综述 Seminars in Cancer Bio

　　肠道微生物组通过破坏微环境的稳态和改变免疫反应以及肠道细菌的生物膜和有毒代谢物，在CRC的发展中起着至关重要的作用。

　　结直肠癌(CRC)是世界上最常见的癌症，近年来发病率呈上升趋势。结直肠癌的发生被认为与多种因素有关。流行病学资料表明，结直肠癌的发病主要受环境因素、饮食习惯、体力活动和遗传因素的影响。肠道菌群作为一种新发现的功能成分，在预防CRC的形成和维持肠道免疫方面发挥着重要作用。

　　肠道中含有大量的共生菌，被称为最大的共生体。这些细菌包含大约800个物种和7000多个菌株；这个庞大的数字(大约100兆，总重量1−2 kg)使得肠道菌群成为不可忽视的免疫有机体。肠道菌群具有高度的多样性、稳定性、抵抗力和韧性，而肠道菌群的紊乱则与共生和多样性的丧失有关。

　　大多数肠道微生物倾向于发酵碳水化合物，而碳水化合物发酵细菌在近端肠道区域形成主要群体。这些微生物沿密度梯度分布在消化道中，其中结肠的密度最大。由于远端结肠中严格意义上的厌氧菌增多，远端结肠中的细菌密度是近端的100倍。

　　肠道中存在的正常菌群是拟杆菌(Bacteroides)、乳杆菌(Lactobacillus)、大肠杆菌(Escherichia coli)和肠球菌(Enterococcus)。肠道微生物中，拟杆菌和犁头霉(Absidia)的丰度最高，占微生物总数的90%以上。肠道和宿主是一种共生关系，互惠互利。肠道向宿主提供养分流动，而细菌参与食物加工并支持肠道。

　　肠道菌群促进免疫系统的成熟，维持天然屏障的完整性。在健康的个体中，结直肠上皮的结构和免疫功能在肠道菌群和宿主之间保持着有益的关系。研究表明，短链脂肪酸(SCFAs)是肠道菌群消化长链植物纤维的产物，是肠道上皮细胞的重要营养物质，促进其分化和生长，维持肠道上皮屏障的完整性，防止肠道内毒素进入血液，引起代谢性内毒素血症。

　　肠道的变化影响免疫系统的功能，免疫系统参与调节肠道菌群的位置和组成。宿主免疫系统受到肠道菌群的影响，肠道免疫系统控制肠道微生物的组成。驻留的微生物提供促进正常免疫系统发育和调节后续免疫反应的信号。

　　肠道菌群丰度和肠道微生态结构的改变会导致肠道菌群失衡。一旦肠道菌群失衡，肠道益生菌种类如双歧杆菌(Bifidobacterium)、乳杆菌和拟杆菌减少，而致病菌数量增加，如产生肠毒素的拟杆菌、大肠杆菌和艰难梭菌(Clostridium difficile)。病原菌分泌多种毒性因子，破坏肠上皮细胞，引发慢性炎症反应，发展为结直肠癌。

　　肠道细菌疾病与人类疾病密切相关，包括肠道疾病和恶性肿瘤。肠道菌群通过天然免疫促进粘膜和系统免疫系统的成熟和调节。例如，粘膜中的某些类型的细胞(肠细胞、多核细胞、肥大细胞、巨噬细胞)表达模式识别受体(PRRs)，T细胞和B细胞表面表达高度特异性的受体。这些细胞的招募和激活高度依赖于菌群的信号，并受到严格的调控。研究表明，肠道菌群通过肠道粘膜M细胞激活粘膜巨噬细胞，触发先天免疫反应，产生边际效应，从而促进大肠癌的发生发展。此外，在高水平的氧化应激(如超氧化物和一氧化氮诱导的应激)下的慢性炎症导致屏障上皮细胞的死亡依赖性丧失，这可能导致屏障功能障碍的加重和免疫过度循环。获得性免疫反应包括体液反应，在体液反应中，可溶性肿瘤抗原被特定的B细胞识别，这些B细胞在CD4Th细胞的帮助下成熟，并产生肿瘤抗原特异性抗体。辅助性T细胞(Th)、调节性T细胞(Treg)和B细胞分泌免疫球蛋白A(IgA)通过适应性免疫反应参与肿瘤的发生。涉及肠道肿瘤相关菌群致癌的发病机制如下表1所示。肠道肿瘤相关菌群引起结直肠癌的途径如图1所示。

　　与具核梭杆菌相关的CRC具有高微卫星不稳定性(MSI-H)和高CpG岛甲基化表型(CIMP)。具核梭杆菌可通过增强肿瘤免疫逃避、抑制自然杀伤或T细胞抗肿瘤防御以及调节E-钙粘蛋白/β-连环蛋白来支持CRC的发展和转移。具核梭杆菌在其表面表达超抗原因子，并与钙粘蛋白结合以激活CRC细胞中的亚型信号通路并促进结直肠癌生长。具核梭杆菌及其组分使得肿瘤浸润性骨髓细胞上的TLR参与并激活MyD88介导的炎性细胞因子的产生，尤其是IL-23的产生。反过来，IL-23通过诱导IL-17A、IL-6和IL-22的产生促进CRC的发展。

　　大肠杆菌通过增加bcl-2和bcl-xl的表达，增加IL-17c的表达，抑制结肠细胞凋亡，从而增加肿瘤负荷。在早期的单克隆IL-10/小鼠实验中，宿主炎症被证明对大肠杆菌的促癌活性是必不可少的。研究还显示，大肠杆菌与可能促进肿瘤生长的促炎浸润相关联。疾病表型与大肠杆菌基因目录的变化有关，例如致癌聚酮合酶(PKS)岛的存在。体外培养的哺乳动物上皮细胞暴露于PKS阳性大肠杆菌后，出现短暂的DNA损伤、DNA修复损伤和基因突变频率增加的现象。虽然其病理机制尚不清楚，但异种移植和炎症相关肿瘤模型的数据显示，表达编码基因毒素(如colibactin)的PKS毒力岛的大肠杆菌可以促进肿瘤生长。

　　裂解。除了直接破坏上皮屏障外，ETBF还能增加Th17细胞的活性。Toll样受体的激活可以穿透上皮屏障，增加IL-6和TNF-α的产生，进一步激活STAT3和NF-kB，抑制抗肿瘤免疫，促进肿瘤的发生。调节性T细胞(Tregs)抑制炎症反应，通常抑制肠道内新生的炎症。然而，在ETBF诱导的致癌过程中，Treg细胞的作用是促进癌症。Treg细胞抑制ETBF诱导的结肠炎，但通过限制IL-2在肿瘤环境中的可获得性，促进Th17细胞的增殖和肿瘤IL-17的过表达。从脆弱拟杆菌中提纯的拟杆菌素可上调结肠上皮细胞精胺氧化酶(SMO)的表达。这种上调导致SMO依赖的活性氧(ROS)增加，从而促进上皮细胞分泌促炎细胞因子；它还导致DNA损伤。研究表明，肠道细菌以外膜小泡(OMVs)的形式释放免疫调节成分。例如，当脆弱拟杆菌的OMVs被肠道树突状细胞(DCs)吞噬时，它们可以诱导DCs分泌IL-10细胞因子，并将其转化为调节性DCs。体细胞免疫细胞能调节接触后的炎症反应，这可以解释脆弱芽孢杆菌(

　　粪肠球菌激活(或极化)巨噬细胞，产生旁观者效应。当未转化的原生上皮细胞暴露在粪肠球菌极化的巨噬细胞中时，细胞会产生染色体不稳定性(CIN)，然后转化为癌细胞。

　　肿瘤微环境由巨噬细胞、中性粒细胞、肥大细胞、髓系抑制细胞、树突状细胞、自然杀伤细胞、适应性免疫细胞(T和B淋巴细胞)、癌细胞及其周围间质(成纤维细胞、内皮细胞、周细胞和间充质细胞)组成。这些细胞通过产生自分泌、旁分泌和内分泌介质进行通讯，从而控制肿瘤的生长。

　　慢染是导致慢性炎症和癌症的主要环境因素。当脂肪组织处于增生和肥大状态时，各种促炎免疫细胞过载，包括经典激活的巨噬细胞、自然杀伤细胞(NK细胞)、肥大细胞、中性粒细胞、树突状细胞(DC)、B细胞、CTLs和辅助性Th1细胞。这些细胞释放促炎因子，如干扰素-γ(IFN-γ)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、白细胞介素-1β(IL-1β)和白细胞介素-6(IL-6)，导致局部和全身炎症和胰岛素抵抗增加，它们是促进肿瘤进展的强有力因素。

　　快速生长的实体肿瘤核心区的坏死诱导促炎介质的释放，如白细胞介素-1(IL-1)和高迁移率族蛋白1(HMGB1)，进而导致血管生成因子的释放。这些因素直接通过增加肿瘤组织的氧气供应和营养，间接地通过招募促炎细胞和促进细胞因子的释放来促进肿瘤的存活率。

　　肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)被广泛认为受肿瘤环境的调节，在促进肿瘤功能方面起着重要作用。转化生长因子-β(TGF-β)和白细胞介素-10(IL-10)等因子可以调节单核细胞，使其极化为M2巨噬细胞，从而促进肿瘤细胞增殖、侵袭和转移、血管生成、基质沉积和重塑。

　　高水平的IL-1、IL-6、IL-10和TNF-α通过三个步骤启动肿瘤进展：(I)活化B细胞的核因子κ轻链增强剂(NF-κB)、Wnt信号和丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)途径；(II)抑制凋亡；(III)增加氧化应激。β-catenin复合体、腺瘤肉病基因(APC;一种抑癌基因，最初是在结肠腺瘤样息肉病人中发现的，并以此命名)、糖原合成酶激酶3β(Gsk3β)和轴蛋白(Axin)引起上皮细胞Wnt通路的异常，从而激活编码c-myc和细胞周期蛋白D1的原癌基因。

　　越来越多的证据表明，结肠菌群调节宿主的炎症并影响结肠肿瘤的发生。研究表明，山羊饲喂大黄后，紧密连接蛋白claudin-1水平和梭状芽孢杆菌(Clostridium)、乳酸菌(等共生菌数量增加，葡萄球菌数量和促炎因子IL-1水平下降。这些结果表明，增加共生菌的数量可以增强肠道屏障和宿主的免疫防御能力。

　　髓系分化因子88(MyD88)是一种调节天然免疫和对病毒和细菌感染的免疫反应的蛋白质。TLR和 IL-1R识别微生物或内源性配体，招募MyD88激活MyD88依赖的信号通路。MyD88蛋白在TLR/IL-1R炎症和RAS信号通路之间起桥梁作用。MyD88/TLR/IL-1R信号通路激活导致RAS/ERK激活并促进肿瘤细胞增殖。

　　一些报道表明，炎症诱导的癌变涉及多个分子变化，包括抑癌基因的失活、癌基因的突变、杂合子和染色体的丢失以及微卫星不稳定性(MSI)。慢性炎症通过诱导结肠上皮细胞突变和异常DNA甲基化导致结肠癌的发展。在炎症性肠病的发展过程中，DNA甲基化是受cpG岛甲基化表型影响的肿瘤亚群中的一个关键因素，这是一种以表观遗传不稳定性的形式出现的途径。在这种情况下，炎症性肠病相关肿瘤的一个重要方面是DNA错配修复缺陷，表现为MSI和错配修复基因MLH1的启动子高甲基化。然而，结肠菌群对异常DNA甲基化的影响仍不清楚。此外，微生物失调可导致免疫反应失调和炎症增加，导致PIK3CA突变，从而可能加速直肠癌的发展和/或生长。

　　肠道菌群被认为通过其代谢活动和对免疫细胞功能的深刻影响而对癌症易感性产生影响。越来越多的证据表明，正常肠道菌群的失衡可以通过产生致癌的次生代谢物而促进炎症状态，从而导致肿瘤的发生。细菌毒素和致癌代谢物的分泌增加，有益代谢物的分泌减少，损害了肠道屏障功能，导致免疫失调和进一步的细胞增殖，这可能导致结直肠癌。表2总结了代谢物和CRC之间的相关性。研究表明，拟杆菌、双歧杆菌、梭状芽胞杆菌和乳杆菌的发酵产物SCFAs，包括乙酸、丙酸盐和丁酸盐，它们通过改变基因表达和转录参与CRC的形成。其中，丁酸与其受体结合，通过信号传递促进巨噬细胞和树突状细胞的抗炎活性，进而触发Tregs和T细胞的分化，促进抗炎细胞因子IL-10的表达。它还能增强结肠的保护屏障，减少氧化应激。此外，产生硫化物的细菌会产生H2S，从而损害肠壁的屏障功能，从而导致炎症和肿瘤的发生。Grivennikov等人使用CRC小鼠模型，发现肿瘤部位屏障功能受损有助于细菌产物的渗透，导致致瘤细胞因子IL-23和IL-17的激活。临床研究表明，CRC患者的结肠腔内胆汁酸含量较高。由梭状芽胞杆菌产生的酶催化的微生物次级胆汁酸(包括石胆酸(LCA)和脱氧胆酸(DCA))的增加可能导致ROS产生增加和DNA损伤。这些变化会导致K-ras突变、非整数倍数、微核等异常，而Wnt信号通路的激活是促癌机制。日本一项队列研究的代谢组分析显示，多发肉状腺瘤（CRC的前体）患者粪便中DCA浓度较高，支持DCA可能参与早期癌变的建议。色氨酸(Trp)是哺乳动物必需的营养物质，其内源性代谢产物参与肠道免疫稳态和多种免疫性疾病的发生发展。蛋白质发酵的产物之一氨也是一种致癌物质，但它在内的浓度很低。在大鼠实验中，氨已被证明可以增加粘膜损伤和结肠腺瘤的数量。因。