综述:具核梭杆菌在人类健康和疾病中的多方面作用

时间:2025年10月19日
来源:npj Biofilms and Microbiomes

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这篇综述系统阐述了具核梭杆菌(Fusobacterium nucleatum)从口腔共生菌到全身性疾病关键病原体的角色转变,重点聚焦其通过FadA黏附素/E-钙黏蛋白(E-cadherin)/β-连环蛋白(β-catenin)通路、表观遗传调控(如DNA甲基化)、免疫抑制(如MDSCs、TIGIT)及促进上皮-间质转化(EMT)等机制,在结直肠癌(CRC)、口腔鳞状细胞癌(OSCC)等多种疾病中的致病机理,并探讨了其作为诊断生物标志物和免疫治疗(如PD-1/PD-L1抑制剂)增效剂的潜力。

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具核梭杆菌(Fusobacterium nucleatum)是一种常见的革兰阴性厌氧菌,长期以来被认为是口腔和胃肠道中的一种共生微生物。然而,近年的研究日益揭示,它在特定条件下可转化为重要的机会性病原体,与多种人类疾病密切相关,尤其是癌症。这篇综述旨在全面探讨具核梭杆菌在人类健康和疾病中的复杂作用,特别是其在肿瘤发生和发展中的机制。
具核梭杆菌的生物学特性与致病基础
具核梭杆菌的成功定植和致病性很大程度上归功于其丰富的毒力因子,特别是多种外膜黏附素。其中,FadA黏附素是研究最为深入的毒力因子之一。FadA能够与宿主上皮细胞表面的E-钙黏蛋白(E-cadherin)结合,这不仅介导了细菌的黏附与侵袭,更关键的是,这一相互作用会扰乱E-钙黏蛋白/β-连环蛋白(β-catenin)复合物,导致β-连环蛋白核转位,激活Wnt/β-连环蛋白信号通路,从而驱动与肿瘤发生相关的基因转录。
另一个重要的黏附素是Fap2,它不仅能促进具核梭杆菌与其他细菌(如牙龈卟啉单胞菌Porphyromonas gingivalis)的共聚集,形成多菌种生物膜,还能直接与自然杀伤(NK)细胞和T细胞表面的免疫抑制受体TIGIT结合,抑制这些免疫细胞的杀伤活性,帮助细菌和附近的肿瘤细胞实现免疫逃逸。此外,具核梭杆菌还能分泌一种淀粉样蛋白样的FadA,可增强其致病性。其代谢活动,如发酵谷氨酸和天冬氨酸产生氨,能中和局部酸性环境,为其他病原体的定植创造有利条件,体现了其作为“桥梁”或“基石”物种的特性。
具核梭杆菌与口腔疾病及口腔癌
在口腔中,具核梭杆菌是牙菌斑生物膜的核心成员,与牙周炎的发生发展密切相关。它能侵入牙龈上皮细胞,激活Toll样受体4(TLR4)和核因子κB(NF-κB)信号通路,促使促炎细胞因子(如IL-6, IL-1β, TNF-α)大量释放,导致组织破坏和慢性炎症。这种持续的炎症环境是口腔癌变的重要驱动因素。
越来越多的证据表明,具核梭杆菌在口腔鳞状细胞癌(OSCC)组织中富集,并与患者的不良预后相关。其促癌机制多样:
  • 促进细胞增殖:通过TLR4/MyD88信号轴激活NF-κB,上调microRNA-21(miR-21),进而抑制RASA1表达,或通过IL-6/STAT3通路上调细胞周期蛋白D1(cyclin D1)和c-Myc,加速细胞周期进程。
  • 诱导上皮-间质转化(EMT):具核梭杆菌感染能下调E-钙黏蛋白,上调N-钙黏蛋白(N-cadherin)、波形蛋白(vimentin)和转录因子ZEB1、Snail等EMT相关标志物,增强癌细胞的迁移和侵袭能力。
  • 调节基质金属蛋白酶(MMPs):刺激MMP-1和MMP-9等表达,降解细胞外基质,为肿瘤侵袭和转移开辟道路。
  • 诱导DNA损伤:通过降低p27、Ku70和p53等DNA修复蛋白的表达,导致基因组不稳定性增加。
  • 塑造免疫抑制微环境:具核梭杆菌的存在与肿瘤内CD3+、CD4+ T细胞浸润减少相关,并能诱导髓源性抑制细胞(MDSCs)聚集和M2型肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)极化,从而抑制抗肿瘤免疫。它还能上调肿瘤细胞上的程序性死亡配体1(PD-L1)表达,可能影响免疫检查点抑制剂的疗效。
具核梭杆菌与胃肠道癌症及疾病
具核梭杆菌在胃肠道癌症,尤其是结直肠癌(CRC)中的作用得到了最广泛的研究。其在CRC组织中的富集与肿瘤的发生、进展、转移和化疗耐药性密切相关。
  • 结直肠癌(CRC):除了上述的FadA/β-连环蛋白通路,具核梭杆菌还能通过其外膜囊泡或ADP-庚糖等成分激活ALPK1/TIFA轴,进而引发NF-κB介导的炎症和抗凋亡反应。它还能通过减少METTL3介导的m6A甲基化,促进CRC转移。在免疫调节方面,具核梭瘤能招募MDSCs,并可能通过产生琥珀酸等方式削弱抗肿瘤免疫力。有趣的是,在一些微卫星高度不稳定(MSI-H)的CRC中,高水平的具核梭杆菌却与更好的PD-1阻断疗法反应相关,提示其作用具有背景依赖性。
  • 其他胃肠道癌症:在食管癌中,具核梭杆菌可能通过激活CCL20等趋化因子或NOD1/RIPK2/NF-κB通路促进肿瘤进展。在胃癌和胰腺癌组织中也能检测到梭杆菌属细菌,其存在可能与患者预后不良相关,但因果关系和具体机制仍需进一步阐明。
  • 炎症性肠病(IBD):在溃疡性结肠炎(UC)和克罗恩病(CD)患者肠道中,具核梭杆菌的丰度显著升高。它可通过激活AKT2信号通路促进促炎的M1型巨噬细胞极化,加剧肠道炎症、破坏上皮屏障、导致微生物群失调,从而加重疾病。此外,它与肠易激综合征(IBS)等功能性胃肠病也可能存在关联。
具核梭杆菌与其他系统性疾病和癌症
具核梭杆菌的影响远不止于口腔和胃肠道。它被认为是勒米尔综合征(Lemierre's syndrome,一种由咽部感染继发的颈内静脉脓毒性血栓性静脉炎)的主要病原体。此外,它还与腹部脓肿、肝脓肿、心内膜炎等严重感染有关。
在癌症方面,研究也在乳腺癌和胰腺癌组织中检测到了具核梭杆菌。在乳腺癌中,Fap2黏附素可能通过与乳腺组织中高表达的Gal-GalNAc抗原结合介导富集,其来源的细胞外囊泡可能通过TLR4激活促进肿瘤增殖和转移,并可能刺激自噬和免疫抑制。在肝脓肿和晚期肝癌患者中也发现了具核梭杆菌的踪迹。
总结与展望
具核梭杆菌作为一种重要的共生-致病微生物,通过多种机制深刻影响人类健康。其核心致病模式包括:利用黏附素(如FadA, Fap2)侵入宿主组织并激活致癌信号通路;诱导慢性炎症和DNA损伤;通过调节表观遗传(如DNA甲基化)和促进EMT驱动肿瘤恶性进展;以及重塑肿瘤微环境,使其向免疫抑制方向转变。这些作用使其成为多种疾病,特别是癌症的潜在生物标志物和治疗靶点。
未来的研究方向包括更深入地阐明其在不同癌症类型中的特异性机制,探索其作为免疫治疗反应预测标志物的价值,以及开发针对具核梭杆菌的精准干预策略,例如使用抗菌肽、益生菌或基于细菌特性的仿生纳米载体靶向清除肿瘤内的具核梭杆菌,从而增强现有疗法的效果并改善患者预后。对具核梭杆菌的深入研究将继续为理解微生物-宿主相互作用在健康和疾病中的核心作用提供重要见解。

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