人体肺部与肠道细菌在肺癌诊治中的研究进展
摘要
微生物群是由栖息在人体口腔、肺、肠道等部位的细菌、病毒和真菌等组成的一个复杂生态系统，在人体健康和疾病中发挥了重要作用。其中研究最多的是细菌，细菌菌群失调与包括恶性肿瘤在内的多种疾病的发生、发展和宿主免疫系统的调节相关。肺癌是发病率和死亡率增长最快、对人类健康和生命威胁最大的恶性肿瘤之一，肠道和肺部细菌菌群可能在肺癌的诊断及治疗中发挥了作用。本综述简要介绍目前细菌菌群与肺癌诊治关系的研究现状。
人类微生物群是一个由细菌、病毒和真菌等组成的复杂生态系统，正常状态下与宿主互利共生，在人体消化吸收、免疫应答等生命活动中发挥了重要作用。近年来，随着高通量二代测序技术（next-generation sequencing，NGS）的发展，人们对微生物群的全基因谱进行研究，发现了微生物群失调或某些微生物病原体可通过炎症、新陈代谢和细胞信号等多种途径参与人体肿瘤的发生、发展和治疗反应，其中研究最多的是细菌[1]。
人类肠道有1 000多种细菌，越来越多的研究结果显示，肠道细菌菌群在肺癌的诊断及治疗中发挥着作用。此外，人体肺部存在常驻的细菌菌群，其&α;多样性下降等变化及菌群失调也会对肺癌在内的肺部疾病的诊治产生影响[2,3]。现将细菌菌群在肺癌诊治方面的研究进展综述如下。
一. 细菌菌群在肺癌诊断中的价值
1．肺部细菌菌群：
BALF、痰液和肺组织中存在一个以细菌为主的低密度、多样化的微生物生态系统[4,5]，越来越多的证据表明肺部细菌菌群和肺癌的发生、发展相关。
流行病学研究结果显示MTB感染与肺癌有关[6]，原因可能与MTB感染促进肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）及Toll样受体2（Toll-like receptor 2，TLR2）等炎症因子产生并诱导炎症癌变有关；另外，MTB可促进细胞外基质的合成，参与肺癌的发生、发展[7,8]。一项荟萃分析结果显示MTB感染最初5年肺癌风险最高（RR=11.14），感染后20年患肺癌的风险仍在增加（RR=1.99）[9]，该结论在Christopoulos等[10]的系统综述中也得到证实。MTB感染与肺鳞状细胞癌[11,12]和腺癌[9]的发生密切相关。
越来越多的研究结果显示肺部菌群变化与肺癌的发展相关。Hosgood等[13]发现肺癌患者口腔中颗粒链菌属和贫养菌属的含量比对照组高（P<0.05）。Yan等[14]提出肺癌患者唾液中二氧化碳噬纤维菌属、月形单胞菌属及韦荣球菌属等的丰度显著增加，联合检测二氧化碳噬纤维菌属和韦荣球菌属用于筛查肺癌的敏感度为78.6%，特异度为80%。Cameron等[15]发现肺癌患者的痰标本中颗粒链菌属的含量较高，而大肠杆菌及梭形杆菌属的含量较低。此外，Lee等[16]提出BALF中巨球形菌属和韦荣球菌属的联合检测可作为肺癌筛查的潜在标志物（P=0.002）。Yu等[17]提出肺部菌群与口、鼻腔等处菌群存在区别，肺部菌落以变形菌门为主，作者发现肺癌组织中细菌菌群&α;多样性降低，栖热菌属在晚期肺癌患者中的含量更高，军团菌属在发生转移的患者中的含量更丰富。另一研究结果显示菌群&α;多样性从健康对照组到非肿瘤部位再到癌灶部位呈逐步下降趋势；链球菌属在肺癌组较多，而对照组葡萄球菌属丰度较高[18]。此外，Laroumagne等[19]发现流感嗜血杆菌等革兰阴性菌在肺癌患者支气管检查标本中较多，均提示肺部菌群的改变与肺癌的发生、发展相关。
2．肠道细菌菌群：
Zhang等[20]发现肺癌患者肠道中拟杆菌属、韦荣球菌属等菌属含量丰富，而埃希菌属的含量较低（P<0.05），并提出某些菌群和血液炎性指标有相关性。另有研究指出肺癌患者肠道菌群的含量和菌种的多样性较低，粪球菌属和双歧杆菌属等益生菌含量明显减少[21]。最近一项研究结果显示，13种基于操作分类单位的生物标志物的预测模型在肺癌诊断中的准确性较高（P<0.05），并发现肺癌组瘤胃球菌属含量较高，而双歧杆菌属数量明显减少，表明肺癌的发生和发展可能与肠道中某些病原微生物的增加和益生菌的减少有关[22]。因大多数研究的样本量有限，且均为横断面研究，而缺少纵向比较，需要进一步研究肺癌的菌群标志物。
二. 细菌菌群在肺癌治疗中的作用
1．化学治疗：
化学治疗是肺癌患者重要的治疗手段之一。研究结果显示肠道菌群介导的化疗药物的生物转化方式主要以还原和水解为主，其他包括氧化物裂解、蛋白质水解或脱硝、去缀合、胺形成和（或）水解等[23,24]。目前只有放射增敏剂咪唑的硝基还原、甲氨蝶呤抗代谢物的水解和拓扑异构酶Ⅰ抑制剂伊立替康的肝脏解偶联显示受到肠道菌群的影响[25]，其他化疗药物的代谢与菌群关系尚不明确。一项肠道菌群-宿主相互作用的综述提出菌群调节化疗药物功效和毒性的"异位（translocation）、免疫调节（immunomodulation）、新陈代谢（metabolism）、酶促降解（enzymatic degradation）、多样性减少（reduced diversity）"，即"TIMER"原则[26]，但仍有很多机制尚不明确。铂类是肺癌患者常用的化疗药物，Gui等[27]发现万古霉素等抗生素可以减弱顺铂的抗肿瘤作用，原因可能是抗生素影响了正常肠道菌群诱导CD8+T细胞产生&γ;-干扰素（interferon-&γ;，IFN-&γ;）等，进而削弱了铂类的抗肿瘤作用。此外，化疗药物也会影响肠道菌群的构成，陈晓慧等[28]发现非小细胞肺癌患者铂类化疗后双歧杆菌属等益生菌数量减少，肺炎克雷伯菌等条件致病菌增加，这可能也与化疗后期出现的耐药相关。Heshiki等[29]发现肠道中富含椭圆形拟杆菌和解木聚糖拟杆菌的肺癌患者对单纯化疗或联合化疗反应较好。但目前仍缺少预测肺癌化疗疗效的菌群标志物，需要进一步进行动物实验及大规模的临床研究证实。
2．免疫治疗：
程序性细胞死亡蛋白-1（programmed death-1，PD-1）及其配体（programmed death-ligand1，PD-L1）和细胞毒T淋巴细胞相关抗原4（cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4，CTLA-4）检查点抑制剂等的免疫疗法给肺癌患者的治疗带来了革命性变化[30,31]。越来越多的研究结果显示肠道菌群在肺癌免疫治疗中发挥作用。早期观察到菌群和免疫疗效相关是因为发现在无菌条件或接受广谱抗生素治疗的实体瘤小鼠免疫治疗的疗效较差[32]。Vétizou等[33]发现在无菌或抗生素治疗的小鼠中，抗CTLA-4抗体疗效明显减弱，而通过灌胃补充脆弱拟杆菌等后可以增强其抗肿瘤效果。Jin等[34]分析了CheckMate078和CheckMate087研究中非小细胞肺癌患者肠道菌群的构成，结果显示PD-1抑制剂有效的肺癌患者基线菌群&α;多样性较高（P<0.05）；且&α;多样性较高的患者无进展生存期（progression free survival，PFS）显著延长（209和52 d，P=0.005）；此外，对免疫治疗有效的肺癌患者肠道中长双歧杆菌等菌群丰富，而无应答患者中瘤胃球菌属等菌群较富集。Routy等[35]发现菌群多样性丰富的患者对PD-L1治疗敏感，经抗生素治疗后的肠道菌群破坏是免疫治疗的负相关因素，接受抗生素治疗的非小细胞肺癌患者的总生存期（overall survival，OS）明显缩短（8.3和15.3个月，P=0.001）；进一步研究发现艾克曼菌属的相对丰度与免疫治疗疗效呈正相关，可能与其促进CCR9+、CXCR3+、CD4+T淋巴细胞的募集，进而增强免疫应答有关。另有研究结果显示，肠道乳酸杆菌属和梭菌属含量较高的肺癌患者免疫治疗获益时间较长，显示了细菌菌群与肺癌免疫治疗疗效的相关性[36]。
三. 未来方向
抗生素可导致菌群失调，对免疫治疗疗效产生负面影响。Derosa等[37]发现PD-L1抑制剂治疗前或同时使用抗生素的肺癌患者的OS（7.9和24.6个月，P<0.01）和PFS（1.9和3.8个月，P=0.03）明显缩短。Schett等[38]发现PD-1或PD-L1治疗前2个月内接受过抗生素与未接受过抗生素的患者相比，OS（1.8和15.4个月，P<0.01）及PFS（1.4和5.5个月，P<0.01）均明显缩短。Hakozaki等[39]的研究结果也支持抗生素可以影响肺癌免疫治疗疗效的结论。此外，Rossi等[40]指出抗生素、类固醇激素和质子泵抑制剂等均会对免疫检查点抑制剂起不同程度的负向作用，但Kaderbhai等[41]却认为接受抗生素的肺癌患者疾病的缓解率（26.7%，22%）更高，但该研究样本量较小。另外，这些研究中抗生素的使用时间和适应证不同，所以抗生素在不同时间应用产生的效果需要进一步探讨。还应注意其他药物如类固醇激素或抑酸剂等对患者的生存也有很大影响[39]。因此，抗生素或类固醇激素等药物对免疫治疗疗效的影响需要进一步分析。
调节肠道菌群可提高免疫疗效，菌群调节制剂或菌群移植在免疫治疗中的作用值得深入探讨。Tanoue等[42]提取的11种菌株可以在小鼠肠道中诱导产生IFN-&γ;的CD8+T细胞募集，增强有效的免疫应答和抗肿瘤作用。从理论上讲，菌群调节制剂或菌群移植可增强人类的抗肿瘤作用，益生菌或粪便移植技术的临床研究也正在进行中。但因菌群调节制剂可能存在不良反应，并可增加免疫相关不良事件的发生[43,44]，因此，在临床中应重视菌群调节制剂或菌群移植的安全性，在增强抗肿瘤疗效的同时尽可能预防及减少不良事件的发生。
四. 小结
菌群失调与肺癌的发生和发展及疗效相关，但因人种、地理环境、季节、饮食等均会对菌群的种类及数量造成影响，所以如何去除干扰因素而对菌群进行更深入的研究，如何明确肺癌诊断及治疗疗效的菌群特异性标志物并将其应用于肺癌诊治中，如何通过调节菌群来增强肺癌患者的抗肿瘤疗效，如何指导接受免疫治疗患者的抗生素用药，这些均是当前面临的挑战和需要解决的问题。因此，未来需要进一步研究细菌菌群与肺癌诊治的相关性，了解其发挥作用的机制，并尝试将菌群与肺癌的诊断和治疗手段相结合，使肺癌患者的筛查诊断更为简单便捷，临床疗效监测更为方便及多样化。
