崔 霞，劉曉芳，武金寶

(1.包頭醫(yī)學(xué)院2019級碩士研究生，內(nèi)蒙古 包頭 014060；2. 包頭醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院病理科；3.包頭醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院內(nèi)蒙古消化病研究所)

人體表面、口腔和腸道存在著數(shù)量可觀的微生物群，目前研究最多的是腸道菌群。腸道菌群主要由厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門和變形菌門等組成。微生物群落的種群構(gòu)成是宿主特有的，通過宿主與微生物的共同進化，形成了一種幾乎體現(xiàn)在所有的生命形式中的互利共存的關(guān)系[1]。宿主的腸道為微生物提供了生長的地方，并以未消化的食物提供營養(yǎng)，細(xì)菌參與腸道組織和免疫發(fā)育。腸道微生物的組成受多種因素的影響，包括宿主免疫系統(tǒng)、遺傳和環(huán)境因素等。因此，宿主系統(tǒng)和微生物的正常運作對腸道內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定至關(guān)重要[2]。腸道微生物的穩(wěn)態(tài)與各系統(tǒng)疾病都聯(lián)系緊密，例如心血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)等，還與肥胖、糖尿病等密切相關(guān)。計算和測序技術(shù)的快速發(fā)展推動了微生物學(xué)的發(fā)展。研究人員對使用16S rRNA測序[3]、高通量測序技術(shù)、TruSeq[4]等新的測序技術(shù)產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)進行準(zhǔn)確的分析，使新的知識將更有效地用于治療疾病，并取得更好的臨床結(jié)果。本文主要對腸道微生物的功能、腸道微生物與腸道非腫瘤疾病及腫瘤的關(guān)系進行綜述。

1 腸道微生物是人體重要功能的組成部分

腸道微生物與宿主的共生關(guān)系影響大腸的動態(tài)平衡。為了維持宿主的健康狀態(tài)，許多代謝、免疫、結(jié)構(gòu)和保護功能都是由腸道微生物來執(zhí)行的。因此，腸道微生物的主要功能之一是產(chǎn)生大量的代謝物(短鏈脂肪酸、膽汁酸、必需維生素等)，給腸道細(xì)胞提供能量營養(yǎng)并維持上皮的動態(tài)平衡。腸道微生物在宿主免疫系統(tǒng)的發(fā)育、成熟和功能中也起著重要作用[5-6]，它還通過競爭營養(yǎng)物質(zhì)和腸道上皮附著部位，通過產(chǎn)生和分泌抗菌物質(zhì)，以及加強上皮的緊密連接來抵抗病原微生物的侵襲[7]。

1.1營養(yǎng) 腸道微生物為宿主提供能量和營養(yǎng)。人類共生細(xì)菌可以合成維生素[8]，腸道細(xì)菌還通過發(fā)酵不可消化的碳水化合物(膳食纖維)提供短鏈脂肪酸(SCFA)，毛藻門和擬桿菌門與如雙歧桿菌從難以消化的碳水化合物中產(chǎn)生單鏈脂肪酸[9]。脂肪酸包括單鏈脂肪酸(SCFAs)、中鏈脂肪酸(MCFAs)、長鏈脂肪酸(LCFAs)，其中SCFAs包括甲酸(C1)、乙酸(C2)、丙酸(C3)、丁酸(C4)、異丁酸(C4)、異戊酸(C5)、己酸(C6)。其中丁酸是結(jié)腸上皮細(xì)胞的主要能量來源并且與炎癥性腸病(IBD)的發(fā)病密切相關(guān)，IBD患者的SCFA水平明顯降低。丙酸主要負(fù)責(zé)肝臟新陳代謝。

1.2免疫 腸道微生物和宿主免疫系統(tǒng)的發(fā)育相互作用[10]。Bouskra等人在腸道微生物區(qū)系缺陷的無菌小鼠實驗中發(fā)現(xiàn)其表現(xiàn)出免疫發(fā)育受損，淋巴組織不成熟[11]，腸道淋巴細(xì)胞數(shù)量減少，抗菌肽[12]和免疫球蛋白A[13]水平降低。腸道微生物重建后無菌小鼠免疫系統(tǒng)缺陷和異?？梢曰謴?fù)[14]。腸道微生物中節(jié)段性假絲酵母菌 (SFB)定植可以促進腸道黏膜免疫系統(tǒng)的成熟[15]。腸道微生物還影響T細(xì)胞譜系和Th細(xì)胞分布[16]。調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Tregs)是CD4+T細(xì)胞，調(diào)節(jié)或抑制免疫系統(tǒng)中的其他細(xì)胞，丁酸誘導(dǎo)結(jié)腸Tregs的分化和擴張[17]。Th17細(xì)胞是效應(yīng)性T細(xì)胞的一個亞群，受腸道微生物的調(diào)節(jié)。它可以產(chǎn)生白細(xì)胞介素(IL)-17A、17F、21和22[18]。在無菌或抗生素處理的小鼠中，腸黏膜中Th17細(xì)胞的豐度顯著降低。這一結(jié)果表明腸道微生物區(qū)系在Th17細(xì)胞的發(fā)育中起作用。腸道微生物代謝物膽汁酸對腸道相關(guān)炎癥也有影響，這可能是通過調(diào)節(jié)腸道黏膜免疫細(xì)胞來實現(xiàn)的。膽汁酸的免疫調(diào)節(jié)主要是在天然免疫的基礎(chǔ)上通過抑制NF-κB依賴的信號通路和NLRP3依賴的炎癥活動在先天免疫系統(tǒng)中發(fā)揮抗炎作用。Kakiyama等人發(fā)現(xiàn)在人類和嚙齒動物中兩種石膽酸(LCA)代謝物直接影響CD4(+)T細(xì)胞[19],3-OxoLCA可通過直接與關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子維甲酸相關(guān)孤兒受體-ct(RORct)結(jié)合來抑制TH17細(xì)胞的分化,異種LCA通過產(chǎn)生線粒體ROS促進Treg細(xì)胞的分化，從而導(dǎo)致Foxp3表達增加[20]。這表明膽汁酸代謝產(chǎn)物通過直接調(diào)節(jié)TH17和Treg細(xì)胞的平衡來控制宿主的免疫應(yīng)答。

1.3防御 黏膜免疫系統(tǒng)的異常易受到腸道病原體的感染，可通過競爭性地定植共生微生物群來阻止病原體的定植[21]。腸道微生物區(qū)系通過直接和間接作用機制增強對腸道病原體的定植抵抗力。一些共生菌通過競爭營養(yǎng)或誘導(dǎo)抑制物質(zhì)的產(chǎn)生直接抑制腸道病原體。例如厭氧菌消耗病原體使用的碳水化合物，競爭性地將病原體排除在腸腔之外[22]。蘇云金芽孢桿菌可通過激活免疫反應(yīng)間接抵御病原體。

2 腸道微生物穩(wěn)態(tài)失衡與腸道疾病

當(dāng)宿主與微生物的微妙平衡被破壞時，會直接或間接地啟動疾病的病理生理過程。導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)失衡的因素有：年齡、飲食、抗生素、免疫力、其他。一旦腸道微生物穩(wěn)態(tài)失衡，就會促進各種腸道疾病的發(fā)展，如炎癥性腸病(IBD)、腸易激綜合征(IBS)、滲透性腹瀉、旅行者腹瀉、功能性便秘和結(jié)直腸癌等。

2.1炎癥性腸病(IBD) IBD是一種反復(fù)發(fā)作的慢性炎癥，包括克羅恩病和潰瘍性結(jié)腸炎，常表現(xiàn)為腹痛、腹瀉、血便、體重減輕等，有潛在癌變風(fēng)險。許多研究發(fā)現(xiàn)腸道微生物區(qū)系可能是IBD發(fā)病機制中最關(guān)鍵的環(huán)境因素。吸煙對腸道菌群也有一定影響。在IBD患者與健康人相比，前者有抗炎能力的細(xì)菌減少，促炎細(xì)菌增加，腸道微生物區(qū)系多樣性的減少和菌絲豐度的降低[23]，這導(dǎo)致潘氏細(xì)胞和杯狀細(xì)胞分泌抗菌肽(α-防御素)減少[24]，單鏈脂肪酸(SCFA)中的丁酸產(chǎn)生菌的數(shù)量也有所減少。變形桿菌水平的增加導(dǎo)致SCFA的減少，從而導(dǎo)致針對共生微生物區(qū)系的IgG產(chǎn)生過多。激活的巨噬細(xì)胞產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子，過度刺激Th1或Th17細(xì)胞，從而引發(fā)炎癥[25]。腸屏障完整性的喪失導(dǎo)致細(xì)菌抗原移位增加，刺激腸黏膜炎癥反應(yīng)。與IBD相關(guān)的具有促炎特性的大腸桿菌是黏附侵襲性大腸桿菌(AIEC)，活動期CD患者中約38%的AIEC數(shù)量增加，它粘附在腸上皮影響腸道的通透性，改變腸道微生物的多樣性和組成，并通過調(diào)節(jié)炎癥基因的表達來誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)，從而導(dǎo)致腸道炎癥[25]。

2.2腸易激綜合征(IBS) IBS是功能性腸病的一類,特點為持續(xù)或間歇發(fā)作，臨床表現(xiàn)為腹痛、腹脹、排便習(xí)慣和(或)大便性狀改變，是缺乏胃腸道結(jié)構(gòu)和生化異常的腸道功能紊亂性疾病。腸道菌群失衡后增加黏膜通透性，激活腸黏膜免疫反應(yīng)，導(dǎo)致黏膜炎癥，并破壞上皮屏障功能，改變胃腸道動力。IBS患者菌群多樣性減少。Rajili?-Stojanovi?等人發(fā)現(xiàn)IBS患者中有特定的微生物群[26]，大多數(shù)患者益生菌數(shù)量減少(雙歧桿菌、乳酸桿菌等)、致病菌數(shù)量增多(酵母菌、腸桿菌等)。Liu等人發(fā)現(xiàn)在IBS患者的腸道乳酸菌、雙歧桿菌和納豆梭菌有基因表達的顯著變化[27]。

2.3滲透性腹瀉 引起此類腹瀉的原因，除了高滲性藥物如硫酸鎂外，大多由于對食物的消化和分解不完全所引起。使用含有磷酸鹽或硫酸鎂的瀉藥以及過度使用山梨醇等藥物通常會導(dǎo)致滲透性腹瀉[28]。食物中的脂肪、蛋白質(zhì)及碳水化合物在腸道中必須經(jīng)過消化過程，尤其是酶的催化作用，變成簡單的成分后，才能被腸黏膜吸收。乳糖不耐癥是一種腸道消化障礙，與乳糖酶-氯嗪水解酶(LPH)活性降低或完全喪失有關(guān)。先天性乳糖酶缺乏特征是出生時乳糖酶活性降低或完全喪失，缺乏這種酶導(dǎo)致碳水化合物吸收不良和腹瀉。當(dāng)營養(yǎng)素(特別是小型營養(yǎng)素)產(chǎn)生滲透力，導(dǎo)致水進入管腔時，會出現(xiàn)滲透性腹瀉[29]。此外，乳糜瀉(CD)是一種過敏性腸病，伴有滲透性腹瀉。

2.4旅行者腹瀉 旅行者腹瀉是感染性腹瀉病中的一種特殊類型，是指在旅行期間或旅行后，每天有3次或3次以上未成形糞，或未成形糞次數(shù)不定但伴有發(fā)熱、腹痛或嘔吐。引起旅行者腹瀉的病原體可分為非侵襲性和侵襲性兩類[30]，主要由產(chǎn)毒性大腸桿菌、志賀菌、空腸彎曲菌、氣單孢菌、沙門氏菌及非霍亂弧菌等引起。在旅行期間做好個人衛(wèi)生，確保飲食安全即可預(yù)防。

2.5功能性便秘 功能性便秘指缺乏器質(zhì)性病因的糞便干結(jié)、排便困難、排便次數(shù)和重量減少。多種因素可導(dǎo)致其發(fā)生，例如年齡、飲食習(xí)慣、腸道微生物等，并且與大腸腫瘤有密切關(guān)聯(lián)。研究表明功能性便秘患者雙歧桿菌、乳酸桿菌較正常人減少，且菌群多樣性減少[31]。

2.6腸道腫瘤 大腸癌(CRC)是全世界最常見的消化道腫瘤之一，包括直腸癌和結(jié)腸癌，發(fā)病率與死亡率逐年升高[32]，治療以手術(shù)、放化療等綜合手段為主。大腸癌即使早期發(fā)現(xiàn)手術(shù)切除，也會出現(xiàn)復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移，并且對放化療的敏感性不高。患者確診時往往處于中晚期，嚴(yán)重威脅人類健康。近年來，雖然我國大力倡導(dǎo)開展大腸癌的定期基層篩查工作，但由于組織工作困難、病人依從性差、病人篩查意識欠缺等問題，整體篩查率不理想[33]。

微生物被懷疑與大約20 %的癌癥有關(guān)，特別是大腸癌[34]。結(jié)腸中的細(xì)菌水平是小腸的100萬倍，前者的癌癥發(fā)病率大約是后者的12倍，這表明腸道微生物在結(jié)直腸癌的發(fā)生中起著重要作用[35]。1975年第一次觀察到腸道微生物與大腸癌之間的聯(lián)系是存在的[36]。腸道菌群失調(diào)刺激黏膜免疫反應(yīng)，從而形成局部慢性炎癥反應(yīng)，從而對上皮細(xì)胞產(chǎn)生不利影響，并與其他因素一起促進腫瘤的發(fā)生。目前已經(jīng)有幾種假說來解釋結(jié)腸微生物區(qū)系、免疫反應(yīng)和惡性轉(zhuǎn)化之間的交叉。例如，Sears和Pardoll提出阿爾法細(xì)菌假說，CRC主要是由具有特定毒力決定因素的某些微生物群成員發(fā)起的。Tjalsma提出司機-乘客假說，由司機微生物誘導(dǎo)上皮DNA損傷和腫瘤發(fā)生來啟動CRC，進而促進在腫瘤微環(huán)境中具有生長優(yōu)勢的乘客細(xì)菌的增殖[37]。腸道微生物代謝物丁酸可以通過抑制大腸癌細(xì)胞的增殖和選擇性地促進其凋亡來發(fā)揮抗癌作用；膽汁酸可以促進大腸腫瘤的形成。腸道細(xì)菌產(chǎn)生的細(xì)胞致死膨脹毒素和大腸桿菌毒素也可致癌，脆弱桿菌毒素和糞腸桿菌產(chǎn)生的活性氧均與體外DNA損傷和基因組不穩(wěn)定性有關(guān)[38]。在腫瘤的發(fā)生和發(fā)展過程中，慢性炎癥形成了有利的局部環(huán)境。大腸息肉的癌變也是病因之一，大腸癌患者和結(jié)腸息肉患者之間的糞便微生物群差異不大，與對照組相比均時間穩(wěn)定性降低，輕梭菌和球菌亞群的多樣性增加[39]。腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞(TAMs) 產(chǎn)生和分泌多種細(xì)胞因子和可溶性因子，參與細(xì)胞增殖、細(xì)胞存活、血管生成、上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)和腫瘤干細(xì)胞病因?qū)W[40]。微生物通過多種信號通路，如轉(zhuǎn)化生長因子β、Wnt和Notch，與轉(zhuǎn)錄因子(TF)Slug、Snail、Twist、ZEB1和ZEB2共同作用，抑制E-鈣粘附素，導(dǎo)致腫瘤侵襲、轉(zhuǎn)移和獲得性耐藥[41]。EMT后的細(xì)胞可以獲得干細(xì)胞樣屬性，因此構(gòu)成了癌癥干細(xì)胞(CSC)群體[42]。

所以我們可以通過腸道微生物來篩選大腸癌的分子預(yù)警標(biāo)志物，主要篩查策略是糞便潛血檢測和糞便免疫化學(xué)檢測。若檢測結(jié)果為陽性時應(yīng)結(jié)合結(jié)腸鏡檢查。隨著對腸道微生物研究的研究越來越多，早癌的篩查與治療也將得到新的發(fā)展。

3 小結(jié)

隨著對人類微生物學(xué)研究不斷拓展和深入，腸道微生物已經(jīng)成為消化系統(tǒng)系統(tǒng)研究和臨床工作中不可忽視的重要組成部分。通過宿主與微生物共存互利的關(guān)系維持人體的健康狀態(tài)，為更多治療效果不佳的疾病提供新的治療方式，健康的腸道微生物群甚至還有助于維持大腦的正常功能。

腸道菌群參與消化道腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程。大腸腫瘤的發(fā)病率、死亡率之高逐年上升，已成為最常見的惡性腫瘤之一，所以通過腸道微生物尋找新的分子預(yù)警標(biāo)志物迫在眉睫。在今后的醫(yī)學(xué)研究中還會發(fā)現(xiàn)更多的靶向藥物去緩解、治療惡性腫瘤。所以腸道微生物的穩(wěn)態(tài)維持就顯得尤其重要，還需進一步探討。