综述：肠道微生物群在肝细胞癌中的作用：从肠道菌群失调到肿瘤内微生物群

《Cell Death Discovery》：Roles of the gut microbiota in hepatocellular carcinoma: from the gut dysbiosis to the intratumoral microbiota

这篇综述聚焦肝细胞癌（HCC），深入探讨肠道微生物群与 HCC 的关联。详细阐述肠道菌群失调促进 HCC 进展的机制，以及肠道和肿瘤内微生物群的关系，为 HCC 治疗的临床应用提供理论基础，值得相关领域研究者阅读。

　　

肝细胞癌与肠道微生物群概述

肝细胞癌（Hepatocellular carcinoma，HCC）是全球常见且危害极大的肝脏恶性肿瘤，发病率和死亡率居高不下。其发病机制复杂，涉及多个方面，而肠道微生物群在其中扮演着重要角色。

人体胃肠道存在着庞大而复杂的微生物生态系统，包含约 2000 属的细菌、真菌、古菌和病毒等。这些微生物的基因组统称肠道微生物组，编码约五百万个基因。其中，拟杆菌门（Bacteroidetes）和厚壁菌门（Firmicutes）占细菌种群的近 90%，其他还包括变形菌门（Proteobacteria，曾用名 Pseudomonadota）、放线菌门（Actinobacteria，曾用名 Actinomycetota）和疣微菌门（Verrucomicrobia）等。肠道微生物群不仅参与食物消化、营养物质的分解与合成及吸收，还能调节宿主代谢，维持生理功能，并且通过与免疫系统等内环境相互作用，抵御病原体入侵，影响疾病发展。

肝癌中的肠道菌群失调

肠道菌群失调指肠道微生物群的组成和 / 或功能失衡，这种失调可能引发或加重疾病。多项研究发现，HCC 患者的肠道微生物群呈现独特的失调特征。与非 HCC 患者相比，HCC 患者肠道微生物群结构显著改变，不过不同病因的 HCC 患者在肠道微生物组组成上差异不明显。在不同研究中，尽管结果存在细微差异，但趋势一致。例如，HCC 患者肠道中厚壁菌门和放线菌门显著增加，梭菌属（Clostridium）在 HCC 进展过程中增多，可能与胆汁酸代谢有关；瘤胃球菌属（Ruminococcus）在 HCC 患者中比其他肝脏疾病患者显著增加，且倾向于定植在无肝微血管侵犯的 HCC 患者肠道中；肠球菌属（Enterococcus）也增多，其中路德维希肠杆菌（Enterobacter ludwigii）在 HCC 患者中比其他组高出 100 倍，肠球菌科（Enterococcaceae）可能是 HCC 诊断的潜在标志物。同时，有益菌如双歧杆菌属（Bifidobacterium）、阿克曼菌属（Akkermansia）等在 HCC 患者肠道中丰度降低。

部分肠道细菌有望成为 HCC 检测的潜在生物标志物，具有较高的敏感性和特异性。例如，臭气杆菌（Odoribacter splanchnicus）和双环瘤胃球菌（Ruminococcus bicirculans）是潜在的物种水平生物标志物，组合检测科里杆菌属（Coriobacterium）、阿托波菌属（Atopobium）和粪球菌属（Coprococcus）在属水平上对 HCC 诊断具有较高价值。而且，一些肠道细菌的丰度在肿瘤发生或进展过程中与表型密切相关，可用于预测 HCC 的分期和预后，如克雷伯菌属（Klebsiella）是区分 HCC 有无微血管侵犯的关键生物标志物。

肠道菌群失调破坏肠血管屏障完整性

肠血管屏障（Gut-vascular barrier，GVB）由黏液层、紧密连接的上皮细胞层和血管内皮细胞层组成，在健康状态下具有选择性通透性，其完整性受多种因素调控。然而，肠道菌群失调可通过多种机制破坏 GVB 完整性。炎症是其中一个重要因素，慢性低度炎症常由菌群失调引发，会导致促炎细胞因子和趋化因子释放，破坏肠道上皮细胞间的紧密连接，增加肠道通透性。例如，HCC 患者体内变形菌门水平较高，易引发肠道黏膜炎症，进而增加肠道屏障通透性；有害微生物增多也会导致局部炎症，像大肠杆菌（E. coli）等病原体产生的脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）会损伤肠上皮细胞，破坏 GVB。此外，病原体的直接入侵以及肠道微生物群分泌或调节的代谢产物影响肠道上皮的平衡和功能，也会导致屏障功能障碍，如阿克曼菌能通过代谢产物保护 GVB，而 HCC 患者中该菌减少。

肠道菌群失调导致 GVB 通透性增加，使得短链脂肪酸（Short-chain fatty acids，SCFAs）、胆汁酸（Bile acids，BAs）、细菌成分等物质进入肝脏，增加肝脏代谢负荷和炎症刺激，促进 HCC 进展。同时，肠道内的致病细菌、革兰氏阴性微生物产物和促炎腔代谢物可通过门静脉循环从肠腔转移到肝脏，改变肝脏微环境。

肠道微生物群影响肝癌相关微环境的机制

肠道微生物群可通过多种途径深刻影响肝脏的免疫微环境，进而引发肝癌发生。

模式识别受体（Pattern-recognition receptors，PRRs）能识别肠道微生物的病原体相关分子模式（Pathogen-associated molecular patterns，PAMPs，即 “微生物相关分子模式” Microbe-associated molecular patterns，MAMPs）并发挥生物学效应。Toll 样受体 4（Toll-like receptor 4，TLR4）是一种重要的 PRR，在肝癌发生中起免疫抑制作用，且在 HCC 中过表达，与微血管侵犯、早期复发和不良预后相关。肠道菌群失调时，产生 LPS 的肠道细菌属和 LPS 增多，LPS 激活 TLR4-AKT-SOX2 信号通路，诱导 HCC 干细胞形成；还可激活 c-Jun N 末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）/ 丝裂原活化蛋白激酶（Mitogen-activated protein kinase，MAPK）信号通路，促进上皮 - 间质转化（Epithelial-mesenchymal transition，EMT）、肿瘤细胞侵袭和转移；此外，TLR4-MyD88 轴激活信号转导和转录激活因子 3（Signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）和特异性蛋白 1（Specificity protein 1，SP1），上调血管内皮生长因子（Vascular endothelial growth factor，VEGF）表达，促进 HCC 血管生成和肺转移。TLR4 还可调节其他免疫细胞或基质细胞，影响 HCC 肿瘤微环境（Tumor microenvironment，TME），如诱导肝单核细胞源性抑制细胞（Monocytic myeloid-derived suppressor cells，mMDSCs）扩张，抑制 T 细胞丰度。

肿瘤微环境是一个复杂的综合系统，由肿瘤细胞、免疫和炎症细胞、肿瘤相关成纤维细胞等多种成分组成。肠道微生物及其代谢产物可通过改变肠道微环境、调节信号通路等方式影响 HCC 的发病和进展。在 HCC TME 中，多种免疫细胞和其他细胞参与其中，而肠道微生物群对这些细胞的功能产生重要影响。

• 中性粒细胞：肿瘤相关中性粒细胞（Tumor-associated neutrophils，TANs）分为抗肿瘤的 N1 型和促肿瘤的 N2 型。肠道微生物群诱导的 LPS-TLR4 信号促进酒精性 HCC 中促肿瘤的 N2 TANs 和相关中性粒细胞胞外陷阱（Neutrophil extracellular traps，NETs）形成，且 TANs 在 HCC 治疗过程中可招募肿瘤相关巨噬细胞和调节性 T 细胞（Regulatory T cells，Tregs），诱导耐药。
• 巨噬细胞：巨噬细胞分为肝内驻留的库普弗细胞（Kupffer cells）和由循环单核细胞分化而来的巨噬细胞。循环巨噬细胞受 TME 中病理因素刺激后极化，M1 型巨噬细胞具有抗原呈递功能，可对抗病原体和肿瘤形成；M2 型巨噬细胞通常支持抗炎、组织重塑和血管生成，但也会促进肿瘤发展。肠道微生物群可通过刺激肠道微环境中的某些信号通路改变巨噬细胞极化，如在结肠炎症小鼠模型中，脱氧胆酸（Deoxycholic acid，DCA）可促进巨噬细胞向促炎的 M1 表型极化，但在 HCC 中胆汁酸调节巨噬细胞极化的机制尚不清楚。在 HCC 中，肠道菌群失调促进 M2 巨噬细胞极化，会推动 HCC 发病进程，如白细胞介素 25（Interleukin 25，IL-25）可增加巨噬细胞中 M2 型比例和趋化因子（C-X-C 基序）配体 10（Chemokine (C-X-C motif) ligand 10，CXCL10）分泌，促进 HCC 发展。
• 库普弗细胞：库普弗细胞是肝脏中与 LPS 相互作用的关键细胞，在诱导促炎细胞因子如肿瘤坏死因子 α（Tumor necrosis factor α，TNF-α）和白细胞介素 6（Interleukin 6，IL-6）方面发挥重要作用，这些细胞因子促进与微生物相关的 LPS-TLR 信号通路介导的 HCC 发展。在其他肝脏疾病中，库普弗细胞也有不同作用，如在早期酒精性肝损伤中可减轻损伤，在非酒精性脂肪性肝炎（Nonalcoholic steatohepatitis，NASH）中会促进炎症和纤维化。
• 自然杀伤 T 细胞：在小鼠模型中，自然杀伤 T 细胞（Natural killer T cells，NKT cells）的积累受肝脏窦状内皮细胞分泌的 CXCL16 调控，而 CXCL16 又受肠道微生物群介导的初级胆汁酸向次级胆汁酸转化的控制。例如，胆汁酸调节共生菌如粪甾醇梭菌（C. scindens）可将初级胆汁酸转化为次级胆汁酸，影响 CXCL16 表达，进而影响 NKT 细胞招募和 HCC 进展。在 NASH 相关 HCC 小鼠模型中，阿克曼菌可刺激 NKT 细胞，预防 HCC 进展。
• B 细胞：在 NASH 发病过程中，B 细胞通过激活代谢 T 细胞和单核细胞来源的巨噬细胞（通过分泌 IgA）促进纤维化。在 HCC TME 中，B 细胞通常与 T 细胞相互作用，增强抗肿瘤效果，改善预后。理论上，肠道微生物群可通过调节氧化应激来调节 B 细胞中 Tet 甲基胞嘧啶双加氧酶 2（Tet methylcytosine dioxygenase 2，TET2）水平，TET2 抑制可能有助于 HCC 治疗。
• T 细胞：在 HCC 发病机制中，肠道微生物群及其代谢产物常与 Tregs 相互作用，在肝脏中建立免疫抑制环境。例如，在非酒精性脂肪性肝病相关 HCC（NAFLD-HCC）中，特定肠道微生物的失调与 Tregs 招募和细胞毒性 CD8⁺ T 细胞扩张受抑制有关。CD8⁺ T 细胞在抵御 HCC 发生和进展中起关键作用，但不同标记物的表达会使 T 细胞呈现不同状态和功能。如在促炎和促肿瘤环境中，CD8⁺ CXCR6⁺ PD1⁺ T 细胞具有自攻击性、耗竭性和驻留性，会促进 HCC 发病。而 Foxp3⁺ CD4⁺ Tregs 在 HCC 进展中发挥重要的免疫抑制作用，某些胆汁酸衍生物可诱导 Treg 分化。
• 肝星状细胞：在高脂饮食诱导的 HCC 小鼠模型中，革兰氏阳性肠道微生物的细胞壁成分脂磷壁酸（Lipoteichoic acid，LTA）可触发衰老肝星状细胞（Hepatic stellate cells，HSCs）释放 IL-33 和 IL-1β，通过激活 Tregs 促进 HCC 发展。在肥胖诱导的 HCC 模型中，LTA 也会抑制抗肿瘤免疫，促进 HCC 进展。
• 成纤维细胞：在 HCC 进展过程中，癌症相关成纤维细胞可诱导中性粒细胞趋化，保护中性粒细胞免受凋亡，并激活中性粒细胞，进而通过前列腺素 E 受体 41（Prostaglandin E Receptor 41）/ 程序性死亡配体 1（Programmed death-ligand 1，PD-L1）信号通路损害 T 细胞功能。

胆汁酸是与肠道细菌或整个肠道微生物群相关的关键代谢产物，由肝脏中胆固醇合成，受法尼醇 X 受体（Farnesoid X receptor，FXR） - 成纤维细胞生长因子 19（Fibroblast growth factor 19，FGF19）轴和 G 蛋白偶联胆汁酸受体 1（G protein-coupled bile acid receptor 1，GPBAR1/TGR5）调节。胆汁酸经肠道细菌作用产生生物活性分子，有助于膳食脂质吸收，大部分经肠肝循环重吸收，少量在结肠经微生物作用生成主要血清胆汁酸 DCA 和石胆酸（Lithocholic acid，LCA）。胆汁酸在 T 细胞分化和巨噬细胞极化中起重要作用，不同胆汁酸衍生物具有不同作用，如 3-oxoLCA 抑制 Th17 细胞分化，isoalloLCA 刺激 Treg 分化。近年来研究发现，肠道微生物群通过调节胆汁酸合成和代谢影响肝脏代谢稳态，进而促进 HCC 发展。例如，DCA 与 DNA 损伤和细胞存活相关，在小鼠中，肥胖会增加 DCA 水平，诱导 HSC 衰老，刺激多种促癌细胞因子分泌；在 NASH-HCC 形成和发展过程中，涉及胆汁酸代谢的细菌类群增加，某些胆汁酸水平改变，且体外实验表明，DCA、LCA 和牛磺鹅去氧胆酸（Taurochenodeoxycholate，TCDCA）可促进 HepG2 细胞生长，表明这些疏水性胆汁酸具有促癌作用。此外，胆汁酸还可能是肠道微生物群与 HCC 之间通讯的重要介质，部分胆汁酸与 HCC 存在关联，具有潜在的诊断价值。

SCFAs 是由肠道微生物群对膳食纤维进行厌氧发酵产生的代谢产物，在 HCC 发病过程中其特征发生改变，对肿瘤免疫有重要影响。例如，在 NAFLD-HCC 患者中，肠道微生物群的变化导致 SCFAs 水平改变，相关基因表达也发生变化，且患者粪便和血清中多种 SCFAs 含量升高。SCFAs 对 T 细胞免疫具有复杂作用，不同的 SCFAs 在不同情况下可能促进或抑制抗肿瘤免疫。一些研究表明，SCFAs 具有抗 HCC 作用，如在 HBx 转基因小鼠模型中，给予 SCFAs 可减少 HCC 病灶，挽救受 HBx 影响的信号通路；在小鼠模型中，罗伊氏乳杆菌（Lactobacillus reuteri）可增加乙酸盐水平，发挥抗肿瘤作用，且乙酸盐与 PD-1/PD-L1 阻断联合可增强抗肿瘤免疫。然而，乙酸盐在 HCC 过程中可能是双刃剑，不同来源的乙酸盐对 HCC 的作用相反，如双歧杆菌产生的乙酸盐可抑制 NAFLD-HCC，而高膳食果糖诱导的肠道微生物群产生的乙酸盐则促进 HCC 进展。丁酸盐具有抗肿瘤特性，可抑制 HCC 增殖和转移，提高索拉非尼的抗癌疗效，还在过氧化物酶体增殖物激活受体 δ（Peroxisome proliferator-activated receptor δ，PPARδ）和黄连素的协同抗 HCC 效应中发挥重要作用。

从微环境失衡到肝癌

肠道菌群失调通过多种机制促进 HCC 发展，包括改变 PRR 表达和下游信号、破坏免疫细胞功能、诱导肠肝代谢失调等，这些过程导致慢性炎症、免疫微环境重塑和免疫逃逸。例如，在 NAFLD - 肝硬化向 HCC 进展过程中，菌群失调诱导的 SCFA 积累会扩张 IL-10⁺ Tregs，抑制细胞毒性 CD8⁺ T 细胞，促进免疫抑制和肝癌发生。

肠杆菌科细菌失调会改变肠道环境，进一步加重肠杆菌科细菌失调，形成恶性循环。肠杆菌科细菌包括克雷伯菌、大肠杆菌等潜在病原体，其在肠道中过度增殖会释放大量 LPS，与血清中 IL-6、IL-1 和 TNF-α 水平上调相关，这些病理变化会增加细胞间通透性，损害肠道屏障功能，最终加剧肠杆菌科、嗜血杆菌和肠球菌的过度生长。

肠道菌群失调和代谢紊乱通常会导致肝脏处于强烈的炎症环境，涉及免疫细胞如 CD8⁺ T 细胞和 NKT 细胞参与 HCC 发病机制。例如，在 NASH 向 HCC 进展过程中，IL-15 诱导 FOXO1（Forkhead Box O1）下调和 CXCR6 上调，使肝脏驻留的 CXCR6⁺ CD8⁺ T 细胞易受刺激，诱导 CD8⁺ CXCR6⁺ PD1⁺ T 细胞产生，这些细胞会攻击肝脏细胞，加重肝损伤，促进肿瘤环境形成。

LPS 积累本身也可通过触发肿瘤发生和 T 细胞相关免疫抑制促进 HCC 发展。总之，肠道菌群失调破坏了促肿瘤病原体（如肠杆菌科细菌）和抗肿瘤共生菌（如阿克曼菌）之间的平衡，为 HCC 的发病机制、治疗干预和生物标志物发现提供了重要线索。

肝癌中肠道微生物群与肿瘤内微生物群的关系

近年来，对肿瘤内微生物群的研究逐渐增多。肿瘤内细菌主要定殖在免疫细胞和肿瘤细胞的细胞质中，其定殖被认为与肿瘤微环境的缺氧、免疫抑制和营养丰富有关。肝癌中肠道微生物群与肿瘤内微生物群存在潜在关联。

在 HCC 中，肿瘤内微生物主要来源于肝血液系统、胆道系统和正常相邻组织。由于 HCC 发病时肠道菌群失调和肠道通透性增加，肠道微生物群有机会通过肠道黏膜和肠系膜血管进入循环，甚至通过门静脉循环转移到肝脏。在 Lewis 肺癌小鼠模型和胰腺癌研究中发现，肠道微生物群可迁移并定殖到肿瘤组织，影响肿瘤进展和患者生存，这暗示肿瘤内微生物群部分来源于肠道微生物群，且肠道微生物群可能通过影响肿瘤内微生物群介导肿瘤进展。

与肠道微生物群不同，变形菌门、放线菌门、拟杆菌门和厚壁菌门是 HCC 及匹配的相邻非肿瘤组织中的四大优势菌门。HCC 具有独特<