在生物醫(yī)藥界，腸道微生物群是癌癥治療革命的后起之秀。

就在過去5年中，“Oncomicrobiome”（腫瘤菌群）一詞開始用來指代這一炙手可熱的研究課題?？茖W(xué)家們正逐漸接受這一事實(shí)：生活在人類消化道中、數(shù)以萬億計的細(xì)菌、真菌、病毒等微生物，也許是一個免疫腫瘤學(xué)的新靶點(diǎn)，具備為癌癥患者開發(fā)新療法的潛力。

事實(shí)上，各大頂級醫(yī)學(xué)期刊所發(fā)表的小鼠和人類實(shí)驗(yàn)報告，已經(jīng)初步揭示了腸道菌群在癌癥中的作用。

比如，腸道菌群幫助對抗腫瘤：

2013年，Zitvogel的研究小組發(fā)現(xiàn)，化療藥物環(huán)磷酰胺會破壞腸道的黏液層，使一些腸道細(xì)菌進(jìn)入淋巴結(jié)和脾臟，從而激活特定的免疫細(xì)胞。而對于那些使用抗生素消滅腸菌的小鼠來說，這種藥物基本上失去了抗癌作用。

兩年后他們于《Science》發(fā)表的報告進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，給予小鼠口服脆弱擬桿菌Bacteroides fragilis，能夠提升它們對癌癥免疫治療藥物（檢查點(diǎn)抑制劑）的響應(yīng)。

隨著癌癥免疫療法的爆炸性增長，科學(xué)家們也正在更細(xì)致地研究腸道微生物群如何與抗癌藥物相互作用，以及我們應(yīng)該如何利用這些作用。

其中，最驚喜的一些發(fā)現(xiàn)，來自腸道菌群作為“癌癥篩查、診斷和預(yù)后標(biāo)志物”的潛力。

值得注意的，除了結(jié)直腸癌之外，腸道微生物群的變化對一些遠(yuǎn)端器官癌癥（比如肝癌、胰腺癌）也具有顯著效應(yīng)。

可篩查結(jié)直腸癌的細(xì)菌：P. anaerobius，F(xiàn). nucleatum等

（1）P. anaerobius，F(xiàn). nucleatum

P. anaerobius 和 F. nucleatum菌與結(jié)直腸癌（CRC）存在確定的已知關(guān)聯(lián)。

機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn). nucleatum菌可通過招募浸潤性免疫細(xì)胞和激活β-連環(huán)蛋白信號增強(qiáng)CRC的發(fā)生。

F. nucleatum菌的基因標(biāo)記可以對糞便免疫化學(xué)試驗(yàn)（FIT）起到補(bǔ)充作用，與FIT相結(jié)合，在檢測CRC和晚期腺瘤方面具有更高的準(zhǔn)確性和敏感性。

2012年，溫哥華BC癌癥中心等機(jī)構(gòu)的科學(xué)家們通過對99名受試者的定量pcr分析證實(shí)：跟對照組相比，CRC腫瘤樣本中的F. nucleatum菌存在明顯的過度表達(dá)，并且與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)。

也有報道稱，F(xiàn). nucleatum菌的豐度與患者生存率呈負(fù)相關(guān)，它作為CRC預(yù)后生物標(biāo)記物的潛力也正在上升。

2017年，香港中文大學(xué)的于君等人證實(shí)，兩個細(xì)菌的基因標(biāo)記物（F.nucleatum菌的丁酰輔酶A脫氫酶，以及P. micra菌的RNA聚合酶β亞單位rpoB）的定量pcr豐度，可清楚地將一支中國獨(dú)立隊(duì)列中47例CRC患者和109名健康對照組區(qū)分開來：

兩個基因標(biāo)記的定量pcr豐度

該研究還報告了CRC微生物基因標(biāo)記在4個國家首次成功的跨種族驗(yàn)證。

（2）兩種細(xì)菌僅在CRC早期增加

2019年6月，日本國立癌癥研究中心和東京工業(yè)大學(xué)、大阪大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員，對616名參與者進(jìn)行了糞便宏基因組研究。他們發(fā)現(xiàn)，CRC患者的腸道微生物群存在2種獨(dú)特的發(fā)展模式，且各個階段的變化非常明顯：

• 從粘膜內(nèi)癌到晚期CRC，F(xiàn). nucleatum菌的相對豐度一路升高；

• 但Atopobium parvulum 和 Actinomyces odontolyticus 這兩種菌，僅在多發(fā)性息肉樣腺瘤和/或粘膜內(nèi)癌（都是CRC發(fā)展的早期階段）中顯著增加。

研究提示了使用這兩種細(xì)菌作為糞便篩查標(biāo)志物的潛力。

點(diǎn)圖跳轉(zhuǎn)《檢測腸菌或能排查早期大腸癌：Nature子刊定位2種細(xì)菌，只在癌癥早期顯著增加》

（3）CRC中存在高豐度的ETBF菌和一些口腔菌群

2006年，馬爾馬拉大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員調(diào)查了73例結(jié)直腸癌患者和59例對照組糞便標(biāo)本中產(chǎn)腸毒素脆弱類桿菌 Enterotoxigenic B. fragilis（ETBF）豐度，首次證實(shí)結(jié)直腸癌患者中ETBF菌豐度增加（38%，健康對照組12%） 。

另外，2017年，愛爾蘭科克大學(xué)分析了99例CRC患者、32例息肉患者和103例健康人的口腔拭子、結(jié)腸粘膜和糞便微生物群發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，CRC中也存在多種高豐度的口腔菌群，如 Streptococcus 和 Prevotellas pp.菌。

他們?yōu)榇碎_發(fā)了一種基于口腔和糞便微生物群的分類器，可將患有CRC和腺瘤的個體與健康對照組區(qū)分開來。值得注意的是，這一分類器對腺瘤的鑒別能力要高于傳統(tǒng)檢測方法。

CRC患者與健康人的口腔微生物群差異具備統(tǒng)計學(xué)意義

肝細(xì)胞癌：30個最能準(zhǔn)確反映肝癌進(jìn)程的微生物標(biāo)記物網(wǎng)絡(luò)

2018年7月，中國浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院和鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院的研究人員于BMJ子刊《Gut》發(fā)文稱，利用腸道菌群可構(gòu)建肝細(xì)胞癌（HCC）早期診斷篩查模型。

他們收集了華東、華中和西北地區(qū)的486份來自健康人、肝硬化患者、早期肝癌患者糞便樣本對其中419份樣本進(jìn)行了Miseq測序，發(fā)現(xiàn)在早期HCC患者中，丁酸鹽生產(chǎn)菌——包括Ruminococcus, Oscillibacter, Faecalibacterium, Clostridium IV 和 Coprococcus 菌減少；而脂多糖產(chǎn)生菌——包括Klebsiella 和 Haemophilus 菌增加。此外：

• 與肝硬化相比，早期HCC中Actinobacteria放線菌門明顯增多；

• 與肝硬化相比，早期HCC共有13個屬（包括Gemmiger、Parabacteroides和Pararevotella）富集；

• 與對照組相比，早期HCC中Verrucomicrobia狀疣菌門減少；

• 與對照組相比，HCC有12個菌屬（包括Alistipes, Phascolarctobacterium 和 Ruminococcus菌屬）明顯減少，而6個菌屬（包括 Klebsiella 和Haemophilus菌屬）明顯增加。

根據(jù)測序結(jié)果，研究小組構(gòu)建了一個隨機(jī)森林模型，其中包含了30個最能準(zhǔn)確反映HCC進(jìn)程的微生物標(biāo)記物。

這個模型篩查早期HCC的AUC值達(dá)到了80.64%，并且對早期和晚期HCC的篩查都同樣有效，值得在更大的樣本中進(jìn)一步驗(yàn)證。

30個微生物標(biāo)記物網(wǎng)絡(luò)

篩查胰腺癌的細(xì)菌：P. gingivalis，Neisseria elongata，Streptococcus mitis等

（1）P. gingivalis

牙周病、口腔健康差，是已知的胰腺癌風(fēng)險因素。2016年，紐約大學(xué)佩爾馬特癌癥中心的研究人員在兩個前瞻性隊(duì)列（361例胰腺癌和371例對照）的漱口液樣本中，利用細(xì)菌16S測序分析了口腔微生物群的組成。他們發(fā)現(xiàn)：

攜帶口腔病原體，牙齦卟啉單胞菌Porphyromonas gingivalis和放線菌Aggregatibacter，與胰腺癌風(fēng)險增加相關(guān)；

Fusobacteria菌門及其菌屬Leptotrichia與低風(fēng)險相關(guān)。

與胰腺癌相關(guān)口腔細(xì)菌的鑒定，提高了對胰腺癌病因的科學(xué)認(rèn)識。這些口腔細(xì)菌也有望作為非侵入性生物標(biāo)記物，幫助識別胰腺癌高危人群。

（2）Neisseria elongata 和 Streptococcus mitis 菌的聯(lián)合應(yīng)用

2011年，加州大學(xué)洛杉磯分校大衛(wèi)格芬醫(yī)學(xué)院的研究人員，同樣在唾液微生物群中，觀察到了胰腺癌患者的特別之處。他們發(fā)現(xiàn)：

兩種細(xì)菌（Neisseria elongata 和Streptococcus mitis菌）在癌癥患者的口腔中出現(xiàn)的頻率明顯低于健康同齡人，而Granulicatella adjacens菌的水平則顯著更高。

研究人員報告，聯(lián)合使用N elongata 菌和 S mitis菌作為生物標(biāo)記物，在區(qū)分胰腺癌患者和健康受試者方面，其敏感性和特異性分別為96.4%和82.1%。

（3）胰腺導(dǎo)管腺癌（PDA，約占胰腺癌的9成）相關(guān)微生物

2019年8月，來自德克薩斯大學(xué)安德森癌癥中心、德克薩斯南方大學(xué)和以色列魏茨曼科學(xué)研究所的研究小組發(fā)現(xiàn)，通過腫瘤微生物群特征，可以預(yù)測PDA患者的長期存活情況：

與短期存活者相比，長期存活者的腫瘤菌群多樣性更多，豐度相對較高的3種菌分別為：Pseudoxanthomonas、Saccharropolyspora和Streptomyces。在小鼠實(shí)驗(yàn)中，這3種細(xì)菌顯示能促進(jìn)免疫浸潤和T細(xì)胞活化，改善腫瘤免疫微環(huán)境。

另外，這三種菌聯(lián)合克勞氏芽孢桿菌Bacillus Clausii，可以作為PDA患者預(yù)后的預(yù)測指標(biāo)——當(dāng)這4類菌存在，那么患者也會擁有更好的生存機(jī)會。

點(diǎn)圖跳轉(zhuǎn)：《Cell重磅：腫瘤微生物斷生死，糞菌移植逆天改命，縮小腫瘤、活化免疫、抗癌續(xù)命》

不久前《Nature》發(fā)表的一項(xiàng)重磅研究同樣揭示了真菌在胰腺癌發(fā)展中的重要作用。

2019年10月，紐約大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在PDA患者的胰腺中，真菌定植增加了約3000倍，尤其是馬拉色菌屬M(fèi)alassezia顯著富集。

而采用廣譜抗真菌藥物（amphotericin B）治療小鼠，可在30周內(nèi)使PDA腫瘤重量減少20%-40%，并提高化療縮小腫瘤的能力。這意味著，改善特定人群的微生物群落，或?qū)O大助力PDA這種致命癌癥的治療。

點(diǎn)圖跳轉(zhuǎn)：《Nature破解癌王生長關(guān)鍵：真菌由腸道入侵胰腺，定植增加3000倍，富集Malassezia菌 》

胃癌：H. pylori ；包括 P. stomatis 在內(nèi)的口腔菌群

（1）H. pylori

幽門螺桿菌H. pylori已是公認(rèn)的慢性胃炎、消化性潰瘍、胃癌等疾病的重要發(fā)病因子。早在20世紀(jì)90年代，科學(xué)家就已首次將H. pylori菌與胃癌（GC）聯(lián)系起來。

H. pylori菌是已知的胃癌最嚴(yán)重的危險因素，也是全球第二大癌癥相關(guān)死因。與我們在本篇文章中提到的大多數(shù)細(xì)菌不同，這一結(jié)論有大量流行病學(xué)、臨床和實(shí)驗(yàn)研究的支持，我們不再贅述。

不過，只有3%的H. pylori感染者最終發(fā)展為胃癌，這提示我們胃癌的發(fā)生是一個多因素、多步驟的復(fù)雜過程。

幽門螺桿菌（ Helicobacter pylori）是一種革蘭氏陰性菌，存在于非常酸性的環(huán)境中，其酸堿度為2.0或更低，常見于胃和十二指腸內(nèi)壁。

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（2）包括P. stomatis, P. micra 和 F. nucleatum在內(nèi)的口腔微生物群

在GC中，幽門螺桿菌屬于被研究得最透徹的細(xì)菌，但除此之外，是否還存在其他標(biāo)志物呢？

2018年6月，香港中文大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)于《Gut》發(fā)文，定位了可促進(jìn)胃癌的幾種黏膜細(xì)菌：與淺表性胃炎相比，GC患者有21個細(xì)菌類群顯著增加，10個細(xì)菌類群顯著減少。分析顯示，它們與疾病進(jìn)展的相關(guān)性很強(qiáng)。

在GC微生物生態(tài)網(wǎng)絡(luò)中，研究人員觀察到口腔微生物P. stomatis, Streptococcus anginosus, P. micra, S. exigua 和 D. pneumosintes占據(jù)網(wǎng)絡(luò)的顯著中心位置，它們可以用作區(qū)分GC和淺表性胃炎的生物標(biāo)志物。

GC富集菌和GC缺失菌的相關(guān)強(qiáng)度，隨疾病進(jìn)展而增加

GC標(biāo)記物占據(jù)網(wǎng)絡(luò)的顯著中心位置

微生物群在癌癥化療中的重要角色

（1）化療藥物要發(fā)揮最佳效果，需要完整的腸道微生物群

2013年美國國立癌癥研究所發(fā)表于《Science》的一則研究表明，微生物群對于激活對腫瘤的固有免疫反應(yīng)非常重要。

在lida等人的實(shí)驗(yàn)中，微生物被破壞后，可能會損害皮下腫瘤對奧沙利鉑的反應(yīng)。腫瘤治療要產(chǎn)生最佳反應(yīng)，需要一個完整的共生菌群，通過調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境中的髓樣細(xì)胞功能來調(diào)節(jié)其作用。

（2）CRC組織中的 F. nucleatum菌與化療后癌癥復(fù)發(fā)有關(guān)

在2017年7月的《Cell》，上海仁濟(jì)、上海交大等機(jī)構(gòu)的一項(xiàng)研究調(diào)查了腸道微生物群對化療耐藥的作用。

他們發(fā)現(xiàn)，F. nucleatum菌可通過toll樣受體和天然免疫信號，激活自噬途徑，產(chǎn)生抗化療作用。這種細(xì)菌在CRC腫瘤組織中的存在，與化療后的復(fù)發(fā)有關(guān)。F. nucleatum 菌及其相關(guān)通路的檢測和靶向研究，對CRC的治療具有重要意義。

微生物群如何影響免疫治療效果

（1）口服雙歧桿菌，改善小鼠黑色素瘤

2015年，芝加哥大學(xué)的研究人員于《Science》發(fā)文稱，腸道微生物群可影響PD-L1抗體治療小鼠黑色素瘤的抗腫瘤反應(yīng)。而雙歧桿菌似乎與抗腫瘤作用密切相關(guān)，口服雙歧桿菌可以改善腫瘤控制，就像PD-L1阻斷劑一樣。

（2）微生物作為免疫療法應(yīng)答的預(yù)測因子

在《Science》刊登的有關(guān)轉(zhuǎn)移性黑色素瘤的2項(xiàng)研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)了抗PD-1治療的強(qiáng)微生物預(yù)測因子。

在第一項(xiàng)研究中，Gopalakrishnan等人分析了接受抗PD-1治療的轉(zhuǎn)移性黑色素瘤患者的腸道微生物群，發(fā)現(xiàn)對該療法有響應(yīng)的患者，糞便中有大量Faelibacterium菌屬，而無反應(yīng)的患者糞便中有大量的其他Bacteroidales菌目。

在第二項(xiàng)研究中，Matson等人觀察到包括長雙歧桿菌Bifidobacterium longum在內(nèi)的微生物物種的數(shù)量增加，與抗PD-L1反應(yīng)密切相關(guān)，而 Ruminococcus obeum 和 Roseburia intestinalis 兩種細(xì)菌與免疫治療無效有關(guān)。

在《Science》刊登的另一則有關(guān)非小細(xì)胞肺癌、腎癌和尿路上皮癌患者腸道微生物群的研究中，作者觀察到同時使用抗生素與抗PD-1治療反應(yīng)之間存在負(fù)相關(guān)。與無應(yīng)答者相比，對抗PD-1治療有良好應(yīng)答者的糞便微生物群，存在豐度升高的Akkermansia muciniphilia菌，而口服Akkermansia muciniphilia菌可增強(qiáng)IL-12依賴的抗癌作用。

點(diǎn)圖跳轉(zhuǎn)：《萬能益生菌“Akk”的中場戰(zhàn)事》

這些研究共同表明，細(xì)菌與PD-1阻滯劑的抗癌作用之間存在令人興奮的相互關(guān)系，人體微生物組有必要成為精準(zhǔn)用藥策略中的一部分。

結(jié)語

微生物在癌癥中的作用越來越受到重視。在實(shí)驗(yàn)室之外，許多研究者也正在聯(lián)合商業(yè)力量推進(jìn)這種可能性。

賓夕法尼亞州匹茲堡大學(xué)的免疫學(xué)家Hassane Zarour，正在與默克公司合作，從接受檢查點(diǎn)抑制劑治療的應(yīng)答患者的糞便中分離細(xì)菌，并嘗試將它們轉(zhuǎn)移到無應(yīng)答者的腸道。

與這項(xiàng)工作類似，帕克研究所的科學(xué)家們也在測試一種含有產(chǎn)孢細(xì)菌的藥物，這些細(xì)菌是從應(yīng)答病人的糞便中純化出來的。他們將測試糞菌移植（FMT）能否重塑無應(yīng)答者的腸道微生物群。

微生物在至少20%的癌癥中都扮演著重要角色。它們與癌癥的復(fù)雜關(guān)聯(lián)，不僅徹底改變了科學(xué)家們既往對于癌癥生物學(xué)的認(rèn)識，而且為癌癥的預(yù)防、診斷、預(yù)測和治療開辟了新的機(jī)遇。

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