而言之，通过消除万古霉素敏感菌可增强恶性肿瘤对放疗的反应[9]。

3.3 黑色素瘤

Dectin-1 是一种C 型凝集素[21-22]，能识别来自真菌病原体（包括念珠菌）的1，3-b-葡聚糖，参与抗真菌免疫应答的启动。Shiao 等[20]通过建立黑色素瘤小鼠模型发现，共生真菌通过抑制抗肿瘤T 细胞，促进肿瘤相关巨噬细胞抵抗机体免疫反应，肿瘤相关巨噬细胞通过Dectin-1 介导的机制感知宿主体内真菌[22-23]。基因型-组织表达数据库显示，Dectin-1Y238X 多态性在Dectin-1中创建了一个过早停止密码子[21,24]，Dectin-1 的遗传减量与抗真菌对放疗的作用呈负相关，这表明共生真菌靶向放疗的疗效增强依赖于Dectin-1 对真菌的感知机制，真菌微生物组调节细胞毒性治疗后的免疫反应，这种影响不同于细菌微生物组的影响，细菌的减少会导致共生真菌种群的扩大，真菌和细菌共同形成了辐射诱导的治疗性抗肿瘤免疫。

研究报道，使用抗真菌抗生素氟康唑或5-氟胞嘧啶联合化疗治疗黑色素瘤，与单纯采用抗真菌抗生素治疗相比，采用抗真菌抗生素联合化疗治疗可明显减缓肿瘤生长，延长无特定病原体（specific pathogen free，SPF）环境小鼠的生存时间，并提高了存活率[20]。抗真菌抗生素的加入导致程序性死亡受体1（programmed cell death 1，PDCD1，也称PD-1）+CD8+T 细胞、PD-1+CD4+T 细胞以及CD206+F4/80+抑制性巨噬细胞急剧减少[25]；化疗联合抗真菌抗生素治疗使CD8+细胞频率和数量显著增加；这与真菌枯竭时更强烈的细胞毒性T 细胞反应一致[20]。

研究证明，真菌菌群的消融可以通过改变放疗后的肿瘤内免疫抑制水平，以Dectin-1 依赖的方式影响远处放疗诱导的抗肿瘤免疫应答[20,26]。真菌可以帮助形成炎症反应，主要通过识别受体（包括C型凝集素受体，如Dectin-1、甘露糖结合受体和Nod样受体）对真菌特异性产物的感知，促进机体的辅助性T 细胞2（helper T cell 2，Th2）免疫反应[27]。共生真菌对Dectin-1 敏感会降低化疗的疗效，有研究利用Dectin-1缺陷的小鼠，发现在没有Dectin-1 介导的情况下，在放疗中添加抗真菌抗生素的效果会消失，Dectin-1 缺乏增强了对化疗的反应，类似于抗真菌抗生素给药。单独缺乏Dectin-1 与单独给抗真菌抗生素类似，对肿瘤生长没有影响[28]。

4 小结与展望

研究结果表明，真菌可负性调控放疗后的抗肿瘤免疫反应，抗生素介导的真菌消融或分离真菌可增强放疗后肿瘤对辐射的反应性，而抗生素导致的细菌耗竭会降低化疗后肿瘤对辐射的反应性，这些与共生真菌过度生长有关，而细菌可在放疗后促进机体的抗肿瘤免疫反应[29]。细菌可以积极影响肿瘤的放疗免疫反应，涉及增强抗肿瘤治疗的疗效和预防炎症过程，包括放疗不良反应。在放化疗有反应者和无反应者中发现了肠道菌群的多样性[30]。

微生物群对免疫稳态系统至关重要，并为细菌和真菌病原体提供竞争性屏障。现今各种研究百花齐放，很多研究还不明确，究其原因，微生物的种类繁多，细菌、真菌、病毒等有不同的分型，某种特定细菌、真菌对某种肿瘤细胞的放疗反应是具有积极还是消极的调节作用有待进一步研究。并且，具有影响作用的是细菌或者真菌自身的某一结构还是其产生的分泌物，或是因为相互共生而引起的呢？怎样获得相应疾病所对应的细菌或者真菌并用来调节放疗后反应？很多肿瘤内查到有马拉色菌、Dectin-1 系相关物质，是否可以通过这些发现来寻找新的药物作用靶点？需要探索的微生物种类以及它们自身或代谢产物与人类健康的关系还有很多未知领域，有待进一步探究。