肺部微生物群与肺癌：微生物与人类健康解密

2023-11-16 理论教育版权反馈

【摘要】：根据几项研究，构成肺微生物群的两个主要门为拟杆菌门和硬壁菌门。非肿瘤疾病中的肺微生物群微生物与各种炎症性肺疾病之间的关系是一个公认的问题。这些微生物群物种的持续存在将疾病转变为慢性病和慢性炎症。流感嗜血杆菌、肠杆菌属、大肠杆菌、肺炎球菌、军团菌和莫拉菌属等微生物已得到证实能驱动肺组织炎症。研究表明，在一些病例中，这些微生物与肺癌相关。该领域的最新研究证实，微生物群应被视为重要的诊断和预防指标。

微生物群（组）是共享机体空间的共生和病原微生物的生态群落。这些微生物包括原虫、真菌、细菌和病毒，并形成器官特异性微生物群落。

微生物群的大小和组成因人的身体部位而异，受宿主和环境因素的影响，并可能导致疾病和人体对其的反应。根据目前的估计，微生物细胞的数量等同于宿主细胞的数量，总微生物群的重量为0.2kg，大量高度多样化的微生物定植在人类有机组织中。微生物存在于所有黏膜中，并参与各种生理过程。

最近的研究表明，微生物组的特定组成与多种疾病之间存在相关性，包括自身免疫性疾病、肥胖症甚至精神疾病。传统认为人类微生物组对肠道、皮肤和黏膜的影响最大。因为长期以来由于肺特异性微生物培养的困难，故对肺微生物组的研究不多，而认为肺处于“无菌状态”。随着无需微生物培养的研究方法研发，许多研究表明，有一个独特的微生物群落定植在肺部。对细菌16SrRNA的PCR筛选显示，肺和下呼吸道的定植细菌数量少于上呼吸道。然而，肺黏膜有其自身的定植微生物组。

定义健康肺部微生物群的3个关键因素是：微生物从上呼吸道向下迁移，人类有机体对微生物的处置能力，以及局部生长条件。

（1）正常肺微生物群

肺微生物群是一个相对较新的研究领域，仍有待研究。各个研究小组最近给出的通量测序数据分析显示，肺微生物组在其种系发育上呈多样性。根据几项研究，构成肺微生物群的两个主要门为拟杆菌门和硬壁菌门。一些菌属，例如普雷沃菌和韦永菌在健康肺中占主导地位。此外，下呼吸系统主要菌属为假单胞菌属、链球菌属、梭菌属、巨球藻和鞘氨醇单胞菌属等。

（2）非肿瘤疾病中的肺微生物群

微生物与各种炎症性肺疾病之间的关系是一个公认的问题。结核病仍然是由结核分枝杆菌引起的最重要的疾病之一，是全球传染病死亡的主要原因。结核病如此严重的原因之一是结核分枝杆菌（MT）的广泛耐药性，这是由其细胞的特定组成部分所决定，其特定组成包含分枝菌酸和独特的糖肽脂质——分枝杆菌糖脂。分枝杆菌糖脂可防止MT细胞被巨噬细胞清除。即使在吞噬作用之后，MT细胞仍能够在巨噬细胞内颗粒中继续行使其重要功能。

此外，MT能引起与吞噬细胞增殖有关的肺组织慢性炎症，导致纤维化发展。纤维化可由于任何类型的炎症而发生，而与是否由感染引起无关。许多组织学研究表明，肺癌与MT促进的纤维化之间存在相关性。以下细菌尽管发生频率较低，也与慢性肺部炎症有关，流感嗜血杆菌、卡他莫拉菌、肺炎链球菌、副流感嗜血杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌。这些微生物群物种的持续存在将疾病转变为慢性病和慢性炎症。在炎症期间，由于免疫系统的活性，肺的微生物群落变得不稳定，并且其种类组成经常变化。炎症期间将导致细胞裂解产物泄漏到微环境中，从而增加蛋白质，脂多糖（LPS）和肽聚糖的浓度。

病原细菌（如，流感嗜血杆菌）通常会产生脂多糖（LPS），而脂多糖会影响免疫系统，是一种很强的促炎因子。涉及炎症性肺病理的微生物群的另一个例子是COPD。使用16srRNA测序分析发现健康人和COPD患者的肺微生物群之间存在显著差异。值得注意的是，假单胞菌、链球菌、普氏菌和嗜血杆菌属的存在最常见于COPD患者。由于慢性炎症现已被认为是重要的致癌因素，细菌在肺癌发展中的作用引起了全球研究人员的极大关注。

（3）肺癌微生物群

表3-3-1　不同癌症类型与致病微生物之间的相关性(www.chuimin.cn)

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肺癌可以由多种因素引起，包括化学致癌物、慢性炎症、细菌和病毒感染，牙周疾病以及其他因素。病原性和机会致病性微生物确实能够驱动肺组织的炎症。流感嗜血杆菌、肠杆菌属、大肠杆菌、肺炎球菌、军团菌和莫拉菌属等微生物已得到证实能驱动肺组织炎症。研究表明，在一些病例中，这些微生物与肺癌相关。微生物与肿瘤的特定组织学类型存在特定相关性。例如，在小细胞癌（SCC）中更常发现食酸菌属（Acidovorax）、克雷伯菌属（Klebsiella）、红育菌属（Rhodoferax）、丛毛单胞菌属（Comamonas）和Polarmonas属，而在腺癌病例中尚未发现。但是，应该注意的是，有时肺癌可能不是由感染本身引起，而是由其微生物群落的显著变化引起。肺微生物群的多样性是恶性转化的重要指标。有两种不同类型的α-生物多样性和β-生物多样性。肺癌患者的α-多样性（一种定植物种数量）趋于降低。在健康者和癌症患者的肺中，相反β-多样性（不同定植物种之间的多样性）没有显著差异。

该领域的最新研究证实，微生物群应被视为重要的诊断和预防指标。Lee等通过16S rRNA的高通量NGS测序显示了良性和恶性肿瘤患者的微生物群之间的差异。作者认为，Veillonella菌属和巨球藻属（Megasphaera）可能被认为是肺癌的生物标志物。Greathouse等证明了食酸菌属（Acidovorax）与小细胞癌之间的相关性。作者证实，该菌属在SCLC组织学类型中占主导地位，在腺癌病例中则无法检测到。假单胞菌属与腺癌相关，在COPD患者中可以看到类似的模式。另一个研究小组揭示了毗邻颗粒链菌属（Granulicatellaadiacens）参与肺肿瘤的发生。在较早的研究中，显示毗邻颗粒链菌属和其他机会性病原体之间存在相关性。但是，这种相关性只能在肺癌病例中观察到，而不会出现在健康者中。作者还报道了毗邻颗粒链菌属滴度与疾病状况之间的相关性。

值得注意的是，非吸烟者样本中发现毗邻颗粒链菌属例数多于吸烟者样本。噬二氧化碳细胞菌属（Capnocytophaga）、月形单胞菌属（Selenomonas）、韦荣球菌属（Veillonella）和奈瑟球菌属（Neisseria）可以突出显示其为潜在的肺癌生物标志物。这些微生物的滴度增加与小细胞癌（SCC）和腺癌（AC）相关。这些结果是通过对30位患者（10位SCC、10位AC和10位健康供体）的唾液样本进行16SrRNA测序而获得，并通过实时PCR进行了确认。其他一些研究表明，肺癌患者中肺气肿的存在会影响肺微生物群。因此，流行的硬壁菌门（链球菌）和拟杆菌门（普雷沃菌属）可以为癌症和肺气肿患者的微生物组成特征，而非仅肺气肿患者的特征，相比之下，变形菌门（即不动杆菌和食酸菌属）较少出现在肺癌病例，与肺气肿的出现无关。上述研究结果证实了肺微生物群分析的重要性。

近年来，许多研究致力于微生物群及其在抗癌免疫治疗疗效检测中的作用。Kaderbhai等证明了NSCLC患者使用Nivolumab治疗期间应用抗生素的影响，显示抗生素不影响治疗。另一组研究表明，对检查点抑制剂治疗的耐药性可能是由于微生物群落的异常组成引起。使用抗生素后，该检查点抑制剂治疗疗效急剧下降。抗生素治疗与免疫状态之间的相关性鉴定可能会大大改变癌症患者使用抗生素的方法。在Lewis肺癌小鼠模型中，已确定使用氨苄西林、万古霉素、硫酸新霉素和甲硝唑的治疗可增强对肿瘤进展的敏感性。微生物群之间的共有平衡有助于抗肿瘤反应，与益生菌共同治疗可能促进肿瘤生长抑制和促凋亡作用。目前，文献提供了有关抗生素对抗癌治疗作用影响的矛盾数据，强调了在这一领域进行进一步研究的重要性。

（4）微生物群与肺癌基本机制

数十年来，人们一直在研究细菌对癌症发生和发展潜在影响的机制。这些包括通过细菌毒素的直接作用，免疫细胞的炎症刺激以及对上皮细胞的直接作用。

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图3-3-1　微生物群与肺癌

微生物与上皮细胞和免疫系统细胞的相互作用，导致癌变肺癌与慢性炎症密切相关，但炎症的原因和特异性免疫介质还尚未完全阐明。肺是由多种细菌群体定植的黏膜组织，肺癌患者中常见的肺部感染与临床结果有关。

最近的研究结果表明，肺部微生物群通过激活肺部的γδT细胞引起与肺腺癌相关的炎症。无菌或抗生素治疗的小鼠能免受Kras突变和p53缺失诱导的肺癌的发展。共生细菌通过激活Myd88通路，刺激骨髓细胞产生IL-1β和IL-23，诱导Vγ6＋Vδ1＋γδT细胞的增殖和活化，产生IL-17和其他效应分子以促进炎症和肿瘤细胞增殖。研究结果清楚地将肺部微生物群免疫串扰与肺肿瘤发展联系起来，从而确定了可能作为肺癌干预有效靶点的关键细胞和分子介质。

肺部微生物群与肺癌：微生物与人类健康解密

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