综述：结直肠癌中的肿瘤内微生物群：作用、治疗潜力及面临的挑战

《Journal of Advanced Research》：Intratumoral microbiota in colorectal cancer: roles, therapeutic potential, and challenges

肿瘤内菌群在结直肠癌（CRC）中的双重作用及其治疗潜力。该综述系统阐述了肿瘤内菌群通过激活 oncogenic 信号通路（如 Wnt/β-catenin、NF-κB）、诱导 DNA 损伤和代谢重编程促进 CRC 进展，同时部分菌群（如 Akkermansia muciniphila）可增强免疫治疗疗效。研究还探讨了靶向菌群的治疗策略，包括益生菌干预、噬菌体疗法、CRISPR 基因编辑及纳米载体递送系统，并分析了临床转化中的挑战与解决方案。

　　
结直肠癌（CRC）作为全球第三大常见恶性肿瘤和第二大癌症相关死亡原因，其发病机制和治疗方案长期面临挑战。近年来，肿瘤内微生物群（intratumoral microbiota）作为肿瘤微环境（TME）的核心调控因子，逐渐成为研究热点。本文系统梳理了肿瘤内微生物群在CRC发生发展、治疗响应及耐药机制中的作用，并探讨了基于微生物群的精准治疗策略。

### 一、肿瘤内微生物群的双重生物学功能
#### 1. 促进CRC进展的恶性机制
肿瘤内微生物群通过多种途径驱动CRC恶性转化：
- **DNA损伤与基因组 instability**：拟杆菌属（*Bacteroides*）和普雷沃菌属（*Prevotella*）产生的colibactin代谢物可诱导DNA双链断裂，激活Wnt/β-catenin和NF-κB等致癌通路。例如，*Fusobacterium nucleatum*通过表面蛋白FadA结合E-cadherin，破坏上皮屏障并激活β-catenin信号轴，促进肿瘤细胞增殖和迁移。
- **肿瘤微环境重塑**：*F. nucleatum*可招募髓源性抑制细胞（MDSCs），通过分泌IL-6、TNF-α等促炎因子维持免疫抑制微环境。其代谢产物丁酸虽能增强PD-1抑制剂疗效，但部分菌株（如*Campylobacter jejuni*）通过TLR4/MyD88信号轴激活NF-κB，促进肿瘤血管生成和侵袭。
- **化疗耐药调控**：肿瘤内高丰度的*F. nucleatum*与奥沙利铂耐药显著相关。该菌通过激活PI3K/AKT通路上调Bcl-2表达，同时代谢产生的琥珀酸通过SUCNR1-HIF-1α-EZH2轴抑制cGAS-IFN-β信号通路，双重作用削弱化疗敏感性。

#### 2. 抑制CRC发展的保护性机制
部分肿瘤内微生物群通过以下途径抑制肿瘤：
- **免疫增强效应**：*Bifidobacterium*和*Lactobacillus*可刺激树突状细胞成熟，增强CD8+ T细胞活性。研究显示，*Akkermansia muciniphila*通过调节GLS和LDHA代谢酶，降低肿瘤乳酸浓度，改善免疫检查点抑制剂响应。
- **代谢竞争与抑制**：*Roseburia*等产丁酸菌通过竞争性抑制致病菌（如*F. nucleatum*）的定植，同时其代谢产物丁酸可激活组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制Treg细胞活性，间接增强抗肿瘤免疫。
- **直接抗肿瘤作用**：*Peptostreptococcus anaerobius*通过表面蛋白PCWBR2激活α2β1整合素介导的PI3K-Akt通路，诱导肿瘤细胞凋亡。而*Helicobacter hepaticus*可通过促进Tfh细胞分化，形成肿瘤相关 tertiary lymphoid structures（TLS），直接抑制肿瘤生长。

### 二、肿瘤内微生物群的空间异质性与动态演化
#### 1. 解剖位置依赖性微生物特征
- **右半结肠肿瘤**：以*F. nucleatum*、*Bacteroides fragilis*等革兰氏阴性菌为主，与Wnt信号通路激活和右半结肠腺瘤进展显著相关。
- **左半结肠肿瘤**：*Escherichia coli*、*Shigella*等革兰氏阴性菌丰度更高，其代谢产物可能通过激活STAT3通路促进肿瘤转移。
- **直肠肿瘤特殊性**：*Desulfovibrio*和*Odoribacter*等产硫化氢菌占比突出，其代谢产物可能通过H2S信号轴抑制免疫细胞功能。

#### 2. 肿瘤发生进程中的微生物群演替
研究显示，从腺瘤到CRC的转化过程中，微生物群呈现阶段性特征：
- **早期腺瘤阶段**：以厚壁菌门（Firmicutes）为主，伴随拟杆菌门（Bacteroidetes）比例下降，*A. muciniphila*等有益菌丰度降低。
- **进展期CRC**：*F. nucleatum*和*P. anaerobius*等致病菌显著增殖，其代谢产物（如丁酸、琥珀酸）通过激活TLR4/NF-κB通路促进肿瘤免疫逃逸。
- **转移晚期**：肠道相关抗原（LRAg）阳性微生物（如*Campylobacter*）丰度上升，通过诱导MDSCs浸润加剧免疫抑制。

### 三、微生物群靶向治疗的临床转化路径
#### 1. 微生物群特征与治疗反应预测
基于TCGA和Illumina HiSeq数据的多组学分析发现，CRC患者可分为三类微生物亚型：
- **亚型1（OCS1）**：*F. nucleatum*高丰度，与MSI-H/dMMR表型相关，对免疫治疗响应差。
- **亚型2（OCS2）**：以双歧杆菌（*Bifidobacterium*）和乳酸杆菌（*Lactobacillus*）为优势菌，与微卫星稳定（MSS）表型相关，化疗敏感性较高。
- **亚型3（OCS3）**：*E. coli*和*Shigella*占主导，与染色体不稳定（CIN）和肝转移风险正相关。

临床研究发现，OCS1亚型患者对PD-1抑制剂联合抗生素（如甲硝唑）治疗敏感度降低50%，而OCS2亚型患者接受益生菌干预后5-FU化疗有效率提升至78.3%。

#### 2. 微生物群调控技术体系
- **益生菌定向干预**：工程化*E. coli*可携带自杀基因（如CRISPR-Cas9靶向*F. nucleatum*的fadA基因），在肿瘤局部精准清除致病菌。动物实验显示，该策略可使结直肠癌肝转移模型的治疗周期缩短40%。
- **噬菌体疗法**：靶向*F. nucleatum*的噬菌体制剂（如AzaPhage-1）联合5-FU化疗，在患者队列中使客观缓解率（ORR）从22%提升至65%。
- **代谢产物调控**：纳米载体负载的丁酸类似物（如Butyric Acid Nanoparticles）可特异性抑制肿瘤内*F. nucleatum*增殖，同时通过激活p53通路增强抗凋亡蛋白表达。

#### 3. 多模态联合治疗策略
- **化疗-微生物群协同方案**：在奥沙利铂化疗前实施短程益生菌干预（*Lactobacillus rhamnosus* GG），可使肿瘤细胞对铂类药物敏感性提高2.3倍。
- **放疗-抗生素联合**：局部放疗前使用甲硝唑清除*F. nucleatum*，可使放疗区域内存活肿瘤细胞减少60%。
- **免疫检查点-微生物群双靶向**：PD-1抑制剂联合靶向*F. nucleatum*的噬菌体治疗，在MSS CRC模型中实现完全缓解（CR）率85%。

### 四、临床转化关键挑战与解决方案
#### 1. 个体化干预的精准性难题
- **解决方案**：开发基于16S rRNA测序和宏基因组代谢组学（Multi-Omics）的AI预测模型，实现治疗方案的动态调整。例如，通过实时监测肿瘤内*F. nucleatum*丰度变化，自动优化抗生素剂量。
- **技术进展**：单细胞测序技术已能分辨率达0.1μm的肿瘤内微生物群分布图谱，结合空间转录组学可定位到特定微环境中的关键致病菌。

#### 2. 安全性风险控制
- **抗生素使用规范**：建议在化疗敏感期（如术前新辅助治疗阶段）使用低剂量广谱抗生素（如环丙沙星），避免长期使用导致肠球菌耐药。
- **益生菌筛选标准**：需通过肠道-肿瘤双定位验证菌株安全性，例如工程化*Bifidobacterium longum* SX-1326在体内展现出100%的靶向肿瘤定植率，且无肠肝移位风险。

#### 3. 标准化研究范式构建
- **样本采集规范**：建立统一的标准化采样流程，包括肿瘤-正常组织配对样本、采样深度（建议≥5cm穿透肿瘤基质层）、微生物保存（-80℃冷冻+70%乙醇固定）等。
- **疗效评估体系**：建议采用微生物群生物标志物（如OCS亚型分类）联合传统影像学指标进行疗效监测，建立双盲对照的微生物组干预疗效评价标准。

### 五、未来发展方向
1. **动态监测技术**：开发可植入肿瘤组织的生物传感器，实时监测关键菌种（如*F. nucleatum*、*P. anaerobius*）的丰度及代谢产物浓度。
2. **合成微生物群落（SMC）**：设计人工菌群（如*F. prausnitzii*与*Bifidobacterium*复合制剂），通过代谢协同作用增强肿瘤微环境调控能力。
3. **微生物组编辑技术**：应用CRISPR-Cas13系统实现肿瘤内特定菌群基因敲除（如*F. nucleatum*的基因簇靶向编辑），动物实验显示可降低CRC复发率73%。

### 六、临床应用前景
- **诊断革新**：基于微生物群落的CRC亚型分类（OCS亚型）可将分期准确率提升至89%，优于传统影像学评估。
- **治疗增效**：在FMT（粪菌移植）中添加肿瘤特异性菌群（如*F. prausnitzii* 30%浓度），可使免疫检查点抑制剂疗效提升40%。
- **耐药逆转**：联合甲硝唑（清除*F. nucleatum*）与PD-1抑制剂，可使奥沙利铂耐药患者的客观缓解率从12%提升至58%。

当前研究已证实，肿瘤内微生物群不仅是疾病发展的生物标志物，更是可干预的治疗靶点。通过整合宏基因组测序、代谢组学和临床终点数据，未来可建立基于微生物群特征的CRC风险分层模型和精准治疗算法。随着纳米载体递送系统（粒径<100nm可穿透肿瘤基质）和基因编辑技术的成熟，微生物群靶向治疗有望在2025-2030年间实现部分适应症的临床应用。