陳米芬 沈琳 李健

在全球范圍內(nèi)，結(jié)直腸癌是發(fā)病率第三、致死率第二的腫瘤［1］，而在中國，據(jù)2015年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，結(jié)直腸癌的發(fā)病率約為0.376%，排在腫瘤的第五位，且隨著我國城市化的逐漸發(fā)展，結(jié)直腸癌的發(fā)病率呈逐年上升的態(tài)勢［2］。近年來，關(guān)于腫瘤免疫治療的研究在臨床上廣泛開展，腸道菌群也被發(fā)現(xiàn)與免疫檢查點(diǎn)抑制劑治療腫瘤的效果相關(guān)，使得人們再次將目光聚焦到腸道菌群的研究上來［3］。

腸道菌群在人體消化、代謝、免疫等各方面都有重要作用［4］，因此被稱為人體的另一大“器官”。已有大量研究致力于探索與結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展和治療相關(guān)的腸道菌群及其代謝物，從而更好地利用腸道菌群進(jìn)行結(jié)直腸癌的防治。雖然結(jié)直腸癌的發(fā)生與發(fā)展主要和多基因的突變相關(guān)，但紅肉、加工肉類和低纖維飲食等飲食環(huán)境因素已被證明是結(jié)直腸癌發(fā)病明確的危險因素［5］。有觀點(diǎn)認(rèn)為，結(jié)直腸癌在全球不同人群中的發(fā)病率高低不一可能與不同地區(qū)人群的生活飲食習(xí)慣和環(huán)境差異導(dǎo)致的腸道菌群結(jié)構(gòu)和功能不同有關(guān)［6］。比如，非洲人結(jié)直腸癌發(fā)病率較低，而非裔美國人結(jié)直腸癌發(fā)病率則很高，原因可能與前者高膳食纖維而后者大量紅肉攝入相關(guān)［7-9］。一個合理的推測是具有飲食等高危因素的人群的腸道內(nèi)可能含有一些易于致癌的高危菌群或代謝產(chǎn)物，腸道菌群的結(jié)構(gòu)與功能有望成為檢測疾病易感性的一項指標(biāo)［10］。因此，研究伴或不伴結(jié)直腸癌高危因素的西方化與非西方化人群的腸道菌群組成，或許能幫助我們發(fā)現(xiàn)隱藏在西方化人群高結(jié)直腸癌發(fā)病率背后的潛在機(jī)制。

一、腸道菌群的地域/種族分布差異

1.不同地域/種族人群的腸道菌群結(jié)構(gòu)和功能

研究表明，擬桿菌屬和普氏菌屬分別是以歐美國家為代表的西方化人群和以非洲、南美洲和亞洲部分地區(qū)為代表的非西方化人群的特征性菌屬［11-12］。表1總結(jié)了關(guān)于不同地域/種族健康人群腸道菌群特征，不難發(fā)現(xiàn)西方化與非西方化人群間腸道菌群結(jié)構(gòu)與功能存在著較大差異。

表1 不同地域/種族健康人群腸道菌群特征

續(xù)表

總的來說，非西方化人群多營傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生活，部分營游牧、狩獵-采集生活，飲食上以植物纖維、淀粉等復(fù)雜多糖和非動物蛋白為主，而西方化人群多營工業(yè)化生活，飲食上則以簡單糖、脂肪和動物蛋白為主。受飲食與生活方式及其他因素等影響，非西方化人群的腸道菌群整體以富含多糖代謝酶的細(xì)菌如普氏菌屬、Xylanibacter、丁酸弧菌屬和密螺旋體屬等為主，以利于消化纖維植物并從中獲取能量，腸道代謝物中也相應(yīng)地含有豐富的短鏈脂肪酸［14-16，27］。相反，西方化人群的腸道菌群則以擬桿菌屬、雙歧桿菌和糞桿菌等為主，富含膽汁酸及外源性物質(zhì)代謝，后者可能與接觸工業(yè)化合物相關(guān)［14-16，27］。值得注意的是，非西方化人群中分別以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)和狩獵-采集為生活方式的人群間腸道菌群結(jié)構(gòu)也存在差異，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)人群的腸道菌群呈狩獵-采集和工業(yè)化人群間的過渡狀態(tài)［19，23］，提示將腸道菌群研究結(jié)果應(yīng)用于不同人群需謹(jǐn)慎。

近兩年來，對移民者這一特殊群體腸道菌群的研究更直接地顯示了西方化對腸道菌群的影響，研究表明，非西方化國家移民美國會導(dǎo)致擬桿菌屬對普氏菌屬的逐漸替代和菌群多樣性丟失以及植物纖維降解酶的減少［28-29］。不同研究一致性的結(jié)論是西方化導(dǎo)致個體菌群多樣性減少（α多樣性減少）和個體間菌群差異增大（β多樣性增加），前者可能是因為人類飲食結(jié)構(gòu)變化后（從以膳食纖維為主的健康飲食過渡到以脂肪和蛋白為主的西方化飲食），腸道菌群相應(yīng)地發(fā)生了變化，一些數(shù)量較少但有著關(guān)鍵作用的菌群丟失導(dǎo)致腸道穩(wěn)態(tài)被破壞，菌群多樣性下降［30］；后者則可能是由于工業(yè)化與現(xiàn)代化導(dǎo)致個體間菌群“播散限制”［20，31］，探究微生物多樣性消失的生物醫(yī)學(xué)效應(yīng)也是當(dāng)前微生物組研究的主要工作之一。

在2019年，先后有三篇文獻(xiàn)對來自數(shù)十個國家的腸道菌群宏基因組測序進(jìn)行重組分析，進(jìn)一步擴(kuò)展了人類腸道菌群基因庫。他們的研究結(jié)果顯示新物種主要在非西方化人群中被發(fā)現(xiàn)，表明目前西方化人群的基因庫已趨近飽和，未來的研究應(yīng)致力于非西方化人群腸道菌群物種基因庫的完善［12，32-33］。

2.引起腸道菌群的地域/種族分布差異的因素

導(dǎo)致不同人群間腸道菌群組成差異的因素復(fù)雜多樣，雖然種族和地理被認(rèn)為是最大的解釋因素［24］，但在種族和地理背后還有著更深層次的因素，包括宿主遺傳與基因、飲食與生活方式、社會地位與醫(yī)療環(huán)境等，尤其飲食這一因素由于易于干預(yù)而備受關(guān)注。

如上文所述，西方化與非西方化群體的腸道菌群結(jié)構(gòu)與功能均顯示出與飲食習(xí)慣相符合的特征［14-16，27］。此外，有研究發(fā)現(xiàn)，營狩獵-采集生活方式的哈扎族人的腸道菌群結(jié)構(gòu)會隨一年中不同季節(jié)飲食結(jié)構(gòu)改變而出現(xiàn)周期性變化，其中隨季節(jié)變化相對穩(wěn)定的菌群多共存于西方化人群中，而隨季節(jié)變化呈波動水平甚至消失的菌群則在西方化人群中很少甚至缺如［34］，而且由于分工不同，哈扎族人中男女飲食結(jié)構(gòu)不同，不同性別間腸道菌群結(jié)構(gòu)也相應(yīng)地存在差異，這一切均提示飲食對腸道菌群的影響。飲食干預(yù)試驗也證明了飲食結(jié)構(gòu)的變化會引起微生物群落結(jié)構(gòu)［35］和物種豐度［36］的改變。一般來說，基線水平的α多樣性越高，腸道菌群受飲食干預(yù)的影響越小，表明多樣性的增加為腸道菌群提供了抗干擾的功能彈性［36］。值得一提的是，有研究專門針對結(jié)直腸癌發(fā)病風(fēng)險較高和較低的非裔美國人和非洲本土人設(shè)計了飲食干預(yù)試驗，分別進(jìn)行了為期兩周的高纖維低脂肪和高脂肪低纖維的飲食干預(yù)，發(fā)現(xiàn)飲食干預(yù)后，非裔美國人的短鏈脂肪酸發(fā)酵代謝增強(qiáng)，次級膽汁酸代謝減弱，結(jié)直腸癌相關(guān)生物標(biāo)志物指標(biāo)也得到了改善，支持了飲食干預(yù)在改善腸道菌群和預(yù)防結(jié)直腸癌中的重要作用［37］。

不過，近年來對非西方化國家移民美國人群的研究發(fā)現(xiàn)，那些移民后在當(dāng)?shù)爻錾摹岸泼瘛北M管仍保留著原來的與美國當(dāng)?shù)夭煌娘嬍沉?xí)慣，但他們的腸道菌群結(jié)構(gòu)卻與美國當(dāng)?shù)鼐用癫町惒淮螅?8-29］，提示除飲食外其他更多因素也需要考慮，比如社會經(jīng)濟(jì)地位［38］和基因等。Goodrich等［39-40］通過研究英國416對雙胞胎，發(fā)現(xiàn)同卵雙胞胎相對異卵雙胞胎間腸道菌群結(jié)構(gòu)的相似性更高，證實(shí)了遺傳與基因?qū)δc道菌群的貢獻(xiàn)。研究還發(fā)現(xiàn)，可遺傳的菌群一般具有相對較高的穩(wěn)定性，而那些不可遺傳的菌群往往易受環(huán)境因素干擾。不過也有研究認(rèn)為，比起遺傳因素，飲食和環(huán)境因素對腸道菌群的影響更大，一個有力的證據(jù)是那些無血緣關(guān)系但居住在一起的個體間往往具有相似的腸道菌群，反之那些有血緣關(guān)系但缺乏家庭共享的個體間則缺乏顯著的相似性。該研究還對Goodrich等人關(guān)于雙胞胎的研究數(shù)據(jù)［39］進(jìn)行了二次分析，結(jié)果表明整體微生物組的遺傳率僅為1.9%～8.1%，相反超過20%的個體間腸道菌群差異與飲食和藥物等相關(guān)［41］?？傊鸩煌巳洪g腸道菌群差異的原因尚不清楚，不同因素在塑造腸道菌群結(jié)構(gòu)中扮演的角色和彼此之間相互作用的機(jī)制也尚待明確。

二、腸道菌群在結(jié)直腸癌發(fā)生與發(fā)展中的作用

（一）結(jié)直腸癌患者的腸道菌群組成及代謝特征

與健康人相比，結(jié)直腸癌患者的腸道菌群具有特征性改變，表2總結(jié)了近年來已發(fā)表的關(guān)于不同地域/種族結(jié)直腸癌患者的腸道菌群組成的研究。由表2可知，盡管基于不同人群研究得出的結(jié)果不盡相同甚至有些結(jié)果完全相反，但仍存在獨(dú)立于地域/種族的結(jié)直腸癌相關(guān)腸道菌群，如具核梭桿菌、脆弱擬桿菌、消化鏈球菌、卟啉單胞菌及微小單胞菌等普遍被發(fā)現(xiàn)在結(jié)直腸癌中豐度升高，而與短鏈脂肪酸產(chǎn)生相關(guān)的菌群則普遍豐度降低。

表2 不同地域/種族結(jié)直腸癌患者腸道菌群特征

上述關(guān)于結(jié)直腸癌患者腸道菌群特征的研究大多是在局限區(qū)域進(jìn)行，雖然能觀察到不同研究結(jié)果間存在一定共性，但不同研究結(jié)果是否在人群中具有普適性尚未可知。近年來，隨著二代測序技術(shù)的發(fā)展，對微生物群落及基因功能的分析能力得到很大提高。Yu等［52］通過對來自中國的74個結(jié)直腸癌患者和54個健康對照者的糞便標(biāo)本進(jìn)行宏基因組測序，確定了20個結(jié)直腸癌相關(guān)的微生物基因標(biāo)志物，并在來自不同國家的3個隊列中驗證了其中4個標(biāo)志物，表明盡管不同種族腸道菌群組成不同，結(jié)直腸癌相關(guān)的腸道菌群特征似乎具有普遍性。近兩年先后共有3篇關(guān)于結(jié)直腸癌患者腸道菌群宏基因組測序結(jié)果的跨國家跨隊列薈萃分析被發(fā)表［53-55］，總的來說，盡管來自不同種族的研究結(jié)果存在異質(zhì)性，但經(jīng)過薈萃分析后，一些共同特征仍可被發(fā)掘，如梭桿菌、單胞菌和卟啉單胞菌等菌屬在所有薈萃分析中均被發(fā)現(xiàn)在結(jié)直腸癌患者中富集，且經(jīng)過薈萃分析得到的結(jié)直腸癌相關(guān)微生物模型被證實(shí)具有比便潛血試驗非劣甚至更優(yōu)的預(yù)測潛能。

（二）結(jié)直腸癌相關(guān)致病菌及其機(jī)制

1.具核梭桿菌

具核梭桿菌首先被發(fā)現(xiàn)與胰腺炎和牙周病等疾病相關(guān)，2012年Kostic等［56］和Castellarin等［57］兩個團(tuán)隊首次報道了結(jié)直腸癌患者腸道中具核梭桿菌的富集。隨后，Kostic等［58］的團(tuán)隊進(jìn)一步通過小鼠實(shí)驗證實(shí)了具核梭桿菌對結(jié)直腸癌的促癌作用。具核梭桿菌作為口腔微生物群落的核心成員，在健康人的腸道中并不常見，研究發(fā)現(xiàn)其在結(jié)直腸癌腫瘤組織中的富集是通過黏附素Fap2與腫瘤細(xì)胞上過表達(dá)的Gal-GalNAc多糖結(jié)合介導(dǎo)的血行轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)的［59］。最近，Komiya等［60］通過對比分析，發(fā)現(xiàn)同一患者來源的腫瘤組織標(biāo)本和唾液標(biāo)本中梭桿菌的組成是一致的，進(jìn)一步驗證了具核梭桿菌的口腔起源假設(shè)。

具核梭桿菌的致癌機(jī)制主要有兩方面，一方面，具核梭桿菌可通過黏附素FadA與腫瘤細(xì)胞的E-鈣粘素結(jié)合，激活β連環(huán)蛋白和Wnt信號通路進(jìn)而導(dǎo)致癌癥的發(fā)生，據(jù)研究結(jié)直腸腺瘤（colorectal adenoma，CRA）和腺癌患者腫瘤組織中的FadA水平是正常人的10～100倍［61］；另一方面，具核梭桿菌對腫瘤的微環(huán)境也有影響，研究表明，具核梭桿菌可通過黏附素Fap2與免疫細(xì)胞的抑制性受體TIGIT受體（Ig和ITIM域蛋白T細(xì)胞免疫受體）結(jié)合，抑制NK細(xì)胞和T細(xì)胞等免疫細(xì)胞的功能從而介導(dǎo)腫瘤免疫逃逸［62］。關(guān)于具核梭桿菌與免疫細(xì)胞浸潤的關(guān)系，Kostic等［58］通過小鼠實(shí)驗表明具核梭桿菌的富集與腫瘤微環(huán)境中CD11b+骨髓細(xì)胞，主要是骨髓來源的抑制細(xì)胞（MDSC）的浸潤正相關(guān)，而MDSC的浸潤與炎癥及腫瘤發(fā)生相關(guān)。此外，Mima等［63］通過對598個結(jié)直腸癌患者病理組織的分析，發(fā)現(xiàn)具核梭桿菌的富集與腫瘤微環(huán)境中CD3+T細(xì)胞的浸潤負(fù)相關(guān)。然而，不管是在動物還是人體內(nèi)均未觀察到具核梭桿菌與腫瘤微環(huán)境中CD4+或CD8+T細(xì)胞浸潤的相關(guān)性［58，63］。

此外，具核梭桿菌還與特定的結(jié)直腸癌分子亞型相關(guān)。Tahara等［64］研究發(fā)現(xiàn)CpG島的高甲基化、微衛(wèi)星不穩(wěn)定和高突變負(fù)荷等均與具核梭桿菌的富集相關(guān)。然而，Mima等［65］進(jìn)一步進(jìn)行多因素分析的結(jié)果卻表明，雖然在單因素分析時呈現(xiàn)出相關(guān)性，但當(dāng)對微衛(wèi)星不穩(wěn)定狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整后，CpG島甲基化表型和BRAF突變等因素與具核梭桿菌的相關(guān)性消失。近期，Hamada等［66］的研究還指出，在微衛(wèi)星不穩(wěn)定的結(jié)直腸癌中，具核梭桿菌的富集與腫瘤微環(huán)境低炎癥細(xì)胞浸潤相關(guān)，而在微衛(wèi)星穩(wěn)定的結(jié)直腸癌中，情況則相反，一個可能的解釋是在微衛(wèi)星穩(wěn)定的結(jié)直腸癌中，具核梭桿菌的促炎作用大于免疫抑制作用。

研究已發(fā)現(xiàn)，具核梭桿菌與結(jié)直腸癌的不良預(yù)后相關(guān)［65］。Bullman等［67］在轉(zhuǎn)移結(jié)直腸癌中，觀察到了幾乎與原發(fā)灶規(guī)模一致的具核梭桿菌定植，表明具核梭桿菌可隨腫瘤細(xì)胞遷移至轉(zhuǎn)移灶處并促進(jìn)轉(zhuǎn)移灶腫瘤的發(fā)生發(fā)展。

2.pks+大腸桿菌

大腸桿菌是健康人胃腸道的常見定植菌之一，但某些特殊類型的大腸桿菌卻被發(fā)現(xiàn)與結(jié)直腸癌相關(guān)。2006年，Nougayrède等［68］首次通過監(jiān)測組蛋白H2AX的磷酸化，一種DNA雙鏈損傷的標(biāo)志物，在體外實(shí)驗發(fā)現(xiàn)pks+大腸桿菌誘導(dǎo)DNA損傷。隨后，利用相似的方法，Cuevas-Ramos等［69］在體內(nèi)實(shí)驗進(jìn)一步證實(shí)了pks+大腸桿菌會引起DNA損傷，不完全的DNA損傷修復(fù)進(jìn)而導(dǎo)致DNA突變、細(xì)胞周期停滯、染色體畸變和細(xì)胞凋亡等，最終引起結(jié)直腸癌。

pks+大腸桿菌的pks基因島還能合成一種小分子毒性物質(zhì)colibactin，其彈頭結(jié)構(gòu)可通過烷基化作用介導(dǎo)DNA的交聯(lián)從而產(chǎn)生基因毒性［70-71］。但由于colibactin的高度不穩(wěn)定性，直到近期Xue等［72］才通過跨學(xué)科的多種手段首次推導(dǎo)出了colibactin的結(jié)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)人工合成，colibactin是由兩個復(fù)雜的生物合成中間體組合而成，構(gòu)成了對稱性的環(huán)丙烷彈頭結(jié)構(gòu)，其每個烷基都可通過核苷酸的添加實(shí)現(xiàn)開環(huán)，進(jìn)一步證實(shí)了colibactin介導(dǎo)DNA交聯(lián)的作用。

除了colibactin的基因毒性，炎癥和衰老等機(jī)制也在pks+大腸桿菌致癌中起作用。Arthur等［73］研究發(fā)現(xiàn)，種植pks+大腸桿菌后，與野生型AOM小鼠相比，炎癥作用增強(qiáng)的AOM/IL10-/-小鼠的大腸桿菌增長和腫瘤生長速度明顯更快，相反，在炎癥作用受抑的AOM/IL10-/-/Rag-/-小鼠中則未見腫瘤生長，由此證明炎癥在pks+大腸桿菌致癌中的重要作用?？紤]到pks+大腸桿菌對細(xì)胞周期阻滯的作用，Cougnoux等［74］進(jìn)一步探討了衰老在pks+大腸桿菌致癌中的作用，發(fā)現(xiàn)與未感染大腸桿菌的細(xì)胞相比，衰老相關(guān)β-半乳糖苷酶的活性在感染pks+大腸桿菌的細(xì)胞中更高，而在感染pks-大腸桿菌的細(xì)胞則無明顯差別。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，pks+大腸桿菌感染細(xì)胞在衰老的同時可通過釋放肝細(xì)胞生長因子促進(jìn)周圍未被感染細(xì)胞的增殖，可能是潛在的致癌機(jī)制之一。

3.產(chǎn)腸毒素脆弱擬桿菌（ETBF）

依據(jù)是否能產(chǎn)生脆弱擬桿菌毒素（bft），脆弱擬桿菌分為產(chǎn)腸毒素脆弱擬桿菌（ETBF）和非產(chǎn)毒素脆弱擬桿菌（NTBF）。在2006年，Toprak等［75］通過對比73個結(jié)直腸癌患者與59個健康對照者糞便標(biāo)本中ETBF的含量與bft基因的表達(dá)，首次發(fā)現(xiàn)ETBF在結(jié)直腸癌患者中的富集。隨后，Boleij等［76］通過對比結(jié)直腸癌患者與健康對照者黏膜組織中bft基因的表達(dá)，進(jìn)一步證實(shí)了結(jié)直腸癌患者中bft基因的過表達(dá)。

Wu等［77］通過小鼠試驗，發(fā)現(xiàn)ETBF可通過活化Stat3，促進(jìn)Th17的發(fā)育和IL-17的轉(zhuǎn)錄，介導(dǎo)小腸上皮細(xì)胞增殖和腫瘤形成，而阻斷IL-17可顯著抑制ETBF的致癌作用。相反，在NTBF感染的小鼠中則未觀察到相應(yīng)的致癌改變，表明bft是ETBF致癌的關(guān)鍵因素。有趣的是，具有抗炎作用的調(diào)節(jié)T細(xì)胞（Treg）理論上應(yīng)該具有抑制腫瘤生長的作用，然而Geis等［78］的研究卻發(fā)現(xiàn)，Treg似乎通過抑制腫瘤微環(huán)境中IL-2的活性，減少ETBF感染小鼠中T細(xì)胞向Th1方向的分化，增加其向Th17方向的分化，從而促進(jìn)腫瘤生長。研究人員觀察到，Treg缺陷的ETBF感染小鼠表現(xiàn)出增強(qiáng)的炎癥反應(yīng)和減弱的腫瘤形成作用，這與Th1分泌的IFNγ增多而Th17分泌的IL-2減少相關(guān)。近期，Chung等［79］的研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)在ETBF感染的小鼠中，Th17分泌的IL-17可以選擇性激活遠(yuǎn)端結(jié)腸上皮細(xì)胞中的NF-kB，從而導(dǎo)致CXCL1等細(xì)胞因子在結(jié)腸近端至遠(yuǎn)端的梯度分布，最終引起以遠(yuǎn)端結(jié)腸為主要部位的骨髓細(xì)胞浸潤與腫瘤形成。

早期研究還發(fā)現(xiàn)，bft可降解細(xì)胞間粘附蛋白E-鈣粘素，一方面可導(dǎo)致黏膜屏障受損，另一方面可活化下游的β連環(huán)蛋白，導(dǎo)致原癌基因C-myc的轉(zhuǎn)錄和翻譯增強(qiáng)，促進(jìn)細(xì)胞增殖和腫瘤形成［80］。此外，體內(nèi)外實(shí)驗均證明了ETBF感染可導(dǎo)致精胺氧化酶（SMO），一種多胺分解代謝酶的活化，進(jìn)一步導(dǎo)致活性氧（ROS）累積和DNA損傷，促進(jìn)腫瘤發(fā)生，而多胺分解代謝抑制劑的應(yīng)用則可相應(yīng)地減緩ETBF感染小鼠體內(nèi)的腫瘤形成［81］。

4.其他細(xì)菌

除具核梭桿菌、pks+大腸桿菌和ETBF外，其他細(xì)菌也被發(fā)現(xiàn)與結(jié)直腸癌相關(guān)。近期，He等［82］研究發(fā)現(xiàn)，空腸彎曲桿菌感染能通過細(xì)胞膨脹致死毒素（CDT）誘導(dǎo)ApcMin/+小鼠的DNA損傷，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞增殖和結(jié)直腸癌形成。通過回顧公共數(shù)據(jù)庫中的16S rDNA測序結(jié)果，他們還進(jìn)一步證實(shí)了彎曲空腸弧桿菌在結(jié)直腸癌患者中的富集［82］。Long等［83］也通過小鼠實(shí)驗發(fā)現(xiàn)厭氧消化鏈球菌能通過與腸上皮細(xì)胞表面的α2/β1整合素結(jié)合，激活PI3K-Akt，進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞增殖、NF-κB活化和結(jié)直腸癌形成。當(dāng)然，除了致病菌外，腸道中也存在一些具有保護(hù)作用的細(xì)菌，比如丁酸梭菌。體內(nèi)外實(shí)驗證明，丁酸梭菌能通過調(diào)節(jié)Wnt/β-catenin信號通路，減少細(xì)胞增殖和次級膽汁酸的產(chǎn)生，增加細(xì)胞凋亡和短鏈脂肪酸的產(chǎn)生，從而抑制結(jié)直腸癌發(fā)展［84］。

（三）與結(jié)直腸癌相關(guān)的菌群代謝

有研究顯示，由于不同微生物之間功能的重疊，不同個體之間共享的代謝途徑是微生物種類的近2倍，提示關(guān)注代謝功能而非分類或許能幫助我們更好地理解和利用腸道菌群的作用［85］。在尋找潛在的代謝標(biāo)志物方面，通過宏基因組分析，Dai等［53］發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌患者腸道中富集的細(xì)菌與脂多糖代謝和能量生物合成途徑相關(guān)；Wirbel等［54］和Thomas等［55］則發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌患者中參與氨基酸代謝的基因增多而降解碳水化合物的基因減少。此外，Wirbel等［54］還進(jìn)一步驗證了結(jié)直腸癌患者中FadA和pks基因但不包括bft基因的富集，他們還觀察到bai操縱子表達(dá)的增加，該操縱子可通過7α-脫羥基作用促進(jìn)次級膽汁酸的產(chǎn)生。另外，Thomas等［55］的研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌患者中膽堿TMA-裂解激活酶（cutD）的基因表達(dá)增強(qiáng)，該基因與膽堿代謝以及一種毒性多胺——三甲胺的產(chǎn)生有關(guān)。在各種代謝作用中，膽汁酸的代謝與結(jié)直腸癌的關(guān)系尤受關(guān)注，2018年Jia等［86］的綜述系統(tǒng)地總結(jié)了膽汁酸與微生物代謝的復(fù)雜作用以及相應(yīng)的致癌機(jī)制，次級膽汁酸尤其是脫氧膽酸，可以通過多種細(xì)胞通路引起包括促進(jìn)細(xì)胞增殖、DNA損傷和炎癥，抑制細(xì)胞凋亡等一系列反應(yīng)，從而導(dǎo)致結(jié)直腸癌的發(fā)生與發(fā)展。

（四）與結(jié)直腸癌解剖部位相關(guān)的生物膜

遠(yuǎn)近端結(jié)直腸癌在分子特征、治療和預(yù)后上有很大區(qū)別，近端結(jié)直腸癌以高度微衛(wèi)星不穩(wěn)定性、多基因突變?nèi)鏐RAF突變、高甲基化、黏液癌比例較高、膽汁酸浸潤和不良預(yù)后為特征，而遠(yuǎn)端結(jié)直腸癌則以染色體不穩(wěn)定、EGFR和HER2擴(kuò)增以及相對好的預(yù)后為特征［87-88］。一項大型薈萃分析表明近端結(jié)直腸癌的死亡風(fēng)險比遠(yuǎn)端結(jié)直腸癌高約20%［89］。導(dǎo)致遠(yuǎn)近端結(jié)直腸癌差異的機(jī)制目前尚不清楚，可能與不同的胚胎來源、腸道環(huán)境和功能等相關(guān)。

近幾年，以近端結(jié)腸更為多見的生物膜被證實(shí)具有致癌性。健康人的腸道上皮覆有一層薄黏膜層，避免了腸上皮細(xì)胞與腸道菌群的直接接觸［90］。生物膜是由一種或多種微生物組成的聚合體，其被發(fā)現(xiàn)存在于正常人（13%）的腸黏膜和結(jié)直腸癌患者（50%）的腫瘤黏膜以及遠(yuǎn)離腫瘤組織的無瘤黏膜上，且相對于遠(yuǎn)端結(jié)直腸癌（12%），主要存在于近端結(jié)直腸癌（89%）［91］。具有侵襲性的生物膜可通過減少腸上皮E-鈣粘素表達(dá)和增強(qiáng)IL-6和Stat3活化從而破壞腸黏膜屏障，增強(qiáng)腸道菌群和腸上皮細(xì)胞的直接接觸，進(jìn)而引起多胺等代謝物毒性、DNA損傷和上皮細(xì)胞增殖等一系列致癌效應(yīng)［91-92］。小鼠實(shí)驗結(jié)果表明從結(jié)直腸癌患者和健康人腸道分離的生物膜均具有致癌性，提示生物膜的形成可能是腫瘤發(fā)生前的一個信號［93］。進(jìn)一步揭示生物膜的組成和結(jié)構(gòu)，有助于更好地理解生物膜與結(jié)直腸癌的關(guān)系。

（五）與結(jié)直腸癌病程相關(guān)的腸道菌群演變

早在2012年，Tjalsma等［94］便提出了司機(jī)-乘客理論模型以解釋腸道菌群在結(jié)直腸癌腺瘤-腺癌途徑中的動態(tài)演變。在此模型中，充當(dāng)“司機(jī)”的菌群常能引起炎癥反應(yīng)和DNA損傷，從而成為引起結(jié)直腸癌的始動因素，候選菌群包括pks+大腸桿菌和ETBF等；而充當(dāng)“乘客”的菌群則通常在正常腸道環(huán)境下定植能力較差而在腫瘤環(huán)境中更具有生存優(yōu)勢，候選菌群包括梭桿菌和鏈球菌等［94］。

近幾年來，已有多項研究探討了腸道菌群在結(jié)直腸癌不同發(fā)生與發(fā)展階段的組成變化。Shah等［95］對2012～2016年間發(fā)表的十多篇文章進(jìn)行Meta分析，通過比較結(jié)直腸癌、CRA患者和健康對照者的糞便菌群，發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌和CRA之間菌群分類的差異要遠(yuǎn)大于健康人和CRA之間的差異，提示腸道菌群的改變在腺瘤階段尚不明顯，而在腺瘤-腺癌途徑中更為明顯。Yachida等［96］通過對616個結(jié)直腸癌不同分期患者的糞便樣本進(jìn)行宏基因組學(xué)和代謝組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)腸道菌群在結(jié)直腸癌病程中的兩種演變模式，一方面，部分菌群如具核梭桿菌、消化鏈球菌和微單孢菌等的相對豐度在早期至晚期病變中持續(xù)增強(qiáng)；另一方面，部分菌群如極小阿托波氏菌和齲齒放線菌的相對豐度則僅在早期病變（多發(fā)性腺瘤或黏膜內(nèi)癌）中增強(qiáng)。此外，代謝物分析的結(jié)果還表明，支鏈氨基酸、苯丙氨酸和膽汁酸等代謝物的含量均在疾病的早期顯著增加［96］，未來更多早期病變相關(guān)標(biāo)志物的發(fā)現(xiàn)將有助于臨床上對疾病的早期發(fā)現(xiàn)與治療。

三、總結(jié)

從上述討論我們了解到，不同地域/種族由于飲食和環(huán)境等不同，腸道菌群結(jié)構(gòu)和功能也呈現(xiàn)出不同的特點(diǎn)。以歐美國家為代表的西方化人群具有高蛋白脂肪和低纖維等飲食特點(diǎn)，腸道菌群相應(yīng)地以擬桿菌屬等為主，富含膽汁酸等代謝物；而以非洲、南美洲和部分亞洲國家為代表的非西方化人群則以膳食纖維為主，腸道菌群相應(yīng)地以普氏菌屬、密螺旋體屬等為主，富含短鏈脂肪酸等代謝物。這些特點(diǎn)與西方化人群結(jié)直腸癌發(fā)病率普遍高于非西方化人群這一事實(shí)相符，高蛋白脂肪和低纖維飲食一直以來都被認(rèn)為是結(jié)直腸癌的發(fā)病高危因素之一，西方化飲食帶來的腸道菌群改變和菌群多樣性的丟失可能是西方化人群結(jié)直腸癌高發(fā)的重要原因。當(dāng)然，其他因素如遺傳與基因、社會地位與醫(yī)療水平也可能起著一定的作用，未來的研究需要更多地關(guān)注哪些因素對腸道菌群的結(jié)構(gòu)和功能起決定作用，以實(shí)現(xiàn)腸道菌群的健康干預(yù)。

關(guān)于結(jié)直腸癌與腸道菌群的關(guān)系，已有幾種細(xì)菌（包括具核梭桿菌、pks+大腸桿菌和ETBF等）和一些腸道菌群代謝物（如次級膽汁酸和基因毒性物質(zhì)等）在結(jié)直腸癌發(fā)生與發(fā)展中的作用較明確，且作用機(jī)制也被廣泛研究。不過，由于缺乏大型前瞻性的隊列研究，腸道菌群的改變究竟是結(jié)直腸癌發(fā)生的原因還是結(jié)果目前尚不能定論。此外，目前關(guān)于結(jié)直腸癌與腸道菌群的相關(guān)研究還局限在特定人群中，不過，已有研究通過跨國家跨隊列之間的薈萃分析，探索了與不同人群結(jié)直腸癌患者相關(guān)的腸道菌群特點(diǎn)，表明似乎存在獨(dú)立于地域/種族的結(jié)直腸癌相關(guān)腸道菌群，腫瘤微環(huán)境對局部腸道菌群的塑造效果似乎是強(qiáng)于地域/種族帶來的影響，未來需要開展更多多中心研究以探討相關(guān)研究成果在不同人群中共享與推廣的可行性。

總而言之，現(xiàn)階段在腸道菌群與結(jié)直腸癌相關(guān)的研究中已取得很大進(jìn)展，但是對不同地域健康人群和結(jié)直腸癌患者的腸道菌群的現(xiàn)有研究都尚存在檢測技術(shù)不統(tǒng)一、研究樣本量較小、采樣深度不夠、缺乏菌群分類標(biāo)準(zhǔn)等不足。另外，現(xiàn)有研究也缺乏對不同腸道菌群之間相互作用的研究，關(guān)于腸道菌群多樣性降低帶來的影響以及真菌和病毒等其他微生物與結(jié)直腸癌的關(guān)系也是未來研究需要關(guān)注的問題。