原名：Microbiome distinctions between the CRC carcinogenic pathways

译名：大肠癌致癌途径之间的微生物群差异

期刊：Gut Microbes

1.前言

癌症基因组图谱计划利用广泛的大肠癌基因组和转录特征，提出将大肠癌分为两大类：微卫星不稳定(MSI)肿瘤和染色体不稳定肿瘤。

虽然大多数大肠癌是通过腺瘤-癌序列发展的，但高达三分之一的大肠癌是通过锯齿状通路发展的。锯齿状通路或替代通路的前驱病变包括广泛的锯齿状息肉，包括良性增生性息肉 (HPS)、癌前传统锯齿状腺瘤 (TSA) 和无柄锯齿状息肉 (SSP) 。主要致癌途径的概要见图1和图2。

目前尚不清楚是什么因素通过腺瘤-癌序列、锯齿状途径或另一种途径影响大肠癌的进展。人们很容易假设微生物群可能起了作用。本文将简要总结现有研究提出的微生物群对结直肠癌的作用机制，以及研究中最常见的局限性，并给出了相应的解决方案。然后，我们总结了研究中的关键发现，这些研究增加了与大肠癌主要致癌途径相关的数据知识点。

图1. 微生物群与结直肠癌的里程碑式研究

2.微生物组在大肠癌发生中的作用机制。

已经确定饮食和生活方式在结直肠癌发生中的重要性。自1960年代以来，与结直肠癌相关的环境因素---微生物群被推定在结直肠癌的发生中发挥作用。虽然单一的细菌菌株与CRC有关，但目前的观点是，肠道微生物代谢不良和随后不适当或改变的免疫反应可能导致慢性炎症的易感性，从而有助于疾病和癌症的发展。微生物可能通过产生超氧阴离子自由基、基因毒素和toll样受体介导的致癌途径来促进遗传和表观遗传改变。富含纤维的饮食与降低CRC的风险有关，这可能是由于结肠细菌产生丁酸，它可以减少炎症，抑制癌细胞的生长，并诱导癌细胞凋亡。

此外，胆汁酸可能是致癌的，它作为诱变剂，激发活性氧，增加NF-kB的活性，从而导致炎症。低纤维饮食使结肠微生物区缺乏可获得的碳水化合物，使得细菌不得不进食保护结肠上皮的富含蛋白质的粘液层。而微生物代谢蛋白质可能会产生发炎的副产物，从而使保护粘液层的丧失，导致细菌与上皮直接接触。这种直接接触是刺激结肠上皮细胞改变或炎症的一个步骤。关于微生物群和大肠癌的标志性研究总结在图1和图2。

3.研究的局限性和解决方案

到目前为止，大多数研究都集中在使用粪便样本比较健康人和大肠癌或腺瘤患者的肠道微生物群。研究表明，结直肠癌患者的结肠微生物群存在差异，然而其中一些发现在所有文献中都是不一致的。 我们对现有的人体研究提出了五个局限性，并提出了潜在的相应解决方案。

人类研究中最常见的限制是只使用粪便样本。粪便样本具有存在于结肠中的微生物群落的混合，无法提供与来自粘膜的局部样本相同的位置信息。鉴于与上皮密切接触的微生物更有可能影响大肠癌的进展，通过获取前驱病变和肿瘤的粘膜样本来研究粘膜相关微生物会提供更有用的数据。

其次，大多数研究都比较了健康人和大肠癌患者的微生物群。在结直肠癌中发现富含或缺乏的微生物名单可能与肿瘤环境的改变有关，而不是与微生物参与结直肠癌的发生有关。我们建议扩大样本采集范围，以包括癌变顺序阶段的前驱病变以及大肠癌肿瘤。对前驱病变的检查对于阐明激发或加速大肠癌发生发展的微生物群的早期变化是很重要的。

第三个限制是，许多检查前驱病变的研究没有根据息肉类型(腺瘤、SSP和TSA)进行区分。我们认为应该研究特定于息肉和肿瘤类型的微生物种群变化，这可以通过大肠息肉和肿瘤的遗传、分子或组织病理学特征来完成。

第四个限制是，当对粘膜进行采样时，通常不会报告有关采集样本的结肠部位的信息，这是一条至关重要的数据。我们建议在样本采集过程中增加其他结肠位置的数据点。图2和图3总结了结肠内解剖位置的差异和每条通路的特征。

第五个限制是，一些研究局限于用来描述微生物组特征的测序类型（扩增子测序）。因此，我们建议未来的研究考虑使用散弹枪测序进行样本分析。此外，至关重要的是微生物组研究人员使用一致的标准，并使用尖峰标准来获得半定量数据。

图2. CRC癌变的途径

4.锯齿状通路的微生物群与腺瘤-癌序列

我们相信使用粘膜样本并根据结肠位置、组织病理学类型或分子/遗传学类型来区分息肉或肿瘤样本的人类研究将提供1）关于微生物组如何促进大肠癌发生的关键信息，以及2)在大肠癌的两条主要致癌途径中发挥特定作用的信息。

我们发现，以上述任何一种方式研究粘膜微生物群和分化病变的研究数量非常有限。除了腺瘤之外，现有的研究在区分TSA和SSP方面存在着明显的差距。其中一项根据基因突变对病变进行分类的研究揭示了一些有趣的模式，从理论上可以推断出不同的息肉类型。Burns 等人研究发现，APC突变的病变(在腺瘤-癌序列中可见)有更多的Finegoldia，这是上皮破裂部位的一种机会性病原体。

具有KMTC2突变的病变通常与K-ras (腺瘤-癌序列的一部分，在TSA中经常突变) 一起突变，可以通过与IBD和CRC相关的瘤胃球菌的丰度来预测病变。另一项研究发现，有异型增生的SSP有特征性的产气荚膜梭菌感染，但不是没有异型增生或腺瘤。

图3.整个结肠的生物地理差异和CRC途径。

5.左半结肠和右半结肠存在生物膜

Flemer等人、Gao等人和Dejea等人的研究比较了左侧和右侧的CRC微生物群。这些研究表明，大肠癌患者与非大肠癌患者存在明显不同的细菌，在近端和远端的大肠癌更重要的是，不同的细菌群与不同的肠粘膜基因表达模式有关。最重要的发现是在Dejea等人的研究中，他们检查了腺瘤和癌上生物膜的存在。

生物膜可能会创造致癌环境，这些环境对癌症的发展与现有的特定类群一样重要。Dejea等人发现生物膜主要见于近端结直肠癌和腺瘤，有生物膜的肿瘤显示细菌侵袭。Johnson和Dejea随后的研究发现，生物膜含有与细胞增殖和结肠癌相关的多胺代谢物。需要进一步的研究来确定生物膜的息肉和肿瘤的遗传和组织病理学类型。

6.梭杆菌和锯齿状途径病变

我们对纳入研究的分析显示，梭杆菌与近端的病变、较高的组织学分级和锯齿状通路的特征有明显的关联。Yu等人的研究发现梭杆菌在SSP中的检出率高于腺瘤，在近端多于远端。微生物组研究根据大肠癌致癌途径或部位组织病理类型进行区分。

7.口腔细菌在大肠癌发病机制中的作用

通常在口腔中发现的细菌种类经常在结肠中发现。Komiya等人的一项研究发现，40%的结直肠癌患者的肿瘤组织和唾液中含有相同的核微孢子菌菌株，推测其可能起源于口腔。

多项研究发现，许多口腔相关细菌在大肠癌中的比例过高，包括Fusobacterium, Porphyromonas, Parvimonas和Prevotella。Fusobacterium nucleatum, Parvimonas micra, Peptostreptococcus stomatis 和 Porphyromonas gingivalis 与CMS1肿瘤紧密相关。

目前尚不清楚结肠粘膜的变化是否会吸引口腔菌群相关的微生物，还是随着大肠癌肿瘤环境的发展而出现这些微生物。研究发现，与健康人的粘膜相比，息肉和大肠癌组织中典型的口腔细菌网络更为丰富。他们推测，这可能表明口腔相关细菌网络可能存在于结直肠癌之前，并有助于结直肠癌的发展。

我们小组质疑饮食习惯是否会导致肠道上皮细胞的改变，如通透性增加或pH变化，从而使口腔细菌能够在肠道中生存。按照这种思路，Flemer等人研究发现，当口腔病原体出现在结肠粘膜中时，它们的存在与产丁酸的Lachnospiraceae的丰度呈强烈的负相关。虽然目前还没有证实这些细菌促进大肠癌发生的机制，但已经提出了一些相关机制，包括细菌分泌破坏保护粘液层的酶，破坏防御素多肽和IgA抗体，允许细菌附着和入侵粘膜，并通过IL-6、STAT3、66和IL-8途径诱发炎症。

Web results那不勒斯腓特烈二世大学