中医药在调节胃肠道菌群以防治胃肠道肿瘤中的作用和意义

朱广辉, 桑毅婷, 李 杰

朱广辉, 桑毅婷, 李杰, 中国中医科学院广安门医院肿瘤科 北京市100053

核心提要： 胃肠道微生态与胃肠道恶性肿瘤的发生发展及治疗关系密切.中医药可以通过改善胃肠道微生态结构、保护胃肠道黏膜屏障、防止菌群移位、增强胃肠黏膜免疫功能等多途径调节肠道微生态防治胃肠道肿瘤具有重要意义, 希冀为中医药抗肿瘤研究提供新策略.

0 引言

人体具有复杂的微生态系统, 主要由细菌组成, 同时也包括病毒、真菌及其它微生物, 附着于器官黏膜表面,其中肠道内的细菌包含500-1000个不同种属[1], 由于胃内的强酸环境会抑制细菌的生长和增殖, 因此胃内细菌的数量(102-4CFU/mL)明显低于结肠(1010-12CFU/mL)等其它部位[2].生理情况下, 胃肠道内菌群形成动态平衡的微生态环境, 参与消化、代谢、免疫调节及维护黏膜防御等功能[3].

Li等[4]及Perez-Chanona等[5]通过研究发现胃肠道微生态在肿瘤的发生发展中起重要作用, 并且在多种抗肿瘤手段中, 良好的胃肠道微生态在提高疗效方面不可或缺.有效调节胃肠道微生态可以对胃肠道肿瘤起到干预作用.结合现代研究进展发现：调节胃肠道微生态是中医药发挥作用的重要机制之一[6,7].此外, 陈润泽等[8]研究还发现胃肠道菌群可通过编码多种活性酶, 影响中药组分中的非碳水化合物小分子与碳水化合物在消化道中的代谢过程, 并且经菌群代谢转化后的成份可丰富药物疗效.故探究中医药调节胃肠道微生态对治疗胃肠道恶性肿瘤具有重要的意义.

1 胃肠道微生态与胃肠道恶性肿瘤的相关性

胃肠道微生态平衡的维持对胃肠道起到保护作用, 良好的胃肠道微生态可以帮助机体建立完整的多重屏障体系[9], 包括完整的上皮连接以及黏膜层、监视微生物入侵的免疫系统、适合的胃内pH值等[10].近年的研究显示胃肠道微生态失衡与胃肠道恶性肿瘤之间存在关联性[4,11].

1.1 胃肠道微生态结构改变伴随胃肠道恶性肿瘤的发生 随着胃肠道恶性肿瘤的发生, 胃肠道微生态发生失衡, 菌群出现种类及数量的改变.Ferreira等[12]对比分析胃癌患者与慢性胃炎患者的胃部菌群, 发现胃癌患者的胃部菌群多样性降低, 螺杆菌属丰度降低, 而其它特定肠道共生菌(包括梭杆菌门、厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门等)的丰度增加、亚硝化细菌显著增多, 提示胃部菌群的种属及生理活性不同, 从而介导局部发生不同程度的炎症反应甚至恶化病变.当胃中存在幽门螺杆菌(Helicobacter pylori,H.pylori)群时, 胃癌患者和肠上皮化生、慢性胃炎患者相比, 变形菌和螺杆菌明显降低, 而杆菌和链球菌类明显升高[13].Tsoi等[14]通过研究分析128例大肠癌患者的粪便样本及259例大肠癌患者黏膜微生物群的宏基因组, 证实了肠道微生态失调与大肠癌的相关性, 并且发现厌氧消化链球菌在大肠癌患者粪便及黏膜中表达水平升高.大肠癌发生时, 肠道菌群稳定性明显降低而多样性增加, Chen等[15]研究发现癌组织和癌旁组织的菌群结构相类似.

1.2 胃肠道菌群通过代谢产物促进胃肠道恶性肿瘤发展 胃肠道菌群通过代谢产物对胃肠道环境具有调节作用, 当胃肠道黏膜发生恶变时, 菌群的代谢产物对肿瘤组织也会产生影响.Smith等[16]发现正常肠道菌群在发酵膳食纤维时可产生丁酸, 其在诱导调节性T细胞(regulatory cell, Treg)的扩增、抗炎细胞因子的产生等方面具有明显作用, 并可以诱导组蛋白乙酰化, 促进肿瘤细胞凋亡、抑制肿瘤细胞增殖, 从而对胃肠道肿瘤具有抑制作用[17].然而, 结肠癌患者的胃肠道中产生抑癌代谢物的细菌(如产丁酸菌)比健康人减少, 而产毒细菌则增多, 其代谢产物水平也随之升高[18].Tegtmeyer等[19]和Hatakeyama等[20]研究发现H.pylori诱发胃癌可能与其分泌的蛋白酶及其毒力因子有关：H.pylori可分泌称作HtrA的蛋白酶, 进而切割紧密连接蛋白、闭合蛋白及上皮钙黏蛋白, 使胃上皮细胞保护层破坏,H.pylori毒力因子之一的细胞毒素相关抗原A(cytotoxin-associated gene A, CagA)进入宿主细胞中, 在宿主激酶的作用下获得酪氨酸磷酸化, 干扰信号转导通路调节细胞极性、炎症、增殖及凋亡, 增加胃癌发生的风险.Arkan[21]研究发现具核梭杆菌分泌的黏附素与E-钙黏蛋白可发生结合, 从而使结直肠癌细胞内的β-连环蛋白得到激活, 介导炎症发生, 而炎症继而加剧胃肠道微生态失衡, 加之由癌症会引起胃肠道黏膜屏障损坏, 有害微生物可转移入肿瘤组织, 进一步增加了肿瘤组织中炎症细胞因子的表达, 从而使病情进展[22].

肠道菌群产生毒性代谢产物可以对胃肠道黏膜上皮细胞DNA造成损伤, 引起基因突变或诱发染色体不稳定性, 导致恶性肿瘤的发生发展.肠道内多数革兰阴性菌可产生细胞致死性肿胀毒素(cytolethal distending toxin, CDT), 担任脱氧核苷酸酶的角色, 损伤宿主成纤维细胞的第9号染色体断臂cⅡ基因, 同时阻碍该基因的修复, 可导致结直肠癌[23].此外, 肠杆菌能产生活性氧、活性氮、精胺氧化酶等多种有毒代谢产物, 诱导胃肠黏膜细胞DNA损伤, 进而诱发胃肠道恶性肿瘤的发生[24].

1.3 胃肠道微生态参与免疫调节影响胃肠道恶性肿瘤 胃肠道微生态参与调节免疫环境, 有益菌群可诱导免疫T细胞和B细胞活化, 促进机体免疫应答[25,26].另外, 某些胃肠道内菌群还可通过诱导免疫, 促进炎症反应形成,对肿瘤的发生发展产生影响, Geis等[27]研究表明产肠毒素脆弱拟杆菌可使Treg细胞扩增、IL-17分泌, 促使炎症反应发生, 小鼠可发生早期结肠肿瘤； 并且, 肠毒素脆弱拟杆菌可诱导骨髓来源的抑制性细胞(myeloid-derived suppressor cells, MDSCs)分化, 促进其向癌组织聚集, 抑制T细胞抗肿瘤免疫反应, 促进胃肠道恶性肿瘤的发生.但Deng等[28]还发现脆弱拟杆菌可以增强巨噬细胞吞噬功能, 并促进巨噬细胞向M1表型极化, 促进抗肿瘤免疫反应的发生.细胞因子IL-17主要由Th17细胞分泌, 也可由其它多种免疫抑制细胞(如MDSCs、肿瘤相关的巨噬细胞等)分泌, 其可通过多种途径促进肿瘤发生.当胃肠道菌群发生失调, 可通过激活TLR-MyD88信号通路, 使肠道上皮细胞内的IL-17水平高表达, 抗凋亡分子Bcl-2和Bcl-xL水平也随之升高, 使肠道上皮细胞凋亡发生抑制, 促进肿瘤发生[29].近年来, 免疫治疗逐渐应用于胃肠道恶性肿瘤的治疗中, Routy等[30]及Dai等[31]研究表明胃肠道内菌群可对肿瘤的免疫治疗效果产生影响, 并可预测和改善免疫疗法不良反应.

此外, 有菌群可以通过激活免疫细胞释放促炎因子, 进而加快5-HT摄取、降低5-HT受体表达, 使5-HT信号减弱, 导致患者抑郁情绪的发生[32].崔娴淑等[33]研究证明抑郁情绪与胃肠道恶性肿瘤的发生发展存在相关性.

1.4 胃肠道微生态影响胃肠道恶性肿瘤的转移 维持胃肠道微生态平衡在防止胃肠道恶性肿瘤复发及转移方面也担任着重要的角色.闫世贤等[34]研究发现H.pylori可能通过诱导胃癌细胞合成更多的Eph A2和Ephrin A1,从而抑制E-cadherin蛋白的表达, 使胃癌细胞通过淋巴系统发生转移.Mima等[35]研究发现具核梭杆菌明显富集于患者胃肠道肿瘤组织中, 其丰度与淋巴结转移呈正相关.

2 中医药调节胃肠道微生态防治胃肠道肿瘤

中医强调的整体观与微生态理论强调的平衡与协调相一致[36].中医药微生态学作为一门新学科, 将中医药的发展与微生态理论相结合[37].中药可通过扶植有益菌、抑制致病菌及细菌移位的综合作用来调节胃肠道微生态[38].

2.1 中医药通过多途径调节胃肠道微生态以防治胃肠道恶性肿瘤

2.1.1 中医药改善胃肠道微生态结构：胃肠道微生态正常作用的实现依赖于其结构的动态平衡, 即菌群数量及种类的维持, 当平衡被打破, 胃肠道微生态发生变化, 从而导致肿瘤的发生发展.中医药可以通过恢复与维持其平衡, 达到干预肿瘤的目的.龚梦鹃等[39]采用16S rRNA高通量测序技术分析藿香正气口服液对大鼠肠道菌群的影响, 发现藿香正气口服液可以促进有益菌恢复和抑制致病菌的生长, 从而对菌群产生具有抵抗氧化应激反应等作用的短链脂肪酸、维持肠黏膜屏障功能及降低炎症反应等方面产生影响.于亚男[40]研究分析小檗碱改善肠道菌群紊乱及干预肠道恶性肿瘤的作用机制, 结果发现小檗碱可抑制调节肠道菌群结构, 降低具核梭杆菌的致肿瘤生成作用, 并且Liu等[41]发现小檗碱还可抑制脂多糖诱导的Toll-样受体4/肿瘤坏死因子-α活化和信号传导, 从而减少肠道恶性肿瘤发生率.Xu等[42]研究发现黄芪能显著增加双歧杆菌、布氏杆菌、梭状芽孢杆菌的丰度, 逆转肠道微生物群比例失衡, 达到优化肠道微环境的目的.

2.1.2 中医药保护胃肠道黏膜屏障, 防止菌群移位：胃肠道菌群及其分泌的毒素或代谢产物可以穿越被破坏的胃肠道黏膜屏障, 进入无菌组织或器官, 从而发生菌群移位.有效保护胃肠道黏膜屏障, 可以起到干预菌群移位的目的.刘翠英等[43]观察参苓白术散对小鼠肠黏膜紧密连接及MLCK/MLC通路的影响, 结果发现参苓白术散可以升高Occludin蛋白表达水平, 降低P65、MLCK、P-MLC等蛋白的表达水平, 提示通过抑制MLCK/MLC通路的激活调控肠道紧密连接蛋白, 从而达到保护胃肠道黏膜屏障的作用.雷金艳等[44]通过研究发现, 鲜生地可以有效降低大鼠肠道生物屏障及机械屏障功能的损伤程度, 并可促进已经损伤的黏膜组织尽快恢复.Luo等[45]研究发现白芨能降低减轻大鼠肠上皮组织的损伤程度, 具有保护肠上皮屏障的作用.王晓兵等[46]通过研究发现中药方剂(金银花、栀子、白芍、茵陈、枳实、丹参、生大黄、泽泻、广木香)可以明显降低AMS、DAO、D-乳酸等肠道黏膜屏障指标水平.

2.1.3 中医药增强胃肠黏膜免疫功能：胃肠道菌群与肠道黏膜免疫之间相互作用, 胃肠道菌群促进或增强肠内外免疫功能形成, 肠道免疫也会反作用于肠道菌群.肠道菌群可刺激sIgA分泌及黏蛋白的表达, 从而达到促进肠道上皮细胞发育、防止细胞凋亡的目的, 抑制肠道病原菌的定植, 促进免疫应答的产生[47]； 而sIgA分泌减少可导致细菌过度生长, 直接影响肠道菌群的组成及功能.另外, 胃肠道微生物还可以通过产生短链脂肪酸促进Treg的形成[48].故增强胃肠道黏膜免疫功能, 可有效抑制胃肠道微生态失衡的发生, 降低胃肠道恶性肿瘤的发生率.侯洪涛等[49]研究发现姜黄素可以通过增加肠道sIgA水平及改善肠黏膜氧化应激状态, 减轻疾病造成的肠黏膜屏障损伤.蔺晓源等[50]和刘杰民等[51]研究发现健脾益肠散(黄芪、焦白术、太子参、木香、白豆蔻、败酱草等)可以降低大鼠结肠组织中CD40蛋白及其mRNA、热休克蛋白70(heat shock protein 70, HSP70)蛋白及其mRNA的表达水平, 从而对大鼠肠黏膜起到了免疫保护作用, 降低了肠黏膜的病变程度.

2.2 中医药调节胃肠道微生态防治胃肠道恶性肿瘤的临床定位

2.2.1 改善癌前病变状态, 预防肿瘤发生：世界卫生组织早在1978年就将慢性萎缩性胃炎定为胃癌的癌前状态,H.pylori感染是公认引起慢性萎缩性胃炎最重要的原因之一, 其可以促进胃黏膜上皮细胞凋亡, 进而刺激上皮细胞增殖或胃黏膜萎缩, 导致胃癌的发生[52,53], 有效根除H.pylori可防止胃黏膜萎缩和肠化生进一步发展, 并有可能得到逆转[54], 预防肿瘤的发生.目前有大量研究显示中医药可以在根治H.pylori感染方面发挥作用.王红妹[55]探究西医常规治疗联合菌蒲萸连方(煅瓦楞子15 g、蒲公英15 g、党参20 g、乌梅20 g、黄连0.3 g、猴头菌0.3 g、制吴茱萸0.3 g)对H.pylori感染的干预情况, 结果显示观察组(西药+中药)的临床有效率及H.pylori根除率(94.12%, 91.18%)高于对照组(西药)(75.76%, 72.73%)(P＜0.05), 复发率(8.82%)低于对照组(27.72)(P＜0.05), 且不良反应降低(P＜0.05).韩翠宁等[56]观察分析健脾通络汤(大枣10 g、炒白芍15 g、丹参20 g、黄连5 g、蜜甘草6 g、法半夏10 g、茯苓20 g、砂仁5 g等)辅助治疗脾胃虚寒型H.pylori阳性慢性萎缩性胃炎患者的临床疗效, 结果发现治疗组(西药+中药)的总有效率(96.67%)优于对照组(西药)(76.67%)(P＜0.05), 且治疗组患者病理组织积分改善情况明显优于对照组患者(P＜0.05), 有效防止了恶变的发生.

我国专家共识[57]将包括腺瘤(包括锯齿状腺瘤)、腺瘤病(家族性腺瘤性息肉病以及非家族性腺瘤性息肉病)以及炎症性肠病相关的异型增生定义为结直肠癌前病变.于鑫等[58]分析单纯腺瘤和增生性息肉及腺瘤患者体内肠道菌群的变化, 结果发现腺瘤患者肠道内的牙周病致病菌丰富度上升、益生菌丰富度下降, 良性病变患者肠道内的某些益生菌丰富度发生变化, 故提示可通过干预肠道微生态以改善癌前病变状态, 达到预防肠恶性肿瘤的目的.张旖晴等[59]观察温肾健脾方(党参15 g、当归15 g、白术10 g、升麻10 g、附子10 g、大黄10 g)灌肠对于结肠息肉术后再发的预防效果及其对肠道菌群的影响, 结果发现观察组总有效率(86.54%)显著由于对照组(67.50%)(P＜0.05)； 并且观察组患者肠道内肠球菌、大肠杆菌菌落计数均低于对照组, 双歧杆菌、乳酸杆菌菌落计数高于对照组(P＜0.05)； 截止复查日, 观察组未见息肉复发, 对照组有3例复发.

2.2.2 联合西医抗肿瘤治疗手段, 改善症状, 提高生活质量：中医药联合西医抗肿瘤治疗手段, 可在调节胃肠道微生态以增强疗效、改善患者生活质量等方面发挥作用, 为患者所接受.

中医药对胃肠道恶性肿瘤患者围手术期的干预, 可通过调节胃肠道微生态发挥作用.黄河[60]分析中药通腑汤(生大黄30 g、芒硝10 g、厚朴15 g、炒枳实15 g)在术前进行肠道准备对结直肠癌术后肠道菌群的影响, 结果发现术后的中药干预组患者肠道中的双歧杆菌、乳酸杆菌等益生菌种的减少量及大肠杆菌、葡萄球菌等致病菌增多量均低于对照组, 中药进行术前准备可有效维持肠道菌群平衡, 减少术后并发症发生.魏俊等[61]观察甘草泻心汤(炒党参30 g、大枣30 g、炙甘草12 g、炒黄芩9 g、制半夏9 g, 干姜6 g、炒黄连3 g)对胃肠道肿瘤患者术后肠道菌群失调的影响, 结果发现研究组(手术+中药)患者的肠道菌群总失调率(5.88%)显著低于对照组(手术)(23.53%)(P＜0.05)； 下床活动时间及住院时间分别较对照组显著缩短(P＜0.05), 说明甘草泻心汤可改善肿瘤手术造成的胃肠道微生态失衡, 并有效降低术后并发症发生.

此外, 中医药通过调节放化疗造成的胃肠道微生态失衡, 可以降低副反应的发生, 增加患者对放化疗的耐受程度, 提高放化疗的效果.吴娟等[62]探讨中药健脾养胃方(党参15 g、麸炒白术10 g、茯苓10 g、山药15 g、薏苡仁20 g、陈皮6 g等)加减联合胃癌化疗的肠道微生态学机制, 结果发现中药干预能够有效逆转化疗导致的肠道菌群变化, 降低了化疗所致恶心、呕吐等反应的发生率.海艳洁等[63]研究健脾渗湿汤(党参、白术、茯苓、甘草、山药、扁豆、莲肉、薏苡仁等)对晚期大肠癌化疗患者肠道微生态的影响, 结果发现与单纯FOLFOX4方案化疗相比, 中药联合干预能通过显著增加双歧杆菌、乳杆菌的数量, 患者的泄泻症状明显改善.在胃肠道微生态与放疗之间相互作用方面的研究,发现菌群对放疗产生的辐射比较敏感, 与放疗产生的副作用之间存在相关性[64], 其中关于放疗引起放射性肠炎方面的研究较为多见[65].放射性肠炎发生时往往伴随着肠道菌群的失调[66], 在放疗期间对患者加用益生菌能明显使放射性肠炎的发生率降低[67], 肠道内菌群亦可通过分泌抗氧化物以减轻放射性肠炎[68].有动物研究[69]发现经过粪便移植治疗后发生肠道菌群改变的小鼠在进行放射干预后存活率更高, 并且毒性反应相对较弱.雷妙[70]通过研究发现固肠止泻方(生黄芪、生白术、白茯苓、炒白芍、山药、荷叶、白头翁等)联合应用治疗急性放射性肠炎, 对比单用庆大霉素及地塞米松等西药更加有效.李媛[71]进行参苓白术散加味口服联合保留灌肠(蒙脱石散+地塞米松)治疗急性放射性肠炎的临床观察,结果发现联合应用在改善患者临床症状、促进肠道黏膜损伤恢复等方面均优于单用西药.

3 中医药调节胃肠道微生态的用药特点剖析

中医药以整体观及辨证论治为主要原则, 整体观强调“天-地-人”的对立及依存, “辨证”为中医药干预疾病的中心环节, 概括疾病病理变化的本质.近年来, 有相关研究显示胃肠道微生态与中医证型存在相关性[72].

3.1 胃肠道微生态失衡相关的中医证型 脾主运化, 脾虚则见纳差、便溏、消瘦等消化功能障碍的症状, 进而导致胃肠道内菌群失调、微生态失衡, 而肠道菌群的失调又会影响饮食受纳, 加重脾虚症状, 形成恶性循环.李星等[73]通过检索文献探讨胃癌的中医证型特点,发现脾胃气虚、脾胃虚寒等证型出现频次排名靠前.刘静等[74]通过文献检索亦发现肠癌证型以脾虚证最多见.脾虚证与胃肠道微生态改变关系密切, 刘佳等[75]采用分子技术聚类分析了脾虚患者粪便的基因指纹特征,结果发现脾虚证患者的肠道菌群指纹图谱发生了明显变化.动物实验[76]亦显示脾虚证模型鼠造模后肠道菌群出现紊乱其多样性指数显著降低, 但经过健脾益气中药四君子汤治疗后, 肠道内菌群可恢复正常.

另外, 有学者[77]认为胃肠道微生态失衡与中焦湿热证(脾胃湿热证)存在共同的发病基础.程明等[78]研究表明, 胃黏膜中H.pylori与乳酸杆菌数量改变及其相互作用所引起的微生态失衡与脾胃湿热证的发生存在相关性.

以上研究提示：胃肠道微生态失衡与脾虚证、湿热证密切相关.

3.2 调节胃肠道微生态的主要治则及代表方药 陈彬等[79]探讨健脾解毒方(党参、生黄芪、生白术、猪苓、薏苡仁、八月札、野葡萄藤、红藤等)对脾虚荷瘤鼠移植瘤的抑制作用及肠道菌群的调节作用, 并分析两者之间的相关性, 结果发现脾虚组小鼠肠道菌群中拟杆菌门显著增多、厚壁菌门显著减少, 存在明显的菌群失调现象,经中药干预后可得到明显改善, 并认为健脾解毒方抑制脾虚荷瘤鼠皮下瘤生长、提高CD4+/CD8+比例、减少炎症因子IL-17分泌等作用可能与其改善脾虚小鼠的肠道菌群失调相关.有大量研究[80]发现健脾类中药含有多糖类、黄酮类、生物碱类等多种生物活性成分, 可从扶植有益菌生长、抑制有害菌生长、调节机体免疫能力、保护肠道黏膜等多方面调节胃肠道微生态, 并且胃肠道菌群可以帮助健脾类中药有效成分降解, 被机体吸收.

另外, 清热祛湿中药可以抑制胃肠道的有害菌群、调节菌群结构来发挥治疗作用：如黄连是治疗湿热证的经典中药, 有动物研究[81]发现黄连素可以调节肠道菌群结构、减少肠道内毒素含量和改善肠黏膜屏障的功能.

结合以上研究显示：中医药调节胃肠道微生态可以健脾和胃、清热祛湿为主要治则.常见的健脾和胃中药有党参、黄芪、茯苓、白术、山药、薏苡仁、白扁豆等, 代表方有四君子汤、补中益气汤、参苓白术散等.常见的清热祛湿中药有黄连、苍术、白头翁、苦参、茵陈蒿等, 代表方有八正散、二妙散、茵陈蒿汤等.

4 结论

大量研究显示：胃肠道微生态与胃肠道恶性肿瘤的发生、发展关系密切.中医药调节胃肠道微生态以干预胃肠道恶性肿瘤的途径包括改善胃肠道微生态结构、保护胃肠道黏膜屏障、防止菌群移位、增强胃肠黏膜免疫功能等.临床观察发现中医药调节胃肠道微生态在改善癌前阶段及联合现代抗肿瘤手段等方面对胃肠道恶性肿瘤起到防治作用.根据“病证结合”的诊疗思维,中医证型与胃肠道微生态具有相关性, 脾虚证患者可出现胃肠道微生态失衡, 有效的健脾中药的应用, 可改善胃肠道微生态, 达到防治胃肠道恶性肿瘤的目的.清热利湿中药的成分及活性对胃肠道微生态的结构与功能的影响, 可能是通过多靶点, 多途径的方式调控胃肠道微生态环境.调节胃肠道微生态是中医药防治胃肠道肿瘤新的切入点, 但目前针对中医药通过调节胃肠道菌群直接作用于胃肠道恶性肿瘤的研究较少, 难以阐明其作用机制, 今后可以通过生物分子学、基因、免疫调控等研究来探讨其机制, 发掘新的抗肿瘤靶点或通路, 为阐明胃肠道微环境紊乱与恶性肿瘤之间的关系及中医药治疗提供研究新思路.