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肿瘤与微生态研究进展篇
概述
人体微生态（Human microbiome）是人体最庞大、最重要的生态系统，是激活和维持免疫及生理功能的关键因素，在二代测序技术（next generation sequencing, NGS）、无菌小鼠（germ free, GF）培养、生物信息学等方法和技术推动下，人体微生态研究开启了新的篇章，越来越多的研究基于肠道微生物对人体内各个组织器官的影响，以及与各种疾病之间的关系，并逐渐向临床转化。
肠道微生态与恶性肿瘤发生、发展密切相关，肿瘤患者普遍存在肠道微生物丰度、多样性和组成特征的改变，肠道微生物还对肿瘤治疗反应及其毒性副作用有重要影响，随着肠道微生态与肿瘤相关研究不断深入，基于肠道微生态的策略在肿瘤诊断和治疗中也显示出了有希望的前景。
1.肿瘤与肠道微生态进展
研究显示，肠道微生态在方方面面影响着肿瘤的发生、发展以及治疗，在结直肠癌（colorectal cancer, CRC）、肝癌（hepatocellular carcinoma, HCC）、胆管细胞癌（intrahepatic cholangiocarcinoma, ICC）、胰腺癌（pancreatic cancer）等消化道肿瘤及乳腺癌（breast cancer）等远离消化道肿瘤中都普遍存在肠道菌群失调（dys-biotics）现象。
现有的关于肠道微生态对肿瘤影响机制包括肠道微生物损伤粘膜上皮DNA促进肿瘤发生发展、肠道微生态调节宿主代谢促进肿瘤发生发展以及肠道微生态通过诱导免疫抑制促进肿瘤发生发展等。肿瘤发生后，肠道微生物及其代谢产物参与药物代谢、慢性炎症、免疫调节过程，并影响化疗、放射治疗、免疫治疗等抗肿瘤治疗的疗效和不良反应。
而对肿瘤进行手术治疗的围手术期，基于肠道微生态的治疗策略可以尽可能地减少围手术期处理对肠道微生态的干扰，维持术前肠道菌群稳态，降低致病性病原微生物的定植。同时，积极应用益生菌促进肠道微生态重建，可有效减少术后并发症的发生，促进肿瘤患者术后恢复，对提升肿瘤外科治疗疗效有重要意义。
2.微生态与肿瘤发生、发展及转归
微生态在肿瘤的发生发展中起着两方面的作用，一方面在慢性炎症发生后促进肿瘤的发生发展，一方面在肿瘤发生后促进肿瘤的转归。
在肠道菌群丰度方面，肿瘤患者的肠道微生态与非肿瘤患者的肠道微生态存在差异，主要体现在微生物多样性和（或）丰度的不同。肿瘤患者的肠道微生物丰度改变与肿瘤的生物学行为密切相关，可能成为肿瘤诊断和患者预后判断的潜在标志物；在肠道微生态对免疫系统的影响方面，肿瘤患者的肠道微生物可通过诱导肿瘤组织发生免疫耐受，抑制效应细胞的功能，促进免疫抑制性细胞的浸润等途径而促进肿瘤的发展，其中模式识别受体和免疫抑制性趋化因子等炎症介质起重要作用；在肠道微生态产生的代谢物方面，肠道菌群通过参与宿主膳食纤维代谢产生短链脂肪酸而激活下游免疫反应，参与机体胆固醇代谢产生次级胆汁酸而导致DNA损伤，影响肿瘤的发生与发展；在分子水平，肠道微生物可通过产生氧自由基（reactive oxygen species, ROS）等物质，激活促肿瘤生长的信号转导通路，诱导基因甲基化，直接或间接损伤宿主细胞DNA稳定性，从而促进肿瘤发生发展。
一直以来，研究者们均尝试利用微生态制剂治疗和预防肿瘤。目前主要的微生态制剂包括微生物本身及其代谢产物和生长促进因子。临床上已经有使用肠道菌辅助治疗恶性肿瘤的案例，并得到了良好的效果，增加了化疗的疗效，同时能增加患者的化疗承受能力，减轻化疗的毒副作用。动物实验显示，与GF小鼠相比，无特定病原体小鼠（specific pathogen free, SPF）对不同的肿瘤治疗方法呈现更好的抗肿瘤效果，说明肠道菌群与不同肿瘤治疗方法的抗肿瘤效果相关，强调了肠道菌群在肿瘤治疗中的重要性。
3.肠道微生态研究和肿瘤诊治应用
肠道微生态在肿瘤诊治中发挥着标志物的作用。肠道微生物诱发的致癌性突变可作为肿瘤筛查潜在的标记物。研究表明，在来自独立的两个人类CRC癌症基因组中检测到了相同的突变特征，进一步暗示CRC突变特征可能来源于肠道特定微生物直接诱发的DNA损伤，这一独特的致癌性突变在CRC筛查和早期诊断中有潜在的价值。
肠道微生物通过其代谢产物调节宿主肿瘤发生、发展等病理生理过程。有研究发现，纤维摄入减少或产丁酸盐细菌减少可导致结肠丁酸盐缺乏，与结直肠肿瘤发生有关。检测肠道产丁酸菌或丁酸盐含量变化可作为预测癌症风险潜在的生物标记物。基于免疫检查点抑制剂（immune checkpoint inhibitors, ICIs）的免疫治疗是近年发展起来的新颖抗肿瘤治疗策略。研究表明，肠道微生物群及其代谢物，影响ICIs免疫治疗效果，是预测ICIs治疗疗效的潜在生物标志物。
4.肿瘤放疗与微生态
放疗是肿瘤主要的治疗手段之一，约有60～70%的患者在肿瘤治疗的过程中需要应用放疗。放射治疗作用的主要靶点为双链DNA分子，放射线除可直接影响微生物存活外，也可通过造成正常黏膜上皮的变化等间接方式影响微生物的寄生环境，造成微生态变化。而微生态的变化可能反过来影响放疗的疗效和放疗副作用的发生发展。
对宫颈癌行盆腔同步放化疗的患者行多时间点的肠道菌群检测发现，肠道菌群的多样性随着治疗的进行逐渐降低，同时菌群的多样性和胃肠道毒性呈现负性相关，部分临床研究已经发现针对肠道微生态的治疗可改善肠道放射性损伤。益生菌可通过与肠上皮发生直接或间接的作用改善肠道微生态，进而调节肠黏膜屏障，促进宿主细胞抗氧化作用，改善放疗导致的肠道损伤。
粪菌移植（fecal microbiota transplantation, FMT）指将健康人粪便中的功能菌群，移植到患者胃肠道内，重建新的肠道菌群，以实现肠道及肠道外疾病的治疗。我国一项小样本研究提示了FMT有作为慢性放射性损伤治疗方案的潜能。
放射治疗对阴道微生态也有所影响。放射治疗患者阴道微生态中与细菌性阴道病相关的移动菌丰度升高，并且总体α多样性升高，其中丰度升高明显的菌属多为稀有菌属。不仅如此，放疗过程中口腔菌群的丰度变化可能影响患者发生口腔黏膜炎的易感性。
5.肿瘤化疗与微生态
微生物基因的多态性，微生物种群的构成可以通过影响不同类型化疗药物的药代动力学、作用机制来调节化疗药物的抗肿瘤效果和对正常组织器官的毒性作用。口服化疗药物在接触肠道和肝脏的酶之前，首先会经过肠道菌群的“还原作用”或“水解作用”来改变化疗药物的化学结构。
化疗对癌症的效果通常与患者的免疫反应密切相关，人体微生物的组成通常会对人的免疫系统产生显著的影响，二者不可避免地会影响化疗的疗效以及毒性。某些化疗药物需要细菌的作用来发挥药效，另外一些化疗药物则会因为细菌的影响而导致耐药。同样的，特异的细菌也能引起或抑制化疗引起的不良反应。
奥沙利铂是用于治疗CRC的一类化疗药物，近期的动物研究不仅证明微生物菌群在奥沙利铂诱发的免疫反应中发挥重要作用，并且临床研究表明微生物的组成可以用于判断结直肠中肿物的良恶性。
而另一种常用于化疗治疗的药物，5-FU，研究表明，对人体微生态进行调控可以增加其化疗效果的同时降低其毒性。除了在现有的化疗药物作用中辅助其治疗效果，微生态还在新型肿瘤化疗方法中发挥作用。近年来，细菌基因工程作为基因治疗的载体用于化疗药物的传递逐渐被人们所重视。
6.肿瘤免疫治疗与微生态
肿瘤免疫微环境（tumor immune microenvironment, TIME）指肿瘤细胞存在的周围免疫微环境，肿瘤是否继续发展或发展的速度在某些程度上取决于TIME内的T细胞的比例和特征。通过改变微环境间接增强免疫原性以加强免疫治疗已成为癌症治疗的新方向。
目前较为热门的免疫治疗有靶向毒性T淋巴细胞相关蛋白-4（cytotoxic T-lymphocyte-associated protein-4, CTLA-4）、细胞程序性死亡蛋白1（programmed death-1, PD-1）及其配体（programmed death-ligand 1, PD-L1）的ICI以及靶向CD19的嵌合抗原受体T细胞免疫疗法（chimeric antigen receptor T-cell immunotherapy, CAR-T）等。
近期的动物研究显示，肠道微生物分泌的肌苷可增强ICIs的治疗效果，为开发基于微生物的辅助疗法提供了新的思路。临床研究则显示，肠道微生态内不同的菌属丰度反映了ICIs治疗反应的高低。同时，有研究显示肠道菌群的完整性影响各种抗肿瘤治疗疗效相关。广谱抗生素应用导致肠道菌群失调，干扰患者肠道粘膜局部和系统免疫功能，显著降低ICIs免疫治疗药物的疗效。
在免疫治疗前或免疫治疗期间，使用过广谱抗生素的患者，疾病控制率和生存时间都明显降低。而由于缺乏特异性肿瘤抗原、肿瘤异质性、抑制性微环境等原因，CAR-T治疗实体肿瘤收效甚微。另一种免疫疗法，CpG寡核苷酸（CpG oligodeoxynucleotide therapy, CpG-ODNs）则被证明通过调节肿瘤微环境中髓源性免疫细胞功能发挥抗肿瘤效应，但这种调节作用依赖于患者自身完整的肠道微生物群存在。
【主编】
朱宝利 中国科学院微生物研究所
【副主编】
王 强 武汉科技大学医学院
郭 智 深圳市第三人民医院
【编委】（按姓氏拼音排序）
安江宏 深圳市第三人民医院
胡伟国 武汉大学人民医院
黄自明 湖北省妇幼保健院
李志铭 中山大学肿瘤防治中心
皮国良 湖北省肿瘤医院
钱从威 湖北省妇幼保健院
任 骅 深圳新风和睦家医院
谭晓华 深圳市第三人民医院
王 敏 湖北省妇幼保健院
王月乔 中国医学科学院肿瘤医院深圳医院
王 钧 香港大学深圳医院
杨文燕 山东第一医科大学
魏月华 武汉大学人民医院
谢 晶 中国医学科学院肿瘤医院深圳医院
张弋慧智 南方科技大学医学院
【专家顾问】（审稿专家）
沈关心 华中科技大学同济医学院基础医学院
吴清明 武汉科技大学医学院
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