肠道微生物的作用：结直肠癌的关键因素

CRC主要是一种遗传疾病，经过多年的遗传变化（即体细胞突变和表观遗传修饰）被称为腺瘤-癌序列。结肠是一个复杂的生态系统，其特征是丰富和多样的微生物群的存在，CRC的发展一直与微生物群落组成的变化（即生物失调）有关。尽管对CRC特异性核心异常的确证尚待确定，但现在已建立CRC患者微生物群中特定细菌种类的过度表达。虽然遗传易感性与某些类型的结直肠癌密切相关，但流行病学研究表明，西方生活方式（如美国）是该病最重要的危险因素。大肠癌的高发率也与年龄、性别、家族史、饮酒过量、高动物脂肪饮食以及低果蔬纤维饮食有关。复杂的肠道微生物群在人体健康中起着不可或缺的作用，因为它们与免疫系统相互作用，维持上皮内稳态，代谢难消化的多糖，并排除来自人类肠道的潜在病原体。

肠道微生物也被证实通过调节炎症和影响宿主细胞基因组稳定性，通过不同信号/途径的调节，在癌症发展中起着重要作用。慢性感染性病原体对癌变的发生率约为18%。

此外，肠道细菌可以与食品相互作用，一些炎症产生的宿主代谢物增加了一些潜在的病原细菌种群的生长和DNA损伤的风险。红肉和加工食品由肠道细菌代谢，它们的代谢物，如硫化氢，被认为可破坏DNA和诱变。同时，细菌可以通过胆汁酸的去缀合来增强其他致突变因子，如二级胆汁酸、脱氧胆汁酸和胆石酸。部分因子被修饰后可改变黏膜屏障，允许抗原渗透和增加炎性因子的产生，从而促进黏膜细胞内的遗传不稳定性，并增加可用于肿瘤发展的因素，例如血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）的产生。另外，一些细菌种群已被强制保护CRC，认为代谢物的产生可诱导免疫耐受，或竞争致病细菌的能力。

肠道菌群作为一个真正的器官，常驻的微生物和消化道高度相助可保持肠道内共生之间的相互作用。然而，环境改变（如感染、饮食或生活方式）可以干扰这种共生关系和促进疾病的发生，如炎症性肠道疾病和癌症。但肠道微生物对CRC的详细机制尚不明了。大肠癌发生机制非常复杂，非肿瘤细胞和大量微生物在结直肠癌中的参与越来越明显。事实上，肠道菌群组成的许多变化已经在结直肠癌中得到报道，提示微生物生态失衡在结直肠癌的发生、发展中起着主要作用。研究证实，一些细菌的物种已被确定或怀疑在结直肠癌的发生、发展过程中发挥重要作用，如牛链球菌、脆弱类杆菌、幽门螺杆菌、粪肠球菌、腐败梭菌、梭杆菌属和大肠埃希菌。通过不断研究，对这些细菌潜在的致癌效应正在逐步得到更好的理解。

如前所述，肠道菌群在CRC上可能起着重要作用，通过几种机制，促进和发展CRC，包括炎症、代谢和遗传因素。益生菌或粪便移植的使用可以对抗CRC相关失调从而恢复慢性疾病的生态平衡，有助于减少或阻止微生物引起的遗传改变和活化的炎症、增生和致癌途径上的作用。然而，目前为止这种微生物的靶向治疗方法尚未在CRC上进行深入的研究。

基因改变是在CRC治疗的背景下被人们关注的一个问题。例如，最近提供的证据表明，大肠埃希菌产生大肠杆菌素可能是CRC相关基因组不稳定性的主要因素。大肠杆菌素合成需要丝氨酸酶，它作为肽酶产生大肠杆菌素非核糖体肽合成酶（non ribosomal peptide synthetase，NRPS）化合物。在CRC的小鼠模型中证实，用这种化合物治疗可阻止细胞的增殖。

肠道微生物群的变化也可能导致宿主免疫应答的改变。在此基础上研究了益生菌口服给药对免疫信号转导的影响。这些研究为肠道微生物在宿主的肠表观基因组机制中起着至关重要的作用提供了证据。此外，据报道，磷脂壁酸（lipophosphate wall acid，LTA）、TLR-2配体的缺失使先天性和适应性的致病性免疫应答正常化，并减少CRC小鼠模型中发生肿瘤。LTA缺陷的嗜酸乳杆菌可降低炎症并保护CRC；下调下游信号，并刺激肿瘤抑制基因在CRC细胞系中的抑制作用。此外，一些共生细菌，如短双歧杆菌和鼠李糖乳杆菌（Lactobacillus rhamnosus）抑制促炎细胞因子的产生，可减少大肠癌发生的宿主DNA甲基化和组蛋白乙酰化事件发生。(www.xing528.com)

CRC的发生是一个复杂的多因素过程，由于原癌基因、肿瘤抑制基因和（或）DNA修复基因中遗传和表观遗传改变的累积，导致正常结肠上皮向腺体结构的转化，被称为腺癌。CRC发生的根本原因是复杂的和异质的。遗传和环境因素均可影响CRC的初始阶段和（或）进展，致使疾病病因学研究变得复杂化。

根据突变的起源，CRC可分为散发性（70%）或遗传性（30%）。散发性和家族性CRC肿瘤的一个关键特征是它们有高度的基因组不稳定性，产生肿瘤分子亚型的不同分子机制为：①染色体不稳定性（chromosomal instability，CIN）。②微卫星不稳定性（microsatellite instability，MIS），导致超突变肿瘤。③表观遗传不稳定性与Cp G岛甲基化的改变。尽管存在这种重要的分子异质性，但CRC肿瘤中定义的信号通路始终在改变，包括Wnt、TGF-β、PI3K（phosphatidylinositol-3，磷脂酰肌醇-3激酶）、RTK-Ras（receptor tyrosine kinases-Ras，受体酪氨酸激酶-Ras）和P53信号传导。Wnt通路对肠上皮内环境稳定至关重要，在90%以上的CRC肿瘤中确实存在结构性激活，在80%的非超突变和50%的高突变的CRC肿瘤中，其负调控因子APC功能突变缺失。

除了遗传改变，肿瘤微环境在CRC发展中起着关键作用，重要的影响因素与营养、炎症、表观遗传修饰和肠道微生物群有关。肠道微生物群是目前公认的一个器官，它通过调节包括屏障、免疫和代谢功能在内的多种生物过程的能力，在调节宿主肠内稳态中发挥着至关重要的作用。外部因素的组合可以影响微生物的组成，包括宿主遗传学、饮食、生活方式和环境因素。这些扰动在微生物转移中影响健康和癌变之间的平衡。值得注意的是结肠微生物群的改变被认为是CRC开始和进展的重要参与者。此外，微生物群通过其广泛的代谢能力和深刻的免疫调节作用可以调节癌症治疗。

关于CRC相关细菌的一个关键问题是它们是否代表宿主黏膜组织改变的结果，或者这些细菌本身是否可以具有致癌或促肿瘤作用。利用各种CRC动物模型中的微生物转移实验，若干研究已清楚地表明，癌症相关微生物群在癌症进展中发挥作用。使用抗生素的小鼠肠道细菌微生物的消耗降低了结肠癌的风险。已经提出了几种分子机制来解释细菌诱导的肿瘤前效应：①慢性炎症的诱导。②宿主代谢物向致癌物的细菌转化。③诸如具有致癌特性的毒素的特定细菌因子的表达。④屏障功能障碍。一些细菌种类已被鉴定为在大肠癌发生中起作用，如核梭形杆菌（Fusobacterium nucleatum，Fn）、产肠毒素脆弱类杆菌（Enterotoxigenic Bacteroides fragile，ETBF）、产大肠杆菌素和基因毒素的大肠埃希菌、粪肠球菌、败血梭菌等。

Fn和ETBF均能改变Wnt/β-catenin（连环蛋白）信号转导通路。梭形杆菌通过其独特的表面adhesin FadA（粘连蛋白）显示黏附和侵入结肠细胞。FadA结合宿主细胞受体E-cadherin促进FN附着和侵袭上皮细胞。FadA与E-cadherin（上皮细胞钙黏蛋白）的结合导致β-连环素信号传导的激活，引起细胞增殖增加。产肠毒素脆弱类杆菌（ETBF）在CRC患者的结肠黏膜中普遍存在，能够调节黏膜免疫应答并诱导上皮细胞变化。结果表明，ETBF分泌一种锌依赖性金属蛋白酶毒素（Zinc dependent metalloproteinase toxin），它裂解E-钙黏蛋白，从而引起β-连环素的核移位，增加Cmyc的表达和细胞增殖。通过多种机制，肠道细菌改变了Wnt配体的表达，激活了Wnt受体，抑制了糖原合成酶激酶-3（glycogen synthase kinase-3β，GSK3β），干扰了Wnt配体的表达。这种信号通路在癌症发展中具有重要作用。