引用本文： 周紫涵, 宋悅, 邱麗萍, 譚玥, 韓淑華. 肺部微生物組與肺癌發展及治療關系的研究進展. 中國呼吸與危重監護雜志, 2023, 22(9): 673-678. doi: 10.7507/1671-6205.202212008 復制
微生物組（microbiome）是指微生物的總體，包括細菌、真菌、病毒及原生動物等連同由微生物群及其相互作用的環境所涵蓋的所有基因的總和。既往受檢測技術限制，普遍認為肺部是無菌的，而隨著測序技術的發展，尤其是16S rRNA基因測序以及相關轉錄組、蛋白質組學、代謝和免疫學分析技術的發展，研究發現了健康或各種疾病狀態下微生物組的變化，也已證明了肺部存在與上呼吸道不同的微生物群[1]。近年來，肺癌的發病率及病死率依然居高不下，因此越來越多的研究者開始關注肺部微生態與肺癌發生及發展之間的關系，進一步引發微生物是否可運用于腫瘤治療的探索。本文就肺部微生物組與肺癌發生、發展及微生物與腫瘤治療間的關系進行介紹。
1 肺部微生物組與肺癌的發生、發展
1.1 肺部微生物與慢性炎癥
慢性肺部炎癥是肺癌發生的關鍵危險因素之一[2]。促炎細胞因子、粘附分子和生長因子可以提供有利的微環境，促進腫瘤細胞的存活和增殖[3]。肺結核被認為通過慢性肺部炎癥和纖維化增加肺癌風險[4]，結核桿菌感染引起宿主免疫反應，肺部的炎癥細胞產生廣泛的細胞因子信號級聯反應、活性氮、活性氧和前列腺素，而長期的肺部炎癥可能導致組織損傷和基因組改變[5]。Shiels等[6]對29 133名芬蘭男性吸煙者進行了前瞻性隨訪，通過比例風險回歸模型評估了肺結核和肺癌風險之間的關系，結果發現273名男性肺結核患者中有44例發生肺癌，在診斷肺結核的患者中肺癌的患病率增加了1倍。此外，由肺結核引起的組織損傷的修復可導致肺纖維化和瘢痕化，這進一步增加了肺癌的患病風險[7-8]。Zhuo等[9]通過薈萃分析得出幽門螺桿菌感染患者發生肺癌的風險是對照組的3.24倍。眾所周知，幽門螺桿菌是消化系統疾病的常見致病菌，但研究者在肺癌的支氣管肺泡灌洗液和肺活檢中也發現了幽門螺桿菌的DNA和蛋白質[10]。Nakashima等[11]進一步探究其在呼吸系統的致病機制，他們觀察到幽門螺旋桿菌的外毒素空泡化細胞毒素（VacA）可誘導支氣管上皮細胞合成產生白細胞介素（interleukin，IL）-6和IL-8，促進慢性肺部疾病的發生，如慢性阻塞性肺疾病和支氣管炎，從而進一步增加肺癌發生風險。Yoon等[12]證實除VacA外，細胞毒素相關基因A（CagA）、HP1564和過氧化氫酶均與肺癌風險增加相關。腫瘤相關炎癥在腫瘤血管生成和進展中也起著重要作用[13]。Jin等[14]發現肺部共生細菌可刺激骨髓細胞產生Myd88（多種Toll樣受體下游的一種必需轉接分子）所依賴的IL-1b和IL-23，誘導產生IL-17和其他效應分子的Vγ6+Vδ1++γδT細胞增殖和激活。在促進炎癥和腫瘤細胞增殖的同時，IL-17還可通過選擇性上調一系列血管生成CXC趨化因子，導致血管微環境中血管生成促進劑和抑制劑之間的失衡，從而顯著增強凈血管生成活性，加速肺癌的進展[15-16]。Tsay等[17]通過對70例肺癌患者的轉錄組數據分析，發現韋榮氏球菌屬（Veillonella parvula）為與肺癌進展最相關的微生物菌屬，其還與細胞粘附分子、IL-17、細胞因子和生長因子、趨化因子信號通路、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）、Jak-STAT、PI3K-Akt信號通路高度相關。隨后作者通過構建肺癌小鼠模型（KP模型小鼠）來驗證由韋榮氏球菌屬引起的下呼吸道生態失調對肺癌進展的影響，發現Veillonella parvula引起的下呼吸道生態失調導致KP模型肺癌小鼠生存期減少，體重降低，腫瘤負荷增加；通過IPA分析發現下呼吸道生態失調導致了PI3k/Akt、ERK/MAPK、IL-17A、IL-6/IL-8和炎癥小體信號通路的上調，促進了肺癌炎癥腫瘤微環境。近期，來自軍事科學院的一項研究從肺癌組織中分離培養得到12個菌株進行體外實驗，發現這些患者來源的菌并不能直接促進肺癌細胞的增殖,但可以促進巨噬細胞釋放相關炎癥細胞因子（TNF-α、IL-6和IL-β）介導腫瘤微環境[18]。
1.2 肺部微生物與免疫穩態
共生細菌在免疫系統的發育和免疫細胞的激活過程中提供免疫調節信號，這對于維持腸、肺和皮膚等膜組織的免疫穩態非常重要[19]。Zheng等[20]通過給與荷瘤小鼠霧化吸入來自非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）患者的肺泡灌洗液，發現這可改變肺部微生物群，抑制腫瘤細胞生長，通過免疫熒光分析證實這種抑制作用是由于肺中CD3+和CD8+ T細胞的浸潤以及M2巨噬細胞的減少。進一步分析，NSCLC肺泡灌洗液吸入組的微生物群落以巴氏桿菌為主，而巴氏桿菌的豐度與CD3+和CD8+ T細胞浸潤呈正相關，與腫瘤負荷以及腫瘤細胞的生長呈負相關[20]。然而，某些細菌可能會幫助癌細胞在肺組織中定植從而形成肺轉移。Le Noci等[21]發現，在萬古霉素或新霉素霧化小鼠的肺中，細菌負荷的減少會引發調節性T細胞的減少以及增強T細胞和NK細胞的激活，最終使得黑色素瘤細胞B16肺轉移顯著減少；進一步從抗生素治療的肺中分離出的細菌進行肺移植后，轉移灶的數目也相應發生了減少。Tsay等[17]發現由韋榮氏球菌屬所構成的下呼吸道生態失調可導致Th1細胞增加和樹突狀細胞激活，以及Th17細胞增多，PD-1+ T細胞表達增加，中性粒細胞增加，參與了免疫微環境的調節。上述研究表明，不同微生物之間的平衡對機體的免疫穩態起著不可或缺的作用，當免疫穩態遭受破壞時，腫瘤發生的風險則會增加。
1.3 肺部微生物與代謝產物
微生物已被證明參與調節宿主代謝、解毒、維生素水平和營養狀況。腸道菌群可以發酵無法被腸道酶消化的食物殘渣，這一過程為微生物提供能量，但最終會釋放短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs），近年來相關研究進一步解釋了SCFAs如何通過肺-腸軸影響肺部微環境。SCFAs主要通過G蛋白偶聯受體（G protein-coupled receptor，GPCR）參與宿主調節免疫功能。GPCR包括GPR43（又稱游離脂肪酸受體2，FFAR2）、GPR41（FFAR3）和GPR109A（NIACR1），與G蛋白的連接可以激活促分裂原活化蛋白激酶（mitogen?activated protein kinase，MAPK）、磷酸肌醇3激酶（phosphoinositide-3 kinase，PI3K）和哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）的炎癥反應[22]。Thorburn等[23]發現SCFAs的另一個下游信號傳導效應是通過抑制細胞中的組蛋白脫乙酰酶活性，增加叉頭框蛋白P3（forkhead box protein P3，Foxp3）啟動子的乙酰化，增強T細胞數量和功能來調節免疫反應。丁酸為SCFAs的一員，具有保持黏膜完整性的作用，并且通過影響免疫、基因表達和表觀遺傳調節抑制炎癥和癌變的發生[24]。Segal等[25]發現丁酸以及其他現SCFAs的增加與結核易感性增加有關，進一步研究發現丁酸可通過抑制CD4+及CD8+淋巴細胞所產生的γ干擾素和IL-17A而增加結核的易感性。Pellizzaro等[26]通過細胞實驗發現丁酸可以抑制肺腺癌腫瘤細胞的生長，并提出這種生長抑制與細胞周期G0/G1或G2/M期細胞的阻滯以及幾種細胞周期相關蛋白水平的改變有關。Xiao等[27]觀察到A549細胞（非小細胞肺癌細胞系）在經丁酸鹽處理后，上調了一系列microRNA，其中miR-3935與抑制A549細胞的增殖和遷移相關。上述研究從微生物角度出發，為通過飲食療法預防肺癌或輔助肺癌治療提供了一定的理論基礎，但仍需通過更多在體研究來證明其安全性及有效性。
1.4 肺部微生物與基因毒性
機體內失衡的細菌組具有潛在的遺傳毒性，對宿主機體中急性、慢性和腫瘤性疾病的發病有重大影響。細菌可產生基因毒素，如上文提到結核分支桿菌感染可刺激免疫細胞產生活性氧，通過多種途徑產生自由基或影響DNA修復，導致基因組損傷，細胞周期阻滯和凋亡，調節免疫應答，促使腫瘤的發生[5，28]。然而，目前關于微生物組所造成的基因毒性與腫瘤之間的關系大多數研究仍聚焦于腸道微生物與消化系統疾病，肺部微生物組該方向研究較少，仍有待進一步探索。如表1所示，肺部微生物還可能通過多種機制參與肺癌的發生與發展[25-33]，但基本從屬于上述四個方向。
表1
肺癌患者不同菌群特征
2 微生物組與腫瘤治療
2.1 微生物組與免疫治療
微生物失調不僅可能促使癌癥的發病和進展，還會對治療結果造成一定的影響，這與微生物代謝藥物和外源性物質以及調節宿主炎癥和免疫反應的能力有關[38]。免疫治療的出現為非小細胞肺癌的治療開辟了新的領域，但由于缺乏免疫細胞浸潤及免疫基因的活躍表達，因此只有部分患者實現了長久獲益。而腸道微生物群在形成系統免疫反應中起著重要作用[39]，這為其運用于免疫治療提供了理論基礎。Vétizou等[40]通過比較細胞毒T淋巴細胞相關抗原4（cytotoxicTlymphocyte-associatedantigen-4，CTLA-4）抗體對無特定病原體（specific pathogen free，SPF）和無菌（germ free，GF）條件下小鼠MCA205肉瘤的相對治療效果，發現僅在SPF小鼠中腫瘤的進展得到有效控制，此外使用廣譜抗生素會削弱CTLA-4抗體的抗腫瘤作用。以上結果表明，CTLA-4阻斷劑的抗癌作用需要腸道微生物群的參與，這一結果也在Ret黑色素瘤和MC38結腸癌模型中得到證實。研究者發現通過口服脆弱類桿菌可誘導腫瘤區域淋巴結中的Th1細胞的免疫反應，并促進腫瘤內樹突狀細胞的成熟，最終恢復了GF腫瘤攜帶者對CTLA-4抗體的治療反應[40]。
Boesch等[41]通過16S rRNA基因測序對接受程序性細胞死亡蛋白-1（programmed cell death protein 1，PD-1）/程序性細胞死亡配體（programmed cell death ligand 1，PD-Ll）靶向檢查點抑制劑治療的患者腫瘤活檢進行微生物分析，結果顯示厚壁菌門、擬桿菌門和變形菌門所占比例較高，微生物多樣性豐富與患者生存率的提高有關。此外，研究者發現γ-變形菌綱的存在與PD-L1的低表達、免疫相關不良反應以及更差的預后相關。2018年的一項研究發現，接受抗PD-1免疫治療的黑色素瘤患者中對治療有應答者與無應答者在患者腸道微生物組的多樣性和組成上存在顯著差異[42]。該研究對43例患者糞便微生物組樣本進行分析，其中有應答者30例，無應答者13例，發現有應答患者的α多樣性和瘤胃球菌科細菌的相對豐度顯著增高[42]。通過對腫瘤微環境免疫細胞浸潤進行分析發現，具有良好腸道菌群的應答患者以及接受應答患者糞便移植的無菌小鼠的抗腫瘤免疫效能增強[42]。該結論在肝膽癌患者中也得到證實[43]。Baruch等[44]觀察到通過將對免疫治療有反應的黑色素瘤患者的糞便微生物群移植給無反應者這種治療手段，可以增加無反應者腫瘤部位CD8+ T細胞浸潤，同時發現腫瘤部位多種免疫相關基因組的上調，最終使無反應者腫瘤減小重新獲益。基于此，我們可以得出存在特定的“有益菌群”可以提高免疫治療療效以及具有多樣性的健康微生物組可以產生對機體有益的免疫反應。但由于空氣污染程度不同，飲食習慣不同等因素的存在，關于菌群特征的研究結論常常缺乏一致性，對此還應積極推進大樣本縱向國際隊列研究、干預性研究等的開展，明確“有益菌群”的身份并推動其應用于癌癥的預防與治療。
2.2 微生物組與化療
Yu等[45]研究發現在經化療后復發的結直腸癌組織中核狀梭菌含量豐富，并與患者的臨床病理特征有關。核狀梭菌可靶向Toll樣受體4和MYD88先天免疫信號和特異性microRNAs激活自噬通路，通過調控Toll樣受體、microRNAs和自噬的分子網絡，促進了結直腸癌對化療的耐藥。Viaud等[46]證明腫瘤小鼠接受環磷酰胺治療后可導致一組革蘭陽性菌（約翰遜乳桿菌、鼠乳桿菌和海氏腸球菌）移位到腸系膜淋巴結和脾臟，它們在刺激Th1和Th17免疫反應中起到了重要作用，而無菌小鼠或用抗生素抑制革蘭陽性細菌的動物未能產生這種反應，并對環磷酰胺產生耐藥性。Daillère等[47]通過動物實驗論證了通過口服海氏腸球菌和腸道巴氏桿菌可提高環磷酰胺的治療效果，并提高肺癌小鼠的生存率。此外，Geller等[48]通過研究小鼠結腸癌模型，發現γ-變形桿菌可以將化療藥物吉西他濱（2'，2'-二氟脫氧胞苷）代謝成其非活性形式2'，2'-二氟脫氧尿苷，從而導致耐藥的產生，此過程依賴于γ-變形桿菌產生的名為胞苷脫氨酶長亞型的表達，而這一耐藥性可以通過環丙沙星的使用得到抑制。吉西他濱常用來治療胰腺導管腺癌，因此進一步對113例胰腺導管腺癌患者中的65例腫瘤樣本進行DNA測序，其中86例（76%）細菌呈陽性，主要為γ變形桿菌。化療藥物的耐藥是臨床癌癥治療中常面臨的一大難題，從微生物角度出發探索其逆轉耐藥性的作用，輔助癌癥患者的化學治療具有重大的臨床意義。
2.3 微生物組與抗血管生成治療
抗血管生成藥物作為一種相對較新的腫瘤治療方法，目前廣泛用于臨床。近年來，多項研究發掘出微生物組對血管生成的影響，使得操縱人類微生物組改變疾病過程中的血管生成成為可能。Liu等[49]從3種紅樹植物中分離、純化和鑒定了28株內生真菌，觀察內生真菌對肺癌A549和NCI-H460細胞生長的影響，最終發現真菌zj-14、zj-17和zj-36可顯著抑制HPV-16E7癌蛋白誘導的肺癌血管生成。微生物與腫瘤血管生成密切相關，因此以微生物為依托開發抗血管生成藥物也是未來藥物研究的一個重要方向。但目前針對這一方向的研究還相對較少，針對不同類型腫瘤的不同微環境還需對分子生物學機制進行進一步探究。
2.4 微生物組與新型抗腫瘤藥物
溶瘤病毒（oncolytic viruses，OVs）是一種新型的藥物，其中原生或修飾的病毒通過選擇性復制和裂解腫瘤細胞，以及誘導全身抗腫瘤免疫，能夠使腫瘤消退。TVEC（Talimogene laherparepvec）是一種經基因修飾的Ⅰ型單純皰疹病毒，可優先在腫瘤細胞中復制，增強MHCⅠ類分子的抗原載量，并表達粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子，以增加樹突狀細胞對腫瘤抗原的遞呈。它是目前食品藥品監督管理局批準的唯一一種基于在一項隨機Ⅲ期試驗中提高持久反應性的晚期黑色素瘤適應癥的OVs[50]。目前，全球已有4款OVs產品獲批上市，多項臨床試驗正在進行，所使用的病毒載體主要為腺病毒、單純皰疹病毒、牛痘病毒及呼腸孤病毒。此外，“腫瘤靶向細菌”的出現也為靶向治療及免疫治療耐藥患者的治療帶來了新的可能。此類基因工程菌株通過設計可靶向腫瘤的特意靶點如腫瘤相關蛋白、抗原、腫瘤特殊微環境等，到達腫瘤部位后通過釋放細胞毒性物質、誘導抗腫瘤免疫反應等方式達到抗腫瘤的效果[51]。但此方法僅停留于動物實驗階段，其安全性問題尚未得到解決，距應用于臨床還需多學科研究者協同不斷探索與嘗試。
3 結語
微生物與不同疾病發生發展關系的不斷發現為臨床疾病的診斷、治療及預防提供了一種新的可能。肺部微生物與肺癌發生相關機制及其在治療及預防中的應用仍大多停留在細胞及動物實驗階段，了解程度尚不及胃腸道微生物與消化系統疾病的關系。這一差距可能由于：首先，解剖位置不同，樣本采集易受污染，不同取樣標本之間結果存在差異。對此，還需要進一步確定肺泡灌洗液、深部誘導痰等樣本與實際肺部菌群的匹配程度，標準化采集流程控制污染等混雜因素所造成的誤差。其次，肺部菌群相對胃腸道菌群數量及種類較少，因此樣本中低量環境污染也會對基因組第二代測序結果造成較大的影響。最后，目前大多肺部微生物相關研究還存在著區域性、樣本量小等局限性，不能排除吸煙、地區空氣污染以及職業暴露等混雜因素所造成的影響。需要大型縱向隊列研究，結合多國人群，動態評估肺部微生物變化，明確微生物群改變在機體中所造成的病理生理影響，進一步闡明與癌癥發展的關系，加快將其運用于癌癥的預防及治療的進程。
利益沖突：本文不涉及任何利益沖突。
微生物組（microbiome）是指微生物的總體，包括細菌、真菌、病毒及原生動物等連同由微生物群及其相互作用的環境所涵蓋的所有基因的總和。既往受檢測技術限制，普遍認為肺部是無菌的，而隨著測序技術的發展，尤其是16S rRNA基因測序以及相關轉錄組、蛋白質組學、代謝和免疫學分析技術的發展，研究發現了健康或各種疾病狀態下微生物組的變化，也已證明了肺部存在與上呼吸道不同的微生物群[1]。近年來，肺癌的發病率及病死率依然居高不下，因此越來越多的研究者開始關注肺部微生態與肺癌發生及發展之間的關系，進一步引發微生物是否可運用于腫瘤治療的探索。本文就肺部微生物組與肺癌發生、發展及微生物與腫瘤治療間的關系進行介紹。
1 肺部微生物組與肺癌的發生、發展
1.1 肺部微生物與慢性炎癥
慢性肺部炎癥是肺癌發生的關鍵危險因素之一[2]。促炎細胞因子、粘附分子和生長因子可以提供有利的微環境，促進腫瘤細胞的存活和增殖[3]。肺結核被認為通過慢性肺部炎癥和纖維化增加肺癌風險[4]，結核桿菌感染引起宿主免疫反應，肺部的炎癥細胞產生廣泛的細胞因子信號級聯反應、活性氮、活性氧和前列腺素，而長期的肺部炎癥可能導致組織損傷和基因組改變[5]。Shiels等[6]對29 133名芬蘭男性吸煙者進行了前瞻性隨訪，通過比例風險回歸模型評估了肺結核和肺癌風險之間的關系，結果發現273名男性肺結核患者中有44例發生肺癌，在診斷肺結核的患者中肺癌的患病率增加了1倍。此外，由肺結核引起的組織損傷的修復可導致肺纖維化和瘢痕化，這進一步增加了肺癌的患病風險[7-8]。Zhuo等[9]通過薈萃分析得出幽門螺桿菌感染患者發生肺癌的風險是對照組的3.24倍。眾所周知，幽門螺桿菌是消化系統疾病的常見致病菌，但研究者在肺癌的支氣管肺泡灌洗液和肺活檢中也發現了幽門螺桿菌的DNA和蛋白質[10]。Nakashima等[11]進一步探究其在呼吸系統的致病機制，他們觀察到幽門螺旋桿菌的外毒素空泡化細胞毒素（VacA）可誘導支氣管上皮細胞合成產生白細胞介素（interleukin，IL）-6和IL-8，促進慢性肺部疾病的發生，如慢性阻塞性肺疾病和支氣管炎，從而進一步增加肺癌發生風險。Yoon等[12]證實除VacA外，細胞毒素相關基因A（CagA）、HP1564和過氧化氫酶均與肺癌風險增加相關。腫瘤相關炎癥在腫瘤血管生成和進展中也起著重要作用[13]。Jin等[14]發現肺部共生細菌可刺激骨髓細胞產生Myd88（多種Toll樣受體下游的一種必需轉接分子）所依賴的IL-1b和IL-23，誘導產生IL-17和其他效應分子的Vγ6+Vδ1++γδT細胞增殖和激活。在促進炎癥和腫瘤細胞增殖的同時，IL-17還可通過選擇性上調一系列血管生成CXC趨化因子，導致血管微環境中血管生成促進劑和抑制劑之間的失衡，從而顯著增強凈血管生成活性，加速肺癌的進展[15-16]。Tsay等[17]通過對70例肺癌患者的轉錄組數據分析，發現韋榮氏球菌屬（Veillonella parvula）為與肺癌進展最相關的微生物菌屬，其還與細胞粘附分子、IL-17、細胞因子和生長因子、趨化因子信號通路、腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor，TNF）、Jak-STAT、PI3K-Akt信號通路高度相關。隨后作者通過構建肺癌小鼠模型（KP模型小鼠）來驗證由韋榮氏球菌屬引起的下呼吸道生態失調對肺癌進展的影響，發現Veillonella parvula引起的下呼吸道生態失調導致KP模型肺癌小鼠生存期減少，體重降低，腫瘤負荷增加；通過IPA分析發現下呼吸道生態失調導致了PI3k/Akt、ERK/MAPK、IL-17A、IL-6/IL-8和炎癥小體信號通路的上調，促進了肺癌炎癥腫瘤微環境。近期，來自軍事科學院的一項研究從肺癌組織中分離培養得到12個菌株進行體外實驗，發現這些患者來源的菌并不能直接促進肺癌細胞的增殖,但可以促進巨噬細胞釋放相關炎癥細胞因子（TNF-α、IL-6和IL-β）介導腫瘤微環境[18]。
1.2 肺部微生物與免疫穩態
共生細菌在免疫系統的發育和免疫細胞的激活過程中提供免疫調節信號，這對于維持腸、肺和皮膚等膜組織的免疫穩態非常重要[19]。Zheng等[20]通過給與荷瘤小鼠霧化吸入來自非小細胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）患者的肺泡灌洗液，發現這可改變肺部微生物群，抑制腫瘤細胞生長，通過免疫熒光分析證實這種抑制作用是由于肺中CD3+和CD8+ T細胞的浸潤以及M2巨噬細胞的減少。進一步分析，NSCLC肺泡灌洗液吸入組的微生物群落以巴氏桿菌為主，而巴氏桿菌的豐度與CD3+和CD8+ T細胞浸潤呈正相關，與腫瘤負荷以及腫瘤細胞的生長呈負相關[20]。然而，某些細菌可能會幫助癌細胞在肺組織中定植從而形成肺轉移。Le Noci等[21]發現，在萬古霉素或新霉素霧化小鼠的肺中，細菌負荷的減少會引發調節性T細胞的減少以及增強T細胞和NK細胞的激活，最終使得黑色素瘤細胞B16肺轉移顯著減少；進一步從抗生素治療的肺中分離出的細菌進行肺移植后，轉移灶的數目也相應發生了減少。Tsay等[17]發現由韋榮氏球菌屬所構成的下呼吸道生態失調可導致Th1細胞增加和樹突狀細胞激活，以及Th17細胞增多，PD-1+ T細胞表達增加，中性粒細胞增加，參與了免疫微環境的調節。上述研究表明，不同微生物之間的平衡對機體的免疫穩態起著不可或缺的作用，當免疫穩態遭受破壞時，腫瘤發生的風險則會增加。
1.3 肺部微生物與代謝產物
微生物已被證明參與調節宿主代謝、解毒、維生素水平和營養狀況。腸道菌群可以發酵無法被腸道酶消化的食物殘渣，這一過程為微生物提供能量，但最終會釋放短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs），近年來相關研究進一步解釋了SCFAs如何通過肺-腸軸影響肺部微環境。SCFAs主要通過G蛋白偶聯受體（G protein-coupled receptor，GPCR）參與宿主調節免疫功能。GPCR包括GPR43（又稱游離脂肪酸受體2，FFAR2）、GPR41（FFAR3）和GPR109A（NIACR1），與G蛋白的連接可以激活促分裂原活化蛋白激酶（mitogen?activated protein kinase，MAPK）、磷酸肌醇3激酶（phosphoinositide-3 kinase，PI3K）和哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）的炎癥反應[22]。Thorburn等[23]發現SCFAs的另一個下游信號傳導效應是通過抑制細胞中的組蛋白脫乙酰酶活性，增加叉頭框蛋白P3（forkhead box protein P3，Foxp3）啟動子的乙酰化，增強T細胞數量和功能來調節免疫反應。丁酸為SCFAs的一員，具有保持黏膜完整性的作用，并且通過影響免疫、基因表達和表觀遺傳調節抑制炎癥和癌變的發生[24]。Segal等[25]發現丁酸以及其他現SCFAs的增加與結核易感性增加有關，進一步研究發現丁酸可通過抑制CD4+及CD8+淋巴細胞所產生的γ干擾素和IL-17A而增加結核的易感性。Pellizzaro等[26]通過細胞實驗發現丁酸可以抑制肺腺癌腫瘤細胞的生長，并提出這種生長抑制與細胞周期G0/G1或G2/M期細胞的阻滯以及幾種細胞周期相關蛋白水平的改變有關。Xiao等[27]觀察到A549細胞（非小細胞肺癌細胞系）在經丁酸鹽處理后，上調了一系列microRNA，其中miR-3935與抑制A549細胞的增殖和遷移相關。上述研究從微生物角度出發，為通過飲食療法預防肺癌或輔助肺癌治療提供了一定的理論基礎，但仍需通過更多在體研究來證明其安全性及有效性。
1.4 肺部微生物與基因毒性
機體內失衡的細菌組具有潛在的遺傳毒性，對宿主機體中急性、慢性和腫瘤性疾病的發病有重大影響。細菌可產生基因毒素，如上文提到結核分支桿菌感染可刺激免疫細胞產生活性氧，通過多種途徑產生自由基或影響DNA修復，導致基因組損傷，細胞周期阻滯和凋亡，調節免疫應答，促使腫瘤的發生[5，28]。然而，目前關于微生物組所造成的基因毒性與腫瘤之間的關系大多數研究仍聚焦于腸道微生物與消化系統疾病，肺部微生物組該方向研究較少，仍有待進一步探索。如表1所示，肺部微生物還可能通過多種機制參與肺癌的發生與發展[25-33]，但基本從屬于上述四個方向。
表1
肺癌患者不同菌群特征
2 微生物組與腫瘤治療
2.1 微生物組與免疫治療
微生物失調不僅可能促使癌癥的發病和進展，還會對治療結果造成一定的影響，這與微生物代謝藥物和外源性物質以及調節宿主炎癥和免疫反應的能力有關[38]。免疫治療的出現為非小細胞肺癌的治療開辟了新的領域，但由于缺乏免疫細胞浸潤及免疫基因的活躍表達，因此只有部分患者實現了長久獲益。而腸道微生物群在形成系統免疫反應中起著重要作用[39]，這為其運用于免疫治療提供了理論基礎。Vétizou等[40]通過比較細胞毒T淋巴細胞相關抗原4（cytotoxicTlymphocyte-associatedantigen-4，CTLA-4）抗體對無特定病原體（specific pathogen free，SPF）和無菌（germ free，GF）條件下小鼠MCA205肉瘤的相對治療效果，發現僅在SPF小鼠中腫瘤的進展得到有效控制，此外使用廣譜抗生素會削弱CTLA-4抗體的抗腫瘤作用。以上結果表明，CTLA-4阻斷劑的抗癌作用需要腸道微生物群的參與，這一結果也在Ret黑色素瘤和MC38結腸癌模型中得到證實。研究者發現通過口服脆弱類桿菌可誘導腫瘤區域淋巴結中的Th1細胞的免疫反應，并促進腫瘤內樹突狀細胞的成熟，最終恢復了GF腫瘤攜帶者對CTLA-4抗體的治療反應[40]。
Boesch等[41]通過16S rRNA基因測序對接受程序性細胞死亡蛋白-1（programmed cell death protein 1，PD-1）/程序性細胞死亡配體（programmed cell death ligand 1，PD-Ll）靶向檢查點抑制劑治療的患者腫瘤活檢進行微生物分析，結果顯示厚壁菌門、擬桿菌門和變形菌門所占比例較高，微生物多樣性豐富與患者生存率的提高有關。此外，研究者發現γ-變形菌綱的存在與PD-L1的低表達、免疫相關不良反應以及更差的預后相關。2018年的一項研究發現，接受抗PD-1免疫治療的黑色素瘤患者中對治療有應答者與無應答者在患者腸道微生物組的多樣性和組成上存在顯著差異[42]。該研究對43例患者糞便微生物組樣本進行分析，其中有應答者30例，無應答者13例，發現有應答患者的α多樣性和瘤胃球菌科細菌的相對豐度顯著增高[42]。通過對腫瘤微環境免疫細胞浸潤進行分析發現，具有良好腸道菌群的應答患者以及接受應答患者糞便移植的無菌小鼠的抗腫瘤免疫效能增強[42]。該結論在肝膽癌患者中也得到證實[43]。Baruch等[44]觀察到通過將對免疫治療有反應的黑色素瘤患者的糞便微生物群移植給無反應者這種治療手段，可以增加無反應者腫瘤部位CD8+ T細胞浸潤，同時發現腫瘤部位多種免疫相關基因組的上調，最終使無反應者腫瘤減小重新獲益。基于此，我們可以得出存在特定的“有益菌群”可以提高免疫治療療效以及具有多樣性的健康微生物組可以產生對機體有益的免疫反應。但由于空氣污染程度不同，飲食習慣不同等因素的存在，關于菌群特征的研究結論常常缺乏一致性，對此還應積極推進大樣本縱向國際隊列研究、干預性研究等的開展，明確“有益菌群”的身份并推動其應用于癌癥的預防與治療。
2.2 微生物組與化療
Yu等[45]研究發現在經化療后復發的結直腸癌組織中核狀梭菌含量豐富，并與患者的臨床病理特征有關。核狀梭菌可靶向Toll樣受體4和MYD88先天免疫信號和特異性microRNAs激活自噬通路，通過調控Toll樣受體、microRNAs和自噬的分子網絡，促進了結直腸癌對化療的耐藥。Viaud等[46]證明腫瘤小鼠接受環磷酰胺治療后可導致一組革蘭陽性菌（約翰遜乳桿菌、鼠乳桿菌和海氏腸球菌）移位到腸系膜淋巴結和脾臟，它們在刺激Th1和Th17免疫反應中起到了重要作用，而無菌小鼠或用抗生素抑制革蘭陽性細菌的動物未能產生這種反應，并對環磷酰胺產生耐藥性。Daillère等[47]通過動物實驗論證了通過口服海氏腸球菌和腸道巴氏桿菌可提高環磷酰胺的治療效果，并提高肺癌小鼠的生存率。此外，Geller等[48]通過研究小鼠結腸癌模型，發現γ-變形桿菌可以將化療藥物吉西他濱（2'，2'-二氟脫氧胞苷）代謝成其非活性形式2'，2'-二氟脫氧尿苷，從而導致耐藥的產生，此過程依賴于γ-變形桿菌產生的名為胞苷脫氨酶長亞型的表達，而這一耐藥性可以通過環丙沙星的使用得到抑制。吉西他濱常用來治療胰腺導管腺癌，因此進一步對113例胰腺導管腺癌患者中的65例腫瘤樣本進行DNA測序，其中86例（76%）細菌呈陽性，主要為γ變形桿菌。化療藥物的耐藥是臨床癌癥治療中常面臨的一大難題，從微生物角度出發探索其逆轉耐藥性的作用，輔助癌癥患者的化學治療具有重大的臨床意義。
2.3 微生物組與抗血管生成治療
抗血管生成藥物作為一種相對較新的腫瘤治療方法，目前廣泛用于臨床。近年來，多項研究發掘出微生物組對血管生成的影響，使得操縱人類微生物組改變疾病過程中的血管生成成為可能。Liu等[49]從3種紅樹植物中分離、純化和鑒定了28株內生真菌，觀察內生真菌對肺癌A549和NCI-H460細胞生長的影響，最終發現真菌zj-14、zj-17和zj-36可顯著抑制HPV-16E7癌蛋白誘導的肺癌血管生成。微生物與腫瘤血管生成密切相關，因此以微生物為依托開發抗血管生成藥物也是未來藥物研究的一個重要方向。但目前針對這一方向的研究還相對較少，針對不同類型腫瘤的不同微環境還需對分子生物學機制進行進一步探究。
2.4 微生物組與新型抗腫瘤藥物
溶瘤病毒（oncolytic viruses，OVs）是一種新型的藥物，其中原生或修飾的病毒通過選擇性復制和裂解腫瘤細胞，以及誘導全身抗腫瘤免疫，能夠使腫瘤消退。TVEC（Talimogene laherparepvec）是一種經基因修飾的Ⅰ型單純皰疹病毒，可優先在腫瘤細胞中復制，增強MHCⅠ類分子的抗原載量，并表達粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子，以增加樹突狀細胞對腫瘤抗原的遞呈。它是目前食品藥品監督管理局批準的唯一一種基于在一項隨機Ⅲ期試驗中提高持久反應性的晚期黑色素瘤適應癥的OVs[50]。目前，全球已有4款OVs產品獲批上市，多項臨床試驗正在進行，所使用的病毒載體主要為腺病毒、單純皰疹病毒、牛痘病毒及呼腸孤病毒。此外，“腫瘤靶向細菌”的出現也為靶向治療及免疫治療耐藥患者的治療帶來了新的可能。此類基因工程菌株通過設計可靶向腫瘤的特意靶點如腫瘤相關蛋白、抗原、腫瘤特殊微環境等，到達腫瘤部位后通過釋放細胞毒性物質、誘導抗腫瘤免疫反應等方式達到抗腫瘤的效果[51]。但此方法僅停留于動物實驗階段，其安全性問題尚未得到解決，距應用于臨床還需多學科研究者協同不斷探索與嘗試。
3 結語
微生物與不同疾病發生發展關系的不斷發現為臨床疾病的診斷、治療及預防提供了一種新的可能。肺部微生物與肺癌發生相關機制及其在治療及預防中的應用仍大多停留在細胞及動物實驗階段，了解程度尚不及胃腸道微生物與消化系統疾病的關系。這一差距可能由于：首先，解剖位置不同，樣本采集易受污染，不同取樣標本之間結果存在差異。對此，還需要進一步確定肺泡灌洗液、深部誘導痰等樣本與實際肺部菌群的匹配程度，標準化采集流程控制污染等混雜因素所造成的誤差。其次，肺部菌群相對胃腸道菌群數量及種類較少，因此樣本中低量環境污染也會對基因組第二代測序結果造成較大的影響。最后，目前大多肺部微生物相關研究還存在著區域性、樣本量小等局限性，不能排除吸煙、地區空氣污染以及職業暴露等混雜因素所造成的影響。需要大型縱向隊列研究，結合多國人群，動態評估肺部微生物變化，明確微生物群改變在機體中所造成的病理生理影響，進一步闡明與癌癥發展的關系，加快將其運用于癌癥的預防及治療的進程。
利益沖突：本文不涉及任何利益沖突。
