首页 > 论文范文 > 医药卫生论文 > 基础医学论文 > 微生物论文 > 微生物在膀胱癌中的研究进展

微生物在膀胱癌中的研究进展

2024-06-08 56 上传者：管理员

摘要：肿瘤的发生发展深受细胞周围环境的影响。肿瘤细胞与其微环境之间的相互作用已被认为是癌症发展的关键决定因素之一，并且正在得到广泛研究。微生物组可以调节人体的免疫系统和抗肿瘤特性，从而影响膀胱癌的进展和肿瘤发生。因此，微生物组可用作生物标志物以及用于膀胱癌不同阶段的治疗。

关键词：
代谢调节
吸烟
微生物
泌尿系
膀胱癌
加入收藏

膀胱癌发病率位居恶性肿瘤的第十位，每年新发病例约57.3万例，是最常见的泌尿系恶性肿瘤[1]。膀胱癌的发生发展受到遗传因素和环境因素等多方面影响，其病因学及病理生理学至今尚未明确。吸烟作为目前最为确定的膀胱致癌因素，可以明显改变泌尿系微生物的构成[2]。而微生物又与人体组织之间存在非常密切的联系，它们常驻留在黏膜表面并影响机体从细胞稳态到代谢调节、造血、炎症、免疫等多种生理功能，对机体的生理和体内平衡起着至关重要的作用[3]。约20%的恶性肿瘤组织被微生物浸润，菌群的失调或微生物组的破坏与炎症性疾病的状态和肿瘤的发生密切相关，更是发展靶向微生物组治疗的基础[4]。早在1800年代末，Wilhelm Busch博士及后来的William Coley博士便意识到宿主对细菌的反应将有益于癌症治疗[5]。且随着近些年对微生物组的更深入了解及高通量测序技术的发展及应用，以往被认为是“无菌”的尿液，如今已被证明含有独特的细菌群落，探究泌尿道微生物群的真相，充分定义微生物群的组成并将其改变与肿瘤相联系成为目前研究的热门话题。

微生物群参与多项器官癌症的发病机制，包括食管、胃、结肠、肝脏、胆囊、胰腺、乳腺癌和淋巴组织，微生物可释放细菌毒素对宿主DNA进行直接破坏、诱导癌症的转化、介导细胞微环境的改变以及产生具有潜在致癌作用的代谢物等来影响癌症的发展和对治疗的影响[6,7]。借助新一代测序技术，明确膀胱癌微生物群的“核心”微生物，并进一步推测微生物群在膀胱肿瘤当中的发病机制，将有助于发现膀胱肿瘤诊断及治疗的新策略。

1、微生物群的改变对膀胱癌的影响

1.1膀胱菌群的改变

新一代测序技术的引入给泌尿系微生物群的研究带来了革命性的变化。Wu等[8]研究显示，膀胱癌样本中细菌丰度显著增加，但多样性却没有明显差异，含量最多的属为埃希氏菌属、志贺氏菌属、葡萄球菌属、链球菌属、气单胞菌属、不动杆菌属、拟杆菌属、乳杆菌属、沙雷氏菌属、变形杆菌属、拉塞氏菌属和梭杆菌属等，且相较于非肿瘤患者，膀胱癌患者的尿液不动杆菌、厌氧球菌和鞘氨醇杆菌富集。Oresta等[9]发现膀胱癌患者尿液微生物组中韦荣球菌和棒状杆菌丰度显著增加，而瘤胃球菌丰度却明显减少，其差异随着疾病进展更加明显。然而有研究却得出了不同的观点，虽然他们发现膀胱癌患者菌属的构成与之前的几项研究大致相同，但菌群丰富度和多样性却显著降低，他们认为在肿瘤患者当中单一生物体占主导地位的可能性更大，可能与癌组织中致病菌占优势有关[10,11]。这些研究结果相似的地方是：膀胱癌患者拥有独特的微生物群，并且癌症本身便是改变菌群生态的一项重要因素。而出现矛盾结果的原因可能归结为：①研究所采用的样本量大小的不同所造成的；②部分实验采用膀胱黏膜组织，而部分实验采用导尿管取清洁中段尿，且尿液样本可能会受到尿道和阴道周围微生物群污染导致假阳性的影响；③可能是人种、年龄、性别的不同所导致的。因此，Mansour等[12]进行进一步对比发现，与尿液相比，阿克曼氏菌属、拟杆菌属、狭义梭菌属、肠杆菌属和克雷伯氏菌属“5个可疑属”在膀胱癌组织样本中的含量过多。Knorr等[13]在对比丰度差异分析中表明，棒状杆菌和链球菌在膀胱肿瘤中最富集，而毛螺菌科在尿液样本中最富集。同时，性别相关差异的研究也取得了一定的进展。据研究报道，膀胱癌患者尿液中男性和女性之间并没有发现多样性的差异，但男性患者中的嗜糖假单胞菌、芬戈尔德菌和棒状杆菌丰度较高，而女性患者中的肠球菌、弯曲杆菌和瘤胃球菌丰度较高[14]。表明尿路菌群在性别中的不同可能是导致膀胱癌发病率差异的原因。

膀胱癌根据分期可分为非肌层浸润性膀胱癌(non-muscular invasive bladder cancer, NMIBC)和肌层浸润性膀胱癌(muscular invasive bladder cancer, MIBC)。Wu等[8]在将NMIBC分层后发现，草螺菌属、产卟啉杆菌属和拟杆菌属在复发和进展风险较高的膀胱癌患者中的比例较高，表明这些菌属可能是NMIBC风险分层及癌症预后的潜在指标。Sun等[15]则采用最新的2bRAD-M微生物组测序的方式，发现虽然NMIBC和MIBC之间微生物的组成相似，但NMIBC的微生物多样性明显高于MIBC。且有研究进一步发现与NMIBC相比，MIBC患者尿液中嗜血杆菌和韦荣球菌含量相对较高，而NMIBC患者尿液中贪铜菌含量更高[14]。随后的一项对NMIBC患者的研究发现，经过经尿道膀胱肿瘤电切术后，复发组患者微生物群的多样性明显高于未复发组，在一定程度上再次反映了微生物在NMIBC复发当中的预测作用[16]。

1.2膀胱菌群的改变与膀胱癌的发生

特定的病原菌可能促进恶性肿瘤的发生和发展，而肿瘤相关的微环境可能选择性地促进特定细菌的生长。Nadler等[17]在膀胱癌组织观察到致密的细菌生物膜，证明了膀胱微生物生物膜的存在及可能在膀胱癌的致癌过程中发挥作用。Mai等[18]综合几项研究分析得出膀胱癌中常见的核心细菌为不动杆菌、红杆菌、地芽孢杆菌和根瘤菌，而鲍曼不动杆菌不仅参与生物膜的形成，还参与上皮细胞的黏附和侵袭、黏膜屏障中磷脂降解引起的细菌传播以及宿主免疫反应的逃避，可以推测不动杆菌的增加可能与膀胱癌的发生有关，是膀胱癌的潜在微生物标志物。与此同时，膀胱癌中鞘氨醇单胞菌被证实其含量高于其他泌尿系统肿瘤，且肿瘤组织中的含量比在尿液样本中更加丰富，这表明它在膀胱癌发生过程中可能具有潜在参与者的作用[12,19]。Bi等[20]发现膀胱癌患者中欧洲放线菌的丰度及总体比例更高，而且他们还观察到了欧洲放线菌qPCR结果在癌症患者中阳性，在非癌症患者中阴性，推测欧洲放线菌可能与促进膀胱癌的发生有关，有望成为膀胱癌的潜在生物标志物和治疗靶点。Liu等[21]则通过PICRUSt来预测膀胱癌组织微生物功能，分析显示微生物群落的改变可能涉及膀胱癌组织中有害化合物的代谢途径，其中一些涉及公认的致癌物质(例如二噁英、硝基甲苯、氨基苯甲酸酯和二甲苯),从而提供了环境因素与膀胱癌病因密切相关的证据。同时他们检测出不动杆菌和大肠杆菌在癌组织中显著增加。而大肠杆菌作为泌尿系常见的感染细菌，通过激活NF-κB通路抑制细胞凋亡和增强炎症反应而在膀胱癌的发展中发挥作用[22]。Guo等[23]进一步表明，尿路致病性大肠杆菌可通过CNF1诱导的内皮生长因子表达增强膀胱肿瘤血管生成，从而促进膀胱癌进展。Qiu等[24]则进行更加深入的研究发现在NMIBC中尿液微生物指数与FoxP3+调节性T细胞未见明显相关性，同时观察到复发患者体内假单胞菌、葡萄球菌、棒状杆菌、不动杆菌显著富集，香农指数较高的患者表现出Ki-67表达上调及无复发生存期的显著缩短，假单胞菌丰度较高的患者无复发生存期同样较短，表明这些尿液微生物组可能有助于膀胱癌的肿瘤增殖及复发。而且在厌氧条件下，假单胞菌分泌碱性蛋白酶降解细胞外基质的成分，并通过降解和灭活IFN-γ来抑制淋巴细胞增殖，此外，碱性蛋白酶还可以裂解IL-6受体、FAS配体、TNF及其受体，从而扰乱细胞外环境，并促进癌症发展，再次证实了假单胞菌可能在一定程度上影响着膀胱癌的发病和进展。一项荟萃分析确定了几个与膀胱癌相关的值得注意的菌属，即：肠球菌属、不动杆菌属、鞘氨醇单胞菌属、微球菌属和拉尔斯通氏菌属，这些细菌具有分解尿液中多环芳烃(一种香烟中已知的致癌物质)的能力的同时，也在膀胱癌的发展中起到了负面作用[25]。这些结果表明，膀胱癌组的尿液微生物群呈现出独特的模式，但目前相关菌群在膀胱癌中的影响仍是复杂的、具有双向性的，相关的机制仍有待深入研究。

1.3胃肠道菌群与膀胱癌的发生

微生物群在致癌中的作用最初是在动物研究中观察到的，胃肠道微生物群可以激活或产生致癌物质，致癌物质局部作用于胃肠道或通过尿液循环或分泌远程作用于其他器官。肠杆菌科中的克雷伯氏菌在雌性生物体内丰富，其可以产生直接导致膀胱肿瘤发生的毒素(例如大肠杆菌素)[26]。一项从基因层面探索肠道微生物与泌尿系癌症之间的因果分析显示，胃肠道中的阿里松氏菌属、理研菌科、毛螺菌属UCG001、颤杆菌属降低了膀胱癌的风险；而产粪甾醇真细菌属、啮齿真杆菌属、瘤胃球菌属UCG013、千里香属增加了膀胱癌的风险[27]。不仅如此，生态失调也已被证明可通过代谢物产生和免疫调节来驱动癌发生机制，黄烷醇被肠道微生物代谢的产物主要通过尿液排出体外，其微生物代谢物(特别是戊内酯、苯烷基酸和马尿酸)则与体外膀胱癌细胞增殖减少呈正相关[28]。因此，通过干预胃肠道微生物组成不仅可以修复肠道生理屏障，还能减少相关炎症和免疫反应，抑制膀胱肿瘤进展，并增强对放疗和化疗的敏感性[29,30]。

1.4病毒与膀胱癌

人乳头瘤病毒(HPV)是最常见的性传播感染的DNA病毒。大量研究在膀胱癌患者组织和尿液中检测到HPV的DNA,且归因于P53突变，高危HPV感染与肿瘤进展呈正相关[31,32]。Sun等[33]将HPV感染与肿瘤的正相关归因于膀胱中持续存在HPV E6和E7蛋白，因为它们可以抑制肿瘤抑制蛋白并导致癌变的发生。有报道指出，HPV相关病毒(例如人类免疫缺陷病毒、单纯疱疹病毒、BK病毒和JC病毒)似乎也与膀胱癌的发生和发展有关[34]。

人类内源性逆转录病毒(HERV)是人类基因组中逆转录因子家族的重要组成部分，而HERV-H则被认为是生物学功能研究最重要的靶点之一。最新的报告指出，NMIBC中源自HERV-H的miR-4454的上调降低了肿瘤抑制基因DNAJB4和SASH1的表达，从而促进NMIBC进展[35]。

1.5血吸虫相关膀胱癌

长期以来人们便认识到血吸虫感染与随后发生的膀胱鳞状细胞癌之间存在关联。作为一种寄生虫，血吸虫卵可以定植于膀胱壁，刺激宿主免疫反应，导致肉芽肿性炎症，成虫则可以寄生在膀胱静脉丛并引起严重的化生，同时，可以介导N-亚硝胺形成的细菌菌株也被认为是导致血吸虫病诱发的膀胱鳞状细胞癌的致癌因素[36]。但目前关于血吸虫感染相关微生物改变与膀胱癌之间的关系仍然未知，未来需要更多的样本及实验进行深入探究。

2、治疗

细菌与宿主的相互作用会引发体内有效的宿主免疫反应，而这些细菌驱动的免疫反应长期以来一直被用于抗肿瘤治疗[37]。例如卡介苗(BCG;即牛分枝杆菌),作为早期NMIBC的黄金标准治疗，通过膀胱灌注引起膀胱炎症及局部免疫反应来破坏肿瘤细胞，从而降低NMIBC复发的风险。尽管BCG在初始治疗时取得了一定的成功，但其较高的局部复发率及不良反应发生率仍是困扰患者的一大问题，因此需要发掘新的替代疗法来缓解这一情况。最近，研究表明微生物群在免疫检查点抑制剂的治疗当中起决定性意义，并且由于细菌具有激活免疫系统的能力，因此正在展开深入研究以明确细菌能否作为免疫治疗工具[38]。在这种背景下，扩大细菌与免疫系统相互作用的认识对于改善肿瘤免疫疗法至关重要。

最新的研究表明，曲古抑菌素C(链霉菌发酵的曲古抑菌素A的类似物)具有组蛋白脱乙酰酶抑制活性，通过下调膀胱癌细胞酪氨酸激酶受体Axl的表达和激活实现其抗肿瘤作用[39]。Miyake等[40]则发现口服补充干酪乳杆菌代田和短双歧杆菌可以激活树突状细胞并招募细胞毒性T细胞，从而增强吉西他滨和顺铂的化疗作用。这表明益生菌或相关微生物代谢物在癌症治疗中具有广阔的前景。

de Lima Fragelli等[41]使用重组沙门氏菌治疗小鼠膀胱癌。他们将IL-2和(或)TRAIL基因插入减毒沙门氏菌菌株SL3261的基因组中，发现重组SL3261菌株引起细胞膜损伤，增加NO产生，并促进小鼠膀胱癌M49细胞凋亡。Butler等[42]将多效性转录因子和癌基因c-MYC确定为细菌靶点，细菌培养物上清液中鉴定并重组了细菌蛋白酶Lon(一种c-MYC特异性蛋白酶),将重组Lon蛋白酶放在小鼠膀胱癌模型中观察，发现Lon蛋白酶可以减缓肿瘤进展并提高膀胱癌患者的生存率。细菌重组及细菌衍生蛋白鉴定的新技术为治疗膀胱癌提供了更加丰富的方案。

虽然PD-1/PD-L1免疫检查点抑制剂在膀胱癌治疗方面取得了显著效果，但其病理缓解率却并不尽如人意。微生物群作为参与PD-1/PD-L1表达调控的成分之一，可能在其中扮演举足轻重的角色。Mager等[29]发现了肠道细菌与检查点阻断免疫疗法的疗效增强有关，肠道假长双歧杆菌产生的代谢物肌苷和CpG一起能够显著增强抗CTLA-4减轻膀胱肿瘤重量的能力。Baruch等[43]和Dizman等[44]报道的以微生物群为中心的干预措施和免疫检查点抑制剂治疗组合的成功强调了PD-L1抑制剂与活细菌产品组合的治疗益处。最新的证据表明，在MIBC的派姆单抗新辅助免疫治疗期间使用抗生素与无复发生存率和病理完全缓解呈负相关[45]。表明抗生素的使用可能会影响尿液微生物群的种类和组成，对接受免疫治疗患者的治疗反应产生负面影响。

3、小结与展望

随着技术的发展及研究的深入，微生物群在膀胱癌中的潜在作用研究已取得一定的突破。且膀胱癌微生物已被证实会为优化肿瘤治疗方案、变革新的替代疗法提供新思路。目前关于微生物群对膀胱癌免疫逃避和肿瘤生长的作用机制仍然是具有推测性的，未来需要更多的研究确定微生物群与膀胱癌之间的因果关系，更好地了解微生物组在膀胱癌发生和进展中的作用，为诊断和预后提供新的生物标志物，以及更多针对微生物的治疗策略。

文章来源:赵仁杰,谭智勇,李海皓,等.微生物在膀胱癌中的研究进展[J].临床泌尿外科杂志,2024,39(06):539-543.