陳子賢，敦譯霆，劉暢，陳倩

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院，上海 200025

具核梭桿菌(Fusobacteriumnucleatum)是人類(lèi)口腔及腸道黏膜的共生菌，因其可導(dǎo)致包括牙周炎、牙髓炎在內(nèi)的多種口腔炎癥疾病，最初作為口腔機(jī)會(huì)致病菌被研究。近年來(lái)，隨著腸道微生態(tài)學(xué)研究的升溫，具核梭桿菌與結(jié)直腸癌(colorectal cancer, CRC)的關(guān)系研究受到了更多關(guān)注，大量研究發(fā)現(xiàn)具核梭桿菌在CRC患者的腸組織或糞便樣品中檢出豐度顯著增加，表明具核梭桿菌與CRC的發(fā)生發(fā)展具有關(guān)聯(lián)性，且有相關(guān)基礎(chǔ)研究證明其對(duì)于CRC能夠起到“驅(qū)動(dòng)”作用。健康狀態(tài)下，人體腸道微生態(tài)系統(tǒng)呈穩(wěn)態(tài)，微生物群與人體的腸道黏膜免疫系統(tǒng)維持動(dòng)態(tài)平衡；疾病狀態(tài)下，正常腸道微生物群結(jié)構(gòu)被破壞，而具核梭桿菌豐度的增加會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)CRC的發(fā)生發(fā)展[1]。目前發(fā)現(xiàn)具核梭桿菌影響CRC進(jìn)程的機(jī)制包括調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境、刺激腸道慢性炎癥等。本文對(duì)CRC導(dǎo)致具核梭桿菌富集的證據(jù)進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)具核梭桿菌促進(jìn)CRC發(fā)生發(fā)展的機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 具核梭桿菌的豐度在CRC患者中顯著增加

Koliarakis等[1]通過(guò)16S rRNA測(cè)序和宏基因組測(cè)序檢測(cè)到CRC腫瘤組織中的具核梭桿菌豐度相對(duì)正常結(jié)直腸組織更高。在另一項(xiàng)研究中，Sunny等[2]也通過(guò)定量聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)(quantitative polymerase chain reaction, qPCR)從CRC患者糞便中檢出具核梭桿菌，陽(yáng)性率為72.12%(75/104)。Li等[3]從CRC患者冷凍組織和福爾馬林固定石蠟包埋(Formalin-Fixed and Partffin-Embedded,FFPE)組織中檢出具核梭桿菌的陽(yáng)性率為87.13%(88/101)。Tahara等[4]用qPCR對(duì)149例原發(fā)性CRC組織標(biāo)本中的具核梭桿菌進(jìn)行鑒定，發(fā)現(xiàn)有74.50%(111/149)的CRC組織樣本呈具核梭桿菌陽(yáng)性。Park等[5]在160例經(jīng)手術(shù)切除的微衛(wèi)星高度不穩(wěn)定性(microsatellite instability-high, MSI-H)分子亞型CRC的組織中，通過(guò)qPCR測(cè)定具核梭桿菌16S rRNA基因序列，發(fā)現(xiàn)MSI-H表型的CRC組織中，具核酸桿菌豐度增加與巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)增多、CDKN2A基因啟動(dòng)子甲基化均顯著相關(guān)。楊壘等[6]收集了35例大腸癌及其癌旁組織標(biāo)本, 應(yīng)用qPCR檢測(cè)具核梭桿菌在腸癌及癌旁組織的豐度, 發(fā)現(xiàn)具核梭桿菌在腸癌組織中呈高感染負(fù)荷狀態(tài), 且主要定殖于大腸癌黏膜表面。表1展示了人體研究中具核梭桿菌與CRC相關(guān)性的研究證據(jù)。

為了確定具核梭桿菌感染是否是結(jié)直腸癌發(fā)生的早期事件，在Flanagan等[7]對(duì)52例愛(ài)爾蘭患者的結(jié)腸腺瘤組織中的具核梭桿菌進(jìn)行了檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)這些結(jié)直腸腺瘤患者的具核梭桿菌水平在病變組織和正常組織中無(wú)顯著性差異(P=0.06)，而在高度不典型增生組織中的水平顯著高于正常組織(P=0.015)。所以當(dāng)結(jié)直腸腺瘤組織從輕、中度不典型增生發(fā)展到高度不典型增生時(shí)，具核梭桿菌的數(shù)量出現(xiàn)了明顯的增加。

qPCR：Quantitative polymerase chain reaction；FQ-PCR：Fluorescence quantitative PCR；ddPCR：Drop like digital PCR；FISH：fluorescence in situ hybridization；FFPE：Formalin fixed paraffin embedding

2 具核梭桿菌促進(jìn)CRC發(fā)生的分子機(jī)制

2.1 通過(guò)FadA /E-鈣粘蛋白作用黏附并侵入結(jié)、直腸上皮細(xì)胞

在具核梭桿菌黏附并侵入結(jié)腸上皮細(xì)胞的過(guò)程中，最主要的是FadA與E-鈣粘蛋白的相互作用。FadA是具核梭桿菌中高度保守的蛋白[13]。它存在兩種形式，一種是不分泌的完整的前FadA(pre-FadA)，另一種是由111個(gè)氨基酸組成的分泌型成熟FadA(MFadA)[1]。pre-FadA與MFadA結(jié)合形成活性復(fù)合物FadAc[14]。具核梭桿菌與細(xì)胞膜結(jié)合后，與E-鈣粘蛋白上EC5結(jié)構(gòu)域中的一段區(qū)域結(jié)合，并與E-鈣粘蛋白內(nèi)化(如圖1A所示)。此外，F(xiàn)adA與E-鈣粘蛋白的相互作用足以激活Wnt和癌基因[15]。

2.2 激活TLR4通路

具核梭桿菌黏附并侵入細(xì)胞后，通過(guò)活化TLR4-MYD88信號(hào)，上調(diào)miR21表達(dá)，從而抑制核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)，并且提高了RAS GTP酶激活蛋白1(Ras GTPase-activating protein 1, RASA1)的水平，進(jìn)而促進(jìn)大腸癌細(xì)胞增殖[16]。同時(shí)，具核梭桿菌通過(guò)活化TLR4-MYD88信號(hào)抑制miR-18a*和miR-4802表達(dá)，誘導(dǎo)磷酸化uncoordinated-51-like kinase 1(ULK1)和自噬蛋白的表達(dá)，使得細(xì)胞具有化療抗性[8](如圖1B所示)。

2.3 調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境

在與具核梭桿菌有關(guān)的CRC發(fā)生過(guò)程中，轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(transforming growth factor-β1, TGF-β1)是腫瘤免疫微環(huán)境中重要的炎癥因子，其在腫瘤免疫微環(huán)境中與腫瘤免疫逃逸相關(guān)[17]。具核梭桿菌感染腸道后，促進(jìn)TGF-β1表達(dá)上調(diào)，進(jìn)而誘導(dǎo)FoxP3轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)[18]，促使初始T細(xì)胞向調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cell, Treg)分化[19](見(jiàn)圖1C)。這與幽門(mén)螺桿菌(Helicobacterpylori)誘導(dǎo)產(chǎn)生Treg細(xì)胞導(dǎo)致免疫抑制進(jìn)而導(dǎo)致胃癌的機(jī)制相似[20]。而且，具核梭桿菌中的Fap2蛋白與免疫受體酪氨酸抑制模體(immunoreceptor tyrosine-based inhibitory motif, ITIM)結(jié)合可抑制自然殺傷細(xì)胞對(duì)腫瘤細(xì)胞的殺傷活性[21]，影響腫瘤免疫微環(huán)境，并且產(chǎn)生局部免疫抑制效應(yīng)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞逃避機(jī)體的免疫監(jiān)視。

2.4 刺激腸道慢性炎癥

慢性炎癥在激活腫瘤通路中發(fā)揮了重要作用，而白細(xì)胞介素(interleukin, IL-22)和IL-6最為關(guān)鍵[22-23]。有研究使用C57BL/6小鼠建立結(jié)、直腸癌和具核梭桿菌作用模型，結(jié)果顯示，與PBS對(duì)照組相比，具核梭桿菌處理的小鼠黏膜組織中, 炎癥因子IL-6，IL-22和STAT3通路激活標(biāo)志p-STAT3的蛋白表達(dá)量顯著增高。此結(jié)果提示，具核梭桿菌可能刺激小鼠腸道組織IL-6和IL-22的表達(dá)，繼而激活p-STAT3通路(見(jiàn)圖1D)，進(jìn)而促進(jìn)結(jié)、直腸癌的發(fā)生。該研究還證實(shí)，在IL-22和IL-6作用下，結(jié)、直腸癌細(xì)胞增殖能力顯著提高，其中IL-22作用更明顯[24]。IL-22主要由Th17和Th22等細(xì)胞分泌, 而這些免疫細(xì)胞遷移的重要信號(hào)是趨化因子CCL20(C-C motif ligand 20)對(duì)趨化因子受體CCR6的趨化作用[25]。前期研究發(fā)現(xiàn), CCR6陽(yáng)性T細(xì)胞在結(jié)、直腸癌患者黏膜環(huán)境中聚集, 在小鼠模型中驗(yàn)證了CCL20在黏膜上皮表達(dá)增高[26]。因此推測(cè)，具核梭桿菌一方面促進(jìn)IL-22和IL-6的分泌，激活p-STAT3通路，促進(jìn)結(jié)、直腸癌的發(fā)生，另一方面具核梭桿菌通過(guò)提高相關(guān)趨化因子受體的表達(dá)，促進(jìn)上述作用。

2.5 提高CRC的抗化療性

人鈣激活氯通道蛋白1(Anotamin-1，ANO1)定位于人染色體11q13區(qū)域[27]，研究發(fā)現(xiàn)在許多癌癥中，ANO1經(jīng)常被高表達(dá)[28]。有研究發(fā)現(xiàn)具核梭桿菌侵入結(jié)腸上皮細(xì)胞后可誘導(dǎo)ANO1表達(dá)，進(jìn)而抑制奧沙利鉑和5-氟尿嘧啶誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[29](見(jiàn)圖1E)。同時(shí)，具核梭桿菌激活TLR4和MYD88后，選擇性下調(diào)miRNA-18a*和miRNA-4802的表達(dá)，繼而導(dǎo)致ULK1和自噬相關(guān)蛋白7(autophagy-related protein 7, ATG7)表達(dá)上調(diào)激活自噬，進(jìn)而引起CRC患者對(duì)化療藥物產(chǎn)生抗性[30](見(jiàn)圖1B)。

3 CRC導(dǎo)致具核梭桿菌感染的可能機(jī)制

目前相關(guān)研究大多關(guān)注具核梭桿菌對(duì)于CRC發(fā)生發(fā)展的影響，并且證明具核梭桿菌對(duì)CRC具有明確的促進(jìn)作用。但同時(shí)不能否認(rèn)CRC的發(fā)病能夠影響具核梭桿菌的感染或富集。自噬是一種高度保守的分解代謝過(guò)程，通過(guò)形成名為自噬體的雙膜囊泡并螯合胞質(zhì)成分，將其傳遞至溶酶體進(jìn)行降解。腫瘤細(xì)胞的自噬作用在影響微環(huán)境中的微生物組成方面起著關(guān)鍵作用，而且有證據(jù)表明腫瘤細(xì)胞激活的自噬活性可能會(huì)消除細(xì)胞內(nèi)的微生物[31-36]。Koichiro等[37]以724例大腸癌患者為研究對(duì)象發(fā)現(xiàn)，腫瘤BECN 1 (beclin 1)表達(dá)的自噬活性與大腸癌組織中具核梭桿菌的數(shù)量成反比關(guān)系，提示自噬可能會(huì)消除具核梭桿菌。而相應(yīng)自噬活性變?nèi)鯐?huì)導(dǎo)致具核梭桿菌在腸道組織的富集。

4 展望

越來(lái)越多的證據(jù)顯示，具核梭桿菌存在于腸道，其通過(guò)FadA /E-鈣粘蛋白作用、激活TLR4、調(diào)節(jié)腫瘤微環(huán)境、刺激腸道慢性炎癥等多方面作用于腸道，協(xié)同其他因素對(duì)腸道產(chǎn)生影響，誘導(dǎo)結(jié)、直腸癌的產(chǎn)生。這些作用機(jī)制可能提示新的防治結(jié)、直腸癌的研究方向和靶點(diǎn)。目前，結(jié)、直腸癌影響具核梭桿菌的機(jī)制尚未完全明確，揭示其對(duì)具核梭桿菌的影響可為探索結(jié)、直腸癌的治療開(kāi)辟新的研究領(lǐng)域，提供新的思路。今后，能夠特異性針對(duì)具核梭桿菌的藥物、噬菌體以及化合物仍值得進(jìn)一步探索。