肠道微生态系统在肠癌防治中的研究进展

【收稿日期】2006205224【基金项目】国家科技部863计划项目(2003AA2Z3C50)【作者简介】付四海(19772),男,医学硕士,从事微生态学研究文章编号:10052376X (2007)0120102203【综 述】肠道微生态系统在肠癌防治中的研究进展付四海1,李雄彪2,崔云龙1(1.青岛东海药业有限公司,山东青岛　266400;2.青岛市微生态工程技术研究中心,山东青岛　266400)【关键词】　微生物;肠癌;防治【中图分类号】R735.3 【文献标识码】A 肠癌严重地威胁着人类的健康,近20年来我国肠癌的发病率明显升高,特别在一些大城市,肠癌已成为第2位的癌症。

自1990年MAREE L 等把微生态学概念引入肿瘤的研究中,提出肿瘤—宿主生态系统(tu mor 2host ecosyste m )的概念。

研究证实,肠黏膜细胞长期与肠道菌群直接接触,肠癌所在区域的微生态系统即宿主环境(host envir onment )、菌群环境对细胞共同体(cell community )肠黏膜上皮细胞的生理功能有着重要影响,与肠癌的形成及发展密切相关[1,2]。

1　肠道微生态系统的概念肠道原籍菌、外籍菌和其上皮细胞等生物成分与食源性非生物成分(未被消化的食物)以及来自胃、肠、胰、肝脏的分泌物(如激素、酶、黏液、胆盐等)共同构成了肠道微生态系统。

任何一个环节异常,都可引起微生态平衡的失调,导致腹泻和食欲不振等临床症状。

微生态失调包括菌群比例失调和定位转移(易位)两大类。

菌群失调即菌群比例失调,是指肠道原籍菌发生定性或定量的改变,益生菌细菌总数减少,出现益生菌与致病菌比例明显改变。

定位转移亦称易位,定位转移分为横向转移和纵向转移。

横向转移是由原定位向周围转移,如下消化道菌向上消化道转移,结肠菌向小肠转移,引起小肠污染综合征;纵向转移是指细菌由原位向肠黏膜深层乃至全身转移[3]。

2　肠道微生态失调与肠癌肠道中的正常菌群以厌氧菌组成为主,正常时与机体处于相对的平衡状态,当外界环境因素、饮食等发生改变,肠道微生态平衡就可能被打破。

大规模流行病学调查发现肠癌高发区与低发区人群在肠道菌群组成方面有很大的差别[4]。

微生态失调时,肠道细菌及其代谢产物作用于基因易感性宿主,使之产生免疫应答,三者在肠癌的开始和持续发展中起了重要的协同作用,即“扳机”样作用[5]。

支持这一假说的证据有:(1)细菌是肠癌的始发因素,K ADO 等利用抑癌基因TCR 和P53敲除小鼠作为结肠癌动物模型,小鼠自7周龄分别给予正常饲养和无菌处理,研究发现,当小鼠4月龄时70%未处理小鼠结肠存在癌前病变———肠息肉瘤,而无菌处理小鼠肠黏膜病变不明显,未发现明显的肠息肉瘤,进一步研究发现无菌小鼠不能诱发与肠癌患者类似的炎症[6];改变宿主肠道内菌群分布即可改变其肠道黏膜的炎症反应和免疫反应过程,调节肠癌的发生发展;(2)临床流行病学调查证实,腺瘤性息肉与绒毛状息肉均为大肠癌的癌前病变。

大肠癌与大肠息肉患者肠道膜菌群明显改变,突出表现为双歧杆菌与乳杆菌数量的减少,同时肠球菌、肠杆菌与酵母菌数量增加,尤以双歧杆菌的减少更为明显[7];(3)致癌物质主要由肠道细菌的酶将肠道中前致癌物转化而形成的:①72α2脱羟基酶:RE DDY研究证实,肠道厌氧菌能将残留在肠道内的胆汁酸分解转化成致癌物,其中72α2脱羟基酶能在结肠中将胆汁酸形成脱氧胆酸和石胆酸,两者均为结肠癌的辅助诱变物[8];②β2葡萄糖醛酸酶:KI M 等研究发现,肠道菌群中β2葡萄糖醛酸酶介导的葡糖醛酸化作用是人体内脱毒的主要途径,肠癌患者肠道内菌群中β2葡萄糖醛酸酶活性明显低于正常人群[9]。

③β2葡萄糖苷酶和和偶氮还原酶:肠道中某些细菌具有β2葡萄糖苷酶和偶氮还原酶等能促进致癌物质如二甲基肼和亚硝酸盐的形成,诱导肠道肿瘤的发生[10]。

(4)菌群失调导致抗肿瘤免疫下降:肿瘤是一种由于免疫缺陷而引起的局部发病危及整体的疾病。

体内正常菌群能激活机体免疫系统中的巨噬细胞和NK 细胞,使之分泌多种细胞因子,如I L 21、I L 26、T NF 2α、I F N 2r 以及NO 等,防治肠癌的发生与发展,益生菌减少导致机体免疫力下降,肿瘤细胞逃离机体免疫监控的机会增大[11,12];(5)平衡肠道菌群可抑制肠癌发展:ROLLER 等利用微生态制剂调节肠道菌群发现,双歧杆菌和乳酸联合治疗能明显缓解致癌物质氯化偶氮甲烷诱导大鼠肠道黏膜损伤,治疗33周后,大鼠肠黏膜受损面积减少,脓点数目减少[13]。

这些研究都提示,肠道菌群失衡是导致肠癌发生的重要因素。

3　微生态制剂在肠癌防治中的实验研究微生态制剂促进人体肠道微生态系统由肠道菌群失调转化为菌群平衡,即恢复肠道微生态平衡。

大量国内外研究报道,微生态制剂对肠癌具有明显的预防及治疗效果。

(1)口服微生态制剂防治肠癌:S ANDERS 等人观察到健康人在服用含嗜酸乳杆菌N2和NCF M 株的牛奶期间,粪便中具有催化前致癌原转化为致癌物的β2葡萄糖醛酸酶、硝基还原酶、偶氮还原酶的活性至少下降50%,停服后4周,活性恢复如前[14];Y AMAZ AKI 等对在2周内切除肿瘤的患者在不给予抗肿瘤药物的情况下,口服Shir ota 株活菌,1年后,口服Shir ota 活菌者肿瘤复发率为25.7%,而对照组为37.9%,表明口服干酪乳杆菌Shir ota 株活菌对预防肿瘤复发有一定的作用[15]。

(2)腹腔注射微生态制剂防治肠癌:王立生等以大肠癌裸鼠移植瘤为动物模型,用透射电镜观察青春双歧杆菌腹腔注射对移植瘤超微结构的影响,结果表明可诱导大肠癌凋亡,最初为核染色质浓缩,进而核膜破裂,胞核崩解,最终为邻近活细胞吞噬凋亡小体。

用原位末端标记法观察移植瘤组织凋亡细胞百分率,腹腔注射青春双歧杆菌后,大肠癌移植瘤的凋亡细胞百分率为(64.48+18.62)%,而对照组仅为(20.62+8.80)%(P <0.001)[16]。

(3)静脉注射微生态制剂的防治肠癌实验:BERT VOGE LSTE I N 等研究发现厌氧菌能够在肿瘤内部的环境中生长。

通过静脉注射厌氧菌细菌还能够在肿瘤中扩散,破坏肿瘤中心坏死区域附近的活肿瘤细胞。

此外给实验动物裸鼠注射细菌后,再给予裸鼠化疗,发现肠癌组织广泛坏死发生在24h 以内,结果是使细菌对肠癌的抑制作用加强,作用时间延长[17]。

(4)肿瘤内注射微生态制剂的防治肠癌实验:早期T AUY UKI 等将Meth 2A 纤维肉瘤与完整肽聚糖混合接种201Chinese Journal ofM icr oecol ogy,February 2007,Vol 119No 11带菌小鼠,肿瘤发生率为6%～10%,而无菌小鼠肿瘤发生率为50%～78%。

该实验表明肠道菌群影响肿瘤发生率。

MATS UZ AKI等报道,小鼠和肠鼠植入3LL和B162B I6肿瘤,于3、5、7、9等不同天数,多次将干酪乳杆菌9018株注入植入肠瘤部位,可抑制肿瘤生长和转移[18]。

最近酪酸梭菌抑制肠癌已成为国内外医学的研究热点[19]。

实际早在1959年就有原始研究论文报道酪酸梭菌(C lostridium butyricum)的溶癌作用(oncolysis)。

最近OH2 K AWARA对酪酸梭菌的溶癌活性做了进一步的研究,发现酪酸梭菌能明显缓解二甲基肼诱导的小鼠结肠和直肠损伤,检查发现治疗组小鼠肠道黏膜受损溃疡点明显少于未治疗组,提示酪酸梭菌能明显抑制二甲基肼诱导肠癌过程中的肠黏膜损伤[20]。

F I SCHER等人证实了酪酸梭菌M55(ATCC13732)溶癌作用的基本原理是酪酸梭菌的激肽酶(kininases)分解了缓激肽(bradykinin),因而实体瘤组织内的毛细血管循环被破坏,从而导致癌组织的坏死[21]。

4　微生态制剂预防肠癌的分子机制尽管观察到了微生态制剂对人类肠癌防治有益,但对微生态的分子作用机制一直了解甚少。

在近几年来分子生物学技术迅速发展的基础上,一些研究者对微生态制剂防治肿瘤的分子作用机制进行了研究,主要机制包括如下。

4.1　通过Toll2样受体保护肠黏膜　近年来,Toll2样受体(T LR s)在肠道疾病中的作用已经越来越受到关注。

微生物的多种细胞壁成分如:脂多糖、肽聚糖、脂磷壁酸、脂蛋白等对T LR2和T LR4的刺激能够导致T LR s信号转接蛋白My D88和I L1R相关样激酶(I L21R ass ociated kinase,I RAK)这两种信号成分的增加,随后介导NF2κB途径的激活[22]。

DUG AS等研究发现,肠道上皮细胞T LR传递的信号涉及到包括p42/44或p38的丝裂原蛋白激酶(MAPK),MAPK p42/44和p38、T oll相关蛋白在经过肠细胞和免疫细胞的加工和表达后,激活NF2κB Th1产生细胞因子[23]。

进一步研究发现,益生菌(如乳杆菌LAC2GG)有诱导细胞核因子κB(Nuclear2fact or2κB,NF2κB)活化的能力,激活机体免疫反应,从而达到预防肠癌的目的。

耶鲁大学研究发现益生菌能促使Toll2样受体蛋白保持肠道上皮细胞的健康并激活对损伤作出反应。

研究人员利用T LR信号通路上的一个关键组分M y D88缺失小鼠进行研究,发现DSS损害My D88缺失小鼠肠道上皮细胞的增殖和分化程度较正常小鼠严重,当正常小鼠肠道微生物减少或排除后,正常小鼠的肠道损害与My D88缺失小鼠相同,给予共生菌或My D88蛋白治疗,肠道损伤就不会发生[24]。

4.2　诱导肿瘤细胞凋亡　细胞凋亡是细胞在各种死亡信号刺激后发生的一系列级联式的主动性细胞死亡的过程。

BC L2 2蛋白家族在凋亡调控中占有重要的地位,其中的成员BC L2 2、BCL2XL、BC L2w、MCL21和A1有抗凋亡的作用,而BAX、BAK、和BAD却具有促凋亡功能。

国外学者利用大肠癌裸鼠移植瘤为动物模型,用原位末端标记法、免疫组化法和电镜检测了双歧杆菌注射组和对照组移植瘤的凋亡细胞以及bc122、bax基因的表达水平。

结果发现,在电镜下,双歧杆菌注射组中可见多处处于凋亡不同时期的癌细胞,呈灶状或弥散分布,而对照组凋亡细胞数量极少。

双歧杆菌注射组和肿瘤对照组大肠癌移植瘤组织Bcl22蛋白表达率分别为70%和90%,bax基因的表达率分别为100%和40%。

说明青春型双歧杆菌可调节移植瘤bc122及bax基因的表达,增加bax/bc122的比例,最终诱导肿瘤细胞的凋亡[25]。

国内学者王立生等进一步研究发现,将荷瘤小鼠经过双歧杆菌作用后,大肠癌移植瘤组织bad和caspase23的基因的表达率以及阳性细胞密度显著增高,提示双歧杆菌增强凋亡促进基因bad和caspase基因的表达是其诱导肿瘤细胞凋亡的一个途径[26]。