肠道菌群在肿瘤治疗中的作用
肠道菌群在肿瘤细胞治疗中发挥重要作用。
来源：《中国医学前沿杂志（电子版）》，2016，8（7）：41-44．
作者：石汉平 中国科学院北京转化医学研究院/航空总医院
外源微生物在肿瘤发生中的致癌作用、在肿瘤发展中的促进作用已经有较多报道，某些病毒、细菌及寄生虫被确定为某些肿瘤的高危因素。de
Martel等报道：2008年全球共有肿瘤新发病例1270万，其中因感染导致的肿瘤病例约200万，占全部新发肿瘤病例的16.1%，提示人类1/6的肿瘤起源于微生物感染。在经济不发达地区，感染导致的肿瘤比例更高，在撒哈拉以南非洲地区高达32.7%的肿瘤与感染有关。在所有的致瘤微生物中，以幽门螺杆菌、乙型及丙型肝炎病毒、人类乳头瘤病毒导致的肿瘤发病率最高，约为190万。
内源细菌——肠道菌群在肿瘤发生、发展及治疗中的作用是近年来肿瘤研究的热点领域。尽管致病性是一些微生物的本质特征，但研究发现，共生微生物只有在机体免疫环境偏离稳态时才会致病。宿主遗传缺陷或后天因素导致的炎症失调及菌群失调将共生微生物由共生生物变为病理生物。另一方面，最近的研究发现：肠道菌群不仅不是致癌因素，反而是抗癌因素，肠道菌群有益于肿瘤治疗，在肿瘤本身或其并发症的治疗中发挥重要作用。
1.细胞过继免疫治疗
通过大剂量化疗或全身照射（total
body
irradi-ation，TBI）清除体内抑制性淋巴细胞，激活先天性（非特异性）免疫系统，增加稳态细胞因子水平，促进肠道菌群移位，升高血浆脂多糖（lipopo-lysacc-haride，LPS）水平，可以有效提高抗肿瘤CD8+T细胞过继性细胞输入（adoptive
cell
transfer，ACT）的成功率。淋巴细胞清除强度愈大，CD8+T细胞产生的抗肿瘤效果愈好。这种治疗在50%～70%的黑色素瘤患者中产生客观性的抗肿瘤效果。Paulos等发现：以抗生素减低宿主肠道菌群，以多黏菌素B中和血浆LPS水平，或以CD14和Toll样受体（Toll-like
receptor，TLR）4遗传缺陷小鼠去除LPS或LPS信号组件均会显著降低TBI的肿瘤抑制作用。相反，给未经TBI小鼠输注含微生物配体血浆或TBI小鼠的纯LPS，可以增强CD8+细胞激活，促进肿瘤萎缩。给TBI小鼠输注纯LPS可以进一步提高ACT的CD8+T细胞数量及功能，导致荷B16F10瘤小鼠的长期治愈。以环丙沙星治疗TBI荷瘤小鼠，降低了小鼠血浆LPS水平，减少了小鼠树突状细胞的绝对数量，抑制了先天性免疫系统的激活，从而削弱了ACT的治疗效果。图1提示肠道菌群在肿瘤细胞免疫治疗中发挥重要作用。
2.环磷酰胺
环磷酰胺（cyclophosphamide，CTX）作为一种烷化抗癌药物，大剂量时抑制免疫功能，因此也用于治疗自身免疫病，如系统性红斑狼疮、风湿性关节炎等；小剂量时则相反，抑制T调节细胞功能，增强免疫应答功能；此外，CTX还可以诱导免疫细胞死亡，活化抗肿瘤获得（特异）性免疫，有助于发挥CTX的抗肿瘤作用。
肠道菌群对化疗效果的影响已经由抗生素杀灭肠道菌群、改变共生菌群、无菌条件下养育小鼠实验所证实。将无菌小鼠转换至无特定致病菌（specific
pathogen-free，SPF）条件下养育，小鼠获得了健康、多样化的菌群，进而促进了先天性和获得性免疫系统的发展与分化。T辅助17（T-helper
17，Th17）细胞在肠道黏膜屏障及自身免疫病的发生中具有关键作用，Th17细胞的出现依赖于菌群的定植，Yang等报道分段丝状菌（segmented
filamentous bacteria，SFB）是肠道黏膜固有层Th17细胞分化的强烈诱导剂，可以促进Th17细胞依赖性自身免疫病。
Viaud等给不同小鼠接种相同的MCA205肉瘤并给予CTX治疗后发现：与荷瘤SPF小鼠相比，荷瘤无菌小鼠对CTX治疗不敏感；与未经抗生素治疗的荷瘤小鼠相比，万古霉素杀灭革兰阳性菌的荷瘤小鼠对CTX治疗反应性下降，脾脏致病性T辅助17（pathogenic
T helper 17，pTh17）细胞聚集减少。过继性输入pTh17细胞可以有效增强CTX的抗肿瘤效果，提示肠道菌群可以影响抗肿瘤免疫反应。
Perez-Chanona等认为：CTX抗肿瘤的作用机制部分是通过改变小肠菌群、促进某些特定革兰阳性菌移位实现的。这些移位的革兰阳性菌刺激了pTh17细胞亚群的产生，激发Th1细胞免疫反应，唤醒机体抗肿瘤特异性免疫反应。
3.铂盐
草酸铂与顺铂通过形成DNA加合物、引起链内交联，导致DNA损伤，激活致凋亡通路，诱导肿瘤细胞凋亡。Iida等[6]报道：以抗生素治疗皮下接种EL4淋巴瘤小鼠，草酸铂诱导的DNA损伤减轻、活性氧类（reactive
oxygen
species，ROS）基因表达减少，提示抗生素治疗削弱了铂盐的抗肿瘤效果。与SPF小鼠相比，无菌小鼠对铂盐的治疗反应明显下降，说明铂盐的作用依赖于肠道菌群。研究还发现：髓系细胞释放的ROS对草酸铂诱导的DNA损伤贡献巨大。髓系NADPH氧化酶NOX2先天性不足的Cybb-/-小鼠，由于ROS反应迟钝，它们对草酸铂治疗耐药。作者认为：草酸铂的疗效依赖于肠道菌群激活髓系细胞、后者释放ROS，发挥基因毒性和肿瘤减灭作用。
4.CpG寡核苷酸
和抗白介素-10抗体
TLR蛋白属于动物模式识别受体家族，先天性免疫系统依靠TLR9监测微生物DNA中未甲基化CpG基序的出现。微生物DNA中一旦出现未甲基化的CpG基序，CpG寡核苷酸（oligonucleotides，ODN）即与浆细胞样树突状细胞及B细胞上的TLR9结合，TLR9诱导上述细胞表达促炎因子，从而增强机体免疫反应。临床研究显示：单独使用CpG-ODN没有抗肿瘤疗效，但将CpG-ODN与肽疫苗联合使用时，可以增强抗肿瘤免疫反应。与人类不同，小鼠TLR9广泛分布于所有髓系细胞。瘤内注射CpG-ODN时，特别是与抗白介素-10抗体（anti-interleukin-10
antibodies，a-IL-10 ab）联合使用时，可以有效治疗移植肿瘤。CpG-ODN通过刺激释放促炎因子，包括肿瘤坏死因子（tumor
necrosis
factor，TNF），诱导肿瘤快速出血坏死，继而诱导获得性抗肿瘤免疫反应。无菌小鼠、抗生素治疗小鼠对上述治疗抵抗。以CpG-ODN/a-IL-10
ab治疗菌群缺乏小鼠，髓系细胞IL-12和TNF表达减少，而这些细胞因子是CpG-ODN诱导出血坏死所必需的。给菌群缺乏小鼠注射TLR4配体、LPS，也可以恢复CpG-ODN/a-IL-10
ab的治疗反应。改变肠道菌群可以削弱小鼠皮下肿瘤对CpG-ODN及铂盐的治疗反应。提示：寡核苷酸的抗肿瘤疗效同样依赖于完整的共生菌群（图2）。
肠道微生态系统的不同菌群在CpG-ODN/a-IL-10
ab治疗中作用不同。粪便中的革兰阴性Alis-tipes菌属丰富与肿瘤TNF产量呈正相关，乳杆菌属（Lactoba-cillus）丰富则与肿瘤TNF产量呈负相关。以Alistipes
shahii重建抗生素治疗小鼠的肠道微生态系统，肿瘤瘤体内分泌TNF的髓系细胞数量显著多于未重建微生态的抗生素治疗小鼠，与未接受抗生素治疗的小鼠相当。相反，给普通小鼠胃内灌注发酵乳杆菌（Lactobacillus
fermentum）显著降低了TNF产量。
5.免疫检查点抑制剂
免疫检查点抑制剂（immune checkpoint
inhib-itors，ICI），特别是抗淋巴细胞相关抗原4单克隆抗体（cytotoxic T lymphocyte-ass-o-ciated
antigen 4，CTLA-4）和程序性死亡蛋白-1（progra-mmed
death-1，PD-1）或其配体（PD-L1）是近年的研究热点，在进展性黑色素瘤、肾癌及肺癌治疗中表现出显著的临床效果。ICI的作用机制既往更多集中于免疫系统本身，现有学者关注肠道菌群在其中的作用。Vetizou等最近报道：抗CTLA-4治疗对无菌小鼠、抗生素治疗小鼠的皮下肿瘤无效。究其原因发现：抗CTLA-4治疗诱导肠道黏膜损伤、引起细菌移位及树突状细胞的浸润，树突状细胞负责扩增抗CTLA-4治疗的抗细菌作用、抗肿瘤作用，说明肠道菌群通过调节树突状细胞的功能，部分地控制抗CTLA-4疗效。进一步研究发现：肠道菌群中类杆菌属（Bacteriodes）中如多形拟杆菌（B.
thetaiotaomic-ron）、脆弱拟杆菌（B. fragilis）、伯克氏菌属（Burkholderia）中如洋葱伯克氏菌（B.
cepacia）等的富集可以强化抗CTLA-4疗效。给无菌小鼠胃内灌注上述细菌或用富含拟杆菌属（Bac-teriodes
spp.）而且对抗CTLA-4治疗反应良好的患者肠道菌群定植无菌小鼠，或用B.
fragilis的LPS免疫无菌小鼠，或给予普通小鼠过继性输注经抗CTLA-4诱导出的B. fragilis
特异性Th-1细胞，均可逆转无菌小鼠的抗CTLA-4治疗不敏感。采用B. fragilis和B.
cepacia胃内灌注无菌小鼠，还可以减轻黏膜毒性，减少结肠炎的发生。提示调节肠道菌群可以改善抗肿瘤效果，防止出现不良反应（图3）。
综上所述，肠道菌群在机体免疫系统中扮演重要角色，在肿瘤治疗中发挥重要作用，粪菌疗法由此应运而生，而实现肠道粪菌治疗的最直接方法是将粪便从一个个体移植到另一个个体，将健康供体液化的粪便引入受体的肠道中，从而使健康的菌群在受体肠道中重新定植。粪菌移植目前已用于治疗严重的感染性疾病，如难辨梭状芽胞杆菌感染等，与标准抗生素疗法20%的有效率相比，粪菌移植的有效率可以达到85%～90%，展现出绝对优势。此外，粪菌移植目前也在试用于其他疾病如肥胖、糖尿病、肠易激综合征等。鉴于肠道菌群在肿瘤发生、发展及治疗中的重要作用，我们有理由相信：不久的将来，粪菌移植将被用于肿瘤治疗，从而产生一种崭新的肿瘤治疗方法——肿瘤粪菌疗法
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