腸道微生物對結直腸癌術後吻合口瘺及局部複發幾率的影響
BJS 2018; 105: e131–e141
背景
對於結直腸癌的治療，儘管手術技術及術後監測手段不斷提高，術後局部複發仍然是比較棘手的問題。在術後第一個3年影響著近40%的患者。
既往認為腫瘤複發取決於腫瘤的分期、分級、是否存在梗阻、穿孔、淋巴結轉移和R0切除情況。隨著腸道微生物採樣技術、RNA測序和轉錄組學技術的發展，腸道微環境已經被證實其與腫瘤的發生和術後DFS密切相關。本研究將從局部複發的角度探究腸道微生物對結直腸癌管理的影響。
方法
在PubMed上使用關鍵詞「大腸癌複發」、「吻合口瘺」及「機械性腸道準備」搜索1970年至2017年間相關研究並進行分析。
1. 微環境和腫瘤發生
出生時，腸道內定植4種菌，分別為：厚壁菌、擬桿菌、變形菌和放線菌。他們的數量受環境、免疫、飲食、感染及抗生素運用的影響而在健康人中各不相同。隨著分子生物學技術的發展，我們了解到健康微生物組由於受到病態的干擾，造成生態失調，特定的有益細菌損失以及有益細菌的多樣性損失，導致致病病原體佔優勢，這被定義為病理生物學狀態。
有研究證實，結直腸癌患者腸道中擁有大量革蘭氏陰性梭桿菌，而革蘭氏陽性放線菌含量減少。而相較於正常腸道取樣，腺瘤取樣中假絲酵母菌含量也呈正相關。脆弱擬桿菌是另一種可以對結直腸癌患者DFS造成影響的細菌。經研究，這些細菌可以激活FadA粘附素，該粘附素結合E-鈣粘蛋白的胞外結構，激活WNT信號傳導，促進腫瘤生長。此外它還可以抑制針對結直腸癌細胞的T細胞免疫應答。
2. 微環境和新輔助治療
鉑類藥物於腸道需要如煙草嗜酸乳桿菌等特定細菌存在而產生抗腫瘤效果。腸道微生物可通過調節局部免疫反應，從而影響化療及免疫治療。有實驗證明，結直腸癌患者腸道內如有大量具核梭桿菌，則可促使出現化療耐葯。另外具核梭桿菌也被證實與腫瘤複發相關，甚至被提出作為預防措施，指導更改化療藥物。通過對27類腸道細菌的探索，發現其中有13類細菌可以抵消吉西他濱對結直腸癌腫瘤細胞的影響，造成耐葯。
放療作為另一種治療手段，已被證實其是吻合口瘺的危險因素。其對腸道微生物亦會造成影響，經過放療後，輻射造成細胞凋亡、組織血管密度減低及組織灌注差，從而產生缺血環境，大量消耗如巴氏桿菌屬等健康細菌，同時乳桿菌屬及腸桿菌屬數量增加。動物模型證實術前放療加銅綠假單胞菌對比單純放療術後出現吻合口瘺幾率增加。
3. 手術和微環境
通過對專性厭氧菌的觀察，結直腸癌患者術後維持胃腸道動態平衡起關鍵作用的細菌減少，而如兼性厭氧菌、腸桿菌科、腸球菌屬和葡萄球菌屬等與手術併發症相關的細菌在增加。短鏈脂肪酸（SCFAs）作為良好的細菌產物，能夠維持腸上皮細胞屏障功能，促進腫瘤細胞凋亡，在某種意義上可以預測手術併發症和腫瘤的發生。
4. 吻合口瘺和腫瘤複發
吻合口瘺顯著影響住院費用、住院時間、複發率及死亡率。有大量的研究證實吻合口瘺增加局部複發風險及降低DFS。而腫瘤局部複發大多為腔外生長，僅12%為腔內生長。其機制可能是因為脫落的腫瘤細胞植入吻合部位，致使異時癌症的發生及炎症介導致癌。有研究通過對圓形吻合器裝置的檢測，10名接受結直腸癌手術的患者中有9名患者檢查出惡性腫瘤細胞。最近的一項研究通過對右半結腸切除術後吻合口灌洗液進行檢查，有半數檢查出惡性腫瘤細胞。
局部複發的另一個機制在於原發腫瘤致使局部微環境變化，造成遺傳不穩定性及局部複發。第三個機制涉及急性炎症介質對癌症生物學的影響，幾項研究表明炎症標誌物（腫瘤壞死因子、白介素1、白介素6、基質金屬蛋白酶、血管內皮生長因子）可能導致腫瘤複發、轉移及化療抵抗。有研究在體外將結直腸癌細胞置於感染的腹水中，可以觀察到其增殖、遷移及侵襲能力增強。
另一個額外機制是循環腫瘤細胞可能會在炎症部位聚集。循環腫瘤細胞可以到達多個器官，但發生轉移性腫瘤的器官只在一個或幾個。這是因為血管生成休眠現象，通過這種現象，細胞增殖和凋亡實現平衡，導致微轉移不進展，抑制轉移性細胞形成直至有干擾造成其活化。而腫瘤部位的炎症環境，使免疫細胞的腫瘤促進作用逐漸放大，循環腫瘤細胞這顆種子擁有了肥沃的土壤，造成腫瘤複發。
在吻合口瘺和腸道微生物的作用下，許多上述機制可能共同作用導致腫瘤複發。一旦發生吻合口瘺，通常有很長時間虛弱，導致營養不良，長期住院以及進一步接觸病原體，加之二次手術的生理壓力和長時間接觸抗生素和侵入性操作。在這種環境下，腸道微生物不僅會被耗盡，還會進行轉變以誘導脫落腫瘤細胞和循環腫瘤細胞接種到吻合部位。現明確的是，正常腸道菌群的存在能夠維持局部腸道和全身的免疫功能，腸道中某些高致病性物種可能通過對正常微生物組的競爭性排斥，直接抑制免疫系統。
之前的研究已經證明，當正常微生物組被耗盡而低丰度菌株如糞腸球菌佔優勢時，可能發生吻合口瘺。糞腸球菌具有較高的膠原酶活性並激活基質金屬蛋白酶（MMP），高水平的MMP已被證明是結直腸癌患者較差腫瘤轉歸的標誌物。這說明糞腸球菌在吻合口瘺發生中佔主導地位，儘管術前進行腸道準備，但其仍存在於吻合口組織中。這提示我們一個可以抑制正常微生物組，且具有高度炎症性質的病理生物可能是重要的局部複發因素。具有較高膠原酶活性的細菌如糞腸球菌可以與巨噬細胞相互作用，將結腸上皮細胞表型轉變為具有侵襲性特徵的間質樣表型，導致腫瘤複發。（圖1）
圖1： 腫瘤複發機制假想圖：結直腸癌整個治療（新輔助治療、抗生素、手術）過程中，造成了一個獨特的環境背景，具有較高膠原酶活性的細菌如糞腸球菌定殖，後脫落的癌細胞植入吻合口，並移入粘膜外生長，損傷吻合口癒合，導致腫瘤複發。
幾項研究表明，腸道微生物群可作為結直腸癌患者生存的預後標誌物，具有較高水平具核梭桿菌的結直腸癌患者複發率升高、DFS縮短。結腸粘膜中存在產腸毒素脆弱類桿菌與較差的結直腸癌分期相關。大量的具核梭桿菌是一種預後不良的生物標記物，與MMP-9等炎症介質水平升高有關，而脆弱擬桿菌可以誘導NF-κB信號傳導和釋放炎性細胞因子。因此，是否能夠在術前通過塑造整個腸道微生物群情況，做出一定的干預，最終改善結直腸癌預後值得進一步研究。
5. 基因組時代的腸道準備
機械性腸道準備聯合口服抗生素目的在於防止吻合口併發症和手術部位感染。腸道準備與腫瘤結局之間的關係仍未明確。實際上正常腸道微生物群能夠抑制潛在有害病原生物並促進腸道癒合，而目前具有缺陷的廣泛腸道準備會對腸道正常微生物群造成影響。今後通過微生物宏基因組學，是否可以找到一個「腸道準備2.0」，例如：溫和腸清潔劑和非殺微生物的抗病毒劑，而不是目前這樣大規模殺傷微生物。
所以我們的「腸道準備2.0」應該同時具有減少術後炎症和腫瘤複發幾率的潛力。其添加劑應該可以抑制如銅綠假單胞菌（P. aeruginosa）和糞腸球菌（E. faecalis）等，而允許正常微生物群增殖並進一步抑制病原體毒力。以更均衡的方式誘導粘膜上皮和潛在免疫細胞的有益作用。最後探尋究竟是否降低患者的複發幾率。
圖2： 圍手術期微生物群變化理論：圍手術期，受到術前腸道準備和手術操作的雙重作用，腸道微生物組隨之改變，共生細菌如擬桿菌和厚壁菌門的減少以及導致感染的低丰度γ變形桿菌的增殖。（*）為微生物致病活化的理論時間點，標誌著該時間點病人最有可能出現感染，這是一個極為敏感時期，其決定了病人術後恢復順利與否。
隨著精準醫學的發展，人類基因組測序技術為我們解釋了為什麼有些患者能對治療做出反應，而另一些患者則不行，並據此提供了新的治療策略。通過了解人類腸道微生物組，我們可以進一步探究為何術前進行了最充分的準備，術後仍出現嚴重感染併發症；可以根據每名腸道微生物的情況篩選高風險患者，制定具有針對性的術前準備方案。這要求我們背離傳統經驗教條主義，未來通過科學的努力，運用基因測序的方法對腸道微生物進行控制，影響手術結果，最終達到減少吻合口瘺和腫瘤局部複發的目的。
來源：昆醫附一腫外
攜手消化，腸享胃來！
TAG:消化界 |