编者按

肠道菌群是人体内最复杂的微生物群落之一，它在人体健康和疾病发展中起着重要作用。近日，在2024年第十届北京肝病年会上，解放军总医院第五医学中心陆荫英教授作题为《肠道微生态与肝胆肿瘤》的精彩报告，介绍了肠道微生态与肝胆肿瘤之间的密切联系，分析了肠道菌群在肝胆肿瘤早期诊断中的潜力以及影响免疫治疗疗效的机制。

肠道菌群与人体健康和疾病的发生密切相关，肠道微生态平衡可维持机体代谢和营养状态，肠道微生态失调与多种疾病发生相关。当肠道微生物群落发生变化，有益的保护性菌群减少或致病菌占优势，就会发生肠道菌群失平衡，引发各种疾病。目前已有研究明确一些常见的肠道微生物（如幽门螺杆菌、大肠杆菌、具核梭杆菌和脆弱拟杆菌）通过菌体抗原、释放毒素和产生代谢物等，改变宿主肠道免疫环境、增加DNA损伤和染色体不稳定的概率，促进氧化应激和炎症从而参与肿瘤发生（图1）（Liu L, Shah K. The Potential of the Gut Microbiome to Reshape the Cancer Therapy Paradigm: A Review. JAMA Oncol. 2022;8(7):1059-1067. doi:10.1001/jamaoncol.2022.0494）。

图1. 肠道微生物与免疫系统反应及肿瘤发生机制 （源自讲者幻灯）

肠道微生态参与肝癌发生的机制

在肝癌发生中，肠道微生态的作用机制涉及肠道菌群失调和“肠漏”现象，失调的菌群释放胆汁酸等代谢产物抑制抗肿瘤免疫反应、可激活抗凋亡信号，促肿瘤发生。肠道屏障受损导致肝脏对微生物相关分子模式（MAMPs）的暴露增加，可激活肝内巨噬细胞引发促进肿瘤发展的炎症反应，直接或间接作用于肝星状细胞导致纤维化进展，这些过程均可能进一步促进肝癌的发展（图2）（Schwabe RF, Greten TF. Gut microbiome in HCC - Mechanisms, diagnosis and therapy. J Hepatol. 2020;72(2):230-238. doi:10.1016/j.jhep.2019.08.016）。

图2. 肠道微生态导致肝脏疾病的作用机制 （源自讲者幻灯）

肠道菌群可重塑肝脏炎症微环境促肝癌发生

一项研究表明，在NEMOΔhepa所致脂肪性肝炎小鼠中，NLRP6缺失依赖的肠道生态失调，表现为肠道屏障破坏和特定菌的缺失，与肝炎进展和肿瘤负荷增加相关，并进一步通过诱导肝内免疫抑制表型、影响肝内炎症微环境促进脂肪性肝炎向肝细胞癌（HCC）发展（Schneider KM, Mohs A, Gui W, et al. Imbalanced gut microbiota fuels hepatocellular carcinoma development by shaping the hepatic inflammatory microenvironment. Nat Commun. 2022;13(1):3964. Published 2022 Jul 8. doi:10.1038/s41467-022-31312-5）。

另外，在陆荫英教授团队的研究中，研究者从真菌角度揭示了肠道微生态参与肝癌发生机制，即肠道内白色念珠菌的异常定殖不仅改变了血浆代谢谱和相应信号通路，并通过NLRP6的上调促进了HCC的代谢重编程和疾病进展。肠内真菌的过度生长通过代谢途径加剧肝脏的炎症状态、促进肿瘤发生，进一步强调了肠道微生物群落——无论是细菌还是真菌——在肝脏疾病发展中的复杂作用（图3）（Liu Z, Li Y…Yinying Lu*.et al. Intestinal Candida albicansPromotes Hepatocarcinogenesis by Up-Regulating NLRP6. Front Microbiol. 2022;13:812771. Published 2022 Mar 8. doi:10.3389/fmicb.2022.812771）。

图3. 白色念珠菌感染小鼠的实验结果 （源自讲者幻灯）

大多数HCC患者仍是在晚期被确诊，如何实现无创性早期诊断依然是待解决问题。有研究报道了HCC患者的肠道微生物特征，基于此筛选出30个最优微生物标志物，成功建立了诊断模型并实现跨地区队列验证。研究结果表明，以肠道菌群为靶点的生物标志物可成为潜在的非侵入性HCC早诊工具（图4）（Ren Z, Li A, Jiang J, et al. Gut microbiome analysis as a tool towards targeted non-invasive biomarkers for early hepatocellular carcinoma. Gut. 2019;68(6):1014-1023. doi:10.1136/gutjnl-2017-315084）。

图4. 肠道菌群与HCC之间的相关性分析 （源自讲者幻灯）

同样，在陆荫英教授团队另一项前期研究中，研究者基于肝内胆管癌（ICC）队列微生物组学及代谢组学研究，探究了肠道微生物群、胆汁酸代谢和细胞因子之间的关系，明确了肠道特异菌联合次级胆汁酸对于肝内胆管癌的诊断价值，并结合血浆内炎症因子实现了对ICC血管侵犯的预测。该研究进一步强调了肠道微生物在肝胆肿瘤早期诊断中的巨大潜力（图5）（Jia X, …Yinying Lu*, et al. Characterization of Gut Microbiota, Bile Acid Metabolism, and Cytokines in Intrahepatic Cholangiocarcinoma. Hepatology. 2020;71(3):893-906. doi:10.1002/hep.30852）。

图5. 肠道菌群与血浆炎症因子的相互作用 （源自讲者幻灯）

肠道微生物可影响肿瘤的免疫治疗

在接受免疫治疗的晚期HCC患者中，仍只有10%~30%的患者可以达到完全缓解（CR）或部分缓解（PR）。如上所述肠道微生物可以调控肿瘤免疫微环境，微生物及其次生产物经受损的肠道屏障入血，作为病原体相关分子模式（PAMP）激活免疫反应，同时释放肌苷、胆汁酸和短链脂肪酸等免疫调节性代谢产物，另外细菌表位特异性T细胞与肿瘤抗原特异性T细胞的交叉反应性，促进肿瘤特异性免疫反应。总而言之，微生物及其相关代谢物可调节肝癌的免疫反应，同时也影响了免疫治疗的效果（图6）（Yan X, Bai L, Qi P, Lv J, Song X, Zhang L. Potential Effects of Regulating Intestinal Flora on Immunotherapy for Liver Cancer. Int J Mol Sci. 2023;24(14):11387. Published 2023 Jul 13. doi:10.3390/ijms241411387）。

图6. 肠道微生物及其代谢物在晚期HCC免疫治疗中起关键作用 （源自讲者幻灯）

近些年研究文章提出，肠道菌群也可以预测PD-1抗体治疗晚期肝胆肿瘤的疗效。有研究团队对接受抗PD-1单抗治疗的肝胆恶性肿瘤患者的粪便样本进行宏基因组分析，揭示了肠道菌群中物种多样性及丰度与免疫治疗的临床应答与不良反应的关系，证实了肠道菌群作为肝癌免疫治疗生物标志物的可行性，并且为干预免疫治疗的应答和不良反应提供了新的靶标。

在胆道癌（BTC）免疫治疗队列中也得到了相似的结论。经免疫治疗长期临床获益组（DCB）存在特异的肠道细菌及代谢物，这些差异菌群及代谢物与接受免疫治疗的BTC患者生存率密切相关，其中三种细菌和两种代谢物组成的联合预测模型可有效区分DCB患者。这些发现强调了肠道微生物群和代谢物可作为抗PD-1/PD-L1治疗BTC临床结果的潜在预后、预测标志物（图7）（Mao J, Wang D, Long J, et al. Gut microbiome is associated with the clinical response to anti-PD-1 based immunotherapy in hepatobiliary cancers. J Immunother Cancer. 2021;9(12):e003334. doi:10.1136/jitc-2021-003334）。

对于肠道微生物影响肝癌免疫治疗机制研究，陆荫英教授团队基于晚期肝癌免疫治疗队列，将研究对象根据抗PD-1治疗效果分为应答组和未应答组，通过多组学检测发现两组间肠道微生物组和代谢组存在明显差异，进一步整合分析发现肠道拟杆菌作为治疗应答与否人群中的显著差异菌群，可通过胆汁酸代谢途径，促进HCC免疫治疗应答。

此外，目前关于晚期肿瘤免疫治疗是否应答问题，疾病稳定（SD）患者难以单纯性归类。今年Cell发表的一项研究提出以12个月生存期区分免疫治疗疗效，基于肠道微生物生态拓扑结构建立评分模型，预测肺癌和肾癌免疫治疗疗效。陆荫英教授团队在200例肝癌免疫治疗队列中对该模型进行了验证，发现该模型有显著预测价值（P=0.02）。但考虑到该模型所包含特征向量过多，在泛癌种免疫治疗队列中可能存在过拟合的现象，同时纳入过多因素也会增加模型的复杂性和计算成本。团队进一步筛选出了关键的特征向量，减少模型的维度，从而简化模型结构使其更易于解释和应用，并且在HCC队列中的预测性能得到了提升（P＜0.001）（图8）。

图8. 模型改进后肝胆肿瘤的预测性能显著提升（未发表数据） （源自讲者幻灯）

肠道与肝脏之间的紧密联系将为肝胆肿瘤患者基于微生物组的诊断、治疗或预防提供诸多机会。但目前仍存在一些问题，如肝胆肿瘤与肠道微生态的研究大多停留于实验动物水平；临床研究样本量少，缺乏高质量临床队列验证；临床转化应用相对困难等。未来可通过大规模、连续随访队列、配对多维度生物样本库进一步扩大临床研究，同时创新算法、技术，从而实现多组学联合深度挖掘临床线索，最终实现利用微生物组特征开发新型生物标志物、提高肝胆肿瘤的早期诊断准确性和预后评估的目标。