結(jié)直腸癌（CRC）是發(fā)病率很高的一種惡性疾病，可分作二種類型：結(jié)腸炎相關(guān)CRC（CAC）和散發(fā)CRC（SCC）。CRC的發(fā)生是多步驟事件，啟動(dòng)事件是SCC的APC突變和CAC的TP53突變，CRC的病因?qū)W包括遺傳學(xué)背景和環(huán)境因素如糖尿病、膽囊切除、肥胖、高脂飲食和加工肉類與紅肉。近期研究顯示腸道微生物在CRC的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮作用，同濟(jì)醫(yī)學(xué)院的GAO教授在Eur J Clin Microbiol Infect Dis雜志上發(fā)文，介紹了腸道微生物與結(jié)直腸癌的關(guān)系。

腸道微生物總覽

腸道環(huán)境復(fù)雜，細(xì)菌、真菌與病毒共存，達(dá)100萬(wàn)億，是人類細(xì)胞10倍，與宿主相互交流、幫助上皮防御病原體、加速免疫系統(tǒng)成熟、吸收營(yíng)養(yǎng)。微生物通過(guò)誘導(dǎo)IgG幫助防御病原體、保持局部以及遠(yuǎn)隔相關(guān)器官平衡，與此同時(shí)宿主也不斷發(fā)展有效的防御病原體途徑。

嬰兒腸道微生物來(lái)自產(chǎn)道和母體皮膚，逐漸成熟并保持相對(duì)穩(wěn)定，直至老年才發(fā)生變化，食物、藥物、運(yùn)動(dòng)和基因型均影響微生物構(gòu)成。健康腸道的核心菌在門(mén)類水平包括硬壁菌、變形桿菌、擬桿菌和放線菌，不過(guò)在屬和種水平上呈現(xiàn)多樣化。

腸道微生物與結(jié)直腸癌

有力證據(jù)顯示胃癌與一類致癌病原菌幽門(mén)螺桿菌相關(guān)，而結(jié)腸表面具有更復(fù)雜的微生物群，因此可能存在與CRC發(fā)生發(fā)展相關(guān)的病原體。最初的研究并未得出陽(yáng)性結(jié)果，隨著技術(shù)進(jìn)步，采用下一代測(cè)序方法探索腸道侯選致癌病原體。

第一個(gè)將CRC與腸道微生物聯(lián)系起來(lái)的研究來(lái)自Weisburger，之后越來(lái)越多研究證實(shí)病原性細(xì)菌與CRC間的關(guān)聯(lián)，包括牛鏈球菌、梭桿菌、產(chǎn)腸毒素脆弱類桿菌、腸球菌、脆弱類擬桿菌、B2系大腸桿菌、志賀氏菌、克雷白菌、鏈球菌、消化鏈球菌，研究證實(shí)健康人與CRC患者腸道、糞便和CRC標(biāo)本的微生物構(gòu)成不同，不過(guò)后二者存在共豐菌屬（CAGs），CAGs與免疫反應(yīng)有關(guān)，炎癥通過(guò)腸道菌群促進(jìn)CRC進(jìn)展。

嚙齒類動(dòng)物模型研究證實(shí)無(wú)菌狀態(tài)能延緩腫瘤發(fā)展，而病原微生物促進(jìn)腫瘤發(fā)展，抗菌素治療后可延緩腫瘤發(fā)展，因此腸道微生物在CRC的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，不過(guò)嚙齒類動(dòng)物的腸道微生物明顯不同于人類，植入人類腸道微生物的小鼠研究初步顯示腸道生態(tài)失調(diào)是CRC的原因之一。

免疫系統(tǒng)鑒定病原體

機(jī)體免疫系統(tǒng)識(shí)別到達(dá)腸道的微生物對(duì)保護(hù)宿主至關(guān)重要（圖1），幾個(gè)受體與這一過(guò)程有關(guān)，模式識(shí)別受體（PRRs）可以搜索病原體表達(dá)的相關(guān)分子模式（PAMPs），下面將介紹這些受體-病原體的相互作用。

圖1宿主與腸道共生菌的相互作用。正常狀態(tài)下共生菌信號(hào)由TLR和NLR識(shí)別，并啟動(dòng)免疫系統(tǒng)活化，細(xì)胞因子釋放。當(dāng)微環(huán)境變化時(shí)病原體穿過(guò)內(nèi)粘膜層侵入基質(zhì)、誘導(dǎo)更大的反應(yīng)。

1. Toll樣受體

PRRs中Toll樣受體（TLRs）研究最早，它是I型膜糖蛋白，屬于IL-1受體超家族，分布于上皮細(xì)胞膜和內(nèi)涵體膜。通過(guò)TLR-2，病原體脂蛋白誘導(dǎo)宿主免疫反應(yīng)、啟動(dòng)單核細(xì)胞凋亡、活化NF-κB途徑，TLR-3能識(shí)別雙鏈RNA，多與病毒感染有關(guān)，TLR-4與CD14協(xié)同活化脂多糖誘導(dǎo)的NF-κB途徑，TLR-7和TLR-8識(shí)別種特異性病毒單鏈RNA，TLR-9協(xié)助細(xì)胞對(duì)感染病原體的CpG DNA發(fā)生反應(yīng)。

TLRs在人類外周血單核細(xì)胞中不對(duì)稱分布，TLR-1和TLR-6表達(dá)于所有漿細(xì)胞樣樹(shù)突細(xì)胞（PDC）、B細(xì)胞、NK細(xì)胞、T細(xì)胞和單核細(xì)胞，TLR-2高表達(dá)于單核細(xì)胞，TLR-3相對(duì)高表達(dá)于NK細(xì)胞，TLR-4在單核細(xì)胞高表達(dá)，TLR-6主要見(jiàn)于B細(xì)胞，NK、單核和PDC中也可表達(dá)，TLR-7中等表達(dá)于PDC和B細(xì)胞，TLR-8只高表達(dá)于單核細(xì)胞，TLR-9在PDC的表達(dá)是B細(xì)胞的3倍，TLR-10只高表達(dá)于B和PDC。

所有TLRs活化MyD-88途徑誘導(dǎo)下游免疫反應(yīng)，具體如下：與TLR/IL-1R結(jié)合后，信號(hào)啟動(dòng)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，這一過(guò)程包括的分子有MyD88、TGFβ活化激酶、TNFR相關(guān)因子6。巨噬細(xì)胞中TLRs活化后不但有直接殺傷作用，還能誘導(dǎo)維生素D受體表達(dá)增加，增加抗微生物肽段的抗結(jié)核分枝桿菌的功能。

2. NOD樣受體

固有免疫可以對(duì)病原體快速反應(yīng)，主要源于對(duì)微生物保守序列PAMPs的識(shí)別，識(shí)別系統(tǒng)之一就是NOD樣受體（NLRs），是細(xì)胞內(nèi)核酸結(jié)合寡聚區(qū)。NLRs對(duì)防御細(xì)菌侵襲和細(xì)菌在胞內(nèi)產(chǎn)物的作用非常關(guān)鍵，是受損或死亡細(xì)胞的感受器。已知的NLRs包括NOD1-5、NALP1-14、CII TA、Ipaf和Naip，根據(jù)N末端區(qū)域，NLRs分作三組：包含NODs的激酶招募區(qū)、包含NALPs的膿素、包含NAIPs的桿狀病毒抑制重復(fù)序列。

NLRs通過(guò)感知PAMPs啟動(dòng)構(gòu)象重排、信號(hào)傳導(dǎo)、活化多個(gè)信號(hào)途徑。NOD1能識(shí)別G+和G-菌上的g-D-谷氨酰二氨基庚二酸，通過(guò)固有免疫阻止病原體，此外還可能阻礙結(jié)腸炎癥向腫瘤轉(zhuǎn)化；NOD2可對(duì)更多的細(xì)菌發(fā)生反應(yīng)，突變可導(dǎo)致炎癥性疾病。不過(guò)關(guān)于NOD1和NOD2功能研究的結(jié)果互有矛盾，需要進(jìn)一步研究。

其它與免疫反應(yīng)有關(guān)的NLRs包括NLRP3、NLRC4、NAIP和NLRP1等，線粒體是NLPR3重組平臺(tái)，通過(guò)活性氧活化免疫過(guò)程；NLRC4炎癥體活化細(xì)菌分泌系統(tǒng)；NAIPs通過(guò)與細(xì)菌鞭毛蛋白和III型系統(tǒng)結(jié)合而活化；致死毒素可能是NLRP1炎癥體的活化因子，NLRP1與病毒免疫反應(yīng)和蛋白水解功能有關(guān)；NRPL10對(duì)維持主動(dòng)免疫很關(guān)鍵，NRPL12對(duì)維持腸道穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。

結(jié)直腸癌的假說(shuō)模型

關(guān)于腸道微生物與CRC關(guān)系間有許多假說(shuō)，驅(qū)動(dòng)-過(guò)路模型描述CRC發(fā)生發(fā)展中各種共生菌的作用，該模型將微生物分成二組，驅(qū)動(dòng)微生物誘發(fā)上皮細(xì)胞DNA損害，導(dǎo)致首個(gè)空間位置的CRC發(fā)展，接下來(lái)腫瘤微環(huán)境發(fā)生改變利于過(guò)路細(xì)菌繁殖，并可能成為腫瘤位置的主要細(xì)菌。該模型強(qiáng)調(diào)雖然驅(qū)動(dòng)細(xì)菌啟動(dòng)了CRC，但并不會(huì)一直存在，與突變類似，會(huì)因生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)消失而最終在癌組織中消失。該模型對(duì)解釋不同研究中的不同結(jié)果很有幫助，但如何明確這種模糊的關(guān)系是巨大挑戰(zhàn)。

另一個(gè)模型是基石假說(shuō)，基石病原體定義為與疾病相關(guān)的有害微生物，在生態(tài)系統(tǒng)中豐度相對(duì)較低。該假說(shuō)并不強(qiáng)調(diào)疾病相關(guān)微生物的強(qiáng)度，更關(guān)注與不平衡相關(guān)的功能狀態(tài)。該模型源于牙齦卟啉單胞菌即使豐度不足1%也能誘導(dǎo)牙周炎，伴隨微生物改變助力炎癥發(fā)生，去除病原體后牙周炎不再發(fā)生。同樣肺炎克雷白菌和奇異變形桿菌也可作為炎癥性腸病的基石病原體，產(chǎn)腸毒素脆弱類桿菌作為結(jié)腸癌的基石病原體。這一假說(shuō)以新的視角看待腸道病原體的作用，不過(guò)需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

Garrett提出了細(xì)菌或細(xì)菌社區(qū)對(duì)CRC的作用機(jī)制，雖然現(xiàn)代研究已鑒定了幾個(gè)與CRC關(guān)系密切的侯選致病菌，然而機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。

侯選菌種的致癌機(jī)制

CRC中存在微生物的異常分布，下面將討論一些侯選致癌菌種的作用機(jī)制。

1. 具核梭桿菌

具核梭桿菌與CRC關(guān)系的研究最多，該菌并不誘導(dǎo)結(jié)腸炎或加速結(jié)腸炎相關(guān)癌癥發(fā)生，它通過(guò)招募免疫細(xì)胞，形成促炎癥微環(huán)境，啟動(dòng)CRC發(fā)生。從炎癥組織中分離的具核梭桿菌具有高度侵襲能力并高表達(dá)MUC2、TNFα，可抑制NK細(xì)胞功能。但并不是所有具核梭桿菌均具有侵襲能力，可能與細(xì)菌株拷貝數(shù)的變化有關(guān)。

2. ETBF

腸道病原菌產(chǎn)腸毒素脆弱類桿菌（ETBF）能合成脆弱類桿菌金屬蛋白酶毒素（BFT）導(dǎo)致腹瀉，是CRC的致癌菌。以往認(rèn)為ETBF具有重塑上皮細(xì)胞骨架和F-肌動(dòng)蛋白的作用，現(xiàn)在研究認(rèn)為ETBF能啟動(dòng)結(jié)腸炎和結(jié)腸腫瘤，誘導(dǎo)活化Stat3途徑，特征是Th17的反應(yīng)。此外BFT能啟動(dòng)細(xì)胞增殖、活化c-Myc表達(dá)、增加多胺代謝并誘導(dǎo)DNA損害。

3. 大腸桿菌

大腸桿菌（E.coli）是腸道中常見(jiàn)的G-厭氧共生菌，與CRC相關(guān)的機(jī)制不詳?，F(xiàn)有研究顯示含pks島的大腸桿菌表達(dá)聚酮肽基因毒素并誘導(dǎo)DNA損害、染色體畸變和增加基因突變。Pks陽(yáng)性大腸桿菌最先分離于炎癥性疾病，最近發(fā)現(xiàn)pks島的致病性，提示炎癥性疾病與CRC的關(guān)聯(lián)。腸道病原性大腸桿菌通過(guò)誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞抑制因子1促進(jìn)癌細(xì)胞生存。其它侯選致癌微生物包牛鏈球菌、幽門(mén)螺桿菌和梭菌。

腸道微生物的變化誘導(dǎo)細(xì)胞因子失衡，來(lái)自Th17細(xì)胞的IL-17與CRC關(guān)系密切，可能通過(guò)誘導(dǎo)BCL-xL和BCL-2表達(dá)延長(zhǎng)上皮細(xì)胞壽命；此外EGFR-MAPK途徑活化也是CRC發(fā)展的風(fēng)險(xiǎn)因素；腸道微生物還可通過(guò)腸道代謝物促進(jìn)癌癥發(fā)生。

柔嫩梭菌群普拉梭菌的益處

腸道中有一些微生物是有益的，可用作益生菌，柔嫩梭菌類群中的普拉梭菌是其中的代表，抗炎和結(jié)腸炎預(yù)防作用與誘導(dǎo)IL-10分泌和Treg細(xì)胞調(diào)整能力有關(guān)，最近鑒定的細(xì)菌抗炎分子（MAM）能減少NF-KB途徑，并削弱化學(xué)物誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎。總之產(chǎn)丁酸的普拉梭菌的前景值得進(jìn)一步關(guān)注。

微生物的臨床應(yīng)用價(jià)值

研究顯示腸道微生物有望用作CRC早期篩查的有效工具，與其它工具聯(lián)合應(yīng)用能區(qū)分腺瘤和癌癥、檢測(cè)CRC；此外特異的病原體如具核梭桿菌及其豐度可用作疾病狀態(tài)預(yù)測(cè)工具，與CRC生存有關(guān)，具核梭桿菌與高度微衛(wèi)星不穩(wěn)定、高豐度pks+大腸桿菌和不良預(yù)后有關(guān)，梭桿菌在癌癥組織中的豐度與CRC分子模式相關(guān)，高表達(dá)時(shí)與CpG島甲基化表型、TP53野生型、hMLH1甲化正相關(guān)。

腸道微生物在癌癥治療方面也有很大潛能，免疫治療時(shí)某些特殊的擬桿菌通過(guò)靶向CTLA-4使療效更佳，雙歧桿菌也具有類似作用。上述研究表明腸道微生物在預(yù)防和治療方面的價(jià)值，需要進(jìn)一步研究。

腸道微生物管理

腸道微生物有很多種，在不同條件下具有不同功能，發(fā)揮其正面預(yù)防與治療作用尤為重要。飲食是通過(guò)腸道微生物影響癌癥風(fēng)險(xiǎn)的最重要因素，長(zhǎng)期食用動(dòng)物脂肪利于擬桿菌型，碳水化合物利于普氏菌型。飲食干預(yù)對(duì)腸道微生物影響迅速，有效改善基因多樣性，寡聚糖、雙糖、單糖和多羥基化合物能改善微生物多樣性和細(xì)菌負(fù)荷，但對(duì)炎癥作用有限。通過(guò)飲食管理腸道微生物是最經(jīng)濟(jì)有效的降低癌癥風(fēng)險(xiǎn)方法。

體育運(yùn)動(dòng)也能明顯改善腸道微生物多樣性及某些特殊細(xì)菌的豐度。不過(guò)最理想的調(diào)整腸道微生物的方法就是直接使用益生菌。研究顯示雙歧桿菌能影響腸道菌群的構(gòu)成及某些細(xì)菌的豐度，單種雙歧桿菌與多種雙歧桿菌聯(lián)合的作用并不相同，對(duì)CRC患者有益。

不過(guò)益生菌可被胃液破壞，最終到達(dá)結(jié)腸的數(shù)量不確定，因此提出益生元對(duì)促進(jìn)腸道有益菌生長(zhǎng)可能更理想。益生元定義為不可消化物質(zhì)，可通過(guò)胃和小腸，刺激結(jié)直腸有益微生物生長(zhǎng)。益生菌與益生元聯(lián)合時(shí)腸道微生物更可能處于健康狀態(tài)；最近有研究鑒定了一種小分子物質(zhì)，能抑制病原體的基因毒作用；抗生素和質(zhì)子泵抑制劑在某些時(shí)候?qū)κШ獾哪c道微生物也有正面作用。

現(xiàn)境與將來(lái)

前文描述了腸道微生物與結(jié)直腸癌的關(guān)系，不但研究中使用的技術(shù)方法對(duì)結(jié)果十分重要，腸道準(zhǔn)備、藥物等因素都對(duì)結(jié)果有影響，目前腫瘤組織標(biāo)本可能是研究中最理想的標(biāo)本。另一個(gè)需要關(guān)注的問(wèn)題是如何改善腸道微生物，什么樣的腸道微生物構(gòu)成才是標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)成。腸道微生物對(duì)宿主健康的影響是非常有前景的研究領(lǐng)域，值得研究與關(guān)注（圖2），尤其是與CRC的關(guān)系需要進(jìn)一步深化。

圖2 多種因素均能影響宿主健康與腸道菌群，宿主與菌群關(guān)系復(fù)雜，多種組學(xué)研究很有必要，動(dòng)物模型與細(xì)胞研究則進(jìn)一步提供靶向機(jī)制，只有多種研究手段并存才有助于理解宿主與菌群間復(fù)雜的關(guān)系以及CRC的發(fā)生發(fā)展。

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