張 琦 綜述,薛麗英 審校

(1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)內(nèi)蒙古臨床醫(yī)學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000;2.內(nèi)蒙古自治區(qū)人民醫(yī)院腫瘤內(nèi)科,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000)

腸道菌群已成為近幾年的研究熱點,胃腸道中特定細菌和菌群失調(diào)與腫瘤發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。目前,免疫治療在食管癌的治療領(lǐng)域中取得了重要進展,為部分食管癌患者帶來了新希望。然而,食管癌免疫治療的療效受諸多因素影響,如腸道菌群。因此,調(diào)節(jié)微生物水平,使微生物群在腸道富集,可能會達到提高食管癌免疫療效的目的。本文對腸道菌群在食管癌發(fā)生發(fā)展中的作用及其對腫瘤免疫治療療效影響等研究進行了綜述,希望為食管癌患者的臨床治療及其后續(xù)的研究起到指引作用。

1 腸道菌群在食管癌發(fā)生發(fā)展中的作用

1.1腸道菌群與食管癌 腸道菌群是寄居在人體腸道內(nèi)的微生物群,具有消化吸收、防御感染、合成營養(yǎng)、調(diào)節(jié)免疫的功能。人體內(nèi)存在龐大的微生物群落,它們不是一種器官,也不是完全屬于人類身體的一部分,而是數(shù)以萬億的生命體,每一個都是獨立的有機體,包括生活在人體內(nèi)部和上皮細胞表面(包括皮膚、呼吸道、消化道)的微生物。而生存于消化系統(tǒng)中的菌群是人體內(nèi)微生物種群的主要組成部分。同人體的其他部位的微生物群相比,消化道細菌菌群的細菌數(shù)量最多,多樣性也最豐富[1]。消化道上皮微生物群落中含有大量能適應(yīng)免疫防御并與宿主相互作用形成共生網(wǎng)絡(luò)的微生物,影響新陳代謝、組織發(fā)育和免疫反應(yīng)等許多生理過程。腸道菌群除了在維持機體的生理和免疫功能方面發(fā)揮作用,還可以調(diào)節(jié)癌癥免疫治療化合物的療效和毒性[2]。隨著對腸道菌群的深入研究,人們對腸道微生物群變化與食管癌之間的關(guān)系也有了新的認識。ZHOU等[3]研究認為,這種關(guān)系可能在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著相當重要的作用,而且腸道微生物群在早期食管癌患者的篩查中也至關(guān)重要。同時,該研究也強調(diào)了調(diào)節(jié)腸道菌群治療食管癌可能成為一種新的治療方法。

食管癌是我國常見的惡性腫瘤之一,主要有食管鱗狀細胞癌(ESCC)和食管腺癌(EAC)2種組織學(xué)類型。食管癌的發(fā)病率和死亡率在各國之間差異很大。在歐美國家,食管癌發(fā)病率比較低,病理類型以EAC為主;亞洲國家食管癌發(fā)病率明顯高于歐美國家,病理類型以鱗癌為主;而我國食管癌發(fā)病率、死亡率均位世界之首。

1.2腸道菌群促進腫瘤的進展 與許多疾病一樣,遺傳與環(huán)境因素在食管癌的發(fā)生、發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用,其中一些與致癌相關(guān)的機制,包括炎癥和免疫調(diào)節(jié)、微生物成分和基因毒素的產(chǎn)生,都與腸道微生物群密切相關(guān)[3]。眾所周知,慢性炎癥是促進腫瘤發(fā)生、發(fā)展的重要因素之一,而其中脂多糖(LPS)作為革蘭陰性菌的代謝產(chǎn)物,是一種常見的促炎因子。食管癌患者腸道菌群產(chǎn)生的LPS可以激活p38/胞外信號調(diào)控激酶-絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號通路來上調(diào)TET3的表達,最終產(chǎn)生誘導(dǎo)ESCC細胞的干性及在ESCC細胞中發(fā)揮腫瘤促進劑作用。LPS除了在ESCC細胞中發(fā)揮作用,也能通過激活核因子-κB(NF-κB)信號通路促進前列腺癌的遠處轉(zhuǎn)移,以及通過誘導(dǎo)CXC趨化因子受體7表達激活Toll樣受體4(TLR4)/MD-2信號通路,促進胃癌增殖和遷移[4]。其次,LPS作為最重要的病原體相關(guān)分子模式之一,TLR4可以特異性識別LPS并與之相結(jié)合。TLR是一類在先天免疫調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用的蛋白質(zhì)分子,從胃食管反流病到EAC,TLR3、TLR4、TLR5和TLR9的表達水平逐漸增加[5],其中TLR4的過度表達尤其重要,其參與腫瘤細胞分化及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。LPS-TLR4途徑通過p38 MAPK信號傳導(dǎo)來增加ESCC細胞的遷移能力、黏附特性,增加促炎因子或一些免疫抑制因子如腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)的產(chǎn)生,并抑制抗炎細胞因子白細胞介素(IL)-10,產(chǎn)生促進ESCC的發(fā)生的作用[6]。除此之外,革蘭陰性菌產(chǎn)生的能夠與TLR結(jié)合的LPS,也能激活NF-κB通路并可能上調(diào)環(huán)氧化酶-2等癌基因[7]。最近的一項關(guān)于健康人與食管癌患者的研究發(fā)現(xiàn),食管癌患者血清LPS水平顯著高于健康對照組,提示LPS通過激活TLR4/NF-κB信號通路誘導(dǎo)IL-6、TGF-β1分泌,促進上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化過程,影響食管癌患者細胞侵襲和遷移[8]。

1.3腸道菌群抑制腫瘤的進展 腸道菌群除了促進癌癥的發(fā)生,還具有抑制腫瘤的作用。不同的菌種對腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及治療作用有所差別,其對腫瘤的作用主要通過一些代謝產(chǎn)物來發(fā)揮作用。短鏈脂肪酸(SCFA)作為腸道菌群重要的代謝產(chǎn)物之一,與炎癥、腫瘤發(fā)展之間的關(guān)系密不可分。SCFA源自膳食纖維的微生物發(fā)酵,主要包含丁酸鹽、丙酸鹽和乙酸鹽,被認為是多種不同癌癥類型(尤其是結(jié)腸癌)的腫瘤抑制劑。SCFA能通過單羧酸轉(zhuǎn)運蛋白穿過血腦屏障,減輕神經(jīng)炎癥,從而重塑腫瘤微環(huán)境,增強對抗不同類型癌癥的能力,如胰腺癌、胃癌和結(jié)腸癌[9]。MOTOORI等[10]研究通過對接受經(jīng)胸食管切除術(shù)的55例食管癌患者進行研究,所有患者均在圍手術(shù)期服用益生菌,結(jié)果發(fā)現(xiàn),在有并發(fā)癥的患者中,乙酸和丙酸水平顯著低于沒有并發(fā)癥的患者,表明短鏈脂肪酸能夠降低食管癌患者術(shù)后感染并發(fā)癥發(fā)生率。此外,肌苷是另一種重要的微生物代謝物,可以直接抑制腫瘤細胞中泛素激活酶6來增強腫瘤免疫原性[11]。

腸道菌群可以通過代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生影響食管癌的發(fā)生及發(fā)展。除此之外,DENG等研究納入首次診斷為食管癌患者與性別和年齡相匹配的健康人,并通過16SrRNA基因測序?qū)颊呒S便進行分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)食管癌患者腸道菌群組成與健康人之間具有明顯的不同。與一般健康人相比,食管癌患者厚壁菌門和放線菌門豐度明顯增加,而擬桿菌門相對豐度明顯降低[12]。這項研究表明食管癌患者存在腸道菌群紊亂和炎癥受損。乳酸桿菌屬于厚壁菌門,是對人類有益的微生物,能夠產(chǎn)生乙酸鹽、抗菌物質(zhì)等。與之相反的是,厚壁菌門下也有許多與疾病相關(guān)的菌群,如葡萄球菌、鏈球菌等,這些致病菌與腦膜炎、猩紅熱等疾病的發(fā)生有關(guān)。擬桿菌門是一類主要產(chǎn)生乙酸、異戊酸和琥珀酸的厭氧桿菌,可以通過促進調(diào)節(jié)性T細胞的分化產(chǎn)生抗炎作用。因此,清晰的腸道菌群對腫瘤的作用機制不僅對于臨床食管癌患者的治療,而且對后續(xù)關(guān)于食管癌的進一步研究也非常重要。

2 腸道菌群對腫瘤免疫治療療效的影響

2.1免疫檢查點抑制劑(ICIs) 腫瘤的免疫治療目的是通過調(diào)節(jié)機體的免疫系統(tǒng)能力或刺激機體產(chǎn)生免疫系統(tǒng)反應(yīng),從而達到抑制或殺傷腫瘤細胞的作用。免疫治療在近些年一直是腫瘤領(lǐng)域的研究熱點,許多臨床研究均已表明免疫治療在一些晚期腫瘤患者的治療中可以取得較好的效果,甚至可以使部分患者完全緩解,為腫瘤患者帶來新希望。檢查點抑制劑是目前研究比較深入的一類免疫療法,目前主要包括細胞毒性T淋巴細胞抗原4(CTLA-4)、程序性死亡受體1(PD-1)及其配體(PD-L1)。近些年關(guān)于腸道菌群與免疫治療的研究主要是在ICIs中開展的。ICIs是目前廣泛用于癌癥治療的單克隆抗體,其通過結(jié)合并抑制CTLA-4或PD1及PD-L1,作用于與T細胞活化和耗竭相關(guān)的2個關(guān)鍵信號通路。CTLA-4是一種在調(diào)節(jié)T細胞反應(yīng)方面具有強大抑制作用的細胞內(nèi)蛋白質(zhì),還具有與T細胞激活中關(guān)鍵的共刺激分子CD28相同的配體CD80和CD86。在T細胞受體(TCR)參與并通過CD28發(fā)出共刺激信號后,CTLA-4會轉(zhuǎn)移到細胞表面。在細胞表面,CTLA-4與關(guān)鍵共刺激分子(CD80、CD86)的結(jié)合勝過CD28,并介導(dǎo)T細胞的抑制信號,導(dǎo)致增殖和激活均停滯,從而限制T細胞活化[13]。另外一條與T細胞耗竭相關(guān)的途徑涉及PD-1/PD-L1的結(jié)合。PD-1是一類重要的免疫抑制分子之一,PD-L1在包括腫瘤細胞和腫瘤浸潤性巨噬細胞在內(nèi)的多種細胞上表達,當PD-1/PD-L1結(jié)合時,會導(dǎo)致T細胞衰竭,充當抗腫瘤T細胞效應(yīng)功能的主要負調(diào)節(jié)劑[14]。

2.2腸道菌群與ICIs 隨著微生物組高通量測序技術(shù)的出現(xiàn),研究人員對腸道菌群的研究也愈發(fā)深入。近幾年的臨床前實驗及臨床研究均表明,腸道菌群會影響腫瘤患者對ICIs的反應(yīng)。2015年的2項研究揭示了胃腸道微生物群與ICIs在臨床前小鼠模型中功效的關(guān)聯(lián),表明CTLA-4和PD-1阻斷劑能抑制攜帶擬桿菌和雙歧桿菌小鼠體內(nèi)腫瘤生長,并指出經(jīng)過抗生素治療或無菌小鼠體內(nèi)腫瘤對于CTLA-4的阻斷沒有反應(yīng),而當研究人員用脆弱擬桿菌對無菌小鼠進行口服管飼后,能使無菌小鼠對CTLA-4抑制劑產(chǎn)生反應(yīng)。在小鼠腸道菌群中定植脆弱擬桿菌后,導(dǎo)致了淋巴結(jié)中T細胞輔助反應(yīng)增加,從而提高CTLA-4阻斷劑的療效[15-16]。這2項通過小鼠實驗的臨床前研究首次將腸道微生物群與ICIs反應(yīng)聯(lián)系起來。隨后在2017年,GOPALAKRISHNAN等[17]研究通過對正在進行抗PD-1免疫治療的112例黑色素瘤患者口腔及腸道微生物組進行分析時發(fā)現(xiàn),響應(yīng)組和非響應(yīng)組腸道菌群的多樣性及組成方面均存在明顯不同。在有反應(yīng)的患者中,α多樣性和瘤胃球菌科細菌的相對豐度更高,并且對腸道菌群多樣性與無進展生存期(PFS)的關(guān)系進行分析后發(fā)現(xiàn),與具有中度多樣性的患者相比,糞便微生物組中具有高度多樣性的患者PFS顯著延長。但是,比較口腔微生物組的多樣性時,并未發(fā)現(xiàn)PFS存在差異。除此之外,有研究人員對日本的17例晚期非小細胞肺癌(NSCLC)患者進行回顧性研究,通過16S核糖體RNA基因測序分析在ICIs治療期間從患者獲得的糞便樣本發(fā)現(xiàn),腸道菌群多樣性較高的患者對抗PD-1免疫治療的反應(yīng)更敏感,且與無反應(yīng)患者相比,對ICIs有反應(yīng)患者腸道微生物富含乳桿菌、梭狀芽孢桿菌及合成球菌;與有反應(yīng)患者相比,無反應(yīng)患者腸道微生物富含嗜膽菌屬、薩特氏菌屬、副桿菌屬[18]。腸道菌群與晚期NSCLC患者抗PD-1療法聯(lián)合化療的臨床療效密切相關(guān),且NSCLC患者與健康個體腸道微生物的Beta多樣性和代謝途徑存在顯著差異,其中雙歧桿菌、大腸桿菌和沙門氏菌在有臨床獲益反應(yīng)的患者中顯著富集[19]。無論是動物實驗還是臨床研究均證實了腸道菌群多樣性與腫瘤免疫治療的療效存在相關(guān)性。

3 食管癌的免疫治療

免疫治療的出現(xiàn)使腫瘤的治療發(fā)生了革命性改變,其中ICIs和過繼細胞移植治療(ACT)已經(jīng)獲得了持久的臨床反應(yīng)。尤其是在晚期食管癌的治療中,PD-1單抗的應(yīng)用為晚期食管癌患者帶來了很大希望。KEYNOTE-590研究是一項針對晚期食管癌患者的隨機雙盲國際Ⅲ期研究,該研究結(jié)果表明,在ESCC和PD-L1綜合陽性評分(CPS)≥10患者總生存率方面,pembrolizumab聯(lián)合化療組優(yōu)于安慰劑聯(lián)合化療組;在PFS方面,Pembrolizumab聯(lián)合化療組優(yōu)于安慰劑聯(lián)合化療組;與安慰劑加化療組相比,pembrolizumab聯(lián)合化療改善了先前未經(jīng)治療的晚期ESCC和PD-L1 CPS≥10的患者總生存率、PFS,并且在治療人群中具有可控的安全性[20]。近年來的1項名為Orient-15的新研究成果給我國晚期食管鱗癌患者帶來了新希望。該研究表明,與單純化療相比,sintilimab聯(lián)合順鉑加紫杉醇作為晚期或轉(zhuǎn)移性ESCC患者一線治療方式時,在總生存期和PFS方面顯示出明顯的臨床獲益,且安全性也可控[21]。關(guān)于ICIs治療ESCC的臨床試驗仍在進行中,現(xiàn)已有證據(jù)表明ICIs在ESCC治療領(lǐng)域具有較好的療效及相對可控的安全性。

目前已經(jīng)明確腸道菌群能影響一些免疫治療應(yīng)用較早腫瘤患者的治療效果,腸道微生物群在黑色素瘤、NSCLC、胃腸道癌中輔助PD-1/PD-L1抗體免疫治療方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用[17,22-23],但腸道菌群在接受PD-1抗體治療食管癌的患者中很少受到關(guān)注,尤其是新輔助免疫治療。近年來,有研究分析了ESCC患者在新輔助PD-1/PD-L1抗體免疫治療加化療后手術(shù)期間的腸道微生物組,研究終點為病理完全緩解(pCR)和主要病理緩解(MPR),分別在新輔助治療前、2個新輔助治療周期后和手術(shù)后收集糞便樣本,結(jié)果顯示,新輔助PD-1抗體免疫療法加化療和手術(shù)后腸道微生物組多樣性下降;與未達到pCR患者相比,獲得pCR的患者在治療前具有不同類型和比例的腸道菌群[24]。該研究還觀察了有或沒有≥3級不良事件(AE)患者之間的差異,指出腸道微生物組分類學(xué)特征是預(yù)測AE的潛在生物標志物,并表明了新輔助治療前腸道微生物組的特征有望成為預(yù)測治療效果的生物標志物[24]。腸道微生物群在接受PD-1抗體治療的食管癌患者中的作用機制尚不清楚,大部分數(shù)據(jù)來自其他類型腫瘤的臨床試驗。瘤內(nèi)具核梭菌(F.nucleatum)是一種存在于人類口腔和胃腸道中的厭氧革蘭陰性細菌,因其對人類癌癥的重要貢獻而備受關(guān)注。有研究發(fā)現(xiàn),F.nucleatum能促進ESCC進展和化療耐藥,靶向F.nucleatum可能是未來治療食管鱗癌的潛在策略[25],此外,高水平F.nucleatum可預(yù)測食管鱗癌患者在新輔助化療期間無復(fù)發(fā)生存率(RFS),且晚期ESCC患者F.nucleatum水平明顯更高。然而,具有高水平F.nucleatum的ESCC患者表現(xiàn)出更差的RFS,這表明即使在早期ESCC患者中,這類細菌也會促進侵襲性腫瘤行為并可能影響患者預(yù)后[26]。到目前為止,大多數(shù)工作都集中在黑色素瘤、NSCLC或結(jié)腸癌上,描述食管癌發(fā)生機制或腸道菌群治療調(diào)節(jié)的數(shù)據(jù)相對較少。也許是由于食管癌發(fā)生率相對較低,或在這種疾病中免疫療法的使用相對較新,因此腸道菌群對食管癌患者免疫治療影響的研究較少見,未來有必要對該領(lǐng)域進行更深一步的研究。

4 小結(jié)與展望

近年來,許多臨床研究支持腸道微生物群在癌癥免疫療法中發(fā)揮關(guān)鍵作用。盡管食管癌在治療方面取得了重大進展,但仍有相當一部分患者對這種方法不敏感,而腸道微生物群的可變性使其成為癌癥治療的一個希望。此外,腸道微生物在腫瘤進展中的機制仍然不夠清楚,如何調(diào)節(jié)腸道菌群來達到提高腫瘤免疫治療的效果,也是一大難題。因此,未來對腸道菌群的進一步了解,能夠為食管癌患者免疫治療帶來更多希望。