摘要
遍布人体的微生物长期以来与宿主共存，构成了复杂的生态系统，并参与了营养吸收、能量调节、代谢、毒素清除及免疫调节等关键环节。随着认识的深入，研究发现微生物组也积极参与肿瘤的发生与发展。其核心机制在于调节免疫功能。本文探讨了微生物组的演变及其在肿瘤进展中对免疫功能的影响，重点分析了靶向微生物组的前沿治疗策略，以及临床转化面临的未来研究方向与挑战。
1 引言
在全球人口增长、老龄化和风险因素变化的趋势下，肿瘤已成为严重威胁人类生存的负担。肿瘤不仅仅是癌细胞的简单聚集，而是高度组织化的“异常器官”。目前，人工智能与大数据研究正应用于肿瘤趋势分析、风险预测和精准预防。不依赖培养的微生物分子技术的普及，为微生物研究奠定了基础。例如，液体活检、空间组学等技术为微生物组在肿瘤诊疗中的应用开辟了新视野。同时，肿瘤免疫系统的研究不断深入，其复杂的信号转导和微环境构成是现代免疫疗法的基石。因此，阐明微生物组、免疫系统与肿瘤之间的相互影响，在肿瘤预防、预后评估和潜在治疗干预方面具有重要价值。
2 DNA损伤的诱导
微生物可通过多种机制诱导DNA损伤，从而驱动肿瘤形成。
2.1 产生基因毒性物质
某些微生物能产生直接损伤DNA的毒素。例如，携带pks（聚酮合酶）基因岛的大肠杆菌能合成大肠杆菌素，使宿主细胞DNA烷基化并导致DNA双链断裂。同样，空肠弯曲菌产生的细胞致死膨胀毒素（CDT）具有DNA酶活性，也能引起DNA双链断裂。这些损伤在尝试修复时极易出错，导致细胞周期停滞、衰老和基因突变，最终促进肿瘤生长、侵袭和转移。
此外，梭杆菌属可产生脆弱拟杆菌毒素，破坏肠道紧密连接，增加通透性，并触发NF-κB和MAPK等通路，使致癌炎症级联反应参与致癌过程。它还能诱导活性氧爆发，造成氧化性DNA损伤。
2.2 参与炎症反应
具核梭杆菌通过FadA黏附蛋白诱导膜联蛋白A1（Annexin A1）的表达，并激活Wnt/β-连环蛋白信号通路，导致β-连环蛋白核转位，Wnt基因和癌基因c-Myc、细胞周期蛋白D1过表达，从而刺激结直肠癌细胞的生长。此外，具核梭杆菌还能上调Cdk5来诱导Wnt/β-连环蛋白信号转导，并通过FadA和Fap2激活β-连环蛋白信号通路，同时抑制抗肿瘤免疫反应来促进癌症增殖。它还能以TLR4依赖性方式促进CRC中的肿瘤生长，其作用涉及激活IL-6/p-STAT3/c-MYC信号通路，从而形成导致慢性炎症并促进肿瘤进展的正循环。
2.3 塑造肿瘤免疫
瓦博格效应（Warburg effect）指癌细胞通过糖酵解途径快速获取ATP，同时产生大量乳酸。这种酸性环境不仅直接抑制自然杀伤（NK）细胞、细胞毒性T细胞等免疫细胞的活性，还影响中性粒细胞和树突状细胞的趋化迁移，从而直接抑制免疫功能。这种适应性优势增加了肿瘤细胞逃避免疫监视的成功率，同时促进活性氧（ROS）生成，导致细胞增殖增加和细胞凋亡抑制。在体内，细胞分裂和增殖加速以适应此类损伤。由于活性氧的氧化损伤，复制突变的可能性逐渐增加。例如，人乳头瘤病毒（HPV）基因组发生变异并整合到宿主细胞基因组中，可直接靶向宿主细胞E2等抗癌蛋白，导致DNA修复程序无法启动，从而诱导细胞凋亡，同时p53蛋白清除DNA损伤细胞的能力下降，最终导致宫颈癌。
2.4 DNA损伤的治疗策略
基因组学揭示，大多数人类肿瘤内部含有微生物，其类型与癌症类型相关。其中大多数分布在具有免疫和上皮功能的生态位中，促进癌症进展并影响患者的治疗反应。例如，右侧结直肠癌预后较差，治疗效果也较差，这可能与肿瘤相关微生物参与化疗耐药和肿瘤复发有关。因此，未来研究前沿可能包括阻断Pks阳性大肠杆菌合成大肠杆菌素或直接中和其作用，同时不影响菌群平衡。在抗肿瘤治疗中，放疗和化疗药物会造成肿瘤细胞DNA损伤，因此有效预防肿瘤中的DNA修复尤为重要。除目前医学研究热点的微生物干预疗法外，瓦博格效应抑制剂也是前景广阔的肿瘤治疗策略。研究表明，拮抗瓦博格效应下产生的乳酸可以干扰DNA修复，使用LDHA抑制剂和基因毒性疗法（如顺铂和放疗）具有协同改善患者预后的作用。
3 参与肿瘤免疫
微生物菌群，尤其是肠道微生物组，已被证明是免疫系统的关键调节因子，参与调节肿瘤的发生、发展和治疗。传统上，微生物与癌症的关联主要集中在直接致癌的病原体（如HPV、幽门螺杆菌、乙肝病毒和丙肝病毒）。然而，宏基因组学研究的进展揭示，人体内共生的大量微生物群落发挥着系统的免疫调节作用，间接而有力地影响癌症的进展和治疗结果。
3.1 激活肿瘤免疫
肿瘤免疫疗法通过解除肿瘤对免疫系统的抑制来激活机体的抗肿瘤免疫力。在高度多样化的肿瘤微生物组中，中性粒细胞、NK细胞、巨噬细胞和调节性T细胞等先天免疫细胞广泛富集，并与表皮生长因子受体（EGFR）、转化生长因子β（TGF-β）和TNF-α信号通路的激活有关。
3.1.1 免疫细胞的激活
微生物组或其组分（如脂多糖LPS）可以刺激树突状细胞（DC）上的模式识别受体（如Toll样受体TLR），增强其成熟和抗原呈递能力。它们可以通过淋巴管迁移到肿瘤引流淋巴结以激活T细胞。活化的DC能更有效地将肿瘤抗原交叉呈递给细胞毒性CD8+T细胞，启动特异性杀伤反应。研究发现，一种名为YB328的新型瘤胃球菌科肠道细菌可通过激活TLR7/9-MYD88通路，显著增强DC的抗原呈递能力和共刺激信号。其丰度与肿瘤内树突状细胞和CD8+T细胞的浸润水平呈正相关。
调节性T细胞（Treg）是免疫抑制的主要介质。健康的微生物生态系统有助于稳定Treg的过度活化和增殖，从而为效应T细胞发挥作用创造空间。例如，双歧杆菌可在CTLA-4阻断条件下优化小鼠共生菌群组成，通过IL-10/IL-10Rα自刺激信号环增强肠道调节性T细胞的功能和代谢，缓解抗CTLA-4抗体诱导的肠道炎症。
肿瘤相关巨噬细胞（TAM）在免疫抑制性肿瘤微环境（TME）中至关重要。巨噬细胞可分化为M1和M2表型。M1表型以促炎介质（如IL-1β, IL-12, TNF-α）水平升高为特征，可抑制肿瘤细胞增殖。M2表型则由Th2细胞因子（如IL-4或IL-13）诱导，在减轻炎症反应、促进伤口愈合和组织再生中起关键作用。髓源性抑制细胞（MDSC）是一组未成熟/异常极化的髓系细胞，包括单核细胞型MDSC和中性粒细胞型MDSC。它们在TME中通过抑制T细胞增殖和效应功能、重塑细胞外基质、调节腺苷代谢胞外酶的表达等方式，帮助肿瘤转移和免疫抑制。健康的微生物组可以抑制这些关键免疫抑制细胞的募集和功能，从而缓解对T细胞活性的抑制。
3.1.2 代谢产物的直接免疫调节作用
短链脂肪酸（SCFAs）如丁酸和丙酸不仅能滋养肠道屏障，还能通过表观遗传机制（如抑制组蛋白去乙酰化酶）直接增强CD8+T细胞的干细胞样特性和记忆功能，并抑制Treg的免疫抑制活性。肠道菌群失调后，SCFAs产生减少，M2样巨噬细胞比例增加。口服补充SCFAs可增加TME中M1样巨噬细胞的比例，在此M1极化过程中，SCFAs可能是通过增强巨噬细胞的糖酵解来实现的。
与梭菌属相关的代谢产物三甲胺N-氧化物（TMAO）具有双重属性。在三阴性乳腺癌中，它通过激活内质网应激激酶PERK诱导肿瘤细胞焦亡，从而增强CD8 T细胞介导的抗肿瘤免疫以抑制肿瘤生长。而在结直肠癌中，它激活Wnt信号通路，上调β-连环蛋白的表达，促进活性氧生成，导致氧化应激，使肿瘤细胞对增殖抑制信号和凋亡不敏感，同时还可能诱导DNA损伤和表观遗传改变，从而促进结直肠癌细胞增殖并加速肿瘤生长。
由肠道菌群代谢产生的次级胆汁酸（如胆酸和3-氧化胆酸）除有助于营养吸收、维持葡萄糖稳态和调节能量消耗外，已被证明可干扰肿瘤的发生发展，其作用与肿瘤类型相关，具有双重效应。
3.1.3 增强治疗效果
目前，对肿瘤治疗过程中肿瘤内微生物产生耐药性机制的研究不断完善。关注治疗过程中的肿瘤内微生物，很可能成为未来克服耐药性的关键靶点。例如，在转移性黑色素瘤的治疗中，粪便微生物组移植可增强DC活性和CD8+T细胞反应，促进对CTLA-4和PD-1/PD-L1阻断免疫疗法的响应。此外，研究指出，源自肠道微生物组的代谢物三甲胺N-氧化物可通过I型干扰素（IFN）通路增强对胰腺导管腺癌的抗肿瘤免疫力，从而减少肿瘤生长。
3.2 抑制免疫反应
菌群失调可能创造一个有利于肿瘤进展的免疫抑制环境。一些有害细菌群落可能诱导免疫抑制细胞（如Treg和MDSC），形成允许肿瘤逃避免疫攻击的微环境。
3.2.1 诱导免疫抑制微环境
肿瘤微环境是一个复杂的生态系统。共生菌直接影响肿瘤的发生、进展和治疗反应。免疫系统在肿瘤发生发展中扮演双重角色。一方面，它执行免疫监视功能，识别并清除转化的恶性细胞，发挥抗肿瘤作用。另一方面，在肿瘤微环境的选择压力下，它可通过建立免疫抑制微环境、促进血管生成和诱导上皮-间质转化，参与肿瘤的免疫逃逸、局部侵袭和远处转移。TME中的各种因子如IL-6、IFN-γ、IL-1β、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子、TNF-α和血管内皮生长因子，与肿瘤细胞表达的趋化因子CCL26、吲哚胺2,3-双加氧酶（IDO）和产腺苷胞外酶等协同，在Treg的辅助下募集MDSC，从而发挥免疫抑制功能并促进肿瘤生长。
研究发现，肺腺癌中显著富集的共生菌曲霉通过β-葡聚糖介导的Dectin-1/CARD9信号通路刺激关键分子IL-1β，从而诱导MDSC分化，并显著削弱T细胞诱导的肺腺癌细胞杀伤能力。另一项研究证明，肠道革兰氏阴性菌/LPS通过TLR4依赖性趋化因子CXCL1的产生，诱导CXCR2+中性粒细胞型MDSC的积聚，控制了肝细胞中免疫抑制微环境的形成，从而促进肝肿瘤生长，再次证实肠道微生物组是抗肿瘤免疫的重要调节器。慢性或特定的微生物刺激可能导致免疫细胞上PD-1和CTLA-4等抑制性受体持续高表达，使T细胞处于耗竭状态，无法有效杀伤肿瘤细胞。
3.2.2 促进慢性炎症
这是微生物促进癌症发展最重要和最广泛的机制。某些致病菌或菌群失调可能引发过度的Th17细胞反应。Th17细胞分泌的促炎因子，如IL-17，可创造一个有利于肿瘤生长、血管生成和转移的炎症环境。例如，肺部的共生菌刺激髓系细胞产生Myd88依赖性的IL-1β和IL-23，诱导Vγ6+Vδ1+γδ T细胞的增殖和活化，从而产生IL-17等效应分子，促进炎症和肿瘤细胞增殖。
此前描述过，致病菌产生基因毒素，导致宿主DNA双链断裂增加，从而提高基因突变频率，驱动肿瘤形成。研究重点已转向微生物群落代谢的多个方面。例如，结直肠癌中常见的具核梭杆菌可刺激肿瘤细胞产生富含miR-1246/92b-3p/27a-3p和CXCL16/RhoA/IL-8的细胞外囊泡，这些囊泡可增加受感染细胞向未感染细胞的迁移能力，从而实现肿瘤转移。肿瘤内Wnt/β-连环蛋白通路的激活以及PTEN的缺失或突变已被证明会导致T细胞向TME的浸润不足以及对检查点阻断免疫疗法的耐药。丁酸盐可缓解肠道炎症引起的腹泻，但也会降低电离辐射治疗癌症的疗效。研究表明，局部丁酸盐通过阻断TBK1和IRF3的磷酸化，抑制STING对树突状细胞的激活，从而消除电离辐射诱导的肿瘤特异性细胞毒性T细胞免疫反应。这提示肠道菌群疗法应是一种精准治疗，需要在各种疾病中实现疗效的动态平衡。
3.2.3 削弱癌症治疗效果
尽管研究人员和医学专业人士不断提出和更新各种肿瘤学领域的治疗方案，但漫长的研究过程总是伴随着化疗耐药，这无疑增加了治疗难度。胰腺导管腺癌患者的生存率极低，尽管积极治疗，复发率仍然很高。基于TME中细菌的干预变得尤为迫切。例如，放置胆道支架联合吉西他滨和紫杉醇的化疗方案促进了肿瘤区域内肠杆菌科细菌的生长，这可能是产生化疗耐药的原因。此外，研究提出，在吉西他滨治疗胰腺导管腺癌期间产生的耐药主要与γ-变形菌门细菌有关。这些瘤内细菌可代谢吉西他滨，使其失活。γ-变形菌表达的胞苷脱氨酶也能完全代谢吉西他滨，从而介导耐药。
免疫疗法耐药是一个值得注意的例子。多项研究证实，失调的微生物组无法有效激活所需的免疫反应，导致治疗失败。化疗药物，如5-氟尿嘧啶和环磷酰胺，会增加促炎症的厚壁菌门（如葡萄球菌）和变形菌门（如大肠杆菌和假单胞菌）的比例，而共生的拟杆菌门减少。这些促炎症的菌门会引发免疫反应，如肿瘤进展、炎症反应以及癌症治疗引起的生态失衡，并进入反复的恶性循环。在胰腺导管腺癌原位小鼠模型中，抗生素细菌消融重塑了局部TME，诱导了T细胞活化，改善了免疫监视，并增加了对免疫疗法的敏感性。这可能暗示局部微生物组对免疫治疗过程具有潜在影响。
3.3 微生物组在结构屏障功能中的作用
共生微生物组紧密附着在上皮细胞表面，占据潜在的结合位点，与致病菌竞争营养，分泌抗菌化学物质和代谢物质，并诱导保护性免疫反应，以维持屏障完整性，防止细菌及其代谢物易位进入血液循环。通过这种多维、协同的方法，构建了一个动态、智能、高效的防御系统，这是确保屏障功能完整性和整体健康的基础。屏障破坏可导致一系列全身性炎症反应，这是许多癌症的驱动因素。
研究表明，具核梭杆菌通过FadA蛋白附着于肠上皮细胞，与血管内皮钙粘蛋白结合以改变内皮完整性，然后刺激致癌miR21的激活，导致TLR-4/核因子-κB过表达并促进肿瘤发展。一旦结直肠肿瘤进展，Fap2凝集素结合并粘附于表达Gal-GalNAc的肿瘤细胞，然后富集具核梭杆菌形成恶性循环。此外，由具核梭杆菌富集引起的肠道微生物组失衡推动了梭杆菌属的主导地位，这无疑加剧了肿瘤进展。同时，研究也强调了微生物群落平衡在致病菌定植过程中对肠道组织完整性的关键作用。在此背景下，从结直肠癌患者粪便中分离出相对高丰度的微小单胞菌。用该菌株喂养小鼠后，观察到了高结直肠肿瘤负荷，这与CD4+T细胞分化为Th17细胞以及致癌Wnt信号通路的增强有关。由此可见，微生物组可通过调节宿主免疫和TME，在肿瘤发展的各个阶段发挥作用。深度调控微生物组或将其用作改善癌症治疗的生物标志物，可能成为未来的主流方向。
4 微生物治疗靶点
微生物组与癌症关联的研究已将微生物组从观察者提升为癌症治疗中不可或缺的关键角色。目前研究证实，微生物组的组成和结构可以增强肿瘤免疫疗法的响应率，缓解治疗期间的毒性不良反应，为预测性生物标志物提供新视角，增强现有疗法（尤其是免疫疗法）的疗效，并识别未来的创新治疗靶点。干预微生物组以改善癌症治疗已成为一个极具前景的新领域。
4.1 预测和增强免疫疗法疗效
测序方法（如DNA或RNA测序）清楚表明，肿瘤常伴随某些微生物的富集。例如，幽门螺杆菌通常与胃癌相关，HPV与宫颈癌相关。这些结果证明了微生物组在肿瘤癌变和发展中的促进作用。在使用抗生素重建小鼠微生态后，观察到了较低的免疫治疗反应。当使用对多种耐药脆弱拟杆菌敏感的MNZ抗生素时，肠道微生物组被破坏，从而影响了细菌杀死肿瘤化疗所需的共生微生物组的能力。这促使研究者提出，肠道微生物的组成通过免疫影响化疗反应，从而将患者分为应答者和无应答者。随后，研究人员逐步缩小了数千种微生物的范围，现已能将其用作免疫治疗反应的预测性生物标志物。微生物组通过系统性地和局部地在肿瘤中塑造免疫状态来影响对免疫疗法的免疫反应。最近研究发现，对免疫检查点抑制剂（如靶向程序性细胞死亡蛋白1（PD-1）及其配体（PD-L1）以及细胞
