1 引言
肝细胞癌（Hepatocellular Carcinoma, HCC）是全球第六大常见恶性肿瘤和第三大癌症相关死亡原因，其发生发展涉及持续性炎症损伤、肝纤维化、癌基因/抑癌基因失调、免疫微环境紊乱及代谢重编程等多因素相互作用。当前，晚期HCC的一线标准治疗包括索拉非尼、仑伐替尼等酪氨酸激酶抑制剂，以及阿特珠单抗（抗PD-L1抗体）联合贝伐珠单抗（抗VEGF抗体）的免疫联合方案。然而，HCC患者对免疫检查点抑制剂（Immune Checkpoint Inhibitors, ICIs）单药治疗的应答率仅15%–20%，联合疗法应答率约30%，3年总生存率仍低于50%，免疫治疗耐药和低应答率是临床面临的主要挑战。
近年来，肠道菌群作为“肠-肝轴”的核心调控因子，被证实通过代谢产物和免疫调节参与HCC发生发展及治疗应答。本综述首次系统整合“菌群-代谢物-免疫治疗”级联机制，旨在为优化HCC免疫治疗提供理论框架。
2 肠道菌群与肠-肝轴的生理基础及病理关联
2.1 肠道菌群的生理特征及肠-肝轴功能框架
人体胃肠道栖息着约100万亿微生物，以厚壁菌门（Firmicutes）和拟杆菌门（Bacteroidetes）为主（占菌群总量>90%）。肠-肝轴是肠道与肝脏的双向通讯系统，其核心机制包括：门静脉系统（输送70%肠道血液使微生物产物直达肝脏）、胆汁酸肝肠循环（肝脏分泌的胆汁酸经肠道菌群代谢后重吸收回肝）以及神经免疫信号（迷走神经、淋巴管及细胞因子介导）。生理状态下，肠道屏障（紧密连接、黏膜淋巴细胞）与肝脏免疫防御（库弗细胞、肝窦内皮细胞）协同防止微生物易位，维持肠-肝轴稳态。
2.2 HCC患者肠道菌群失调特征
HCC患者肠道菌群β多样性显著区别于健康个体（R2 = 0.152, P = 0.001），表现为菌群结构系统性重塑。在门水平，促炎菌门变形菌门（Proteobacteria）丰度增加，而厚壁菌门、疣微菌门（Verrucomicrobia）和部分放线菌门（Actinobacteria）丰度降低。在属水平，致病菌属如埃希氏菌/志贺氏菌（Escherichia/Shigella）、肠杆菌（Enterobacter）富集，而具有免疫调节作用的益生菌属如乳杆菌（Lactobacillus）、双歧杆菌（Bifidobacterium）及拟杆菌（Bacteroides）减少。菌群失调模式随HCC分期和病因异质：晚期HCC患者变形菌门和Patescibacteria富集，放线菌门进行性丢失；HBV相关HCC中变形菌门减少，HCV相关HCC（尤其肝硬化基础上）则变形菌门增多。
2.3 肠道菌群通过肠-肝轴调控HCC的核心机制
菌群失调通过“屏障破坏→微生物易位→肝脏病理重塑”级联促进HCC。起始步骤为肠道屏障损伤（如高脂饮食、酒精破坏紧密连接蛋白Occludin/Claudin表达），变形菌门等致病菌扩增产生脂多糖（LPS）加剧屏障损伤，使LPS等微生物产物经门静脉易位至肝脏，持续刺激肝脏天然免疫细胞。LPS通过TLR4/NF-κB通路上调原癌基因C-Myc、Cyclin D1诱导肝细胞DNA损伤；脂磷壁酸激活肝星状细胞Toll样受体（TLRs），促进IL-6、IL-17分泌，经STAT3/Cyclin E轴加速肿瘤增殖。代谢产物紊乱进一步重塑肝脏病理：短链脂肪酸（SCFAs）减少削弱抗炎信号；次级胆汁酸（如脱氧胆酸DCA）通过FXR/TGR5信号扰乱脂代谢；菌群代谢物还通过表观遗传调控宿主基因，如丁酸盐通过抑制组蛋白去乙酰化酶（HDAC）增强抑癌基因TP53转录，而DCA激活β-连环蛋白（由CTNNB1编码）促进癌基因表达。免疫抑制方面，致病代谢物（如源自克雷伯菌）抑制CD8+ T细胞浸润并扩增Tregs，形成免疫抑制微环境。
3 肠道菌群与HCC免疫微环境的相互作用机制
HCC的肿瘤免疫微环境（TME）以深度免疫抑制为特征，富含肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）、调节性T细胞（Tregs）等抑制性免疫细胞。肠道菌群通过肠-肝轴调控TME内多种免疫细胞分化与功能，形成“菌群-免疫-肿瘤”互作网络。
3.1 肠道菌群对HCC免疫细胞的靶向调控
• T细胞与自然杀伤（NK）细胞功能调控 ：多形拟杆菌（Bacteroides thetaiotaomicron）产生的乙酸盐增强CD8+ T细胞毒性及IFN-γ分泌；罗伊氏粘液乳杆菌（Limosilactobacillus reuteri）通过代谢物吲哚-3-醛激活Th1免疫应答；均匀拟杆菌（Bacteroides uniformis）和两歧双歧杆菌（Bifidobacterium bifidum）恢复NK细胞颗粒酶B表达以增强杀伤力。
• 巨噬细胞极化平衡调控 ：德氏乳杆菌（Lactobacillus delbrueckii）产生的D-乳酸通过TLR2/TLR9–PI3K/Akt通路促进M2向M1巨噬细胞复极化；短链脂肪酸（SCFAs）亦可能经GPR43信号招募M2巨噬细胞促进免疫抑制。
• 抗原呈递细胞功能重塑 ：双歧杆菌（Bifidobacterium）上调树突状细胞（Dendritic Cells, DCs）CD80/CD86表达增强抗原呈递；大肠杆菌Nissle 1917诱导DCs分泌IL-12放大Th1免疫。
• 免疫抑制细胞异常活化 ：菌群失调通过TLR4/NF-κB通路促进髓源性抑制细胞（MDSCs）肝内招募；丁酸盐通过组蛋白乙酰化强化Tregs功能；脆弱拟杆菌（Bacteroides fragilis）外膜囊泡诱导Tregs分泌IL-10巩固免疫抑制微环境。
3.2 炎症-免疫协同网络的整合效应
菌群组分（如LPS、肽聚糖）通过TLRs激活下游信号：LPS–TLR4轴刺激库弗细胞产生TNF-α、IL-6并诱导PD-L1表达抑制T细胞功能；TLR5激活则通过MyD88促进DCs成熟。菌群还调控免疫代谢：阿克曼菌（Akkermansia muciniphila）通过修复肠屏障减少LPS易位降低肝脏炎症，同时经IL-12依赖的DCs-T细胞互作增强抗肿瘤免疫；微生物代谢物重塑免疫细胞代谢，如乙酸盐逆转CD8+ T细胞瓦博格效应增强氧化磷酸化，而肠球菌产生乳酸通过mTOR–HIF1α通路强化Tregs糖代谢免疫抑制功能。
4 肠道菌群通过调控免疫逃逸影响HCC的机制
免疫逃逸是HCC恶性进展的关键，菌群通过肠-肝轴多途径参与此过程。
4.1 HCC免疫逃逸的核心机制
• 免疫抑制性TME构建 ：库弗细胞、Tregs、MDSCs形成抑制轴，TAMs通过IL-10、TGF-β及PD-L1上调抑制CD8+ T细胞毒性；中性粒细胞释放精氨酸酶1耗竭精氨酸 impair T细胞增殖。
• 肿瘤起始细胞（TICs）驱动免疫逃逸 ：CD49f+ TICs通过CXCL2–CXCR2轴招募促肿瘤中性粒细胞，上调CD155逃避CD8+ T细胞杀伤；WNT–β-catenin通路降低抗原呈递分子表达削弱TICs免疫原性。
• 肿瘤细胞自身免疫逃逸特性 ：TP53突变抑制IFN-γ信号降低肿瘤细胞对T细胞敏感性；β-catenin激活抑制CXCL10分泌减少T细胞TME浸润；肿瘤细胞上调PD-L1、B7-H3等检查点分子屏蔽T细胞识别。
• 菌群参与免疫编辑 ：菌群代谢物（如LPS）通过TLR4增强免疫监视清除高免疫原性肿瘤克隆，长期失调（如丁酸盐产生菌减少）削弱免疫清除使低免疫原性克隆优势生长；肺炎克雷伯菌富集可表观沉默HLA-A降低CD8+ T细胞识别。
4.2 肠道菌群调控HCC免疫逃逸的关键通路
• 肠道屏障损伤与免疫抑制信号激活 ：菌群失调破坏紧密连接蛋白（Occludin、ZO-1）增加肠通透性，LPS等经门静脉易位至肝，通过TLRs慢性诱导“LPS耐受”激活SMAD/STAT3通路分泌TGF-β、肝细胞生长因子（HGF）抑制DCs成熟与T细胞活性。
• 免疫抑制细胞分化与功能增强 ：肠球菌等诱导肝内IL-10+ Tregs招募抑制CD8+ T细胞克隆扩增；次级胆汁酸如异别石胆酸（isoalloLCA）经线粒体ROS信号增强FOXP3表达，异脱氧胆酸（isoDCA）通过DCs维生素D受体（VDR）激活间接增强Treg功能；菌群失调经TLR4/NF-κB驱动MDSCs肝内累积，通过ROS、诱导型一氧化氮合酶（iNOS）抑制T细胞增殖并与IL-6形成炎症-免疫抑制反馈环。
• 免疫检查点及肿瘤细胞表型调控 ：菌群失调激活EGFR/RAS通路驱动PD-L1过表达；丁酸盐产生菌减少降低HDAC抑制削弱PD-L1表观 repression；LPS通过STAT3稳定TICs中CD155表达维持其对CD8+ T细胞杀伤抵抗。
4.3 菌群代谢物在免疫逃逸中的双重角色
微生物代谢物呈双向调控：LPS慢性激活TLR4/NF-κB诱导VEGF、IL-8分泌促血管生成并招募抑制细胞；次级胆汁酸如DCA驱动M2巨噬细胞极化通过IL-10强化免疫抑制；反之，丁酸盐通过HDAC抑制上调MHC-I增强肿瘤细胞抗原呈递；双歧杆菌产生的异丁酸诱导CD8+ T细胞分泌IFN-γ逆转T细胞耗竭。代谢物平衡决定HCC免疫逃逸程度。
5 肠道菌群通过影响免疫治疗应答调控HCC的机制
5.1 肠道菌群特征与HCC免疫治疗应答的临床关联
免疫检查点抑制剂（ICIs）疗效与菌群多样性及特定菌属丰度相关：应答者治疗前后菌群多样性差异显著（P = 0.0274），β多样性分析显示应答者与非应答者菌群结构分离。阿克曼菌（Akkermansia muciniphila）存在与抗PD-1治疗生存改善相关（HR = 0.32）；高普雷沃菌/拟杆菌比、低厚壁菌/拟杆菌比与更高客观缓解率（ORR）和更长无进展生存期（PFS）相关；毛螺菌科（Lachnospiraceae）高丰度、韦荣球菌科（Veillonellaceae）低丰度预测更长PFS，韦荣球菌科富集提示预后不良（HR = 2.1）。多项临床试验（如NCT04729322、NCT05295962）正探索粪菌移植（FMT）联合ICIs逆转HCC免疫治疗耐药。
5.2 肠道菌群影响HCC免疫治疗应答的分子机制
• 免疫细胞招募与激活 ：阿克曼菌通过IL-12依赖机制招募CCR9+ CXCR3+ CD4+ T细胞至TME，增加CD8+ T细胞浸润；罗伊氏粘液乳杆菌通过吲哚-3-醛（I3A）激活芳烃受体（AhR）促进CD8+ T细胞分泌IFN-γ；双歧杆菌上调DCs CD80/CD86表达刺激CD8+ T细胞活化恢复PD-L1抑制剂疗效。
• 代谢物驱动协同 ：乙酸盐经ACC1依赖脂肪酸合成促进M1巨噬细胞极化间接增强CD8+ T细胞活性；丁酸盐通过组蛋白修饰增强CD8+ T细胞毒性及记忆表型；次级胆汁酸经肠肝循环上调CXCR6+ NKT细胞数量强化天然免疫监视；约氏乳杆菌（Lactobacillus johnsonii）产生肌苷经A2AR信号激活Th1细胞协同免疫检查点阻断。
• 抗原交叉反应 ：微生物抗原肽可能与肿瘤抗原交叉反应激活广谱T细胞应答，肿瘤浸润CD4+ T细胞克隆可识别肿瘤与微生物抗原产生IFN-γ、GM-CSF等协同ICIs增强肿瘤清除。
• 微生物易位放大疗效 ：部分肠道菌（如阿克曼菌）易位至肿瘤或外周器官放大局部免疫激活。
5.3 肠道菌群与HCC免疫治疗耐药
菌群失调是免疫治疗耐药关键驱动：耐药者富集假单胞菌（Pseudomonas）、肺炎克雷伯菌，其代谢物抑制T细胞增殖与毒性；某些细菌（如大肠杆菌）产生肝素结合EGF（HB-EGF）激活EGFR/RAS通路驱动PD-L1持续过表达逃避抗PD-L1 therapy。抗生素诱导菌群失调损害细胞毒性T淋巴细胞（CTL）应答，如广谱抗生素减少脆弱拟杆菌（诱导CTL活性关键菌）导致CTLA-4阻断耐药；菌群失调促进Tregs、MDSCs浸润分泌IL-10、TGF-β建立抑制性TME降低T细胞对ICIs敏感性。索拉非尼、仑伐替尼等多激酶抑制剂治疗过程与肠道菌群密切关联，菌群可作为潜在生物标志物影响仑伐替尼-PD-1抑制剂联合疗法反应，瘤内菌群较癌旁组织微生物多样性显著降低可能经肠-肝轴调控免疫微环境调节治疗敏感性影响晚期HCC患者PFS、OS。
6 肠道菌群代谢物对HCC免疫的调控作用
6.1 短链脂肪酸（SCFAs）的免疫调节作用（功能分类与浓度依赖）
短链脂肪酸（SCFAs）包括乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐，通过G蛋白偶联受体（GPR41、GPR43）及表观遗传机制调控HCC免疫平衡，作用双向且背景依赖。丁酸盐通过抑制HDAC活性上调MHC-I增强抗原呈递，诱导CXCL11分泌经CXCL11–CXCR3轴招募CD8+ T细胞并增加IFN-γ、颗粒酶B产生；丙酸盐激活DCs GPR43促进IL-12分泌驱动Th1免疫。但在非酒精性脂肪性肝炎（NASH）相关HCC中，高浓度乙酸盐经GPR43–STAT3通路促进Treg增殖，Tregs衍生IL-10抑制CD8+ T细胞毒性；NASH–HCC患者粪便乙酸盐水平与Tregs比例正相关。
6.2 胆汁酸代谢物的免疫调控网络
次级胆汁酸如DCA、石胆酸（LCA）及其衍生物通过FXR、VDR、TGR5信号调控HCC免疫。熊去氧胆酸（UDCA）经TGR5促进M1巨噬细胞极化增加IL-12、TNF-α抑制M2巨噬细胞浸润；鹅去氧胆酸（CDCA）通过FXR激活上调肝窦内皮细胞CXCL16表达招募CXCR6+ NKT细胞。相反，DCA下调DCs CD80/CD86表达损害抗原呈递；LCA衍生物异别石胆酸（isoalloLCA）通过表观激活Foxp3促进Treg分化。菌群组成关键影响胆汁酸谱：梭菌（Clostridium）、拟杆菌（Bacteroides）产生胆汁盐水解酶（BSH）、羟基类固醇脱氢酶（HSDH）决定次级胆汁酸合成，如阿克曼菌降低DCA水平及M2巨噬细胞浸润，大肠杆菌过度生长增加DCA累积增强免疫抑制。
6.3 内毒素及相关代谢物的免疫效应
LPS剂量与时间效应平衡短期免疫激活与长期免疫耐受：低浓度（10–50 ng/mL）通过TLR4–MyD88激活库弗细胞分泌IL-6 transiently促进适应性免疫；慢性高浓度（>100 ng/mL）诱导免疫耐受，上调PD-L1、IL-10抑制CD8+ T细胞增殖。HCC患者门静脉LPS水平与肝内MDSCs累积正相关，是预后不良独立风险因素。其他代谢物如瘤胃球菌（Ruminococcus）产生支链氨基酸代谢物异戊酸经NF-κB刺激癌症相关成纤维细胞（CAFs）分泌IL-8招募并促肿瘤极化中性粒细胞；粪肠球菌胞外多糖抑制补体激活降低肿瘤细胞免疫原性。
6.4 吲哚及衍生物的免疫调节作用
吲哚及其衍生物（如吲哚-3-醛、吲哚-3-丙酸）由大肠杆菌、罗伊氏粘液乳杆菌等通过色氨酸代谢产生，经AhR调控HCC免疫。吲哚-3-醛（I3A）通过AhR–CXCR6促进CD8+ T细胞浸润降低PD-1表达；移植罗伊氏粘液乳杆菌增加瘤内I3A，联合抗PD-1 therapy肿瘤体积减少>50%。吲哚-3-丙酸（IPA）增强DCs交叉抗原呈递能力促进记忆CD8+ T细胞生成；HCC患者血清IPA水平与免疫治疗应答正相关，具预测标志物潜力。
7 靶向肠道菌群的HCC免疫治疗策略与临床转化
基于菌群关键作用，菌群靶向干预如粪菌移植（FMT）、益生菌补充、抗生素/噬菌体疗法、饮食/益生元调控为克服治疗瓶颈提供新策略。
7.1 粪菌移植（FMT）在HCC免疫治疗中的应用
FMT将免疫治疗应答者粪便移植至无应答者恢复菌群平衡，通过多重机制重塑HCC免疫微环境：激活cGAS–STING通路促进DCs成熟与I型干扰素分泌增强抗原呈递；减少瘤内MDSCs、Tregs浸润及IL-10、TGF-β水平；修复肠屏障完整性减少LPS易位与炎症驱动免疫逃逸。挑战包括供体筛查标准化缺失、病原体传播风险、患者反应异质性，未来需整合宏基因组测序精准供体选择并制定标准化方案。
7.2 益生菌干预策略
益生菌通过定植改变菌群组成并分泌免疫调节代谢物，其疗效高度菌株特异性需精准选择。阿克曼菌上调IL-12 production增强DCs-T细胞互作，联合抗PD-1 therapy在HCC模型肿瘤体积减少60%；双歧杆菌通过异丁酸促进CD8+ T细胞分泌IFN-γ，在HBV相关HCC中与ICIs应答正相关；罗伊氏粘液乳杆菌经I3A–AhR通路缓解T细胞耗竭，对NASH相关HCC效应显著。但需谨慎：某些乳杆菌株可能上调M2标志物（CD163、CD206、HMOX1）及抗炎细胞因子，长期使用或破坏菌群平衡，需动态个性化给药。
7.3 抗生素与噬菌体疗法
靶向清除促肿瘤微生物是缓解免疫抑制另一策略，但广谱抗生素损害菌群多样性降低ICIs疗效，推荐窄谱抗生素如利福昔明在ICIs前1周使用选择性清除肠杆菌科等致病菌。噬菌体疗法可更精准靶向致病菌，如CRISPR–Cas9编辑噬菌体选择性清除瘤胃球菌，CRISPR–Cas12a编辑效率更高，抗CRISPR蛋白（如AcrIIC4）可微调Cas9活性提高特异性。噬菌体疗法仍处临床前阶段，面临噬菌体耐药、递送效率、肿瘤靶向等挑战。
7.4 饮食与益生元调控
高纤维饮食增加短链脂肪酸（SCFAs）产生改善免疫疗效：前瞻性队列中HCC患者每日摄入>25g纤维免疫治疗后中位总生存期（OS）延长9.2个月（28.6 vs. 19.4个月），粪便丁酸盐水平与CD8+ T细胞活性正相关。但NASH相关HCC中过量可发酵纤维或加剧胆汁酸累积，需个性化饮食调整。益生元如菊粉、低聚半乳糖促进短链脂肪酸产生菌（如毛螺菌科）生长，菊粉补充增加瘤内丁酸盐水平抑制肿瘤生长，临床数据显示益生元提高ICIs应答率与肠道α多样性正相关。具体饮食成分中，富含纤维食物（全谷物、豆类、果蔬）促进短链脂肪酸产生抗炎保屏障，发酵食品（酸奶、泡菜）引入益生菌；高饱和脂肪、精制糖、加工食品减少菌群多样性增加促炎菌属，可发酵纤维摄入减少限制短链脂肪酸产生菌致菌群失调。
8 总结
本综述系统总结肠道菌群通过肠-肝轴调控HCC免疫稳态机制。HCC患者特征性菌群失调（变形菌门富集、丁酸盐产生菌减少）通过破坏肠屏障、促慢性炎症、调控免疫细胞功能（CD8+ T细胞、巨噬细胞、Tregs等）及改变代谢物谱（短链脂肪酸、胆汁酸等）塑造TME、驱动免疫逃逸并影响免疫治疗应答。菌群靶向策略如粪菌移植（FMT）、益生菌补充等展示治疗潜力，菌群特征亦具HCC监测标志物前景：早期HCC中13个属（如副拟杆菌、吉米菌）富集、12个属（如另枝菌）减少；晚期HCC肠球菌、肠杆菌科增加伴放线菌门、双歧杆菌减少与晚期分期及不良预后相关，链球菌、志贺氏菌随HCC进展进行性增加。然而HCC监测不足（<25%高危人群定期监测），现有诊断方法（超声联合甲胎蛋白）对早期HCC尤其肝硬化或肥胖患者敏感性有限，菌群特征为改进早期检测提供新机遇。
对HCC患者，改善肠道菌群质量实用策略包括：采用高纤维、地中海饮食调节菌群管理HCC风险；在医学指导下纳入菌株特异性益生菌益生元；避免不必要抗生素防止菌群失调加剧；通过粪便宏基因组分析（如16S rDNA测序、代谢组学）定期监测菌群组成支持个性化菌群靶向干预。
9 挑战
当前菌群研究面临多挑战：个体菌群受多因素塑造 interindividual 变异性大限制菌群生物标志物临床转化；菌群多样性降低、兼性厌氧菌扩增等特征非HCC特异性降低疾病特异性。HCC监测筛查率低，现有诊断方法对早期疾病敏感性不足。机制研究多基于动物或体外模型，菌群-基因关联（如CD6、MAPK10）在人群队列验证不足，菌群-免疫-肿瘤动态互作理解不全。技术瓶颈包括宏基因组测序缺菌株水平分辨率，单细胞空间转录组学中微生物DNA污染阻碍精准机制分析。临床角度，将菌群监测整合入HCC管理至关重要，包括定期粪便宏基因组测序评估菌群多样性致病性变化、短链脂肪酸和胆汁酸代谢组分析，以及菌群数据与全身炎症标志物（如IL-6、CRP）关联更好分层患者制定个性化治疗策略。
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