口腔微生物菌群与胃癌及舌苔相关性研究进展

张义拼,刘昭函,杨朝阳,2*

(1.福建中医药大学,福建 福州 350122;2.福建中医药大学 中医证研究基地,福建 福州 350122)

胃癌(Gastric cancer,GC)在全球癌症中发病率排名第五,癌症死亡人数排名前三。既往普遍认为幽门螺杆菌(Hp)是导致胃癌的主要微生物因素,随着研究深入,有报道指出即便根治Hp,也不能完全避免萎缩性胃炎、肠上皮化等癌前病变的发生及进展。非贲门癌患者中,幽门螺杆菌感染的汇总优势比(OR)为2.97(95%CI2.34～3.77),贲门癌组没有显示两者统计学上关联性[1],可见Hp感染不完全是导致胃癌发生的直接因素。

口腔和胃解剖结构相邻,拥有复杂且相对稳定的菌群,基于16rRNA基因技术从口腔中检测到超过700种细菌或种系[2],其微生物菌群具有向远处传播的能力,这意味着消化道内不仅有常驻菌群,还有大量从口腔进入胃肠道内的过客菌群,如KOMIYA Y等[3]在结直肠癌患者中发现的具核梭杆菌菌株就与口腔内的菌株相同。此外口腔菌群还具有广泛的致病性,如牙龈卟啉单胞菌不仅是导致牙周炎的主要病原体,甚至与胃癌、糖尿病、类风湿关节炎等疾病相关[4]。血清牙龈卟啉单胞菌IgG水平与口腔消化道癌症死亡率呈正相关[5]。可见口腔微生物菌群与消化道疾病联系紧密,研究口腔相关菌群对胃癌的早期发现、预防具有潜在的临床应用价值。此外舌苔是菌群聚集的场所之一,菌群、舌苔两者间存在相互影响,可利用传统中医学舌诊与现代科学技术,探求菌群、舌苔、胃癌三者间的相互关系。

1 菌群概述

口腔微生物寄生于牙齿、牙龈、舌头等部位,实验采集标本主要来自唾液、牙菌斑。研究发现健康人群和胃癌患者中,菌群门级别水平以拟杆菌门、变形杆菌门、厚壁菌门、梭杆菌门和放射菌门为优势菌门;菌群属水平方面,普氏菌属、奈瑟菌属、韦荣氏菌属、嗜血杆菌属、卟啉单胞菌属、链球菌属、梭杆菌属和罗氏菌属在胃癌的每个组织学阶段,唾液微生物群占70% 以上[6]。随着人体健康情况改变,菌群随之发生变化,两者关系也可能表现为菌群变化导致健康状况发生改变。相较于健康人群,放线菌是胃癌人群的优势菌门,而胃癌患者菌群失衡后,出现特定集菌目聚集情况,其中包括红环菌目、梭菌目、肠杆菌目、假单胞菌目等,胃癌患者唾液和牙菌斑的假单胞菌聚集度分别为正常人群的10倍、20倍[7]。此外引起牙周病的病原体如牙龈卟啉单胞菌、放射菌,细菌负荷和口腔细菌多样性与胃癌之间存在更强的相关性[8]。相较于菌群丰度、种类,研究人员还发现不同部位的癌症与优势菌群间存在差异。贲门癌旁组织以普氏菌群为优势菌种,并且丰度与肿瘤级别呈正相关;食管癌旁组织中梭杆菌相对丰度较大,与肿瘤级别进展有关;罗氏菌属在口腔唾液相对丰度增高,与贲门组织肠上皮化生存在正相关[9]。口腔菌群的多样性、菌群相对丰度、定植部位对消化道癌症的影响有所区别,微生物菌群间与胃癌的相关性较强,存在潜在诊断、预防价值。

2 菌群与胃癌

2.1 牙龈卟啉单胞菌

牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonas gingivalis)属革兰氏阴性厌氧菌,主要从人类口腔分离得到,不仅能导致慢性牙周炎,还和口腔磷状细胞癌之间有密切关系。其致癌途径可能与影响防御基因表达,甚至激活肿瘤增殖速度,产生肽基精氨酸脱亚胺酶(PAD)诱导癌症进展,诱导炎症反应等有关[10]。

慢性炎症是癌症的常见诱因,炎症介质长期刺激作用于正常组织,机体被迫发生适应性病变,由此进展为癌前病变,甚至转为癌变。炎症细胞及介质存在于每个肿瘤细胞中,肿瘤进展与周围炎症环境的驱动密不可分,细菌感染通过诱导全身性或胃部慢性炎症,该过程与胃癌有关[11]。一方面,长期反复接触P.gingivalis能够诱导CD44、CD133(癌症干细胞标志物)表达增加,促进感染细胞的致瘤性[12];另一方面,炎症有助于癌症干细胞(CSC)形成、维持和扩增,癌症干细胞能够形成肿瘤、导致癌症发展、促进癌细胞转移,并且具有数量少、不易被发现的特点,常是导致癌症复发的原因[13]。CSC 扩张和炎症介质前列腺素E2通过激活NF-κB诱导CSC扩张并加速小鼠肝转移瘤的形成[14-15]。胃肠道肿瘤患者常出现IL-1β上升,一方面诱导球体表现出干细胞因子基因上调成为CSC的标志;另一方面EMT(上皮间质化)所需激活剂 Zeb1依赖于IL-1β 诱导的球体表达增加。由此说明上皮间质化与IL-1β诱导的CSC之间存在紧密关系[13,16]。由此推测,来自菌群微环境介导的炎症诱导癌症干细胞刺激肿瘤细胞的生长、繁殖、转移。

P.gingivalis是目前已知唯一表达肽基精氨酸脱亚胺酶(PAD)的细菌[17]。PAD可在恶性肿瘤组织中大量表达,通过蛋白印记法定量分析胃癌组织中PAD阳性率达80%[18]。PAD将精氨酸转化为瓜氨酸,其中PAD4对细胞核中的组蛋白瓜氨酸化,是触发中性粒细胞外陷阱(NET)形成的因素,NET细胞毒性无自体、外区分,杀死病原体同时也可能损伤正常细胞。钙激活PAD4形成白细胞毒性高瓜氨酸,这可能与癌症、类风湿关节炎等的进展有关[19]。P.gingivalis在癌症中发挥的具体作用,目前仍缺乏准确有力的实验研究数据支持,其详细致病机制仍有待进一步探究发现。

2.2 具核梭杆菌

具核梭杆菌(Fusobacterium nucleatum)属梭杆菌门,为厌氧型革兰阴性菌,是导致牙周病的常见病原体,F.nucleatum与直肠癌间的作用机制相关研究较为完善,不少新证据表明其与胃癌发生有所联系。

幽门螺杆菌并非导致胃炎、胃癌的唯一病原体,部分患者癌症组织中Hp丰度较低。从口腔到胃肠道的过客微生物中,F.nucleatum在癌症组织中丰度较正常组织高[20-21],并且影响弥漫型肿瘤的总体存活率[22],使胃癌的患病率提高至11倍[23]。由此可见该菌对胃癌的进展、预后等有负面影响。另一份研究表明,具核梭杆菌是一种机会致病菌,主要存在于口腔中,以往认为该菌在胃内微环境中无法定植,但有报道指出幽门螺杆菌定植的癌细胞可以为具核梭杆菌提供合适的生长定植环境,并且经过研究发现两者同时感染会导致患者存活率降低[21,24],可见具核梭杆菌、Hp阳性的胃癌患者预后不佳。

体外研究将胃癌细胞和具核梭杆菌一起培养,发现感染影响细胞骨架及细胞黏附基因的激活,该过程与感染剂量无关,与感染时间相关,由此研究人员推测具核梭杆菌感染可能对细胞骨架动力学、细胞流动性产生影响,由此表明感染在影响细胞迁移率的同时,可增加癌症组织的侵袭和转移[24]。另一项研究论述F.nucleatum分泌淀粉样特性的黏附素(FadA),通过以剂量和时间方式促进肿瘤细胞增殖[25]。可见该菌对癌症细胞有扩散作用,但其具体作用方式尚存在争议,仍有待进一步研究。

F.nucleatum不仅促进肿瘤散播,还能够抑制机体免疫反应。小鼠实验中F.nucleatum感染导致炎症、免疫相关反应;肿瘤巨噬细胞(TAM)并没有发挥抗肿瘤的作用,相反参与的是肿瘤发展、刺激肿瘤细胞生长、转移等过程。感染导致肿瘤巨噬细胞的扩增,由此促进肿瘤进展和血管生成,并且损害嗜中性粒细胞及抑制T细胞的活性,导致抗肿瘤的免疫能力较对照组下降[26]。定植于肿瘤的F.nucleatum会影响肿瘤浸润淋巴细胞募集,微生物丰度与T细胞密度间属负相关,由于T细胞的水平降低,导致肿瘤生长加剧,该过程在人体的作用较动物实验明显[27],但其作用于免疫细胞及作用过程仍需进一步探究。

2.3 其他相关致病菌群

近年来随着研究的深入,与胃癌发生有关的菌群不断被发现,如放线菌、韦荣球菌、链球菌等,口腔放射菌不仅能够引起牙周病变,其水平升高可导致胃癌癌前病变潜在风险增加[28]。Hp阳性患者胃癌胃内黏膜中放线菌较Hp阴性患者增多,不排除Hp与放线菌相互作用引发胃癌相关风险增大的可能[29]。哥伦比亚高胃癌风险地区人群中,韦荣氏球菌是低风险地区的25倍[30]。国内报道提到57例诊断为胃腺癌患者中,贲门组韦荣氏球菌丰度高于对照组(P=0.02),研究人员认为该菌具有较高的贲门癌风险趋势[31]。GC 患者胃黏膜样本中链球菌DNA的丰度增加,并且参与了硫酸盐还原诱发癌变[32]。链球菌在酸性环境中通常不能存活,但由于肿瘤和微生物环境改变可引起微环境改变,导致其他菌群如链球菌、普氏菌的存活和增殖,最终诱发胃癌的发生[33]。另外有研究报道普氏菌、奈瑟氏菌等菌群丰度与胃癌间存在正相关,研究报道大多从菌属丰度深入探讨两者间关系,但不同研究结论并不完全一致,对于菌群参与的代谢及作用机制尚缺乏完善且相对有力的证据。

3 舌苔与菌群

3.1 关于舌苔的中西医概述

中医学认为舌苔是胃气熏蒸胃中谷气、食浊,向上凝聚于舌面所形成。望诊尤以舌诊为最要,徐灵胎曰:“舌为心之外候,苔乃胃之明征。”《辨舌指南》言:“苔乃胃气之所熏蒸,五脏皆禀气于胃,故可籍以诊五脏六腑之虚实。”故人之有病与否,但观苔色如何,即可知其大略。思外揣内作为中医诊断的基本原理,在中医学的形成发展过程中,受传统哲学思想的影响,形成了“有诸内者,必形诸外”的思想,《灵枢》云:“视其外应,以知其内脏,则知所病矣。”可见舌诊反映了五脏六腑之精气情况,脏腑病变可在舌象中观察到,而舌苔与脾胃关系最为密切,推测舌苔能够反映胃癌的相关信息。通过在胃镜下观察胃癌患者黏膜,发现病灶与舌苔间存在相关性,病灶无覆盖以薄白苔多见,覆盖黄苔或污秽者以黄腻苔多见[34],这一现象从另一方面证实舌诊能够反映胃内情况。

现代解剖学认为舌苔是由细菌、渗出的白细胞等组成,不同个体舌苔、菌群间存在差异,舌苔作为菌群集聚地之一,能够反映口腔微生物聚集情况。当机体处于不同状态下,舌苔的苔质、苔色也会随之改变,将传统中医学望舌苔与现代16rRNA基因技术相结合,探讨舌苔、菌群、胃癌三者间可能存在的相关性具有一定现实意义,甚者能够为临床早期预防胃癌提供帮助,契合当下中医治未病的思想。

3.2 舌苔与菌群

通过先进的现代科学技术与传统中医舌苔相结合,探究口腔菌群、胃内菌群、舌苔间的相互关系,吴震峰[35]对比了胃黏膜及舌苔菌群,发现异位定植口腔菌群与胃黏膜菌群的结构有密切相关。过客菌群可能是导致胃癌患者胃黏膜菌群结构改变的关键因素,Hp感染对舌苔及胃黏膜的菌群影响主要体现在菌群丰度,对结构组成无显著影响,表明胃内黏膜与舌苔菌群间关系紧密。

中医辨证论治更注重舌苔的苔色、苔质,诊舌苔而知胃中之生气,通过舌苔菌落考察胃中疾病情况,这或许是另一种司外揣内的体现。胡捷[36]通过舌象采集仪收集了74例胃癌患者与72例健康患者的舌象,并对舌面菌落进行了高通量测序,发现胃癌患者舌苔厚于健康人群,并且舌苔较厚者微生物群落多样性低于薄苔者。成颖等[37]对舌苔颜色与菌群多样性进行了研究,发现黄苔、白苔的菌群丰度及多样性差异并不明显,不论是胃癌患者还是健康人群,均表现出黄苔菌群相对丰度较健康人群多,其中发现一类丰度较高的需氧革兰氏阴性杆菌,并且是常见机会致病菌。

人体状态有阴阳、寒热、虚实等区分,苔质、苔色随之变化,相应的舌苔菌群结构也有所改变。在慢性胃炎患者中寒证、热证相对优势微生物存在差异。寒证组中变形杆菌门、奈瑟氏菌属、嗜血杆菌属高于热证组,热证组普氏菌属高于寒证组[38]。寒热不同导致菌群的居住环境发生改变,进而微生物结构发生改变。脾胃虚弱的胃癌患者,舌苔中芽孢杆菌丰度相较健康人群明显上升,糜烂性胃炎作为癌前病变的一种,其黄苔人群的芽孢杆菌水平也有所升高,作为胃癌患者口腔微生物丰度较高的菌群,可能随着胃黏膜的损伤,导致胃癌的发病率升高[39]。另一份研究以13个癌症患者作为研究对象,研究发现气阴两虚胃癌患者的梭杆菌门相对丰度降低,真菌接合菌门相对丰度升高。柄细菌属、巨单胞菌属为气阴两虚的标志细菌,裂壳为标志真菌[40],由此可推测苔色、苔质与菌群、胃癌、证素间存在潜在关联。

目前胃癌的治疗方式主要包括根治性切除术和化疗,舌苔微生物菌群在治疗前后优势菌群发生了动态变化。胃癌术后脾胃虚弱患者,用参苓白术散加减对症处理,除泄泻、纳差、乏力等脾胃虚弱症状明显改善外,干预后的舌苔菌群丰度、多样性与干预前有明显差异,但与健康人群无明显差异,其中梭杆菌门、奇异菌属较干预前明显降低[41]。化疗药物与中药的联合治疗,同样能够改变菌群结构、数量情况,徐硕等[42]用中药健脾养胃法联合化疗药物治疗胃癌,结果与单纯的化疗组相比,舌苔中的念珠菌相对丰度下降,小皮伞属丰度较高,有助于改善患者生活质量。由此可见,舌苔真菌可作为评价胃癌化疗情况的生物标志。中医研究人员通过将中医舌诊与现代科学技术相结合,深入了解胃癌、舌苔、微生物菌群间的相互关系,给中医舌诊预防、胃癌筛查提供了帮助。在辨证论治理论指导下采用中医药治疗,可有效干预菌群结构、数量。

4 结语

目前胃镜、活检作为胃癌的主要筛查、诊断依据,虽已广泛普及,但仍存在禁忌人群、内镜下传染病传播、操作受限、价格较高等问题。秉持传统中医学治未病的原则,研究口腔相关微生物与胃癌间的潜在联系,深入了解舌苔、证型、优势菌株与胃癌间的相关度,以便后期直观通过舌诊判断优势菌群及其致病可能。在后续的研究中深入了解中医药治疗前后菌群变化,脱落菌落与疗效间是否存在联系,甚至以口腔菌落判断胃癌控制情况,通过这一非侵入的无创检测手段,给胃癌前病变提供了一定诊疗价值。

但目前诸多研究尚处于起步阶段,部分研究结论还存在相互矛盾、样本容量不足、舌诊结果未能标准化等问题,相关菌株与胃癌的发病原因及其作用机制仍有待完善,具有明显特异性的菌群尚未明确,有待未来进一步深入研究。另外菌群与疾病发生的先后关系仍缺乏完善的研究报告,随着目前科学仪器、样本容量、研究方式等的改善及进步,希望未来能够完全明确口腔微生物对胃癌的作用机制,通过舌诊及相关标志性微生物给患者提供个性化的癌前风险预警,完成早期阻断微生物的致癌过程,及时纠正菌群结构以改变疾病转归。