肠道菌群代谢产物对肝细胞癌的影响

（一）脂多糖通过影响非实质细胞、肝脏细胞和免疫细胞的功能促进肝细胞癌进程

脂多糖（LPS）是革兰阴性菌细胞壁的主要成分，细菌死亡溶解后释放，对宿主细胞具有极大毒性。LPS广泛存在于多类肠道细菌的细胞壁中，肠道菌群的紊乱和肝脏代谢功能的损害致使LPS的产生增加，而肠道菌群紊乱导致肠源性LPS易位，储存在肝脏中，促进肝脏炎症、纤维化、增殖和抗凋亡信号的激活，是引起HCC发生、发展的重要物质。

据了解，LPS的病理作用是间接的，即LPS通过引发一系列宿主介导的反应：最初刺激单核细胞和巨噬细胞，然后中性粒细胞和血小板聚集在微血管中，造成血管损伤。炎症细胞释放一系列内源性介质，包括花生四烯酸代谢物、血小板活化因子、IL-1、IL-6、TNF-α、一氧化氮、有毒代谢物、血管活性胺、蛋白酶以及补体和凝血级联产物。

1.肝实质细胞（parenchymal cells of hepatic，HPC）　LPS对肝祖细胞的增殖和分化均具有重要的影响。LPS抑制HPC向成熟肝细胞的分化以及抑制胆管样结构的形成，从而影响肝脏功能的正常发挥。与此同时，HPC的分化抑制和过度增殖会增加突变的可能。Li等发现，在长期对裸小鼠给予LPS处理后，人源性HPC可转变为肿瘤细胞。进一步研究发现，这是因为LPS可激活HPC中的NF-κB通路，进而促进HPC的过度增殖所致。

Toll样受体-4（TLR-4）家族广泛分布于肝脏细胞中，是宿主对感染的炎症反应的重要介质，在促进过度增殖方面扮演着不可或缺的角色。有研究发现，TLR-4在小鼠体内凋亡相关指标（如Caspase 3）的表达明显升高，肝癌细胞的凋亡明显增多。LPS是TLR重要的配体之一。LPS-TLR-4信号轴的激活，为TLR-4信号通路参与促进肝癌细胞的存活和增殖提供了可能。Yu等发现肠道灭菌和TLR-4的消耗可以降低肝肿瘤的发生率并抑制肿瘤的生长。Wang等发现，TLR-4在HCC中的表达与细胞增殖标志Ki-67的表达呈正相关。LPS-TLR-4信号轴可直接激活NF-κB和MAPK信号通路，NF-κB通路作为炎症反应的关键环节，可增加ERK和JNK活性，调节Bax向线粒体的易位，促进细胞存活和增殖，促进HCC的增殖和抑制细胞凋亡而发挥重要的促进作用。

2.肝非实质细胞（nonparenchymal cell of hepatic，NPC）　近年来，临床和流行病学数据均提示，炎症和非特异性免疫在HCC发生、发展中具有重要作用。在炎症和非特异性免疫所致HCC的进程中，TLR-4同样扮演着重要的角色。TLR在NPC中的表达明显多于肝脏细胞，对LPS-TLR连轴的激活反应更强。

KC作为肝脏的巨噬细胞，是炎症因子的最主要来源，LPS通过门静脉进入肝脏，通过KC表面的TLR-4受体实现两步反应：①启动和刺激促炎细胞因子的转录，进而促使KC释放促炎细胞因子，如TNF-α。②激活的非特异性免疫系统通过髓系分化初级应答蛋白诱导促炎细胞因子和IFN诱导蛋白的产生。除了增殖通路中的重要作用，NF-κB通路也是炎症反应通路的关键环节。除此之外，LPSCD14连轴可激活髓系分化初级应答蛋白88（Myeloid differentiation primary response protein 88，MYD88）TNF-α通路，同样可促进炎症、氧化应激等级联反应。研究表明，激活KC中的LPS-TLR-4信号通路，可导致TNF-依赖性和IL-6依赖的代偿性肝细胞增殖，从而减少氧化应激和凋亡。

LPS可直接激活同样广泛分布于HSC表面的TLR，或通过激活KC释放前炎症细胞因子而间接激活HSC表面的TLR。在非激活状态下，NF-κB转录因子与κB家族的抑制因子或NF-κB前体P100在细胞质中复合。LPS与HSC表面的TLR-4结合，释放出生长因子（如表皮调节素）和TNFα等介导因子，激活NF-κB通路。TLR-4激活导致NF-κB介导的肝细胞表观调节蛋白的上调，肝细胞表观调节蛋白是表皮生长因子家族成员，对促进肝细胞分裂具有较强的作用。有研究发现，在小鼠中做肝细胞表观调节蛋白基因抑表达后，LPS所致的肝细胞癌变情况会发生明显的好转。TLR-4激活同样导致HSC活化为a HSC，进而促进肝脏损伤转为慢性化，慢性炎症反应、纤维化等为肝细胞癌变和肝转移癌的重要前提。

3.免疫细胞　肠道微生物和特异性免疫之间存在着密不可分的关系。有研究发现，肠道微生物群缺失时，其导致胰腺癌和黑色素瘤模型皮下肿瘤的发生发展明显减轻，胰腺癌、结肠癌和黑色素瘤模型的肝转移概率也明显减少。肠道菌群代谢产物与CD4＋T细胞表面TLR结合，可激活IL-23/IL-17轴，IL-17a在抵御真菌和细菌病原体方面起着关键作用，介导炎症反应，并促进结肠癌的发展，HCC中亦是如此。有研究总结，肠道微生物群减少时，CD4＋CD3＋和CD8＋CD3＋显著增加。T细胞所分泌IFN-γ的显著增加，IL-17a（IL-17a＋CD3＋）和IL-10（IL10＋CD4＋CD3＋）的数量也相应减少。Yu等发现肠道灭菌和TLR-4的消耗可以降低肝肿瘤的发生率并抑制肿瘤的生长。(www.xing528.com)

但是，特定的肠道菌群所分泌的LPS反而能够通过对T细胞的调节作用，发挥抑制肿瘤发生、发展的作用。研究发现，用百日咳博氏杆菌制备的LPS具有抗肿瘤作用。DC通过TLR-4识别微生物上表达的病原体相关的分子模式，进而激活天然免疫，产生细胞因子（如IL-6和IL-12），引发特异性免疫反应。IL-12通常由巨噬细胞和DC产生，决定CD4＋亚群（Th1细胞）的分化，从而产生INF-γ，激活NK T细胞和细胞毒性CD8＋T细胞。这一反应明显体现出LPS的抗肿瘤作用。也有研究发现，螺旋藻LPS可促进肿瘤CD4＋T细胞向Ths1细胞的分化。随后，Th1来源的IFN-γ抑制Ths-17的分化，促进CD8＋T细胞的活化。此外，螺旋藻LPS还可能通过不依赖于干扰素的γ途径抑制IL-17的产生，肿瘤进展过程中，IL-17升高可阻止产生IFN-γ的T细胞，螺旋藻LPS可能通过降低IL-17的产生而恢复Th1细胞的生成。除此之外，螺旋藻LPS还可以通过减少IL-17诱导的血管生成来抑制肿瘤的生长。螺旋藻LPS介导的TLR-4信号转导可能通过调节共刺激分子和细胞因子的表达方式而引起抗原提呈细胞状态的改变，从而导致Th17细胞的发育减弱。

（二）脂磷壁酸（lipoteichoic acid，LPA）：不同细菌的LPA在HCC发生、发展中具有不同的作用

LPA是革兰阳性菌细胞壁成分之一，增强某些致病菌对宿主细胞的粘连，避免被白细胞吞噬，是细菌稳定定植于宿主中的重要细胞壁成分。当肠道屏障作用受损后，LPA可由肝-肠循环进入肝。

某些特定的肠道菌群的LPA具有抗肿瘤作用，举例而言，双歧杆菌是人体和动物结肠中一种重要的益生菌，双歧杆菌来源的LPA（lipoteichoic acid of Bifidobacterium，BLTA）具有抗肿瘤和免疫调节作用。Guo等发现，BLTA制剂与5-氟尿嘧啶连用时，可增加5-氟尿嘧啶对Hepatoma-22细胞扩增的抑制作用。究其原因，BLTA能够抑制通过Tim-3/Tim-3L通路而减低CD4＋CD25＋Tregs的活性，提高T淋巴细胞增殖和IFN-γ分泌水平，增强NK细胞和CTL的细胞毒活性，从而提高宿主自身的肿瘤免疫力，减轻免疫耐受反应。

但是，某些特定菌群的LPA也可为肿瘤的增殖创造适宜的环境，LPA也是TLR-2的重要配体，Loo等发现，LPA与肥胖诱导的肠道微生物代谢物脱氧胆酸与HSC表面的TLR-2结合，促使HSC的DNA损伤，环氧酶（cyclo-oxygen-ase，COX）-2表达上调，调节前列腺素E2表达，进而抑制CD8＋T细胞功能，抑制抗肿瘤免疫。

（三）SCFA：抑制HCC发生发展

经吸收进入肠道的碳水化合物的发酵作用直接导致微生物在结肠中形成SCFA，SCFA主要包括乙酸、丙酸和丁酸，可通过肝-肠循环直接进入肝脏，发挥保护作用。SCFA明显减轻炎症反应，进而发挥减轻肝脏损伤的保护作用。Sahuri-Arisoylu等发现，高脂饮食饲养的小鼠在给予SCFA干预后，血清转氨酶降低，电镜下脂肪淤积减少、线粒体损伤减轻，肝脏损伤明显减轻。

在抑制HCC进展方面，SCFA的保护作用主要体现在两方面：①抑制癌细胞增殖。有研究发现，在人癌细胞中，SCFA通过抑制细胞增殖、诱导分化和细胞死亡而影响细胞周期和HCC发生、发展进程。SCFA的这种抑制作用主要通过caspase 3和7的激活、组蛋白去乙酰化酶的活性降低等方式实现。②免疫调节与减轻炎症反应。游离脂肪酸受体（free fatty acid receptor，FFA）-2和FFA-3是SCFA的重要受体，主要分布在免疫细胞中。Bindels等发现，菊粉型果胶的摄入可促进肠道细菌分泌SCFA，对急性白血病小鼠模型给予菊粉型果胶后，肝外肿瘤的转移明显减低，进一步探索机制发现，肝门静脉SCFA明显升高，肿瘤浸润减少，炎症反应减轻，丙酸通过cAMP水平依赖性途径和游离脂肪酸受体-2的活化，抑制BaF 3细胞的生长。