肠道菌群是我们人体的一大阵地,其发挥的作用和影响是非常巨大的。数以万亿计的微生物栖息在我们的肠道中,他们其实还与人类疾病最大的敌人癌症息息相关。(文末有彩蛋)
近期,德克萨斯州大学(UniversityofTexas)安德森癌症中心(MDAndersonCancerCenter)的外科肿瘤学家和遗传学家JenniferWargo教授研究团队在著名期刊LancetOncology上详细阐述了肠道菌和癌症之间的关系。
该综述文章结合了大量基础和临床研究,详细阐释了菌群在癌症及抗癌治疗中的作用。文章对于了解菌群与癌症的关联、提高抗癌治疗疗效具有极高的参考价值。
JenniferAWargo
(摘自其实验室网站)
安德森癌症中心位于德克萨斯州休斯顿市,是全球最有名望的研究中心之一。
人体的肠道内存在着大量的微生物即肠道菌群。正常的肠道菌群可以保护肠道上皮,减少炎性反应和肿瘤发生。
肿瘤作为一种复杂疾病,除了与免疫和代谢等机体生命活动息息相关,往往还伴随着肠道菌群的失调。近年来研究发现,肠道菌群与恶性肿瘤的发生、发展、治疗效果等密切相关,不仅影响肠道恶性肿瘤的进展,而且与其他类型的肿瘤如肝癌等也有密切关系,已成为肿瘤研究领域的热点。
微生物群落失调可引发癌症
肠道微生物、肠道上皮细胞以及人体免疫系统三者息息相关。举一个直观的例子,腹内感染或者过度使用抗生素会增加结肠直肠癌的发病几率,这是因为肠道内部(肠道微生物、肠道上皮细胞以及人体免疫系统)的平衡被打破了,肠道微生物影响增强结肠致癌作用。同时一些肠道微生物的代谢产物能够直接减缓致癌作用或者抑制肿瘤发生。
不仅仅是肠道有关的结肠癌和直肠癌,肠道菌群同样还能影响到乳腺癌、肝癌等。局部影响或者系统性影响这些癌症的发生率正是因为肠道内部的生态失调。
近年来,科学界和实业界都在尝试利用肠道共生菌群治疗和改善一些疾病。目前主要的方法为增加肠道益生菌的数量、增加细菌有益代谢产物的浓度。一种方法为食用益生菌和益生元。益生菌应用最普遍的为乳酸菌、双歧杆菌。益生元是化学物质,可以促进有益共生菌的生长。益生菌已作为药物应用于临床,用来治疗艰难梭状杆菌的慢性感染。益生菌的应用也被用来治疗代谢性疾病与过敏性疾病。
肠道微生态与机体本身的生活方式和饮食习惯有着密切的联系,良好的生活方式能促进有益菌群的生长,抑制有害菌群。增加膳食纤维可以达到这样的效果。膳食纤维能够提供有益菌群生长繁殖所需的营养。在日常饮食中,应适当少吃高蛋白食品,多吃膳食纤维,阻碍机体免疫系统的激活,降低细胞基因组不稳定性;同时也应合理服用抗生素,调节肠道微生态处于平衡状态。利用肠道有益菌群降低机体整体炎症反应水平,减少机体处于慢性低水平炎症反应的概率,减少与炎症反应相关疾病的发生。
在个体生命的早期,微生物与机体的相互作用影响着机体后期疾病的发生概率。如果能够在早期有效控制体内微生态的结构,调控微生态与宿主关系的发展,可能有效抑制肿瘤的发生。而在肿瘤发展阶段,利用共生菌抑制肿瘤进展,开发药物制剂,开发有效微生物制剂,应用于肿瘤治疗中。然而要达到精准医学的要求,单单利用益生元、双歧杆菌这样的共生菌抑制肿瘤达不到治疗的效果。在肿瘤组织存在着干细胞样肿瘤细胞,如若能够利用微生态调控肿瘤微环境,来对抗肿瘤干细胞,可能会有效对抗肿瘤。
微生物群落会影响癌症治疗
微生物可以干扰癌症化疗和免疫治疗的临床结果,主要表现为三种结果:1)促进药物疗效;2)抑制和损害抗癌作用;3)调节抗癌药物的*性。
药物和肠道菌群的有多种效应,一是导致药物失去作用,另一种是药物产生作用需要经过肠道菌群的协助,也有一种可能是减少药物*性。
肠道菌群对于抗癌药物的药效作用会有一定的影响,这种影响可能不仅仅限制于起作用的药物分子,也会带来系统性的干预措施。生态失调除了影响这些抗癌药物的干预作用效果,还会影响这些药物的治疗效果。
抑制癌症药物的一个例子是肿瘤组织中存在猪鼻支原体(Mycoplasmahyorhinis),它会降低药物的效率,比如嘧啶类抗肿瘤药物吉西他滨(gemcitabine)。吉西他滨的耐药性也被证明是由γ-变形菌所引起,比如大肠杆菌、沙雷氏菌、克雷伯氏菌等革兰氏阴性菌。这些细菌会表达一种酶来调节药物,从而使其失活。在吉西他滨治疗的病例中,联合使用抗生素可以提高治疗的效率。
一些类型的治疗则依赖于某些细菌的存在,比如铂类化合物化疗。一项研究发现,奥沙利铂治疗同时使用抗生素会降低小鼠的癌症消退和存活率,而另一项研究表明顺铂与乳杆菌属细菌联合使用可以改善治疗反应。在这种情况下,药物的疗效取决于细菌所产生的活性氧。
环磷酰胺作为治疗癌症的化疗药物,其抗癌功能依赖于对抗癌免疫的刺激。免疫系统需要细菌的帮助来完成它的任务,事实上,小鼠模型研究表明环磷酰胺治疗只有在存在完整的肠道菌群的情况下才有效。环磷酰胺治疗导致一组革兰氏阳性细菌(约氏乳杆菌、鼠乳杆菌和海氏肠球菌)转移到淋巴结和脾脏,它们在那里刺激了小鼠的免疫反应。无菌小鼠和抗生素处理小鼠对环磷酰胺均有耐药性。口服海氏肠球菌(Enterococcushirae)恢复了对环磷酰胺的反应。
细菌还能调节抗癌药物的*性。一个典型的例子是治疗结肠癌的新药伊立替康。药物在肝脏中会失活,但一旦进入肠道,就会被细菌酶重新转化为活性形式,从而对肠道造成损伤或引发腹泻。这种*性与肠道细菌多样性降低和肠道中梭杆菌和变形菌的增加有关。
免疫效应:
不断地证据表明肠道菌群也能够调解几种类型的肿瘤治疗反应。例如,淋巴细胞全身照射能够促进肠道菌群的迁移或者至少这些肠道菌群的产物会穿过肠道上皮,从而使得增强树突细胞(具有极强的抗原内吞和加工处理能力)激活,相应的提高免疫效应。
癌症免疫疗法尤其依赖于正确细菌的存在,这再次证实了我们的免疫系统在多大程度上依赖于我们的微生物群落。易普利姆玛(Ipilimumab)是一种单克隆抗体,能有效阻滞一种叫做细胞*性T细胞抗原CTLA-4的分子,ipilimumab治疗主要依赖于特定的多形拟杆菌和脆弱拟杆菌。除了调节治疗反应,肠道菌群也参与ipilimumab诱导的结肠炎,当存在大量的拟杆菌门的细菌时,ipilimumab诱导的结肠炎降低。
双歧杆菌与T细胞反应密切相关。对抗程序性细胞死亡蛋白配体PD-L1的免疫疗法结合双歧杆菌几乎消除了小鼠黑色素瘤的生长。年《Science》连发两项研究,指出人体的肠道菌群会影响检查点抑制剂治疗的最终效果。研究人员发现服用过抗生素的患者在接受PD-1抑制剂治疗后,癌症很快出现复发,生存时间显著缩短,人体的肠道菌群紊乱也将大大降低PD-1抑制剂的药效。如果将对免疫治疗反应良好患者的粪便移植到无菌小鼠体内,无菌小鼠的治疗效果将会得到提高。
三个很关键的物质能够改变肠道菌群对抗癌治疗的效果。它们分别是:抗生素(针对一种或多种微生物)、益生菌、益生元和具有生物活性的微生物产物。
益生菌在许多带有肿瘤动物身上进行试验,益生菌始终具有抑制致癌作用。同时一些基因改造益生菌能够成功被用作为一种载体,这种载体能够呈递一些肿瘤相关的抗原、免疫刺激分子和抑制化学疗法*素的酶。对人体是非常有好处的。
益生元(例如菊粉、低聚果糖)和具有生物活性的微生物产物(例如丁酸盐)是具有潜在能力预防结肠癌直肠癌,它们也能够扩宽化学治疗窗口。
越来越多的证据表明肠道微生物能够影响肿瘤形成、肿瘤发育以及有效配合肿瘤治疗。选择性的平衡肠道菌群能够限制特定肿瘤的发生以及提高抗癌药物的作用。
癌症治疗会导致菌群失调,而菌群失调又可能会影响治疗效果。与所有领域一样,包括癌症治疗,为了恢复肠道菌群和/或预防癌症治疗的负面影响,研究人员尝试了益生菌、益生元、合生元(益生菌与益生元组合)和后生元(益生菌代谢产物)等干预。
调整肠道菌群的一些研究,使得提升癌症康复和治疗的效果有了一线生机。方式包括粪便移植、菌群种植/结肠水疗,甚至简单到改变一个人的饮食习惯。
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2.BertrandRouty,EmmanuelleLeChatelier,LisaDerosa,etal.GutmicrobiomeinfluencesefficacyofPD-1–basedimmunotherapyagainstepithelialtumors[J].Science,
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