食管癌發病率和死亡率較高，侵襲性強且預后差，在我國每年發病和死亡人數約占全球一半。其病因尚未明確，已知與不良飲食和生活習慣致上消化道慢性損傷、遺傳、環境等眾多因素有關。隨著分子生物學技術的不斷進步，宏基因組學和高通量測序開始作為非培養法代替傳統培養法進行微生態分析成為研究熱點。已有不少研究表明上消化道微生態的紊亂可能是食管癌的發病原因之一，通過與機體復雜地相互作用參與多種機制影響著食管癌的發生發展。本文就這一研究進展作出綜述，對于進一步明確上消化道微生態在食管癌的發病機制及診療方面的價值具有重要意義。
引用本文： 李東航, 耿慶, 張霖, 江文洋. 上消化道微生態與食管癌的研究進展. 中國胸心血管外科臨床雜志, 2020, 27(1): 90-96. doi: 10.7507/1007-4848.201904001 復制
人體定植著復雜多樣的微生物群落，并與人體共生，總體上構成了人類微生態系統[1]。消化道作為人體微生態系統中最大的細菌儲存庫，其微生態系統在維持人體正常生理功能及疾病發生發展中發揮著不可替代的作用。傳統的微生物分析法對人體 99% 的細菌未能培養、分離、純化[2]，菌群鑒別的準確性較差。得益于分子生物學的進步、宏基因組學的興起及高通量測序的應用，結合生物信息學的改進，消化道微生態已進入宏基因組學時代，達到基因型分類水平[3]。食管癌在消化系統惡性腫瘤中具有發病率高和診斷率低，且預后不佳，5 年存活率低于 20% 等特點[4]。上消化道微生態在其病因學中扮演著重要角色[5]，目前已有不少關于上消化道微生態和食管癌的研究報道，本文對這一研究熱點、發展前景作一綜述。
1 正常食管微生態
食管作為一個不儲存食物的通道且異于口腔、胃腸道的特定消化道區域，在早期傳統培養法的研究報道中，被認為要么是無菌區域，要么是存在少量通過吞咽或胃食管反流（GER）而來的瞬時微生物，而無常駐微生物。Gagliardi 等[6]研究發現食管不僅受鄰近器官 (口腔及胃部) 微生物的影響，也存在原籍定植菌，以草綠色鏈球菌最為常見。2004 年，Pei 等[7]首次應用 16S rDNA 序列分析技術發現了正常食管遠端黏膜存在多種菌群，包括來自 6 種門類：厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門、變形菌門、梭桿菌門和 TM7 等共 95 種菌群，其中最常見的是鏈球菌（39%）、普氏菌（17%）和韋氏菌（14%）[7-9]。有研究[7]證實 82% 的食管細菌是可被識別和培養的。進一步分析發現遠端食管菌群與口咽類似，并支持食管微生物群主要來源于口腔的觀點，但兩者不完全相同[10]，食管菌群不存在口腔菌群中普遍存在的螺旋體門和桿菌門菌群[7, 11-13]。同時，有研究[14-15]顯示食管黏膜菌群與腸道菌群組成亦不完全相同。因此，食管黏膜微生態菌群的研究不能用口腔和腸道菌群替代。Liu 等[16]研究了 6 名正常人食管遠端微生物菌群，得到與 Pei 等[7]一致的研究結果。2009 年 Yang 等[17]利用 16S rRNA 測序技術進一步檢測了 12 名健康成人遠端食管樣本的微生物組，發現包括 9 個門類的 166 種菌群，以鏈球菌為主，并第一次將食管菌群這一復雜的微生物組分為 2 種類型：Ⅰ型和Ⅱ型，其中Ⅰ型以革蘭陽性需氧菌為主，多由厚壁菌門組成，主要為鏈球菌屬，常分布于正常食管，盡管后續研究者對于正常食管黏膜取樣方法和樣本不盡相同，但以厚壁菌門鏈球菌屬為優勢菌群的檢測率均維持在較高水平；Ⅱ型以革蘭陰性厭氧菌或微需氧菌為主，多由擬桿菌門、變形菌門、梭菌門組成，主要為韋榮球菌屬、普氏菌屬、嗜血桿菌屬等，常分布于食管炎和 Barrett 食管（BE）患者中。Yang 等[17]對菌群進一步分析發現革蘭陰性菌在這兩種類型菌群中分別占比 14.9% 和 53.4%。由此可見，上消化道微生態菌群可能參與了食管疾病的發生發展。
2 食管癌微生態概述
在食道炎、BE、食管癌、胃炎、胃癌、結直腸癌[18]、消化性潰瘍、小腸細菌過度生長、腸易激綜合征和乳糜瀉等消化道疾病的發生發展中，消化道微生態起到了重要作用[19]。人類胃腸道微生物組與癌癥關系的最新研究也報道了消化道微生態改變與消化道腫瘤存在一定關系[19-20]。食管癌的發生是一個漸進過程，正常黏膜的癌變過程涉及多種危險因素的共同作用，其中上消化道微生態發揮了重要作用，包括微生物菌群的失衡、致病菌的感染及其代謝產物破壞食管黏膜屏障、促進毒素吸收、活化炎性通路和癌癥信號傳導途徑、誘導免疫失調和干擾抗癌劑藥效學等，最終推動食管癌的發生發展；反過來，腫瘤病灶微環境發生改變，又引起細菌的聚集和定植，特別是腫瘤缺氧環境為厭氧菌創造了良好的生長條件；同時，存在于腫瘤組織的異常血管和組織間隙高壓限制了有效免疫成分（粒細胞、抗體、血清補體等）隨血流進入癌組織并保護細菌躲避機體的免疫殺傷[21]，進一步促進了腫瘤的發展。這恰好解釋了與正常食管相比食管癌患者食管黏膜Ⅱ類微生物菌群（厭氧菌為主）占比顯著增加的現象。上消化道微生物菌群與腫瘤微環境的相互作用，促進了食管癌的發生發展。目前大部分關于食管癌微生態的研究均初步顯示這一共同點：食管癌患者食管黏膜菌群較正常食管黏膜菌群的多樣性降低，主要表現為微生物菌群間種類的減少和菌群內菌株多樣性的減少，微生物優勢菌群由Ⅰ型轉變為Ⅱ型。不同食管癌組織學分型的食管微生態有所不同。根據組織學分型，食管癌主要分為食管鱗狀細胞癌（ESCC）和食管腺癌（EAC）。
3 上消化道微生態與食管鱗癌
盡管 ESCC 發病機制很大程度上仍然未知，關于 ESCC 及其癌前病變的微生態研究也較少，但不少學者試圖從食管鱗狀細胞不典型增生（ESD）這一癌前病變的微生態改變及 ESCC 的高危因素入手，探索 ESCC 的微生態變化。Yu 等[22]的研究顯示食管菌群豐度低的個體更容易發生 ESD，這與中國醫學科學院腫瘤醫院與美國 NCI 合作開展的一項食管癌前瞻性隊列研究結果相符。有文獻報道，飲酒[23]、吸煙[24]、喜燙食、口腔和胃部微生態的影響等眾多危險因素改變了食管微生態環境，進而不同程度促進了 ESCC 的發生和發展。
一項研究[25]在煙草樣品中檢測到不動桿菌、芽孢桿菌、克雷伯氏菌、銅綠假單胞菌、彎曲桿菌、腸球菌、變形桿菌和葡萄球菌等，由此提示：煙草本身可能作為各種潛在致病微生物的直接來源。同時，煙霧也改變了食管微生態環境，吸煙者食管黏膜較不吸煙者食管黏膜中主要優勢菌豐度降低，即：厚壁菌門與擬桿菌門豐度降低，而放線菌門有所增加。這一致癌機制可能是：低濃度香煙提取物（CSE）通過抑制 miR-101-3p，阻斷了環氧合酶-2（COX-2）mRNA 表達通路的抑制，從而介導 COX-2 的表達上調，依賴于 COX-2 活性的 CSE 誘導癌細胞增殖，促進 ESCC 的發生。Gong 等[26]進一步指出 miR-101-3p 可能是吸煙相關 ESCC 的潛在生物標志和治療靶點。另外，Morris 等[24]的研究表明煙草改變了口腔微生態環境，促進了牙周病的發生，這些致病微生物可將乙醇轉化為具有致癌作用的乙醛[23]。牙周病增加 ESCC 風險也得到了 Sato 等[27-29]的證實。
食管微生態與口腔微生態相互影響且密切相關，通過吞咽遷移至食管的細菌促進了食管疾病的發生[30]。Narikiyo 等[31]分別比較了食管癌組織、癌旁組織與正常唾液中牙周病相關的口腔細菌，發現這些細菌更富集于食管癌組織，尤其是與牙周病強烈相關的 Tannerella forsythia（T.forsythia）和牙齦卟啉單胞菌（Porphyromonas gingivalis，P.gingivalis）檢出率較高[28]。此外，不少研究[31-34]表明，口腔衛生不良與 ESCC 直接相關并增加了 ESCC 的患病率。牙齒脫落可增加 ESCC 的發病風險[33, 35-36]，刷牙次數與患 ESCC 風險呈負相關[16, 27]，未經牙齒充分咀嚼的食物殘渣對食管黏膜產生慢性損傷性刺激[33, 35-36]，刷牙次數的不足使食物殘渣停駐口腔、細菌滋生，遷移至食管，導致食管微生態環境發生改變。
微生態失調可能涉及 ESD-ESCC 的進展[1]，一項病例對照研究[37]首次報道了 ESD 和 ESCC 患者較正常對照組胃體微生物群中厚壁菌門的丹毒絲菌目、胃梭菌目菌群顯著富集[37-38]，McColl 等[39]也認為慢性萎縮性胃炎導致胃黏膜微生態環境更易于產生亞硝基細菌的生長，促進 ESCC 的發生，但這種具體機制及致癌過程還需在分子水平進一步探討。
口腔鱗狀細胞癌與 ESCC 的組織學相似，被證實作為牙周病的特定病原菌且參與口腔鱗狀細胞癌的發生，T.forsythia 和 P.gingivalis 這兩種革蘭氏陰性菌需要我們重點關注。Gao 等[40]的研究顯示 P.gingivalis 可選擇性感染 ESCC 受試者的癌組織和鄰近食管黏膜，但不能感染正常食管黏膜，且 P.gingivalis 的存在與 ESCC 淋巴結轉移和低生存率呈正相關[1, 40]。最新的研究表明這兩種細菌在 ESCC 發病機制中起到重要作用，主要參與 ESCC 進展的癌癥信號通路。其中，P.gingivalis 可產生 gingipain 蛋白酶和基質金屬蛋白酶（MMPs），降解細胞外基質蛋白，破壞免疫球蛋白和補體系統（C3、C5）[41]；T.forsythia 通過 CD4+T 輔助細胞和 TNF-α 誘導促炎細胞因子（如 IL-1β 和 IL-6），激活 COX-2 的過表達，進而抑制程序性凋亡，致使腫瘤細胞不發生凋亡而繼續分裂，并形成轉移[42]。P.gingivalis 和 T.forsythia 的促炎作用具有累加效應[43]，可通過影響 E2 前列腺素途徑和 Notch 途徑的調節，增加癌癥干細胞及其腫瘤血管的形成，進而分化、發展為 ESCC[40, 44]。值得注意的是，能否將 P.gingivalis 和 T.forsythia 作為 ESCC 早期篩查、診斷及預后轉歸的生物標志物，尚需充分深入的研究。
4 上消化道微生態與食管腺癌
如同結腸癌的發病模式，EAC 的發生正被確立為GER-反流性食管病（GERD）或食管炎-BE-異性增生-EAC 多步驟癌癥模型[1]。其中，GERD 和 BE 已明確為 EAC 的癌前病變[1]。正常食管黏膜組織被覆鱗狀上皮，由于食管下段與胃的解剖毗鄰關系，胃部內容物反流進入食管，長期持續存在的胃酸刺激促使腸柱狀化生取代遠端食管的復層鱗狀上皮，進而發生 EAC。因此，我們在探討 EAC 微生態改變時主要從其癌前病變—GERD 與 BE 入手。多數研究表明 GERD 與 BE 相關的微生態失調總體特征是食管微生物菌群的總體多樣性減少，以厚壁菌門鏈球菌屬為代表的革蘭陽性菌減少，以擬桿菌門普氏菌屬和梭菌門梭菌屬為代表的革蘭陰性菌增加，從Ⅰ型轉變為Ⅱ型微生物群[7, 16, 45-47]。Yang 等[17]的研究也表明 BE 和 GERD 對革蘭氏陰性厭氧菌或微需氧菌（如普氏菌、韋氏菌、嗜血桿菌、奈瑟菌和羅氏菌）有更高的感染率，從而促進了 EAC 的發生，其機制可能是受反流影響的食管黏膜微環境發生了改變，更易耐受胃酸和膽汁的革蘭陰性菌逐漸代替革蘭陽性菌而成為優勢菌群。革蘭陰性菌引起 GERD 與 BE 微生態改變的機制主要與其外膜結構表面脂多糖（LPS）介導的細胞炎癥反應和免疫應答有關，LPS 通過激活 Toll 樣受體 ４（TLR4），誘導產生 IL-1β 和 TNF-α，分別以直接和間接的方式激活 NF-κB 炎癥反應通路[5, 45, 48-50]，引起機體強烈的炎癥反應，導致食管黏膜微生態失調-炎癥反應-微生態失調的惡性循環[7, 45-48, 51-53]。NF-κB 在炎癥相關癌癥中起腫瘤啟動子的作用[54]。此外，LPS 還可以使誘導型氧化氮合酶（iNOS）和 COX-2 表達上調，分別引起食管下段括約肌松弛和延緩胃排空[7, 46-48, 51]，加速了 GERD 及 BE 的發生。其中一種革蘭氏陰性菌—核酸桿菌與 23% 食管癌的發生及其較低的總生存率相關，可作為食管癌不良轉歸的微生物預后因子，且已證實其與牙周病也高度相關[55]。核酸桿菌可以黏附并侵襲食管上皮，與上皮鈣粘蛋白結合激活 β-連環蛋白、誘導分泌細胞因子激活 TLR4、NF-κB 炎性通路，引起局部炎癥[56]；同時通過抑制 T 細胞的免疫抑制，使腫瘤細胞逃脫免疫殺傷[55]。這些革蘭氏陰性微生物群在食管上皮異型增生及推動 EAC 的發生中起到了重要作用。
在 EAC 癌前病變菌群豐度增加的Ⅱ型菌群中，較為引起關注的是彎曲桿菌。Blackett 采用培養與非培養法結合的方式在研究 EAC 發生的級聯過程中，發現彎曲桿菌（主要是 C. concisus）在Ⅱ型菌群中持續性富集[20, 53, 57-58]，其豐度在 GERD 及 BE 中顯著增加，但在 EAC 中降低，這與幽門螺旋桿菌（H. Pylori）在胃癌中的變化趨勢是一致的[53]。Kaakoush 等[59-60]進一步研究顯示 C. concisus 可以在口腔內定植，被認為是一種潛在的人類病原體，除了共生菌株外，還鑒定出多種致病型，在 GERD 及 BE 炎癥反應下，強致病性 C. concisus 在食管長期定植，誘導可致癌炎性因子的表達，引起炎癥反應及加速化生的進展，促進 EAC 的發生[58-59]。其中，較為關鍵的致癌炎性因子為 IL-18[57-58]，被證實在胃腸道惡性腫瘤的增殖中起重要作用[56]。同時，Kaakoush 指出，C.concisus 是微生態改變引起 EAC 發生的始動因素，這為其他菌群在腫瘤微環境中競爭為優勢菌群并參與疾病進展提供了有利環境[59-60]，這同樣用于解釋在胃癌中 H. Pylori 豐度反而較低這一類似變化趨勢[59]。值得注意的是，能否將 C.concisus 作為 EAC 的特征性菌群，探討其致癌機理，實現 EAC 的早期預防及延緩進程尚需進一步研究。
Gall 等[61]在一項 BE 隊列研究中進一步證實 BE 的菌群以鏈球菌和普氏菌為主，且二者構成比與腰臀比和食管裂孔疝長度呈正相關，這正是 EAC 的兩個危險因素，這為我們探索 EAC 病因提供了研究方向，但其臨床價值仍需更多深入的研究加以驗證。肥胖也是 EAC 的主要危險因素之一[62]，與肥胖相關的消化道菌群通過促炎細胞因子、脂肪因子和胰島素抵抗等影響消化道的代謝，進而影響它們在調節細胞增殖、凋亡和細胞生長方面的獨特作用[63]，然而，對其在食管癌發生中的作用迄今尚未有充分了解。
H.pylori 是胃癌的公認危險因素，顯著提升了胃癌易感性，并被國際癌癥研究機構列為Ⅰ類致癌因子。一項描述性案例系列研究指出，ESCC 發病率在是否感染 H. pylori 的患者中無顯著差異，表明 H.pylori 并未增加 ESCC 的發病風險[64-66]，但 H.pylori 對 EAC 起促進作用還是保護作用仍存在爭議。流行病學指出，感染 H.pylori 者患 EAC 的發生率較非感染者降低約 40%[67-68]。有學者[67-73]認為 H.pylori 的感染對于 GERD、BE 的發病起到保護作用，減少了 EAC 及其癌前病變的發生率，并得到一項病例對照研究的支持[72]。這可能解釋為：H.pylori 感染后引起致炎性因子 IL-8、IL-1β、TNF-α 升高[74]，介導胃黏膜損傷，破壞胃泌酸細胞，胃酸產生水平降低，酸相關食管損傷減少[73]，進而降低了 GERD、BE 的發生；另外，感染 H.pylori 后影響尤其是下端食管及胃黏膜微生態環境，進而影響其它微生物的組成[75-76]，同時胃黏膜產生的對 H.pylori 的免疫應答對其他食管致病菌產生了交叉免疫。另一方面，感染 H.pylori 后，引起炎癥反應，釋放 IL-18 等炎性因子，上調 COX-2 的表達，誘導食管炎、食管胃型化生、腸上皮化生，增加 BE 的發生率，促進了腫瘤的形成[77-78]。因此 Herrera-Goepfert 等[79]指出在 GERD 患者中根除 H.pylori 可早期阻止 BE 及其相關腺癌的發生。然而，H.pylori 與 EAC 的關系仍需進一步明確。
5 食管癌手術與上消化道微生態
現階段食管癌的治療仍是以外科手術為主的綜合治療，關于食管癌手術對上消化道微生態影響的研究較少。Narikiyo 等[31]研究 20 例接受食管癌手術患者正常和癌性食管組織的微生物群，顯示兩者密螺旋體和鏈球菌均為優勢菌群，包括 S.mitis 和 S.anginosus。不同國家地區的樣本中均可檢測到。鑒于其促炎潛力，Narikiyo等 [31]指出這幾種菌群在食管癌的致癌進程中可能發揮作用。研究食管癌術后微生態的變化對于指導臨床治療食管癌的潛在價值仍需更大樣本的深入探索。
6 藥物與上消化道微生態及食管癌
鑒于上消化道微生態失調與食管癌的發生密切相關，所有影響上消化道微生態的因素都需要研究者的關注，包括抗生素、質子泵抑制劑（PPI）等。已有研究[80]顯示抗生素的應用可以改變上消化道微生物菌群的多樣性并與癌癥風險增加有關。一項隊列研究[81]顯示青霉素的暴露與消化道癌癥（包括食管癌）風險增加之間存在劑量依賴關系，對于單個療程青霉素使用者，患食管癌的風險校正 OR 為 1.1（95% CI 1.0，1.2），而對于>5 個療程的青霉素使用者，患食管癌的風險校正 OR 為 1.2（95% CI 1.0，1.4）[81]。這可能是由于應用青霉素治療后，鏈球菌等保護性菌群減少。這初步證明了抗生素的應用可能通過改變上消化道微生物群，誘導食管癌的發生。但仍需要后續研究進一步了解微生物群的食管屏障、致炎致癌機制及抗生素對其影響機制。另外，已知 PPI 對胃腸道微生物群的影響很有意義，且有研究[82]顯示 PPI 治療前后食管微生物群發生顯著變化，開始 PPI 治療后，Comomonadaceae 減少，梭菌和放線菌增加，停止 PPI 治療后，乳桿菌和乳酸桿菌豐富度降低。然而，PPI 介導上消化道微生物群的變化及其之間是否有特定關系、是否參與食管癌的發生[83]，還是 PPI 自身的致癌作用[84]，仍然未知。值得一提的是，目前對上消化道微生態的研究絕大多數局限于細菌層面[85]，對于真菌、支原體、病毒等微生物在食管正常和疾病狀態下的功能研究及致病機制方面了解甚少，未來全面理解上消化道微生態特征，需要將其囊括其中。
7 總結與展望
上消化道微生態與食管癌的發生發展密切相關，然而其特定致病菌及其具體機制尚未清晰揭示。在未來的研究中，可改進或替代現行的內窺鏡食管取樣方法，應用宏基因組學、代謝組學和生物信息學分析技術，揭示上消化道微生態特征、微生態-宿主間的相互作用及抗生素、PPI 的應用、食管癌綜合治療對其微生態的影響，探求食管癌相關致病病原體及其致病機制、可能存在的微生物標記，進而進行微生物靶向治療，最終開啟食管癌早期篩查、早期診療的微生態時代。
利益沖突：無。
人體定植著復雜多樣的微生物群落，并與人體共生，總體上構成了人類微生態系統[1]。消化道作為人體微生態系統中最大的細菌儲存庫，其微生態系統在維持人體正常生理功能及疾病發生發展中發揮著不可替代的作用。傳統的微生物分析法對人體 99% 的細菌未能培養、分離、純化[2]，菌群鑒別的準確性較差。得益于分子生物學的進步、宏基因組學的興起及高通量測序的應用，結合生物信息學的改進，消化道微生態已進入宏基因組學時代，達到基因型分類水平[3]。食管癌在消化系統惡性腫瘤中具有發病率高和診斷率低，且預后不佳，5 年存活率低于 20% 等特點[4]。上消化道微生態在其病因學中扮演著重要角色[5]，目前已有不少關于上消化道微生態和食管癌的研究報道，本文對這一研究熱點、發展前景作一綜述。
1 正常食管微生態
食管作為一個不儲存食物的通道且異于口腔、胃腸道的特定消化道區域，在早期傳統培養法的研究報道中，被認為要么是無菌區域，要么是存在少量通過吞咽或胃食管反流（GER）而來的瞬時微生物，而無常駐微生物。Gagliardi 等[6]研究發現食管不僅受鄰近器官 (口腔及胃部) 微生物的影響，也存在原籍定植菌，以草綠色鏈球菌最為常見。2004 年，Pei 等[7]首次應用 16S rDNA 序列分析技術發現了正常食管遠端黏膜存在多種菌群，包括來自 6 種門類：厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門、變形菌門、梭桿菌門和 TM7 等共 95 種菌群，其中最常見的是鏈球菌（39%）、普氏菌（17%）和韋氏菌（14%）[7-9]。有研究[7]證實 82% 的食管細菌是可被識別和培養的。進一步分析發現遠端食管菌群與口咽類似，并支持食管微生物群主要來源于口腔的觀點，但兩者不完全相同[10]，食管菌群不存在口腔菌群中普遍存在的螺旋體門和桿菌門菌群[7, 11-13]。同時，有研究[14-15]顯示食管黏膜菌群與腸道菌群組成亦不完全相同。因此，食管黏膜微生態菌群的研究不能用口腔和腸道菌群替代。Liu 等[16]研究了 6 名正常人食管遠端微生物菌群，得到與 Pei 等[7]一致的研究結果。2009 年 Yang 等[17]利用 16S rRNA 測序技術進一步檢測了 12 名健康成人遠端食管樣本的微生物組，發現包括 9 個門類的 166 種菌群，以鏈球菌為主，并第一次將食管菌群這一復雜的微生物組分為 2 種類型：Ⅰ型和Ⅱ型，其中Ⅰ型以革蘭陽性需氧菌為主，多由厚壁菌門組成，主要為鏈球菌屬，常分布于正常食管，盡管后續研究者對于正常食管黏膜取樣方法和樣本不盡相同，但以厚壁菌門鏈球菌屬為優勢菌群的檢測率均維持在較高水平；Ⅱ型以革蘭陰性厭氧菌或微需氧菌為主，多由擬桿菌門、變形菌門、梭菌門組成，主要為韋榮球菌屬、普氏菌屬、嗜血桿菌屬等，常分布于食管炎和 Barrett 食管（BE）患者中。Yang 等[17]對菌群進一步分析發現革蘭陰性菌在這兩種類型菌群中分別占比 14.9% 和 53.4%。由此可見，上消化道微生態菌群可能參與了食管疾病的發生發展。
2 食管癌微生態概述
在食道炎、BE、食管癌、胃炎、胃癌、結直腸癌[18]、消化性潰瘍、小腸細菌過度生長、腸易激綜合征和乳糜瀉等消化道疾病的發生發展中，消化道微生態起到了重要作用[19]。人類胃腸道微生物組與癌癥關系的最新研究也報道了消化道微生態改變與消化道腫瘤存在一定關系[19-20]。食管癌的發生是一個漸進過程，正常黏膜的癌變過程涉及多種危險因素的共同作用，其中上消化道微生態發揮了重要作用，包括微生物菌群的失衡、致病菌的感染及其代謝產物破壞食管黏膜屏障、促進毒素吸收、活化炎性通路和癌癥信號傳導途徑、誘導免疫失調和干擾抗癌劑藥效學等，最終推動食管癌的發生發展；反過來，腫瘤病灶微環境發生改變，又引起細菌的聚集和定植，特別是腫瘤缺氧環境為厭氧菌創造了良好的生長條件；同時，存在于腫瘤組織的異常血管和組織間隙高壓限制了有效免疫成分（粒細胞、抗體、血清補體等）隨血流進入癌組織并保護細菌躲避機體的免疫殺傷[21]，進一步促進了腫瘤的發展。這恰好解釋了與正常食管相比食管癌患者食管黏膜Ⅱ類微生物菌群（厭氧菌為主）占比顯著增加的現象。上消化道微生物菌群與腫瘤微環境的相互作用，促進了食管癌的發生發展。目前大部分關于食管癌微生態的研究均初步顯示這一共同點：食管癌患者食管黏膜菌群較正常食管黏膜菌群的多樣性降低，主要表現為微生物菌群間種類的減少和菌群內菌株多樣性的減少，微生物優勢菌群由Ⅰ型轉變為Ⅱ型。不同食管癌組織學分型的食管微生態有所不同。根據組織學分型，食管癌主要分為食管鱗狀細胞癌（ESCC）和食管腺癌（EAC）。
3 上消化道微生態與食管鱗癌
盡管 ESCC 發病機制很大程度上仍然未知，關于 ESCC 及其癌前病變的微生態研究也較少，但不少學者試圖從食管鱗狀細胞不典型增生（ESD）這一癌前病變的微生態改變及 ESCC 的高危因素入手，探索 ESCC 的微生態變化。Yu 等[22]的研究顯示食管菌群豐度低的個體更容易發生 ESD，這與中國醫學科學院腫瘤醫院與美國 NCI 合作開展的一項食管癌前瞻性隊列研究結果相符。有文獻報道，飲酒[23]、吸煙[24]、喜燙食、口腔和胃部微生態的影響等眾多危險因素改變了食管微生態環境，進而不同程度促進了 ESCC 的發生和發展。
一項研究[25]在煙草樣品中檢測到不動桿菌、芽孢桿菌、克雷伯氏菌、銅綠假單胞菌、彎曲桿菌、腸球菌、變形桿菌和葡萄球菌等，由此提示：煙草本身可能作為各種潛在致病微生物的直接來源。同時，煙霧也改變了食管微生態環境，吸煙者食管黏膜較不吸煙者食管黏膜中主要優勢菌豐度降低，即：厚壁菌門與擬桿菌門豐度降低，而放線菌門有所增加。這一致癌機制可能是：低濃度香煙提取物（CSE）通過抑制 miR-101-3p，阻斷了環氧合酶-2（COX-2）mRNA 表達通路的抑制，從而介導 COX-2 的表達上調，依賴于 COX-2 活性的 CSE 誘導癌細胞增殖，促進 ESCC 的發生。Gong 等[26]進一步指出 miR-101-3p 可能是吸煙相關 ESCC 的潛在生物標志和治療靶點。另外，Morris 等[24]的研究表明煙草改變了口腔微生態環境，促進了牙周病的發生，這些致病微生物可將乙醇轉化為具有致癌作用的乙醛[23]。牙周病增加 ESCC 風險也得到了 Sato 等[27-29]的證實。
食管微生態與口腔微生態相互影響且密切相關，通過吞咽遷移至食管的細菌促進了食管疾病的發生[30]。Narikiyo 等[31]分別比較了食管癌組織、癌旁組織與正常唾液中牙周病相關的口腔細菌，發現這些細菌更富集于食管癌組織，尤其是與牙周病強烈相關的 Tannerella forsythia（T.forsythia）和牙齦卟啉單胞菌（Porphyromonas gingivalis，P.gingivalis）檢出率較高[28]。此外，不少研究[31-34]表明，口腔衛生不良與 ESCC 直接相關并增加了 ESCC 的患病率。牙齒脫落可增加 ESCC 的發病風險[33, 35-36]，刷牙次數與患 ESCC 風險呈負相關[16, 27]，未經牙齒充分咀嚼的食物殘渣對食管黏膜產生慢性損傷性刺激[33, 35-36]，刷牙次數的不足使食物殘渣停駐口腔、細菌滋生，遷移至食管，導致食管微生態環境發生改變。
微生態失調可能涉及 ESD-ESCC 的進展[1]，一項病例對照研究[37]首次報道了 ESD 和 ESCC 患者較正常對照組胃體微生物群中厚壁菌門的丹毒絲菌目、胃梭菌目菌群顯著富集[37-38]，McColl 等[39]也認為慢性萎縮性胃炎導致胃黏膜微生態環境更易于產生亞硝基細菌的生長，促進 ESCC 的發生，但這種具體機制及致癌過程還需在分子水平進一步探討。
口腔鱗狀細胞癌與 ESCC 的組織學相似，被證實作為牙周病的特定病原菌且參與口腔鱗狀細胞癌的發生，T.forsythia 和 P.gingivalis 這兩種革蘭氏陰性菌需要我們重點關注。Gao 等[40]的研究顯示 P.gingivalis 可選擇性感染 ESCC 受試者的癌組織和鄰近食管黏膜，但不能感染正常食管黏膜，且 P.gingivalis 的存在與 ESCC 淋巴結轉移和低生存率呈正相關[1, 40]。最新的研究表明這兩種細菌在 ESCC 發病機制中起到重要作用，主要參與 ESCC 進展的癌癥信號通路。其中，P.gingivalis 可產生 gingipain 蛋白酶和基質金屬蛋白酶（MMPs），降解細胞外基質蛋白，破壞免疫球蛋白和補體系統（C3、C5）[41]；T.forsythia 通過 CD4+T 輔助細胞和 TNF-α 誘導促炎細胞因子（如 IL-1β 和 IL-6），激活 COX-2 的過表達，進而抑制程序性凋亡，致使腫瘤細胞不發生凋亡而繼續分裂，并形成轉移[42]。P.gingivalis 和 T.forsythia 的促炎作用具有累加效應[43]，可通過影響 E2 前列腺素途徑和 Notch 途徑的調節，增加癌癥干細胞及其腫瘤血管的形成，進而分化、發展為 ESCC[40, 44]。值得注意的是，能否將 P.gingivalis 和 T.forsythia 作為 ESCC 早期篩查、診斷及預后轉歸的生物標志物，尚需充分深入的研究。
4 上消化道微生態與食管腺癌
如同結腸癌的發病模式，EAC 的發生正被確立為GER-反流性食管病（GERD）或食管炎-BE-異性增生-EAC 多步驟癌癥模型[1]。其中，GERD 和 BE 已明確為 EAC 的癌前病變[1]。正常食管黏膜組織被覆鱗狀上皮，由于食管下段與胃的解剖毗鄰關系，胃部內容物反流進入食管，長期持續存在的胃酸刺激促使腸柱狀化生取代遠端食管的復層鱗狀上皮，進而發生 EAC。因此，我們在探討 EAC 微生態改變時主要從其癌前病變—GERD 與 BE 入手。多數研究表明 GERD 與 BE 相關的微生態失調總體特征是食管微生物菌群的總體多樣性減少，以厚壁菌門鏈球菌屬為代表的革蘭陽性菌減少，以擬桿菌門普氏菌屬和梭菌門梭菌屬為代表的革蘭陰性菌增加，從Ⅰ型轉變為Ⅱ型微生物群[7, 16, 45-47]。Yang 等[17]的研究也表明 BE 和 GERD 對革蘭氏陰性厭氧菌或微需氧菌（如普氏菌、韋氏菌、嗜血桿菌、奈瑟菌和羅氏菌）有更高的感染率，從而促進了 EAC 的發生，其機制可能是受反流影響的食管黏膜微環境發生了改變，更易耐受胃酸和膽汁的革蘭陰性菌逐漸代替革蘭陽性菌而成為優勢菌群。革蘭陰性菌引起 GERD 與 BE 微生態改變的機制主要與其外膜結構表面脂多糖（LPS）介導的細胞炎癥反應和免疫應答有關，LPS 通過激活 Toll 樣受體 ４（TLR4），誘導產生 IL-1β 和 TNF-α，分別以直接和間接的方式激活 NF-κB 炎癥反應通路[5, 45, 48-50]，引起機體強烈的炎癥反應，導致食管黏膜微生態失調-炎癥反應-微生態失調的惡性循環[7, 45-48, 51-53]。NF-κB 在炎癥相關癌癥中起腫瘤啟動子的作用[54]。此外，LPS 還可以使誘導型氧化氮合酶（iNOS）和 COX-2 表達上調，分別引起食管下段括約肌松弛和延緩胃排空[7, 46-48, 51]，加速了 GERD 及 BE 的發生。其中一種革蘭氏陰性菌—核酸桿菌與 23% 食管癌的發生及其較低的總生存率相關，可作為食管癌不良轉歸的微生物預后因子，且已證實其與牙周病也高度相關[55]。核酸桿菌可以黏附并侵襲食管上皮，與上皮鈣粘蛋白結合激活 β-連環蛋白、誘導分泌細胞因子激活 TLR4、NF-κB 炎性通路，引起局部炎癥[56]；同時通過抑制 T 細胞的免疫抑制，使腫瘤細胞逃脫免疫殺傷[55]。這些革蘭氏陰性微生物群在食管上皮異型增生及推動 EAC 的發生中起到了重要作用。
在 EAC 癌前病變菌群豐度增加的Ⅱ型菌群中，較為引起關注的是彎曲桿菌。Blackett 采用培養與非培養法結合的方式在研究 EAC 發生的級聯過程中，發現彎曲桿菌（主要是 C. concisus）在Ⅱ型菌群中持續性富集[20, 53, 57-58]，其豐度在 GERD 及 BE 中顯著增加，但在 EAC 中降低，這與幽門螺旋桿菌（H. Pylori）在胃癌中的變化趨勢是一致的[53]。Kaakoush 等[59-60]進一步研究顯示 C. concisus 可以在口腔內定植，被認為是一種潛在的人類病原體，除了共生菌株外，還鑒定出多種致病型，在 GERD 及 BE 炎癥反應下，強致病性 C. concisus 在食管長期定植，誘導可致癌炎性因子的表達，引起炎癥反應及加速化生的進展，促進 EAC 的發生[58-59]。其中，較為關鍵的致癌炎性因子為 IL-18[57-58]，被證實在胃腸道惡性腫瘤的增殖中起重要作用[56]。同時，Kaakoush 指出，C.concisus 是微生態改變引起 EAC 發生的始動因素，這為其他菌群在腫瘤微環境中競爭為優勢菌群并參與疾病進展提供了有利環境[59-60]，這同樣用于解釋在胃癌中 H. Pylori 豐度反而較低這一類似變化趨勢[59]。值得注意的是，能否將 C.concisus 作為 EAC 的特征性菌群，探討其致癌機理，實現 EAC 的早期預防及延緩進程尚需進一步研究。
Gall 等[61]在一項 BE 隊列研究中進一步證實 BE 的菌群以鏈球菌和普氏菌為主，且二者構成比與腰臀比和食管裂孔疝長度呈正相關，這正是 EAC 的兩個危險因素，這為我們探索 EAC 病因提供了研究方向，但其臨床價值仍需更多深入的研究加以驗證。肥胖也是 EAC 的主要危險因素之一[62]，與肥胖相關的消化道菌群通過促炎細胞因子、脂肪因子和胰島素抵抗等影響消化道的代謝，進而影響它們在調節細胞增殖、凋亡和細胞生長方面的獨特作用[63]，然而，對其在食管癌發生中的作用迄今尚未有充分了解。
H.pylori 是胃癌的公認危險因素，顯著提升了胃癌易感性，并被國際癌癥研究機構列為Ⅰ類致癌因子。一項描述性案例系列研究指出，ESCC 發病率在是否感染 H. pylori 的患者中無顯著差異，表明 H.pylori 并未增加 ESCC 的發病風險[64-66]，但 H.pylori 對 EAC 起促進作用還是保護作用仍存在爭議。流行病學指出，感染 H.pylori 者患 EAC 的發生率較非感染者降低約 40%[67-68]。有學者[67-73]認為 H.pylori 的感染對于 GERD、BE 的發病起到保護作用，減少了 EAC 及其癌前病變的發生率，并得到一項病例對照研究的支持[72]。這可能解釋為：H.pylori 感染后引起致炎性因子 IL-8、IL-1β、TNF-α 升高[74]，介導胃黏膜損傷，破壞胃泌酸細胞，胃酸產生水平降低，酸相關食管損傷減少[73]，進而降低了 GERD、BE 的發生；另外，感染 H.pylori 后影響尤其是下端食管及胃黏膜微生態環境，進而影響其它微生物的組成[75-76]，同時胃黏膜產生的對 H.pylori 的免疫應答對其他食管致病菌產生了交叉免疫。另一方面，感染 H.pylori 后，引起炎癥反應，釋放 IL-18 等炎性因子，上調 COX-2 的表達，誘導食管炎、食管胃型化生、腸上皮化生，增加 BE 的發生率，促進了腫瘤的形成[77-78]。因此 Herrera-Goepfert 等[79]指出在 GERD 患者中根除 H.pylori 可早期阻止 BE 及其相關腺癌的發生。然而，H.pylori 與 EAC 的關系仍需進一步明確。
5 食管癌手術與上消化道微生態
現階段食管癌的治療仍是以外科手術為主的綜合治療，關于食管癌手術對上消化道微生態影響的研究較少。Narikiyo 等[31]研究 20 例接受食管癌手術患者正常和癌性食管組織的微生物群，顯示兩者密螺旋體和鏈球菌均為優勢菌群，包括 S.mitis 和 S.anginosus。不同國家地區的樣本中均可檢測到。鑒于其促炎潛力，Narikiyo等 [31]指出這幾種菌群在食管癌的致癌進程中可能發揮作用。研究食管癌術后微生態的變化對于指導臨床治療食管癌的潛在價值仍需更大樣本的深入探索。
6 藥物與上消化道微生態及食管癌
鑒于上消化道微生態失調與食管癌的發生密切相關，所有影響上消化道微生態的因素都需要研究者的關注，包括抗生素、質子泵抑制劑（PPI）等。已有研究[80]顯示抗生素的應用可以改變上消化道微生物菌群的多樣性并與癌癥風險增加有關。一項隊列研究[81]顯示青霉素的暴露與消化道癌癥（包括食管癌）風險增加之間存在劑量依賴關系，對于單個療程青霉素使用者，患食管癌的風險校正 OR 為 1.1（95% CI 1.0，1.2），而對于>5 個療程的青霉素使用者，患食管癌的風險校正 OR 為 1.2（95% CI 1.0，1.4）[81]。這可能是由于應用青霉素治療后，鏈球菌等保護性菌群減少。這初步證明了抗生素的應用可能通過改變上消化道微生物群，誘導食管癌的發生。但仍需要后續研究進一步了解微生物群的食管屏障、致炎致癌機制及抗生素對其影響機制。另外，已知 PPI 對胃腸道微生物群的影響很有意義，且有研究[82]顯示 PPI 治療前后食管微生物群發生顯著變化，開始 PPI 治療后，Comomonadaceae 減少，梭菌和放線菌增加，停止 PPI 治療后，乳桿菌和乳酸桿菌豐富度降低。然而，PPI 介導上消化道微生物群的變化及其之間是否有特定關系、是否參與食管癌的發生[83]，還是 PPI 自身的致癌作用[84]，仍然未知。值得一提的是，目前對上消化道微生態的研究絕大多數局限于細菌層面[85]，對于真菌、支原體、病毒等微生物在食管正常和疾病狀態下的功能研究及致病機制方面了解甚少，未來全面理解上消化道微生態特征，需要將其囊括其中。
7 總結與展望
上消化道微生態與食管癌的發生發展密切相關，然而其特定致病菌及其具體機制尚未清晰揭示。在未來的研究中，可改進或替代現行的內窺鏡食管取樣方法，應用宏基因組學、代謝組學和生物信息學分析技術，揭示上消化道微生態特征、微生態-宿主間的相互作用及抗生素、PPI 的應用、食管癌綜合治療對其微生態的影響，探求食管癌相關致病病原體及其致病機制、可能存在的微生物標記，進而進行微生物靶向治療，最終開啟食管癌早期篩查、早期診療的微生態時代。
利益沖突：無。