李东航 江文洋 汪 巍 耿 庆

武汉大学人民医院胸外科 湖北 武汉 430060

据全球癌症统计数据报道，消化系统恶性肿瘤发病率占据各系统肿瘤的首位，死亡病例数约占癌症总致死量的25%［1］。其病因众多且相互作用，通常被认为是由宿主遗传和环境因素引起，但有证据表明约20%的恶性肿瘤与人体微生物有关［2］。作为体内微生物菌群的巨大储存库，消化道微生物菌群在维持消化道黏膜屏障结构完整性、宿主营养与药物代谢、免疫调节及防御等方面发挥着独特的作用，影响着人体正常生理功能和疾病状态［3］。而存在于消化道黏膜部位的微生物菌群更是直接成为肿瘤微环境的一部分，此外瘤内的微生物还通过改变宿主细胞的增殖与死亡、抑制免疫系统功能、诱导产生炎性与癌症因子、改变宿主食物药物代谢等多种方式影响着肿瘤的生长和扩散［4］。最近的研究发现具核梭杆菌（Fusobacterium nucleatum,F. n）在多种消化道恶性肿瘤中被检测到，并与不良预后相关，更是作为一种加速结直肠癌进展和严重程度的“肿瘤细菌”而引起广泛关注［5，6］。在此，本文就F. n在消化系统恶性肿瘤的生长、发展、转移及治疗反应中的作用和可能机制进行综述。

1 具核梭杆菌概述

具核梭杆菌是拟杆菌科梭杆菌属的一种，呈棒状，末端为梭形，不活动，属革兰阴性无芽孢专性厌氧菌，可与宿主共生，常驻于口腔、阴道和胃肠道黏膜，可导致机会性感染，并与人体和高等哺乳动物的多种疾病相关［7］。自1992年Korr 首次将F. n定义为梭杆菌属以来，先后不少研究发现F. n对宿主细胞有很强的黏附性和侵袭性，并构成其毒力的重要组成部分。F. n表面存在FadA、Fap2、RadD 等多种黏附素，可以黏附于上皮细胞、内皮细胞、成纤维细胞、巨噬细胞、多形核白细胞、T 细胞、淋巴细胞等宿主细胞表面，也可黏附于唾液大分子和细胞外基质蛋白，F. n表达的外膜蛋白（outer membrane proteins,OMPs）也参与细菌共聚集和生物膜的形成，通过黏附定植宿主细胞后可诱发机体一系列免疫反应［8，9］。作为革兰阴性菌的一员，F.n同样可以分泌外膜囊泡（outer⁃membrane vesicles，OMVs），用于含有FadA、MORN2 和YadA 等毒力因子的传递［10］。此外，F. n通过黏附血管内皮细胞经血液传播至全身［11］。在代谢途径上，经蛋白组学分析证实，F. n通过氨基酸和葡萄糖酵解，引起局部丁酸聚集，并通过分泌细菌素等产物，抑制其他微生物的生长，从而形成优势菌群［12］。F.n具有基本的电子传输链，能够在肿瘤低氧微环境中持续缓慢复制，加之细菌共聚集和生物膜的形成，增强了其氧耐受性，有利于其在肿瘤厌氧微环境中的生存［13］。

2 具核梭杆菌与消化系统恶性肿瘤的关系

近年来，已有许多研究发现在消化系统恶性肿瘤患者中检测到F. n的存在，包括消化道和消化腺恶性肿瘤。尽管早期研究发现F.n主要定植于口腔黏膜，但整个消化道具有多种类似的黏膜结构，为F. n的迁徙定植提供了前提条件，同时肿瘤组织的厌氧微环境适于F. n的生长繁殖［14］。此外，肿瘤患者的淋巴组织中可检测到该菌，血液样本中可检测到该菌抗体，这表明F. n可通过淋巴和血液途径到达远处病变部位，并可能参与到肿瘤的远处转移［15］。本文通过以下两部分阐述F. n与消化系统恶性肿瘤的关系。

2.1 具核梭杆菌与消化道恶性肿瘤

2.1.1 具核梭杆菌与口腔鳞状细胞癌(oral squa⁃mous cell carcinoma, OSCC) 研究发现在牙周炎及OSCC 患者的唾液、牙菌斑、肿瘤黏膜中，与相应的正常样本相比，前者均检测到F.n的显著富集，且检出量与OSCC 的高发生率、高级别肿瘤分期及不良预后有关［16］。在健康的口腔环境内，F. n可在牙齿表面形成口腔生物膜，并与其他微生物形成共生。在某些致病因素下，F. n可直接激发宿主发生免疫反应，也可与其他病原体形成共聚桥，增加牙周炎易感性，而牙周炎可增加OSCC 的发生率［16］。具体而言，F. n通过促进炎症的发生和下调免疫应答，参与到OSCC 的发生发展。一方面，F.n可通过上调G 蛋白偶联受体和Toll 样受体（Toll⁃like recep⁃tors, TLR）促进炎性因子（包括TNF、IL⁃6 和IL⁃8）的分泌，而IL⁃6 已被证实为癌症预后不良标志物，在抗肿瘤细胞凋亡、促肿瘤血管生成和侵袭方面，IL⁃8 与其有着类似作用，二者共同推动着肿瘤的发生和进展［17］。另一方面，F. n促使骨髓源性细胞聚集，诱导产生IL⁃10 和ROS，经Th1 炎性反应自我限制途径介导T 细胞凋亡、抑制T 细胞增殖和免疫应答，及抑制树突状细胞（dendritic cells,DCs）的抗原提呈来降低机体的适应性免疫。除此之外，F. n可与牙龈卟啉单胞菌协同作用加重牙周局部炎性反应，抑制免疫防御，促进OSCC 的进展［18］。

2.1.2 具核梭杆菌与食管癌 尽管微生态在食管癌发生发展中的机制研究相对不多，但近年来，已有一些研究显示，F. n参与到食管癌的发生发展［19，20］。运用高通量16S rRNA 基因扩增子对86例食管黏膜组织测序，Elliott 等［19］发现，与正常食管黏膜组织相比，食管癌患者肿瘤黏膜组织中F. n明显富集，这与我们前期在电子胃镜下取样食管黏膜组织得出的结论一致。同样地，对于食管癌手术切除的癌组织黏膜，Yamamura 等［20］采用qRCR 法检测了325例，结果显示F. nDNA 含量明显高于正常食管黏膜，且F. nDNA 阳性与患者不良预后显著相关，这一作用是趋化因子CCL20 促进肿瘤侵袭所导致的，同时指出其可作为预后生物标志物［21］。在我国食管癌高发地区，Shao 等［22］对67例食管癌患者的肿瘤与非肿瘤黏膜组织匹配样本行16S rRNA 测序，结果发现癌组织中F. n的相对丰度与肿瘤分期呈正相关。不论是何种取样方式、样本类型、检测方法，均表明在食管癌黏膜组织中F.n的显著富集，其具体参与肿瘤发生发展的机制仍需深入探讨。

2.1.3 具核梭杆菌与胃癌(pancreatic carcinoma)幽门螺杆菌（Helicobacter pylori,H. p）已被公认为胃癌发生的主要病因之一，然而仍有约30%的H. p阴性的胃癌患者，对于这部分患者已不能用H. p感染加以解释，这表明其他微生物菌群可能也参与了胃癌的发生发展［23］。尽管在胃癌患者中F. n的检出率不高（约10%），但这部分患者仍不容忽视［24］。在一个胃癌高风险地区，Castano⁃Rodriguez 等［25］对胃癌患者和对照组正常人群的胃微生物群分别行16S rRNA 测序，结果发现在胃癌中F. n出现富集；Hsieh 等［26］进一步将其被认定为胃癌特征细菌，并提出联合梭状芽孢杆菌可作为胃癌诊断的生物标志物，其诊断敏感度高达100%，特异度约70%。在后续的研究中应重视F. n在胃癌发生发展中的作用，并进一步证实联合其他致病菌诊断并提示胃癌不良预后的可能性。

2.1.4 具核梭杆菌与结直肠癌(colorectal cancer，CRC) 鉴于结直肠长期暴露于肠道微生物的环境下，肠道微生物菌群失调与CRC 的发生发展密不可分，甚至是其病因之一。作为口腔及肠道的常见菌群，已有研究表明，CRC 患者的口腔与结肠直肠黏膜内有同源的F. n菌株［15］，并在整个大肠中均有分布［27］，其丰度与结直肠腺瘤⁃癌症步骤模型高度一致，表明F. n的高富集可作为直肠癌高风险的预测标志物［28］。F. n在CRC 组织中的富集已通过DNA测序、RNA 测序、16S rRNA、基因扩增子等全基因组测序及定量PCR 和荧光原位杂交的全面验证［7］。多项研究表明结直肠肿瘤中F.n的丰度显著高于正常对照样本［13，29］，有学者发现其含量与肿瘤的大小、临床分期、KRAS 突变相关［6，30，31］，并可促进结直肠癌 的 转 移［10，32，33］，同时与淋巴结转移呈正相关［14］。日本学者进一步发现，F. n丰度与CRC 患者较短的总 生存期亦相关［5，34，35］。同样地，在CRC 患者的粪便中富集的F. n也具有潜在的预测和诊断价值，这一发现有力地支持粪便微生物因子作为CRC 检测无创性生物标志物的可能性［28，36］，联合血清中抗F. n的IgA 或IgG 抗体也有助于诊断［33］。此外，F. n的富集还会影响CRC 的治疗反应，主要表现为增强化疗耐药。Zhang 等［37］的研究表明在根治性手术后予以标准5⁃FU 辅助化疗的晚期CRC 患者中，其高丰度的F.n与化疗耐药性相关；另有学者［38］发现F.n的高丰度改变了CRC 的化疗反应；Ramos 等[39]进一步指出根除F.n将可能改善化疗效果。一些研究还表明，F. n还与包含BRAF、KRAS、微卫星不稳定性（microsatellite instability，MSI）、CpG 岛甲基化表型（CpG island methylator phenotype，CIMP）等在内的结直肠体细胞突变和表观遗传异常有关［5，34］。

2.2 具核梭杆菌与消化腺恶性肿瘤的关系

2.2.1 具核梭杆菌与肝癌F. n在原发性肝癌的癌组织中检出率很低，Bullman 等［40］与Yamamura等［24］的两项测序研究中，在肝癌组织中均没有明显检测到F.n的存在。但在肥胖诱导的肝癌小鼠模型中，肠道微生物菌群中F.n明显富集，这一机制主要与胆汁酸、肠道菌群的失调有关，而F.n在其中也发挥了一定的作用［41］。

2.2.2 具核梭杆菌与胰腺癌 在胰腺癌组织中，F. n的检出率较低。Mitsuhashi 等［42］利用283例胰腺导管腺癌患者的数据库，分析出癌组织中梭杆菌检出率仅为8.8%，且肿瘤中的梭菌状态与临床分期和分子特征均无明显相关，但与胰腺癌预后不良独立相关，提示梭杆菌属可能是胰腺癌预后生物标志物。然而，Yamamura 等［24］在胰腺癌组织中没有检测到F. n。即便如此，但Alkharaan 等［41］发现，在血液和唾液样本中抗F. n抗体与胰腺囊性肿瘤（胰腺癌的癌前病变）显著相关，并表明口腔微生物的体液免疫程度可反映胰腺囊性肿瘤的严重程度。然而，在目前的研究中，尚无有明确的证据表明F.n在胰腺癌发生发展中起到确切作用，其具体机制仍需深入探讨。

3 具核梭杆菌在消化系统恶性肿瘤的可能致病机制

F.n在包含口腔鳞癌、食管癌、结直肠癌等消化道系统多种恶性肿瘤中均有检出，且不同程度地与其中一些恶性肿瘤的临床分期、诊断识别、治疗反应及不良预后相关。目前关于F.n对消化道恶性肿瘤的作用机制研究取得了一定进展，已有的文献表明，黏附分子、毒力蛋白、外膜囊泡、细菌代谢物等通过黏附侵袭、促炎反应、免疫抑制和免疫逃逸等方式塑造了有利于肿瘤生长、转移的微环境，从而参与到肿瘤发生发展过程。本文对F.n在消化系统恶性肿瘤发生中的潜在机制进行探讨和总结。

3.1 具核梭杆菌毒力因子与黏附定植F. n表面存在FadA、Fap2、RadD 等多种黏附素、与其分泌的外膜囊泡和蛋白一道构成其主要的毒力成分。Fap2 是一种半乳糖抑制黏附素，可参与细菌共聚集及黏附［43］。尽管F. n主要存在于口腔，但在胃肠道中检出其同源菌群并影响胃肠道肿瘤的发生，除了经口进入胃肠道，血源性迁移也是其迁徙到胃肠道肿瘤中定植的理想途径［15］。在分别予以APCMin/+小鼠口服、静脉内注射细菌F.n后，其在小鼠结直肠肿瘤组织中的定位表达增加，并促进小鼠结直肠肿瘤的进展［44］，后者是通过F.n的Fap2 结合肿瘤组织过表达特定的糖残基Gal⁃GalNAc，经血液循环富集于肿瘤组织［9］，此外，FadA 是F. n中高度保守的黏附蛋白和毒力致癌因子，可与血管内皮钙黏蛋白结合，使其在细胞中的分布位置发生改变，致内皮细胞间连接破坏，通透性增加，从而介导F.n的血管侵入与循环播散［11］。而F. n这一入血过程可能与牙周炎相关性牙龈出血或牙科手术导致的一过性菌血症有关。在口腔肿瘤中，F. n表达的外膜蛋白FomA，可在细菌共聚集和生物膜形成中发挥作用，有利于牙龈卟啉单胞菌等其他致病菌的共生，协同发挥促肿瘤作用。

3.2 具核梭杆菌促肿瘤炎性环境与肿瘤细胞增殖、转移F. n通过自身的表面蛋白黏附于宿主细胞，借助其自身的毒力因子，激活一系列炎性反应，为肿瘤细胞的增殖、转移提供适宜的微环境。一方面，FadA 与宿主细胞E⁃钙黏着蛋白结合，通过膜蛋白A1 的表达上调，激活β⁃catenin 信号通路，进而诱导NF⁃κB、Wnt7b 和癌基因Myc（C⁃Myc）和细胞周期蛋白D1（Cyclin D1）的表达［45］，其中，膜联蛋白A1是CRC 的关键生长刺激因子［46］。另一方面，F. n表面脂多糖可被Toll 样受体4（TLR4）所识别，通过TLR4/P⁃PAK1/β⁃catenin 途径激活β⁃catenin 信号通路，上调NF⁃κB、C⁃Myc 和Cyclin D1 的表达，NF⁃κB激活COX⁃2、IL⁃8、IL⁃6 和基质金属蛋白酶⁃3 和9（MMP3 和MMP9）等一系列促炎因子，形成局部持续的慢性炎性环境，并可通过IKK⁃β 依赖性激活通路抑制肠道上皮细胞的凋亡，而Myc、Cyclin D1 也可分别通过抗细胞凋亡、影响细胞周期来促进肿瘤细胞增殖，并影响总体生存和远处转移［47］。

同样具有革兰阴性菌的特性——分泌OMVs，F. n的OMVs 可传递毒性因子，在表面蛋白和黏附分子与宿主细胞结合后，OMVs 内的蛋白酶通过降解紧密连接蛋白β⁃catenin，促进细菌入侵后释放毒力因子，诱导炎症反应［48］。此外，F. n的OMVs 可诱导上皮⁃间质转化（epithelial to mesenchy⁃mal tran⁃sition，EMT），促进肿瘤的转移［35］。除了促进EMT外，Chen 等［32］发现通过特异性靶向CARD3，F. n可以诱导自噬流、自噬小体生成，刺激产生自噬相关蛋白（如p62、Beclin1、ATG5 和ATG7），进而激活自噬来促进结直肠癌的转移。

3.3 具核梭杆菌与免疫抑制F. n可通过抑制自然杀伤（natural killer cell，NK）细胞、细胞毒性T 淋巴细胞（cytotoxic T lymphocyte，CTL）对肿瘤细胞的杀伤作用介导免疫逃逸［8］。NK、CTL、T 辅助细胞（helper T cell，Th）等浸润性淋巴细胞可表达T 细胞免疫球蛋白和ITIM 结构域蛋白（TIGIT）受体，而F. n的Fap2 通过与TIGIT 相关作用并引发抑制性级联反应、下调TNF 的表达，进而抑制这些细胞的细胞毒性作用，保护F. n和邻近肿瘤细胞免于细胞杀伤［8］。Gur 等［49］研究发现F. n还可结合并激活人体NK 细胞表达的抑制性受体CEACAM1，调节T 细胞衰竭和抑制NK 细胞活性介导免疫逃逸。此外，F. n还能够诱导Jurkat T 细胞和外周血单核细胞的凋亡、介导增殖中的T 细胞停滞于细胞周期的G1期，以影响T 细胞的增殖，进而抑制T 细胞的杀伤效应［50］。髓源性抑制细胞（myeloid⁃derived sup⁃pressor cells，MDSCs），是DCs 细 胞、巨 噬 细 胞 和（或）粒细胞的前体，具有显著抑制免疫细胞应答的能力，已证实可抑制T 细胞的功能，在癌症中发挥着 免 疫 抑 制 作 用［51］。Toor 等［52］发 现 感 染F. n的CRC 患者，其肿瘤组织和外周血中MDSCs 显著增加，其表达高水平的一氧化氮合酶和精氨酸酶1 可抑制T 细胞而逃避免疫杀伤。MDSCs 还可与巨噬细胞发生作用，使其从肿瘤杀伤细胞转变为利于肿瘤生长细胞［53］。此外，在饲喂F. n的小鼠肠道内，CD103＋调节性DC 细胞显著增加，通过增强Foxp3+调节T 细胞的表达，减弱抗肿瘤免疫［13］。

F. n还可影响肿瘤局部免疫微环境，使肿瘤细胞更易生长。Kostic 等［13］发现饲喂F. n的小鼠体内肿瘤相关巨噬细胞（tumor⁃associated macrophages，TAMs）数量显著增加，引起CD4+T 细胞抑制，TAMs 还可通过产生表皮生长和促血管生存的介质等，介导血管生长，为肿瘤细胞提供营养［54］。此外，缺氧条件下，缺氧诱导因子⁃1（hypoxia inducible factor⁃1，HIF⁃1）可增加血管生成因子的表达，包括血管内皮生长因子（vascular endothelial growth fac⁃tor，VEGF）及其受体（VEGFR）［55］，据此，Mendes等［56］发现感染了F. n的上皮细胞可通过VEGF1 和VEGF2 增加血管生成。此外，F. n可引起骨髓间充质干细胞的表达，而后者可减少T 细胞向肿瘤的浸润，并上调MMP9，从而促进血管生成，同时还可继续保持干细胞特性［57］。

3.4 具核梭杆菌相关性microRNA 和代谢物F. n相关性微小核糖核酸（miRNAs）通过诱发炎性环境、促进肿瘤增殖和远处转移、调节宿主细胞对病原体反应等方式，在胃肠道恶性肿瘤进程中发挥了一定作用，且血清中特异性高microRNA 水平具有作为不良预后和预测肿瘤转移生物标志物的可能［31，58，59］。已有研究表明，miR⁃21 可以促进肠道慢性炎症和结肠炎相关性结直肠癌的发生，并被认为是细菌的直接靶标［47，59］。Yang 等［47］进一步研究发现，F. n可激活结直肠癌细胞中TLR4/MYD88/NFκB 信号通路，上调miR⁃21 的表达，进而下调其靶标RASA1，抑制RASA1 与RAS 癌蛋白结合并使其失活这一效应，进而促进肿瘤的发生。通过mi⁃croRNA 相互作用网络，Proença 等［60］发现通过F. n的TLR⁃2/TLR⁃4 依赖性反应，结直肠癌患者中miR⁃34a 表达上调，通过作用于NFκB 激活IL⁃1β、IL⁃6、IL⁃8 等炎性因子，加重肿瘤局部炎性反应。Guo等［10］发现在感染F. n的结直肠癌患者中，肿瘤细胞来源的外泌体通过选择性携带miR⁃1246/92b⁃3p/27a⁃3p 和CXCL16/RhoA/IL⁃8，从感染F. n的细胞转移到非感染细胞中，以增加肿瘤细胞的迁移能力并促进肿瘤转移，临床样本证实血液循环中外泌体携带的miR⁃1246/92b⁃3p/27a⁃3p 和CXCL16 水平与结直肠癌患者的F.n丰度和肿瘤分期密切相关。在巨噬细胞炎症反应期间，microRNA⁃21 可被F. n诱导，通过增加IL⁃10 和前列腺素E2的水平，降低DC细胞的抗原呈递能力和T 细胞增殖以抑制抗肿瘤T细胞介导的适应性免疫［58］。有研究［36］发现microR⁃NA⁃21 与CRC 中的F. n的丰度呈正相关，通过抑制p38 基因的表达，减少DC 细胞的产生，抑制其在TLR 介导的微生物识别，从而有利于F. n等致病菌的增殖。此外，部分microRNA 也促进了肠道肿瘤的化疗耐药和复发风险，F. n通过靶向TLR4/MYD88 先天性免疫信号传导和特定的microRNA，激活自噬途径，从而影响化学治疗反应［37］。

F.n利用肿瘤微环境中的肽和氨基酸作为营养来源，其氨基酸代谢产物主要为短链脂肪酸（SCFA）和甲酰基⁃甲硫酰基⁃亮氨酰⁃苯丙氨酸，二者是髓样细胞的趋化剂，可诱导髓样细胞的聚集。同时F.n的特异性电子传递链可使其能够在低氧条件的肿瘤微环境中逐渐复制，维持其富集状态，进而通过促进肿瘤细胞增殖、血管生长或免疫细胞浸润，使肿瘤微环境随着时间的推移变得更易容瘤［13］。

4 展望

越来越多的学者认识到，人体微生物菌群与恶性肿瘤有着广泛而复杂的联系，尤其是具核梭杆菌，与人体共生还是对人体致病取决于微生态的平衡状况。尽管在消化系统不同部位的恶性肿瘤中检出率存在差异，但F. n仍通过多种机制不同程度地参与到恶性肿瘤的发生发展。后续的研究方向包括：利用多组学和生物信息分析深入探讨F. n与宿主的相互作用，包括基因、RNA、蛋白等水平的交互；继续揭示F. n在不同部位、不同时期、不同类型的消化系统恶性肿瘤中的潜在机制；探讨F. n的特性用以恶性肿瘤的早期预测、诊断识别、预后判断等；有望开发出微生态制剂、益生菌移植、菌群疫苗等靶向微生态疗法维持机体的菌群稳态，制定出菌群相关恶性肿瘤的精准化防治策略。