胃肠道内的微生物群又称为肠道菌群，是人体内微生物菌群中最复杂、多样性最丰富的微生物种群之一[1]。肠道菌群与人体宿主形成复杂的互惠共生关系，肠道菌群的失衡已被证明与包括癌症在内的多种疾病相关。随着宏基因组分析的应用，肠道菌群与肺癌之间联系逐渐显现，肠道菌群可通过多方面、多层次对机体多个系统影响，调控宿主的免疫和代谢或治疗药物的代谢、转化，影响肺癌发生、发展以及预后，然而，这之间复杂的相互作用机制仍不明了，有些机制也缺乏有力的直接证据。本文就肠道菌群在肺癌中的相关研究进行综述，为以后深入进行相关研究提供有价值的信息。

1、肺癌发生发展与肠道菌群的关系

1.1 肺癌发生发展中肠道菌群的变化

肺癌等肿瘤产生和进展大多与自身免疫监视失败、免疫系统失调、全身免疫被抑制相关。近年在肺部发现了微生物群的存在，人类肺部和肠道的微生物群在门结构水平上彼此相似，肠道和肺部的菌群种群或其代谢物通过淋巴和血液循环相互转移，形成复杂的双向轴连接，肠-肺轴[2]。吸烟可显著提高发生肺癌的风险，暴露于尼古丁特异性亚硝胺酮后小鼠体内的短链脂肪酸减少，杆菌属、另枝菌属、嗜黏蛋白阿克曼菌、瘤胃球菌菌群发生了变化，这改变可能与肺腺癌(lung adenocarcinoma, LUAD)发病相关[3]。而肺癌患者的肠道菌群在疾病过程中也发生着变化。研究发现，非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer, NSCLC)患者的肠道菌群中理研菌科、普雷沃氏菌、链球菌、乳酸杆菌、普通拟杆菌、颤螺旋菌属、韦荣氏球菌属和肠杆菌菌群的丰度较高，拟杆菌门中的致病菌、变形菌门和疣微菌门的丰度相对升高，而双歧杆菌缺失，瘤胃菌、放线菌和毛螺旋菌菌群丰度显著下降；其中产丁酸盐属与厚壁菌门的粪球菌仅在健康人群中发现[4,5,6]。肺癌患者的肠道微生物与健康人群的相比整体呈现多样性降低、丰度减少等特点，特别是其中一些参与主要代谢相关通路的菌群丰度降低并呈现低密度菌群特征[2]。

1.2 肠道菌群对肺癌发生发展的影响

肠道微生物丰富的多样性似乎与免疫细胞中M1巨噬细胞、Th1淋巴细胞的分化和辅助细胞毒性T细胞的激活，以及淋巴细胞上程序性死亡受1(programmed cell death protein 1,PD-1)表达的上调等有密切联系[4]。研究发现，在肿瘤组织中弯曲杆菌群丰度的增加，而某些侵袭性弯曲杆菌群被认为可以诱导IL-18驱动的促炎症反应[7],有促肿瘤作用；罗伊氏乳杆菌可下调中性粒细胞反应，诱导CD4+淋巴细胞，中性粒细胞可以向肿瘤细胞发出直接信号[8],促进肿瘤细胞内渗及肿瘤增殖并逃脱衰老，在肿瘤生长和转移中发挥重要作用。短双歧杆菌M-16V则可抑制TNF-α产生[9];A.shahii和粪肠球菌也可以分别通过刺激瘤内髓系细胞、巨噬细胞增加TNF的产生[10,11]。TNF-α是可以调节肺癌的增殖，甚至促进肺癌转移[12]。特定的放线菌会产生对恶性细胞有直接的杀伤作用的抗癌化合物[13];梭状杆菌菌簇XI和XIVa可将原胆汁酸转化为具有潜在的DNA损伤和致癌作用的次级胆汁酸[10]。WEI YF等人认为肠道菌群中Anaerotruncus spp和Bacteroides caccae富集可能与NSCLC的风险相关[14]。从不吸烟的肺腺癌女性患者中发现肠道菌群与肺腺癌分级存在相关性，且普拉梭菌的相对丰度与肿瘤进展呈正相关，而纺锤链杆属和拟杆菌属的相对丰度与肿瘤进展呈负相关[15]。代谢组学分析发现，食用降低癌症风险的饮食的受试者的粪便中拟杆菌门和普雷沃氏菌科(包括普雷沃氏菌)的比例更高，且含有较高浓度丁酸盐和丙酸盐[16]。肠道菌群的代谢物如短链脂肪酸被吸收后可以通过参与分子信号传导、能量代谢和维持肠道的完整性和免疫系统的稳态等多种方式调节宿主免疫系统。除了短链脂肪酸，肠道某些益生菌合成的细菌素可作为信号肽调节宿主的免疫功能[17]。Nisin ZP(革兰氏阳性细菌乳酸球菌产生的多环抗菌肽)被发现可以抑制NSCLC细胞增殖，促进NSCLC细胞凋亡，并对肿瘤细胞表现出选择性毒性[18]。所以有学者提出了肠道微生物的致病相关分子模式[19],肠道微生物相关病原体激活Toll样受体后激活信号级联，通过多层反应调控人体的免疫反应，频繁的信号传导会导致人体慢性炎症和组织损伤，促进肿瘤的发生、发展。

肺癌与肠道菌群之间的相互作用概述见图1。肺癌的出现扰乱了宿主的肠道菌群稳态，菌群也调节着人类宿主炎症、免疫反应，与肺癌的发生与进展密切相关，菌群紊乱对宿主抗肿瘤疗的影响难以预估。

图1 肠道菌群与肺癌之间的相互作用   

2、肺癌治疗与肠道菌群的关系

临床研究发现，接受治疗后的肺癌患者肠道菌群与健康人群相比有较明显的差异，同时也发现肠道微生物在调节肺癌治疗疗效方面的潜力。肠道菌群可刺激免疫细胞对肿瘤特异性免疫反应提供帮助或对肿瘤特异性抗原发生交叉反应[20];也可以通过介导特殊的代谢产物等方式激活抗癌免疫反应；还可以羟基化和还原某些药物和植物化学物质，将其转化为生物活性物质或毒性代谢物等物质[21],影响其原始化合物的药代动力学。肠道菌群似乎可以调节肿瘤免疫设定值影响癌症治疗的临床结果[22]。ZHAO等发现双歧杆菌、埃希氏菌和萨特菌3种细菌对NSCLC患者的免疫治疗联合化疗的临床疗效，有一定的预测能力，尤其是富集有短双歧杆菌群的患者中位无进展生存期显著延长，可单独作为良好的预后因素[23]。

临床治疗中，抗生素的频繁应用使微生物群发生变化，可影响人体对肿瘤细胞的免疫监视，与癌症风险增加之间似乎存在关联。CHENG等利用小鼠肺癌模型发现，经抗生素处理过的小鼠更容易被移植上Lewis肺癌，肺部肿瘤病灶数量更多、更大，且平均存活时间缩短，添加正常的固有免疫T细胞或补充IL-17后抗肿瘤反应增强[24]。实际上，肠道菌群与肺癌治疗有错综复杂的关系。

2.1 化疗与肠道菌群的关系

化疗治疗仍是目前晚期NSCLC患者首选的治疗方案，化疗药物的使用影响细菌群落结构(表1)。应用培美曲塞联合顺铂药物治疗的患者肠道菌群中肠杆菌、肠球菌、乳杆菌和链球菌菌群的丰度增加[25]。紫杉醇的应用影响了肠道菌群拟杆菌门和厚壁菌门之间的平衡[26]。环磷酰胺应用后小鼠的肠道菌群中乳酸菌和肠球菌菌群丰度降低，并促进特定的革兰氏阳性细菌(如约氏乳杆菌，鼠乳杆菌等)移位到次级淋巴器官，刺激T细胞的产生；实验中缺少革兰氏阳性细菌的荷瘤小鼠会表现出对环磷酰胺的耐药性[27]。然而，有些革兰氏阳性细菌，如狄氏副拟杆菌和分节丝状菌被ZITVOGEL等发现可降低化疗药物效果[28]。拥有13 144个IGR11海氏肠球菌(其噬菌体含有TMP显性表位)的荷瘤小鼠的环磷酰胺的抗癌作用显著增强[22]。在Lewis肺癌小鼠模型中，与应用顺铂联合抗生素治疗相比， 顺铂联合乳酸菌治疗后小鼠体内肿瘤显 著缩小，存活率明显提高[29]。KONISHI等发现干酪乳杆菌ATCC334产生的一种肿瘤抑制分子铁色素，可以诱导凋亡的c-Jun氨基端激酶信号通路，对肿瘤抑制作用甚至大于顺铂和5-氟尿嘧啶[30]。肠道菌群的氨基酸代谢产物亚精胺[31],可诱导肿瘤自噬、提高抗癌免疫监测、诱发抗癌免疫反应、抑制肿瘤生长；肠道菌群相关的维生素B6则可协同顺铂等化疗药物杀伤NSCLC细胞，共同介导免疫依赖的抗肿瘤作用[32]。

肠道菌群的组成受到了化疗的影响，而肠道菌群也可以调节化疗药物活性，或产生特殊代谢物质影响肿瘤的微环境，影响治疗疗效。有学者提出了“药物微生物学”的概念[33]。因此，重视微生物群在癌症治疗药物代谢和疗效中的作用，有望通过操纵宿主-化疗-微生物群的相互作用来提高治疗效果。

表1 化疗与肠道菌群关系的研究总结

2.2 靶向治疗与肠道菌群的关系

肺癌组织基因测序广泛推广，肺癌精准治疗的时代来临，靶向治疗降低了化疗中的副反应，提高了生活质量和生存期，是符合“优势人群”条件的肺癌患者的一线治疗方案，然而其耐药问题日趋严峻。HESHIKI等发现肠道菌群可以干预靶向治疗的效果，抗生素预处理后的Lewis肺癌小鼠分别给予卵和共生梭菌和活泼瘤胃球菌处理，与磷酸缓冲盐溶液+二甲基亚砜(PBS+DMSO)(phosphate buffered saline, PBS;dimethyl sulfoxide, DMSO)处理的对照组相比，前两组的厄洛替尼抑制肿瘤生长作用更明显；小鼠口服特定卵形拟杆菌和木聚糖拟杆菌后厄洛替尼的抗肿瘤作用增强，可以认为肠道菌群生态多样性丰富者对靶向治疗反应更好[34]。靶向药物与肠道菌群之间相关性的数据资料较 少，亟待研究去证实。

2.3 免疫治疗与肠道菌群的关系

近年来，免疫治疗在肺癌治疗方面取得突破性进展，正逐渐改变晚期NSCLC患者的标准治疗方案和预后。免疫治疗与肠道菌群的关系复杂，由于免疫治疗更具有针对性，因此适用人群可能具有局限性(表2)。

表2 免疫治疗与肠道菌群关系的研究总结

抗肿瘤免疫反应的激活是NSCLC患者较为有效的治疗方法[35]。肠道菌群多样性较高的患者外周GZMB+CD8+ Tm、Ki-67+CD8+Tm和CD8+ Tcm的百分比显著升高，外周血中也拥有更多记忆CD8+ T细胞和NK细胞亚群[36]。活性肠球菌表达和分泌NlpC/p60肽聚糖水解酶抗原A的同源物，促进免疫治疗应答，增强癌症免疫治疗[37]。拥有丰富的瘤胃菌科的患者与治疗联合免疫检查点的良好封锁反应存在相关性[38]。在应用免疫治疗的晚期NSCLC患者的肠道菌群发现[39],与使用过抗生素治疗的患者相比，应用益生菌丁酸梭菌疗法的患者表现出更长的无进展生存期(progression free survival, PFS)和总生存期(overall survival, OS),益生菌丁酸梭菌疗法可能对癌症患者免疫治疗效果产生积极影响。WAN L等发现NSCLC患者在免疫检查点抑制剂(immune checkpoint inhibitors, ICIs)治疗中益生菌的使用与较高的OS和PFS相关，而与客观缓解率(objective response rate, ORR)无明显相关性[40]。分析国内外晚期NSCLC患者的肠道菌群数据发现[41,42,43,44,45,46,47],免疫治疗前期或后期应用抗生素会使免疫治疗的OS缩短；肠道菌群多样性更高的患者大多对治疗反应较好，表现在PFS明显延长，肠道菌群组成变化明显的患者肿瘤控制率较低，治疗失败时间也相对缩短。GALLI等得出了NSCLC患者的抗生素-免疫疗法暴露比率(antibiotic immunotherapy exposure ratio, AIER)[48],AIER值高的患者PFS和OS相较于其他患者明显缩短，可能与肠道菌群会因抗生素反复冲击发生细菌重建相关。ZHANG等发现肺癌患者肠道菌群的多样性也随着帕博利珠单抗(Pembrolizumab)使用周期的增加发生变化[49]。

MATSON等发现对抗程序性细胞死亡蛋白配体-1(programmed cell death protein ligand-1,PD-L1)治疗有较好反应的小鼠的肠道菌群中拥有更丰富的长双歧杆菌、产气柯林斯菌和粪肠球菌，用有反应组的粪便来重建无菌小鼠的肠道菌群能够有效改善小鼠的抗肿瘤反应，增强对肿瘤的控制[50]。而ROUTY等对包含NSCLC患者在内的肿瘤患者肠道菌群研究发现，在ICIs治疗中，PFS较长的肺癌患者的肠道菌群中嗜黏蛋白阿克曼菌丰度较高[51]。嗜黏蛋白阿克曼菌被发现与NSCLC患者ICIs治疗的ORR和OS的增加存在关联[52]。CVETKOVIC等发现对抗PD-L1治疗反应相对明显的肺癌患者肠道菌群中含有的双歧杆菌科、毛螺菌科和拟杆菌科的丰度相对较高[53]。SIVAN等则用小鼠证实服用双歧杆菌后使抗PD-L1治疗的反应增强[54]。对11名接受纳武单抗(Nivolumab)治疗NSCLC患者的粪便样本进行研究发现，肠道菌群的代谢产物2-戊酮和十三烷与早期肺癌进展有密切联系，短链脂肪酸(如丙酸酯、丁酸酯)、赖氨酸和烟酸与抗癌治疗长期有益效果具有相关性，而粪 便中菌群代谢产物十三烷的含量被认为是无反应性的生物标 志物[55]。DUAKNINE等还发现较高瓜氨酸与纳武单抗治疗后较好的临床效果显著相关[44],而完整健康的肠道上皮会产生较多的瓜氨酸；并且在晚期NSCLC的患者中，抗生素+抗PD-L1治疗组中有KRAS基因突变患者的比例更高[43],KRAS突变通常预示着较差的预后，对靶向药物的选择也会受限。VETIZOU等发现细胞毒性T淋巴细胞相关抗原4(cytotoxic T lymphocyte-associated antigen 4,CTLA-4)阻断剂的治疗效果会受到微生物群组成(脆弱拟杆菌和/或多形类杆菌和伯克氏菌)的影响，这类微生物群会刺激树突状细胞产生IL-12,影响IL-12依赖的Th1免疫反应[56]。肠道微生物的多样性可影响宿主免疫系统，系统免疫反应可以通过微生物群介导的免疫细胞启动形成[57],这也许会成为新型抗癌免疫治疗的关键。

3、肺癌治疗相关副反应与肠道菌群的关系

肺癌治疗过程中也会出现许多治疗相关副作用，如胃肠道反应、骨髓造血功能下降等副反应影响患者的身体状况和精神状态，增加患者的痛苦，降低患者的依从性，甚至危及患者生命，导致治疗的被迫终止。肺癌治疗相关副反应与肠道菌群的关系也逐渐被重视(表3)。对晚期肺癌患者使用抗PD-L1治疗前后粪便样本分析发现，无腹泻患者的肠道菌群中拟杆菌门数量较高，厚壁菌门相对较低，其中拟杆菌门中的拟杆菌属和副杆菌属以及厚壁菌门的考拉杆菌属丰度相对较高，而变形菌门的韦荣氏球菌属丰度较低[58]。在化疗治疗中也有类似发现，丁酸梭菌组的患者的腹泻发生率低于安慰剂组，进行16S核糖体RNA测序发现，丁酸梭菌组患者的菌群中有益菌乳酸菌和大多数产生短链脂肪酸菌群(梭状杆菌、布劳特菌和罗氏菌等)丰度相对增加，而致病性大肠杆菌志贺菌丰度减少[59]。

VETIZOU等实验研究发现洋葱伯克氏菌和脆弱拟杆菌可降低CTLA-4阻断治疗中结肠炎出现的概率[56]。但脆弱拟杆菌产生的脆弱拟杆菌毒素又可以诱导促炎性TH17细胞，与结肠炎和结肠癌的发生相关[60]。拟杆菌门的丰富和厚壁菌门的缺乏似乎也与肿瘤患者的免疫性结肠炎相关[41]。有研究者认为可以通过分析肠道菌群来预测治疗后不良反应出现的概率[61],例如：如普雷沃氏菌、巨单胞菌、链球菌、罗氏菌、副杆菌、粪球菌、颤杆菌克、多尔氏菌属或衣原体相对丰度较高更有可能出现胃肠道反应。实验证实，普雷沃氏菌定植的Lewis肺癌的小鼠更易发生炎症和免疫失调[62],普雷沃氏菌被认为与肺部炎症和Th17免疫激活相关[63]。TANOUE等分离出了11种菌群混合物，使小鼠ICIs治疗效果增强，增强对李斯特菌感染的抵抗力，减少某些疾病的发生概率[64]。小鼠模型中发现，罗伊氏乳杆菌降低了全身炎症指数，可抑制与癌症相关的恶病质[65]。而肠道菌群相关代谢产物β-葡萄糖醛酸酶可以重新激活伊立替康，使其成为有活性的肠毒性形式，导致严重腹泻的不良药物反应[66]。需要强调的是，肠道菌群与抗肿瘤治疗中出现的副作用之间的关系仍需深入探索，未来有望通过人工干预肠道菌群进而减轻抗肿瘤治疗的副作用，增加患者的依从性以及生活质量。

4、总结与展望

肠道菌群组成和功能高度个体化，微生物群落因某些因素发生了改变，打破与宿主内环境的稳定，影响了免疫相互作用、异种代谢，引起一系列不良副作用甚至损害治疗效果。虽然大量以小鼠为模型的实验，都研究证实了某些菌群对肺癌的影响，但在人体内能否产生相同且稳定的效果仍待证实。肠道微生物和肺癌治疗之间的关系是双向的、多因素的、复杂的，肺癌治疗引起的肠道菌群改变，可能会作为一种结果，但也可能是影响肺癌治疗结局的因素。目前仍不能明确肠道菌群影响肺癌治疗的确切机制，以及哪种更具体的菌株通过何种调节机制影响肺癌的疗效，亦不清楚是否通过严格把控肠道菌群数量进而最大程度发挥肠道菌群的效益。肠道菌群的研究方兴未艾，随着研究的不断深入，利用肠道菌群干预肺癌的治疗将能成为可能，有望达到提高肺癌患者生存期和改善生活质量的目的。

表3 肠道菌群与不良反应的研究总结

基金资助:山东省中医药科技发展计划项目(编号:2019-0503);山东省滨州医学院科研启动基金(编号:BY2017KYQD14);

文章来源:焦倩倩,朱继伟,潘磊.肠道菌群与肺癌相关研究进展[J].现代肿瘤医学,2024,32(03):569-576.