沿口-肠轴线的微生物相互作用：口腔病原体的器官特异性致癌适应
摘要
人体内两大微生物栖息地——口腔和肠道——通过消化道的连续性相连，构成了所谓的“口腔-肠道轴”。近年来的研究日益认识到，这条轴线是将局部感染与全身性疾病联系起来的关键桥梁。越来越多的证据表明，口腔微生物不仅通过唾液、血液和直接迁移进入肠道，还能在特定的微环境条件下成功定植，重塑局部的微生物生态系统。牙周病原体如牙龈卟啉单胞菌和具核梭杆菌通过慢性炎症、代谢产物产生和信号通路重编程等方式驱动胃肠道肿瘤的发生。此外，口腔-肠道微生物的相互作用揭示了癌症特异性的风险模式，在食管癌、胃癌、结直肠癌和胰腺癌中扮演着不同的角色。
口腔-肠道微生物群轴线：胃肠道癌症研究的新视角
口腔微生物组是人体内最复杂多样的微生物生态系统之一，包含超过700种细菌以及真菌、病毒和古菌。健康的微生物群与宿主保持动态平衡，有助于局部生理过程。然而，这种平衡的破坏会导致菌群失调，可能不仅引起龋齿和牙周炎等口腔疾病，还可能影响全身健康。流行病学研究显示，牙周炎与多种胃肠道癌症风险升高相关，包括食管癌、胃癌、结直肠癌和胰腺癌。这些发现表明，口腔微生物，特别是牙周病原体，可能通过“口腔-肠道轴”促进胃肠道癌症的发展。
“口腔-肠道轴”的概念强调了口腔和肠道微生物群之间的相互联系及其在维持宿主健康和影响疾病发生中的作用。尽管解剖学上连续，但由于口腔-肠道屏障的存在，口腔和肠道拥有显著不同的微生物群落。该屏障包括物理（如食管和胃的解剖结构）、化学（如胃酸和胆汁）和免疫（如粘膜免疫系统）组成部分，限制了口腔微生物向肠道的扩散，但并非完全阻止。在某些条件下，如屏障功能受损或宿主免疫力降低时，口腔微生物可以突破屏障，在肠道定植并改变其微环境。
口腔微生物沿口腔-肠道轴的传播与定植
口腔微生物向肠道的传播是一个涉及多种途径的复杂过程。唾液吞咽是主要途径。人体每天产生大量富含口腔微生物的唾液，吞咽的唾液持续将口腔微生物送入消化道。虽然大多数口腔细菌无法在胃酸和胆汁中存活，但有些可以耐受恶劣的胃肠道环境并在肠道成功定植。血液传播是口腔微生物到达肠道的另一潜在途径。口腔炎症，特别是牙周炎，可导致牙龈组织血管破裂，使口腔微生物及其代谢产物进入血液。某些病原体可以通过血液传播到肠道。此外，口腔手术和牙科治疗等侵入性操作也可能将口腔细菌引入血液。直接迁移是另一种潜在途径。由于口腔和肠道通过消化道解剖相连，口腔微生物可能通过食管直接迁移到肠道。
一旦口腔微生物到达肠道，其定植和活动受到多种因素影响。宿主免疫系统是抵御外来微生物定植的关键屏障。肠道粘膜免疫系统中的模式识别受体（PRRs）可以检测到与口腔微生物相关的分子模式（MAMPs），激活先天免疫细胞。在稳态条件下，CD4+调节性T（Treg）细胞通过分泌白细胞介素10（IL-10）维持免疫耐受。然而，在宿主免疫力受损或肠道炎症期间，紧密连接蛋白闭合蛋白（OCLN）的表达下调，肠道屏障完整性受损，免疫监视减弱，这为口腔微生物突破“生态隔离”屏障创造了机会。
肠道微环境的物理化学特征，如pH值、氧张力和胆汁酸浓度，也影响口腔微生物的定植。例如，链球菌在酸性条件下通过上调精氨酸脱亚胺酶（Arc）系统和利用精氨酸代谢来维持细胞内pH稳态。而牙龈卟啉单胞菌则通过过度表达外排泵来抵抗胆汁酸毒性。肠道是一个复杂的生态系统，栖息着大量的常驻菌群。常驻肠道菌群通过“营养优先”机制施加竞争排斥。因此，口腔细菌必须与常驻肠道菌群竞争空间和营养才能成功定植。
此外，口腔细菌的内在特性决定了它们在肠道中的定植能力。例如，具核梭杆菌的定植优势源于其多模态粘附系统：Fap2通过识别肠上皮细胞上的半乳糖-N-乙酰半乳糖胺聚糖（Gal-GalNAc）实现初始粘附，而FadA蛋白则通过β-连环蛋白/E-钙黏蛋白信号通路破坏细胞连接，从而促进在肠道中更容易定植。相比之下，牙龈卟啉单胞菌通过协同毒力机制克服宿主防御：牙龈蛋白酶切割免疫球蛋白重链，脂多糖（LPS）通过Toll样受体2/4-MyD88信号轴激活NF-κB通路。此外，分泌的外膜囊泡（OMVs）充当“特洛伊木马”，将毒力因子运送到远处器官并促进定植。
连接口腔微生物与胃肠道肿瘤发生的机制途径
慢性炎症作为口腔微生物介导的致癌驱动因素
慢性炎症是包括癌症在内的许多疾病发展的关键驱动因素。作为常见的慢性炎症性疾病，牙周炎的影响超出了牙周组织，通过“口腔-全身轴”产生全身生物学效应。在牙周炎中，口腔微生物群的组成发生显著变化，包括牙龈卟啉单胞菌和具核梭杆菌的生态位扩张以及以“红色复合体”为主的致病性生物膜形成。这些病原体不仅直接损伤牙周组织，还会引发过度的宿主炎症反应，释放大量肿瘤坏死因子α（TNF-α）、白细胞介素1β（IL-1β）和白细胞介素6（IL-6）等介质。牙周炎引起的炎症不仅局限于口腔，还可以扩散到全身，引发全身性炎症反应。
慢性炎症在胃肠道癌症的发生和发展中起着关键作用。首先，由牙周炎等慢性口腔疾病驱动的全身性炎症可以放大胃肠道组织的炎症活性，创造一个有利于肿瘤发生的微环境。其次，肿瘤微环境（TME）内浸润的免疫细胞通过分泌TNF-α和IL-6等介质建立促肿瘤炎症网络，直接促进肿瘤细胞增殖和转移。研究显示，TNF-α通过激活蛋白激酶B/糖原合成酶激酶3β（AKT/GSK-3β）通路增强SNAIL转录因子的稳定性，同时驱动上皮-间质转化（EMT）并增加癌细胞的侵袭性。IL-6则通过信号转导和转录激活因子3（STAT3）信号轴上调血管内皮生长因子（VEGF）和基质金属蛋白酶（MMPs），从而促进血管生成、细胞外基质重塑以及随后的肿瘤生长和侵袭。
牙龈卟啉单胞菌和具核梭杆菌的促炎机制
牙龈卟啉单胞菌和具核梭杆菌是牙周炎中临床上最重要的两种病原体，也是牙周组织破坏的主要驱动因素。两者都表现出强大的促炎活性，通过多种机制诱导宿主炎症反应，从而促进胃肠道癌症的发生和发展。
牙龈卟啉单胞菌通过多种途径激活宿主炎症反应：
- 1.
TLR信号通路：牙龈卟啉单胞菌通过其LPS中脂质A结构的异质性差异性地激活Toll样受体（TLR）家族成员，在促炎和抗炎反应之间建立动态平衡。同时，它利用补体-TLR2的相互作用，并采用包括表观遗传修饰和自噬在内的多种调节机制来建立有利于其生存的“炎症耐受”状态。
- 2.
NLRP3炎症小体：牙龈卟啉单胞菌通过多种机制（包括ATP释放和P2X7受体激活）激活NLRP3炎症小体，共同促进IL-1β和白细胞介素18（IL-18）的分泌，从而启动炎症反应。
- 3.
促炎因子调节：牙龈卟啉单胞菌通过多种毒力因子调节宿主趋化因子网络来促进炎症。例如，其荚膜多糖直接诱导巨噬细胞分泌CXCL8，从而吸引中性粒细胞和单核细胞到感染部位，加剧局部炎症。
具核梭杆菌作为口腔生物膜中的桥梁菌，有助于复杂生物膜结构的形成，并可通过多种机制诱导炎症反应：
- 1.
粘附和侵袭机制：具核梭杆菌通过其表面粘附素FadA与宿主细胞受体结合来促进粘附和侵袭。FadA与E-钙黏蛋白结合，激活β-连环蛋白信号通路，上调包括细胞周期蛋白D1和c-Myc在内的癌基因，并诱导IL-8和CXCL1等促炎细胞因子的分泌。
- 2.
外膜囊泡（OMVs）的促炎作用：具核梭杆菌释放的外膜囊泡携带脂多糖（LPS），可激活Toll样受体4（TLR4）并触发下游NF-κB信号传导，从而促进IL-8、TNF-α和IL-6等促炎细胞因子的分泌，促炎微环境形成。
- 3.
TLR/NF-κB信号通路激活：具核梭杆菌通过TLR4-MyD88通路激活NF-κB信号级联反应，并上调miR-21表达，从而抑制RAS GTP酶RASA1，促进细胞增殖和侵袭。
- 4.
免疫细胞调节与慢性炎症：具核梭杆菌促进M1巨噬细胞极化并刺激TNF-α和IL-6等促炎细胞因子的释放，同时抑制M2巨噬细胞的抗炎表型。它还通过上调IL-12和IL-23诱导Th1和Th17细胞分化，导致肠道组织持续的炎症损伤。
- 5.
肠道菌群失调：在肠道定植后，具核梭杆菌过度增殖，与粪肠球菌等共生菌竞争生态位，破坏微生物定植平衡。这导致有益菌如双歧杆菌减少，机会致病菌如大肠杆菌-志贺氏菌增加，从而改变肠道菌群的整体组成。由此产生的菌群失调增加了促炎菌的丰度，减少了抗炎菌种，并破坏了微生物代谢产物的稳态，最终形成一个促炎的微环境，加剧肠道炎症。
微生物代谢物作为致癌介质
乙醛与酒精代谢的协同作用
微生物代谢物是微生物-宿主相互作用的关键介质。某些微生物代谢物具有致癌或促瘤特性。乙醛是口腔菌群产生的一种代谢物，是一种备受关注的致癌物。在国际癌症研究机构（IARC）的分类中，乙醛被列为1类致癌物。在人体内，乙醇主要通过酒精脱氢酶（ADH）、乙醛脱氢酶（ALDH）和细胞色素P450 2E1（CYP2E1）等酶在肝脏代谢，产生高活性代谢物乙醛。乙醛对DNA具有高亲和力，可诱导多种致癌效应和遗传损伤。口腔微生物群中的奈瑟菌属、罗氏菌属、链球菌属和普雷沃菌属等可将乙醇代谢为乙醛。乙醛可以直接与DNA分子特异性结合，形成诱变的DNA加合物。这些加合物会改变DNA的三维结构，并显著抑制其复制和修复。
口腔疾病，包括不良口腔卫生和牙周炎，会破坏口腔微生物群的平衡，导致产乙醛细菌和真菌的丰度增加，从而提高口腔中的乙醛水平。口腔中的乙醛直接接触口腔粘膜，产生DNA损伤、异常细胞增殖和增加口腔癌风险等毒性作用。此外，口腔产生的乙醛可通过吞咽的唾液进入消化道，对食管和胃粘膜产生毒性作用，增加食管癌和胃癌的风险。
硫化氢和其他微生物代谢物
除了乙醛，口腔微生物群还产生多种代谢物——如硫化氢（H2S）、丁酸盐、吲哚和亚硝胺——这些物质可能具有致癌或促瘤作用。硫化氢是一种挥发性刺激性气体，是含硫氨基酸代谢过程中产生的生物活性分子。它由多种细菌合成，特别是牙龈卟啉单胞菌和具核梭杆菌。在生理浓度下，H2S对心血管、肾脏、肝脏、神经和骨骼等多个器官系统具有保护作用。然而，过量的H2S具有细胞毒性，主要是通过抑制细胞色素c氧化酶（线粒体电子传递链中的关键酶）来破坏细胞能量代谢，最终诱导细胞凋亡或坏死性凋亡。在肿瘤微环境中，H2S通过包括EGFR/ERK/MMP-2和PTEN/AKT在内的信号通路促进癌细胞增殖。它还上调VEGF表达以刺激血管生成，并通过调节细胞外基质重塑和上皮-间质转化（EMT）来增强肿瘤细胞的侵袭和转移。
丁酸盐是一种短链脂肪酸，由肠道细菌通过膳食纤维发酵产生。它具有多种生物活性，包括抗炎和抗肿瘤作用。然而，口腔环境与肠道环境大不相同。在口腔中，牙龈卟啉单胞菌、具核梭杆菌和齿垢密螺旋体在代谢过程中也能产生丁酸盐。在牙周炎等慢性炎症环境中，口腔细菌产生的丁酸盐可能通过诱导上皮-间质转化（EMT）、上调基质金属蛋白酶、改变免疫反应以及调节细胞代谢和酸碱平衡等方式发挥致癌作用。
有证据表明，吲哚可能具有致癌或促瘤作用。在口腔微生态系统中，牙龈卟啉单胞菌会分泌吲哚化合物。这些微生物来源的吲哚可能通过两种机制影响肠道环境：一方面，作为芳烃受体配体，它们在生理浓度下参与免疫调节并维持肠道稳态，而异常浓度则可能增加肿瘤风险。另一方面，它可以直接作用于肠道上皮细胞，调节其增殖、分化和凋亡，参与癌症的发生和发展。
亚硝胺是强致癌物，当硝酸盐还原菌将膳食中的硝酸盐转化为亚硝酸盐，随后与胺反应时形成。口腔微生物如链球菌和韦荣球菌可将膳食硝酸盐转化为亚硝酸盐，后者与胺反应形成亚硝胺，可能增加胃癌的风险。在分子机制方面，亚硝胺的致癌机制主要涉及两个关键环节：首先，亚硝胺分子在细胞色素P450酶的催化下发生羟基化反应，生成高反应活性的烷基化中间体。这些活性代谢物可与DNA分子形成共价结合，从而损害遗传物质的结构完整性。其次，亚硝胺衍生物（如N-亚硝基苯胺）代谢活化后，其硝基苯基团可与DNA碱基形成特异性加合物，导致遗传信息异常改变。此外，亚硝胺促进活性氧（ROS）的生成，导致氧化应激诱导的DNA损伤，增加恶性转化的风险。
口腔病原体调节的信号通路
NF-κB信号：炎症与肿瘤进展
信号通路是传递和调节信息的重要细胞内网络，调控细胞生长、分化、凋亡和炎症反应等过程。口腔微生物群可通过多种机制调节宿主细胞信号，从而影响包括癌症在内的疾病的发生和发展。核因子κB（NF-κB）通路是炎症和细胞增殖的核心调节因子，在肿瘤的发生和发展中起着关键作用。
作为炎症调节的中心枢纽，NF-κB通路在口腔微生物介导的慢性炎症中至关重要。牙龈卟啉单胞菌和具核梭杆菌通过TLR依赖性机制激活NF-κB，显著上调炎症介质（IL-1β、IL-6、TNF-α）并引起组织炎症。此外，齿垢密螺旋体通过TLR2激活NF-κB和MAPK通路，促进IL-36γ的分泌，加剧牙龈炎症。临床上，牙龈卟啉单胞菌和具核梭杆菌充当病变的“启动者”，而齿垢密螺旋体则作为“放大器”，加剧疾病进展。这种分工是炎症级联反应中的关键环节，也为分层靶向干预确定了分子靶点。
口腔微生物群通过NF-κB通路直接驱动肿瘤进展和演变。具核梭杆菌同时激活NF-κB和NLRP3炎症小体，促进局部炎症和肿瘤细胞侵袭，尤其在结直肠癌和食管癌中。牙龈卟啉单胞菌通过NF-κB依赖性机制激活IL-6受体–JAK2/STAT3网络，促进肿瘤细胞的异常增殖和侵袭转移。
微生物代谢物如LPS和过氧化氢（H2O2）直接调节NF-κB的活化。来自血链球菌的H2O2通过激活NF-κB并触发EBV裂解再激活来促进鼻咽癌（NPC）的进展。相反，来自牙龈卟啉单胞菌的LPS通过TLR4激活NF-κB，诱导下游炎症反应并调节肿瘤相关基因的表达。
口腔微生物通过调节NF-κB信号改变局部免疫稳态。例如，厌氧消化链球菌通过NF-κB介导的CXCL1释放招募髓源性抑制细胞（MDSCs），从而抑制抗肿瘤免疫。具核梭杆菌也通过NF-κB相关信号增强肿瘤免疫逃避和化疗耐药性。
MAPK、PI3K/Akt和Wnt信号通路在癌症发展中的作用
丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路是调节细胞增殖、分化、程序性细胞死亡和炎症反应的中心信号级联。口腔微生物可以通过TLR2和TLR4激活MAPK通路，从而增强肿瘤细胞的增殖、侵袭和转移。在结直肠癌（CRC）中，MAPK的激活进一步加速肿瘤细胞的增殖和转移。
磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B（PI3K/Akt）通路是细胞生长、代谢稳态和存活的另一个关键调节因子。牙龈卟啉单胞菌通过激活PI3K/Akt通路并抑制细胞凋亡来促进肿瘤细胞存活。
Wnt/β-连环蛋白通路的异常激活——对胚胎发育和组织稳态至关重要——与多种肿瘤类型密切相关。具核梭杆菌通过两种机制促进CRC进展：（1）上调细胞周期蛋白依赖性激酶5（Cdk5）以激活Wnt/β-连环蛋白信号，增强细胞增殖和迁移；（2）利用其FadA粘附素结合CRC细胞上的E-钙黏蛋白，触发β-连环蛋白信号以调节炎症和致癌反应。具核梭杆菌在CRC中的促癌作用很大程度上是Wnt/β-连环蛋白依赖性的，这反映了CRC细胞的内在生物学特性，其中Wnt通路激活是一个常见的分子标志。通过利用该通路中的“薄弱环节”——如E-钙黏蛋白表达或Cdk5调节——具核梭杆菌在CRC中发挥了靶向的促肿瘤作用。相比之下，具核梭杆菌在CRC中激活NF-κB主要与塑造炎症微环境有关，而不是作为核心致癌驱动因素。除了这些经典通路，口腔微生物还可以调节JAK/STAT、TGF-β和Hippo信号，促进胃肠道恶性肿瘤的发生和发展。
口腔和肠道微生物群生态系统之间的相互作用
口腔微生物塑造肠道菌群组成
口腔和肠道微生物群通过“口腔-肠道轴”相互连接，相互作用共同影响宿主健康。口腔病原体通过唾液、吞咽、血源性传播等途径到达肠道，在那里与常驻肠道微生物群落竞争和相互作用。这些相互作用表现为对营养和生态位的竞争，或微生物之间的相互抑制或促进。
研究表明，口腔来源的链球菌和韦荣球菌可以克服物理和微生物屏障在肠道定植，其操作分类单元（OTU）数量从胃和小肠到远端肠道显著下降。一旦定植，这些口腔细菌就会与拟杆菌和厚壁菌门等优势本土菌属竞争营养和生态位。牙龈卟啉单胞菌作为一个关键物种，与优势口腔细菌呈正相关，而与肠道优势菌属Turicibacter呈负相关，这表明口腔细菌可以重塑肠道群落，特别是在小肠中。
然而，口腔菌群失调可以对肠道微生物组成产生更广泛的影响。口腔菌群失调通常与牙周炎等疾病相关，其特征是致病菌过度生长和有益菌群耗竭。当失调的口腔群落迁移到肠道时，它们通常表现出以致病菌群为主的非稳态。这种异常定植的口腔微生物会破坏肠道微生态平衡，诱导菌群失调，加剧炎症，并增加肠道肿瘤的风险。
肠道菌群失调对口腔微环境的反向影响
口腔和肠道微生物群之间的相互作用是双向的，有证据表明肠道菌群失调反过来也会影响口腔微环境。从机制上讲，肠道菌群失衡可以通过多种途径调节口腔微环境。肠道屏障损伤允许细菌和炎症介质进入体循环。肠道炎症反应期间释放的细胞因子可引发全身性炎症，破坏口腔稳态，并促进口腔病原体的增殖。此外，肠道菌群的改变可以通过特定代谢途径影响口腔微生物活性，例如三甲胺N-氧化物（TMAO）的产生。
一些临床研究证实了这种反向效应。肝硬化患者——一种常与肠道菌群失调相关的慢性肝病——通常表现出明显的口腔微生物群改变，包括病原菌增加和健康相关菌群减少。这些发现表明，在疾病进展过程中，口腔和肠道微生物群的改变密切相关。在基础研究层面，一项全基因组关联研究（GWAS）进一步揭示了肠道微生物群组成与口腔疾病之间的潜在联系。数据显示，肠杆菌目、拟杆菌目S24.7、毛螺菌科UCG-008、普雷沃菌属7和巴斯德菌目可能增加牙周炎风险，而瘤胃梭菌属6可能降低风险。反向分析揭示了牙周炎患者中六种肠道微生物类群的显著改变，直接将肠道微生物变化与口腔炎症性疾病的发生和发展联系起来。
口腔-肠道微生物群相互作用的机制基础
口腔菌群失调可通过多种机制影响肠道微环境，改变肠道菌群的组成和功能，从而促进胃肠道癌症的发展。相反，肠道菌群失调可能影响口腔微环境，加剧炎症，并形成恶性循环。
口腔-肠道微生物群相互作用的机制可总结如下：
- 1.
双向跨栖息地迁移：口腔细菌可能通过肠道途径（唾液、食物）或牙周炎症部位的血源性传播到达肠道，而肠道微生物可能通过粪-口途径逆行迁移到口腔。这种双向迁移可以重塑两个部位的微生物生态，从而影响宿主的生理稳态。
- 2.
免疫调节网络：口腔微生物群可以通过激活模式识别受体（如TLRs）、诱导抗菌肽分泌和增强分泌型免疫球蛋白A（SIgA）的产生来调节宿主免疫。在牙周疾病中，口腔病原体反应性Th17细胞可以通过淋巴循环迁移到肠道，一旦肠道粘膜被同源病原体激活，就会加剧炎症，如结肠炎。
- 3.
代谢交叉调节：口腔微生物群可以通过代谢产物产生或生态竞争影响肠道微生物群的组成。例如，与牙周炎相关的口腔细菌可能通过唾液传播重塑肠道微生物结构并改变代谢潜力。
- 4.
疾病关联谱：口腔或肠道微生物群的失调与多种疾病有关，包括炎症性肠病、结直肠癌和胰腺癌、非酒精性脂肪性肝病、神经退行性疾病、代谢综合征和心血管疾病。例如，在结直肠癌患者的肿瘤组织和唾液中，具核梭杆菌的丰度显著高于健康个体，使其成为典型的疾病关联标志物。
- 5.
生物膜介导的病理学：口腔细菌形成的生物膜不仅可以增强其在口腔环境中的定植和存活，还可能促进其在肠道中的定植。生物膜中的细菌受到保护，可以抵抗宿主免疫攻击和抗菌药物，从而在肠道中持续存在并促进慢性炎症和肿瘤发生。
总结
口腔-肠道轴为理解胃肠道肿瘤的发生和发展提供了一个全新的视角。以牙龈卟啉单胞菌和具核梭杆菌为代表的口腔病原体，通过唾液、血液和直接迁移等途径突破生理屏障定植于肠道，并利用其独特的毒力因子和代谢产物，通过诱导慢性炎症、激活致癌信号通路（如NF-κB、Wnt/β-catenin）、产生致癌代谢物（如乙醛、亚硝胺）以及重塑局部微生物生态系统和免疫微环境等多种机制，在食管癌、胃癌、结直肠癌和胰腺癌等不同器官的肿瘤发生中扮演着特异性角色。对这一轴线的深入研究不仅揭示了微生物在肿瘤发生中的关键作用，也为开发基于微生物群的早期诊断生物标志物和新型治疗策略（如靶向特定病原体、调节微生物生态或干预关键代谢通路）提供了理论依据和潜在方向，有望为胃肠道肿瘤的预防和治疗开辟新的途径。
