結直腸癌（CRC）是西方社會的主要死因，癌癥相關花費巨大。CRC的發(fā)生分作三個時間段：起動、加速和進展。啟動時正常細胞出現DNA序列和結構變化，這些變化最終轉化為惡性細胞。加速期時突變細胞克隆性擴增、不典型組織生長和腫瘤加速形成。進展期時惡性腫瘤轉化和擴增的同時還不斷出現新的突變、表觀遺傳學改變和遺傳學不穩(wěn)定性。

單個突變通常不足以啟動腸道上皮惡性轉化，需要原癌基因、腫瘤抑制基因和DNA修復基因多個突變累積才能完成。多數遺傳學改變與Wnt-β-catenin信號、酪氨酸激酶受體、TGFβ信號、DNA誤配修復、凋亡及細胞周期控制基因相關。此外腫瘤微環(huán)境在CRC啟動和加速期的作用非常關鍵，而飲食和腸道微生物是腸腔微環(huán)境最主要影響因素，其差別可能影響相似人群不同的CRC發(fā)生率。

例如非洲土著人罕見CRC，但美國黑人卻很常見。O’Keefer的研究顯示大量食用動物產品增加結腸中的有毒氫氣，繼發(fā)的產膽鹽細菌與CRC發(fā)生率增加有關，支持假說：CRC風險受飲食與腸道微生物相互作用影響。德國Coleman教授在 Biores Open Access雜志上發(fā)表綜述討論了腸道微生物與宿主CRC發(fā)生發(fā)展間的相互作用。

微生物、基因毒和免疫活化

病毒和細菌感染便于某些器官發(fā)生癌癥，突出例子是病毒性肝炎與肝細胞癌、幽門螺桿菌與胃腺癌。乙肝病毒（HBV）通過直接/間接機制促進肝臟癌癥發(fā)生：HBV-DNA插入宿主基因組導致基因組不穩(wěn)定、病毒調節(jié)蛋白導致增殖異常調節(jié)、病毒化合物影響表觀遺傳學。幽門螺標菌分泌有毒物質導致氧化應激、慢性炎癥和宿主DNA損害，促進癌癥發(fā)生。目前已明確炎癥、癌癥和微生物產物間的聯系，但微生物對啟動和加速CRC的作用仍有待明確。

每次癌癥相關感染，除了免疫活化、導致慢性感染外，微生物還能直接或間接啟動癌癥生成途徑。例如糞腸球菌可產生胞外過氧化物，誘導人類細胞染色體不穩(wěn)定。Wang的體外研究顯示糞球菌活化DNA損害途徑，G2捕獲，增加染色體分離錯誤，導致非整倍體和四倍體上皮產生。

體內研究也證實這種潛在影響，無菌IL-10缺陷小鼠糞球菌定殖后發(fā)生結腸炎相關直腸增生異常和腺癌。另一個例子是大腸桿菌，能產生基因毒大腸桿菌素，感染試驗中誘導腸道上皮細胞DNA雙鏈斷裂，最終導致有絲分裂和染色體畸變，增加基因突變頻率和非依賴性生長。Buc的研究顯示CRC患者活檢時發(fā)現產大腸桿菌素的大腸桿菌明顯高于憩室病患者。

另一個與CRC有關的微生物是產腸毒素脆弱類桿菌（ETBF），分泌20kD金屬蛋白酶腸毒素（BFT）。腸道上皮細胞株暴露于腸毒素時，細胞粘附分子被裂解，應激反應和細胞因子信號途徑活化，細胞增殖增加，與c-Myc原癌基因表達增加有關。

除了直接基因毒作用，細菌通過慢性炎癥參與腫瘤生成，炎癥破壞上皮屏障，免疫識別細菌導致炎癥驅動的腫瘤形成。無菌或抗菌素治療CRC小鼠模型的腫瘤生成減少，說明細菌在炎癥驅動腫瘤中的重要性，通過抑制模式識別受體信號或輔助T細胞活化抑制微生物識別，都可減少腫瘤轉化。適配器MyD88參與TLRs下游信號，敲除MyD88能抑制ApcMin/+小鼠和AOM-2% DSS誘導的腫瘤生成?？傊鄙偌毦軠p少腫瘤轉化，ApcMin/+ 小鼠疊加結腸感染時增加腸道腫瘤生成。

結腸炎相關CRC動物模型中，炎性微環(huán)境導致活性氧（ROS）增加、延長免疫活化，最終導致組織損害、刺激原癌基因并下調腫瘤抑制基因。然而炎癥刺激癌癥生成的確切機制仍不清楚。動物研究支持NF-κB信號和IL-6在炎癥驅動癌癥生成中的作用，IL-6誘導STAT3介導的信號轉導，影響增殖、抗凋亡和促血管生成基因。

ROS的增加在細菌驅動的癌癥生成中也發(fā)揮重要作用。腸桿菌誘導ROS產生，缺乏代謝自由基酶的小鼠更易感于腸道炎癥和腫瘤形成。幽門螺桿菌和脆弱類桿菌感染胃和腸道時，快速誘導產生多胺代謝酶SMO，SMO產生的H2O2與ROS產生有關，最終導致SMO依賴性ROS產生和DNA損害。

慢性炎癥反應與腫瘤生成有關，獲得性免疫可能抑制這一過程。T細胞經常與抗腫瘤反應相關，因為在Rag?/?小鼠和干擾素信號缺陷動物模型中結腸腫瘤發(fā)生更多，這些支持假說：T細胞驅動的免疫與阻止腫瘤有關，而淋巴細胞驅動的免疫反應在細菌誘導的腸道炎癥中發(fā)揮作用，可能會影響CRC進展。

Erdman的研究顯示肝螺桿菌感染Rag-/-缺陷小鼠時誘發(fā)結腸炎相關癌癥，而未受感染小鼠不會發(fā)生癌癥，該動物模型被動輸注CD4+ CD45RBlo CD25+ T細胞能明顯抑制結腸炎和癌癥，說明T細胞能抑制細菌誘導的炎癥和腫瘤形成。幾項研究顯示T輔助細胞亞類在癌癥發(fā)生中發(fā)揮不同作用，TH1與抗腫瘤反應相關，TH17有助于腫瘤生成。Wu的研究顯示ETBF定殖于ApcMin/+ 小鼠與STAT3和TH17活化有關，導致腸道腫瘤增加。

除了直接促進腫瘤生成外，慢性炎癥還可能間接靶向腸道微生物增加產基因毒微生物。Arthur研究顯示IL-10缺陷小鼠大腸埃希菌增加100倍，該菌能產生大腸桿菌素，增加腫瘤多樣性，但炎癥水平并無改變。上述數據說明炎癥本身并不是腫瘤形成的主要因子，炎癥誘導腸道微生物群中的基因毒細菌優(yōu)勢選擇，這可能是炎癥和CRC間的真正關聯。

有關微生物和CRC的人類研究

與健康對照相比，CRC患者腸道菌群構成不穩(wěn)定，但沒有研究回答CRC生態(tài)失衡的原因和結果，也未闡明腸道微生物影響CRC發(fā)生發(fā)展的機制。人類腸道菌群與CRC關系的證據源于二代測序，三個研究探索了健康組織和晚期CRC組織的微生物構成。

CRC組織中具核梭桿菌很多，與高度微衛(wèi)星不穩(wěn)定性（MSI-H）和CpG甲基化表型（CIMP）相關，而且結直腸癌中的具核梭桿菌與CD3+ T細胞比例呈負相關，這也支持該菌在適應性免疫中的作用，為CRC預防與治療中靶向微生物和免疫提供了依據。Wei等進一步證實具核梭桿菌、結腸癌與炎癥因子的關聯，還報道了脆弱類桿菌和普拉梭桿菌通過誘導腸道炎癥影響預后，提示這三種微生物可能作為CRC的潛在預后標志。

首個高通量人類CRC結腸微生物圖譜顯示紅蝽桿菌增多，潛在致病性腸桿菌減少。首個變性梯度膠電泳和核糖體基因間隔分析顯示腫瘤區(qū)域內外的微生物構成明顯不同。FLX 454鈦焦磷酸測序顯示腫瘤區(qū)域內外微生物構成明顯不同。這些研究中CRC均一致有過多的紅蝽菌亞綱細菌，腸桿菌科減少。

微生物群成分轉換是結腸微環(huán)境生理和代謝變化的結果，這些改變似乎可使腫瘤相關共生菌增多，腸桿菌減少，這可能與CRC發(fā)病機制相關。一些腫瘤相關細菌能夠產生丁酸，丁酸既能誘導細胞周期捕獲、增加癌細胞凋亡，同時也是腫瘤性結腸細胞的能量來源。

動物模型中微生物與CRC的關系

采用動物模型研究腸道微生物在CRC發(fā)生中作用的研究很多。AOM DSS誘導CRC小鼠模型中，腸道微生物群特征是富含多形擬桿菌屬、Odoribacter桿菌屬和Akkermansia菌屬的操作分類單元（OTUs），而普雷沃氏菌科和紫單胞菌科的OTUs減少，動物模型經抗菌素治療后腫瘤大小和數量明顯減少，暗示微生物群變化直接影響腫瘤生成。

與傳統(tǒng)飼養(yǎng)小鼠相反，無菌GPX-DKO小鼠和IL-10缺陷（IL10?/?）小鼠經AOM處理后并無腫瘤發(fā)生。ApcMin/+ 小鼠結腸癌模型中，無菌能減少腫瘤負荷，而脆弱類桿菌和具核梭桿菌的定殖增加癌癥發(fā)生，這些為細菌影響癌癥發(fā)生提供了體內證據。

NOD2是胞漿模式識別受體，與人類克隆病有關。NOD2?/? 小鼠微生物群異常時有助于結腸炎和結腸炎相關癌癥（CAC）發(fā)生?？咕刂委熁蚩笽L-6受體中和抗體治療后NOD2?/?小鼠患病風險下降。無菌野生型（WT）小鼠轉入異常微生物群后導致結腸炎和CAC，NOD2?/? 小鼠植入WT小鼠正常微生物群能減少疾病風險。這說明腸道微生物在炎癥和癌癥中的作用，影響微生物群可能提供治療CRC和其它人類腸道疾病的方法。

細菌的驅動—過客模式

結腸腫瘤發(fā)生時不同的細菌種群具有不同功能，因此提出了導致CRC的細菌驅動-過客模式。驅動細菌指的是具有致癌特征的腸道細菌，它們能啟動CRC發(fā)生。例如一種特殊的大腸埃希菌菌株的致癌特征是擁有基因毒大腸桿菌素，該毒素能誘導單鏈DNA斷鏈，增加受感染細胞突變率。另一個CRC的驅動細菌是在ETBF誘導的結腸炎和癌癥小鼠模型中發(fā)現的，該模型中ETBF增加腫瘤發(fā)生，可能通過誘導持續(xù)TH17型炎癥反應，產生DNA損害和遺傳學不穩(wěn)定性。人類潛在致病菌腸桿菌如志賀氏菌，健康個體中少見，但在腺瘤非惡性結腸粘膜中增多，這些均支持細菌的驅動作用。

腸道過客細菌在健康結腸中定殖相對較少，但這些細菌在腫瘤微環(huán)境中具有競爭優(yōu)勢，超越CRC驅動細菌。例如腫瘤微環(huán)境中病變結腸壁結構可能導致基底膜膠原纖維暴露，利于細菌如牛鏈球菌侵入，也就是說普通人群中牛鏈球菌的流行低于結腸腺瘤和CRC患者，提示這些微生物代表過客細菌。另一個潛在過客細菌是梭桿菌，該菌在腫瘤標本中增多，雖然還不清楚它在CRC發(fā)生發(fā)展中的作用，但支持梭桿菌作為過客細菌的說法。

當然驅動-過客模型并不能排除過客細菌是腫瘤進展元兇，甚至它們可能與晚期疾病有關。不過CRC患者腸道固有微生物構成對結腸癌的發(fā)生發(fā)展作用可能超過了腫瘤微生物群的作用。隨著對微生物群轉換的理解不斷增加，應該能鑒定出結腸癌的驅動細菌，為結腸癌早期診斷和新預防策略提供依據。

治療作用

鑒于微生物與宿主相互作用有助于腫瘤發(fā)生，有幾種策略可用于CRC預防。細菌誘導ROS導致的DNA損害可能是腫瘤預防的靶點，抑制多胺代謝能減少ETBF和ApcMin/+ 模型的腫瘤生成和增殖。

腸道微生物事關抗腫瘤治療的另一個機制是其發(fā)酵產品丁酸，它是一種短鏈脂肪酸（SCFA），在微生物發(fā)酵過程中由未消化的碳水化合物如纖維產生，在體外它可以啟動生長捕獲和結腸上皮細胞凋亡。SFCA不僅有抗腫瘤功能，而且還有抗炎作用和靶向G蛋白耦聯受體43（GPR43）。

幾項研究發(fā)現腫瘤患者微生物構成的重要性在于對化療或免疫節(jié)點阻滯治療的治療反應。Sivan和Vétizou研究證實腸道微生物群構成能影響腫瘤免疫治療反應，主要機制是樹突細胞活化擴增和抗腫瘤T細胞反應?；颊呖鼓[瘤免疫具有異質性，鑒別用于預測治療反應的細菌標志并將其對免疫治療反應獲益最大化，是現在研究領域的熱點。

微生物通過不同機制促進癌癥發(fā)生，例如毒性代謝產物和基因毒的合成，這些為CRC治療提供了新思路。產大腸桿菌素的大腸埃希菌是CRCs最常見定殖菌，ClbP酶參與大腸桿菌素合成，最近一項研究中二種含亞硼酸的復合物能通過與ClbP酶活性位點結合抑制DNA損害和含pks細菌誘導的腫瘤發(fā)生。該研究不但證實產大腸桿菌素的大腸埃希菌在結腸腫瘤發(fā)生中的作用，還提供了靶向pks細菌的新型抑制劑用于CRC治療。

乳酸菌及其它一些飲食因素如纖維和十字花科蔬菜，與人類CRC發(fā)生負相關。突變原性復合物如雜環(huán)胺（HCAs），產乳酸菌通過與其結合預防HCA誘導的DNA損害。這種特殊細菌通常存在于發(fā)酵奶制品中，可以直接攝取或是食用寡聚糖（益生元）來增加乳酸菌數量，寡聚糖是乳酸菌和雙歧桿菌的底物。還有二種益生元如乳果糖和菊粉也能減少致癌物誘導的DNA損害。

通過益生菌和益生元的調整可能會影響免疫系統(tǒng)和微生物間的相互作用。臨床前模型證據顯示使用益生菌能阻止CRC，主要通過抗腫瘤和抗增殖作用，減少畸變的隱窩病灶，增加SFCA形成，下調炎癥因子，抑制致病原和致癌微生物，免疫刺激，降低致癌酶活性來達成。

結語

動物模型中，環(huán)境和飲食因素，包括腸道微生物，似乎都在CRC的早期形成中起到重要作用。雖然結腸微生物和啟動腸道腫瘤發(fā)生的直接關系并沒有得到確證，但大量證據證實基因毒細菌的優(yōu)勢選擇可能在CRC發(fā)生發(fā)展中起到很重要的作用。

微生物構成和功能改變可能是對微環(huán)境變化的適應性反應，但可能因此有助于CRC發(fā)生。生態(tài)失調和CRC間的因果關系使微生物基因可能成為CRC潛在標志。隨著對CRC中細菌構成轉換的理解不斷增加，通過對腸道微生物群和微生物-宿主的相互作用的調整，會促進新的治療和預防策略產生。

鏈接：

https://www.ncbi.nlm./pmc/articles/PMC5076480/