编译：微科盟蔚蓝，编辑：微科盟茗溪、江舜尧。

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导读  

对人类微生物组的认知正在迅速扩展，这可能是多种癌症的发生、发展和预后的关键因素。在这篇综述中，我们聚焦于最近的研究，以识别假定的、致病的微生物种类以及目前与特定身体部位的致癌作用和肿瘤发生相关的微生物组组成和结构。本研究中特别强调了癌症的各种形式，包括胃肠道和非胃肠道癌症，它们具有显著的细菌关联和明确的实验证据，旨在为未来的实验和转化研究提供方向，进而更深入地了解微生物群影响癌症形成的多重机制。对于一些癌症，强有力的实验和转化数据证实微生物组对癌症生物学和疾病进展的贡献，干扰导致癌症的微生物组特征和途径可能为改善癌症患者的预后提供新的方法。

论文ID

原名：The Cancer Microbiome: Recent Highlights and Knowledge Gaps

译名：癌症微生物组：最近的亮点和知识差距

期刊：Cancer Discovery

IF：39.397

发表时间：2021.10.1

通讯作者：Cynthia L. Sears 

通讯作者单位：约翰·霍普金斯大学医学院

DOI号：10.1158/2159-8290.cd-21-0324  

综述框架

主要内容

1. 引言

人体不同部位的细菌、古细菌、真菌和病毒群落构成人体微生物组。目前，大量文献将微生物组组成与从炎症性肠病到精神分裂症的各种疾病联系起来。细菌是微生物组中丰富的组成部分，尤其是在肠道中，肠道中细菌总数约为3.8×10 13。本综述的重点是我们对微生物组的细菌成分可能在胃肠道和其他器官中引发或促进肿瘤发生机制的理解的最新进展。实验模型表明细菌可通过多种机制促进肿瘤形成的诱导和发展：（i）细菌毒素对DNA的直接损伤作用，（ii）细菌代谢物（如西方饮食代谢的产物），（iii）与宿主细胞的直接物理相互作用驱动的炎症、慢性感染和侵袭性生物膜形成，以及 (iv)抗肿瘤免疫反应抑制（图1）。关于细菌参与肿瘤发生已出现多种理论，例如驾驶员-乘客模型，包括对keystone假设的扩展；肇事逃逸模型；慢性生物失调；以及上皮组织中微生物组的空间分布或屏障完整性的改变（图2）。首先，单个或一组“驾驶员”致癌细菌与微生物组乘客合作促进肿瘤发生。在keystone假设中，致癌驱动因素足以驱动致癌作用。对于肇事逃逸模型，致癌细菌的瞬时定植和损伤是驱动肿瘤发生的必要和充分条件。重要的一点是，除了幽门螺杆菌Helicobacter pylori，在宿主细胞没有基因突变的情况下，迄今为止没有其他细菌物种被确定为人类肿瘤发生的病原体。每个模型之间的共同联系是健康微生物组的破坏，称为生态失调。然而，由于人与人之间的显著差异，仍然难以确定一个明确定义的健康微生物组成员。微生物组组成分析的方法在应用不均和最佳实践不确定的情况下继续快速发展。从粪便样本和其他患者组织中培养细菌是有价值的，但在不同实验室间也不一致，且至今仍有一部分细菌无法培养。该领域的早期突破是认识到16S rRNA基因测序在研究人类微生物群的实用性。如今二代测序（Next-generation sequencing）使序列深度增加，当与改进的计算分析相结合时，允许对微生物组进行深入的系统发育和分类分析，甚至到种水平。样本中所有微生物基因组（宏基因组学metagenomics）或转录组（宏转录组学 metatranscriptomics）的序列检测使微生物组分析更进一步。总之，在某些情况下，现在可确定哪些微生物存在、它们包含哪些基因及其转录谱，从而表征微生物组成员和功能。然而，在微生物丰度低的组织或样本中进行准确的分类学和功能分析仍具有挑战性。最近多种肿瘤类型的大规模研究寻求 (i) 改进数据库和计算方法（尤其是限制样本污染物读取），从而促进跨癌症队列的微生物组分析；(ii) 深入了解干扰微生物组分析的宿主变量；(iii) 与比较“健康宿主”微生物组的细微差别和定义作斗争（表1 )。新兴的代谢组学和蛋白质组学方法可能为人类微生物组提供更多见解。尽管每种方法都有其独特的优势和局限性，但通过使用组合方法并结合宿主细胞反应（例如RNA测序），可以更全面地了解微生物群复杂群落及其对肿瘤发生的影响。

图1 肿瘤发生的细菌机制的实例。已经提出细菌通过直接和间接机制促进肿瘤发生的起始或进展。许多细菌具有重叠的机制，这些机制也与生活方式和宿主遗传因素相关联。A细菌毒素的直接 DNA 损伤作用。pks + E. coli产生的大肠杆菌素基因毒素诱导双链断裂 (DSB)、特定的突变特征和其他形式的DNA损伤，从而导致体外和体内结直肠癌中都可发现的独特突变特征。某些粪肠球菌Enterococcus faecalis菌株会产生可破坏宿主 DNA 的超氧化物。来自产肠毒素的脆弱拟杆菌(ETBF) 的脆弱拟杆菌毒素 (BFT)通过诱导宿主上皮细胞的精胺氧化酶来诱导活性氧 (ROS)。B西方饮食的细菌代谢。微生物群在宿主膳食成分代谢中起关键作用。西方饮食与多种癌症风险增加有关，可能是由于细菌产物中有益短链脂肪酸（SCFA；由于膳食纤维含量较低）减少、屏障功能降低（例如结肠中更薄或更易渗透的粘液），以及细菌产生的多种致癌代谢物的增加，包括硫化氢、N-亚硝基化合物、细胞毒性血红素因子、次级胆汁酸和 ω-6 多不饱和脂肪酸。这些因素导致 ROS 产生（DNA 损伤）和 HDAC 抑制（促炎信号改变）。C 感染、生物膜和炎症。慢性/复发性细菌感染或侵入性细菌生物膜可能通过NFκB 转录激活与炎症和免疫反应相关的广泛、间接机制促进肿瘤发生，包括先天免疫细胞（如中性粒细胞和巨噬细胞）产生破坏 DNA 的 ROS 以及因过度增殖而产生的癌前细胞突变。许多细胞因子参与这些促癌炎症过程，包括 IL6 和 IL17。幽门螺杆菌，是证据最充分的的细菌致癌案例，被认为不通过任何直接产毒机制，而是通过诱导这种慢性炎症反应进而导致胃癌。同样，尿路感染 (UTI) 与随后的膀胱癌和肾癌风险增加有关。具有强微生物成分的炎症性肠病 (IBD)是结肠炎相关结直肠癌的典型例子。许多基因毒性细菌（如A所示）以及口腔细菌（如具核梭杆菌) 也可能促进炎症。至少一些多微生物生物膜也具有高度促炎性，并且可能在头颈部鳞状细胞癌 (HNSCC)和结肠直肠癌发挥作用，其中口腔中的口腔生物膜被称为牙菌斑，而结肠中的粘液侵袭性生物膜在遗传性和散发性结直肠癌中（与健康对照相比）高度流行。最后，通常与口腔生物膜相关的牙周病，在流行病学水平上与多种癌症相关，包括 HNSCC、肺癌和胰腺导管腺癌 (PDAC)。D抑制抗肿瘤免疫反应。相关的新数据表明，细菌可以抑制局部自然杀伤 (NK) 细胞和T细胞介导的肿瘤细胞杀伤。显著的例子包括具核梭杆菌，它可以通过具核梭杆菌粘附因子 Fap2结合 NK 和 T 细胞 TIGIT 受体；ETBF参与结直肠癌动物模型中肿瘤或免疫细胞的 PD-L1诱导。其他机制尚未完全阐述，但强烈显示其他免疫调节作用，例如 PDAC 中的变形菌。CRC，结直肠癌；GC，胃癌；HDACi，组蛋白去乙酰化酶抑制剂；PD-L1，程序性死亡配体1；PUFA，多不饱和脂肪酸；TIGIT，T细胞免疫球蛋白和ITIM结构域蛋白。

图2 细菌参与肿瘤发生的理论。A，在驾驶员-乘客模型（driver–passenger model）中，其中一个或一组致瘤细菌招募或与微生物组成员协调以促进肿瘤发生。该模型包含微生物群落对肿瘤发生影响的概念。B，keystone假设指出单个致瘤细菌的存在足以驱动致癌作用。C，肇事逃逸模型（hit-and-run model）被描述为致瘤细菌的临时定植和损伤导致肿瘤发生。其他潜在的促肿瘤模型包括慢性生态失调和生物膜介导的组织功能变化，两者都是驾驶员-乘客模型的延伸。

表1 近期与癌症相关的大规模微生物组文章汇总。

缩写：AML，急性髓细胞白血病，GBM，多形性成胶质细胞瘤；GI，胃肠道；CRC，结直肠癌；N/A，不适用；TCGA，癌症基因组图谱；UCSD，加州大学圣地亚哥分校。a肿瘤类型可能包括一种以上的组织病理学亚型。

因此，微生物组—微生物及其基因组—为了解癌症发病机制和设计以前无法想象的癌症预防、诊断和治疗方法提供了一个诱人的研究前沿。在本综述中，我们提供了最近关于假定的微生物组 (主要是细菌) 在特定胃肠道 (gastrointestinal，GI) 和非胃肠道（non-GI）癌症发病机制中贡献的研究的观点 (文献在表2中列出)。

表2 近期关于癌症微生物组研究的文献亮点。

简称：Fap2，梭杆菌粘附蛋2；FFPE，福尔马林固定石蜡包埋；FMT，粪便微生物群移植；GI，胃肠道；HNSCC，头颈部鳞状细胞癌；KP，Kras突变和Trp53缺失小鼠；N/A，不适用。a近期定义为2016年或以后。

2. 胃肠癌 2.1 结直肠癌

结直肠癌是第二大最常诊断的癌症，在全球癌症相关死亡人数中排名第二。大肠中致癌基因的诱导和抑癌基因的抑制是一系列突变和表观遗传变化的结果，导致肿瘤形成的发生。遗传性基因易感综合征，例如家族性腺瘤性息肉病 (FAP)、Lynch综合征和Peutz-Jeghers综合征等，构成少数结直肠癌病例，结直肠癌的遗传率估计在12%至35%之间。因此，由环境刺激引起的散发性结直肠癌构成了大多数病例。包括肥胖、糖尿病、西方饮食、饮酒和吸烟的生活方式因素被认为是结直肠癌的危险因素。这些结直肠癌风险因素都会改变肠道微生物组。这些数据与单个细菌菌株具有促进肿瘤发生能力的知识相结合，为肠道微生物组在结肠直肠癌发生起始和进展中的作用研究提供了强有力的支持。

2.1.1 与结肠直肠癌相关的单个细菌种类或菌株

细菌诱导肿瘤发生的多种模型已经建立（参见引言、图1和2），但结直肠癌中细菌驱动事件的确定序列以及结直肠癌中与细菌种类最明显相关的部分仍然定义不明。这种明确性的缺乏表明多种微生物和非微生物机制可能导致结直肠癌的发展。尽管如此，人类流行病学研究证明了与肿瘤发生的可信关联，动物模型证明了潜在机制，结合人类流行病学研究与动物模型的结果，将特定的细菌菌株与人类结直肠癌联系起来。

脆弱拟杆菌Bacteroides fragilis (B. fragilis) 是人类微生物群的共生成员，占肠道细菌总数的0.1% 至0.5%。大多数脆弱拟杆菌菌株是良性的，然而一部分菌株产生锌依赖的金属蛋白酶毒素，脆弱拟杆菌毒素（BFT）。产毒菌株[产肠毒素的脆弱拟杆菌(ETBF)] 会诱发结肠炎症，这与腹泻、炎症性肠病和结直肠癌有关。ETBF通过激活宿主结肠上皮细胞(CEC) NFκB和STAT3通路，同时招募致癌性粒细胞炎症并诱导粘膜IL17产生，进而刺激癌变。BFT通过未知受体与CEC结合，触发E-钙粘蛋白裂解，导致屏障通透性增加、CEC Wnt信号激活、c-Myc表达的诱导和CEC 增殖的增强。ETBF通过BFT调控宿主基因表达，增加染色质的易接近性。BFT 对基因的影响包括上调CEACAM6（功能是作为粘附性侵入性大肠杆菌E. coli的受体），以及下调MUC2（结肠粘液的主要糖蛋白）。结合其对细胞骨架的影响和所有脆弱拟杆菌消化粘蛋白的能力，ETBF会改变结肠屏障功能和CEC顶膜。宿主基因组的其他改变源于 ETBF 诱导的人类结肠直肠癌细胞系基因组和肿瘤基因组的低甲基化和高甲基化。虽然一些结果支持甲基化改变与例如已知的抑瘤功能基因表达减少之间的联系，但甲基化改变与转录变化直接一致的联系仍不确定，而且因肿瘤类型不同而存在差异。此外，结直肠癌患者的结肠黏膜和粪便中的 BFT比对照组更常见。总之，这些数据表明ETBF在结直肠肿瘤发生中发挥重要作用。

大肠杆菌E. coli是另一种常见的肠道共生细菌，通常被认为是良性的。有害菌株通过50 kb杂合聚酮聚肽合酶操纵子（pks+E. coli）产生基因毒素colibactin。深入研究表明，colibactin在体外人类细胞中会导致DNA链间交联、DNA双链断裂、染色体畸变和细胞周期停滞。尽管 colibactin的性质不稳定，但会形成特定的 DNA加合物，导致细胞毒性和突变。DNA损伤与肠道炎症结合促进了小鼠的肿瘤发生。在注射pks+E. coli的克隆类器官中，鉴定出一种突变信号，而这种突变信号在注射了同基因pks+ E. coli的类器官中不存在。这些数据证明colibactin可以修饰 CEC DNA，而且这是结直肠癌发展所必需的。尽管这种突变特征存在于多达16%的人类癌症基因组中，且与APC突变相关，主要在结直肠癌中，但仍不确定 pks+ E. coli菌株是否会引发结直肠癌。最终，这些结果表明pks+ E. coli改变宿主遗传特性进而促进结肠中肿瘤发生的起始和增殖。

革兰氏阴性厌氧口腔共生具核梭杆菌Fusobacterium nucleatum（F. nucleatum）已被确定为粪便中潜在的结直肠癌生物标志物，主要存在于肿瘤微环境（TME）中。然而，与先前描述的致瘤细菌一样，具核梭杆菌在结直肠癌中的因果关系尚不确定。出乎意料的是，具核梭杆菌编码有限的典型毒力因子并且未编码目前描述的毒素。具核梭杆菌包括四个主要亚种：F. nucleatum animalis、F. nucleatum nucleatum、F. nucleatum polymorphum和F. nucleatum vincentii。迄今为止，通过重复接种，只有选定的具核梭杆菌菌株被证明会影响 SPF Apc Min/+小鼠的结肠癌发生（例如EAVG_002；7_1）。尚未发现任何菌株在无菌小鼠中诱发结肠肿瘤。具核梭杆菌利用毒力因子FadA与E-钙黏蛋白的胞外域结合，通过激活宿主CEC Wnt/β-catenin信号和TLR4激活的NFκB信号诱导结肠癌细胞增殖。支持这一机制的是，与健康组织对照相比，人类结直肠癌组织中FadA的基因表达显著上调。具核梭杆菌通过扩大髓源性免疫细胞进一步诱导促炎性促肿瘤微环境。有趣的是，具核梭杆菌还通过Fap2与人TIGIT受体的结合来抑制抗肿瘤反应，随后抑制自然杀伤(NK)细胞和其他肿瘤浸润淋巴细胞（TIL）的细胞毒性作用。重要的是，这种相互作用仅发生在人类细胞中，因为具核梭杆菌不与小鼠TIGIT结合。目前尚不清楚这种小鼠TIGIT结合的缺乏是否可以部分解释人类横断面队列中结直肠癌的强相关性研究与小鼠模型中相对较弱和可变的肿瘤发生之间的差异。最后，研究发现具核梭杆菌及其相关微生物组在结直肠癌肿瘤的远处肝转移中持续存在，这表明具核梭杆菌及其相关转移微生物群影响抗肿瘤反应并可能在转移性病灶中发挥作用。综上所述，这些数据表明具核梭杆菌似乎在TME中定植和扩张，通过对宿主免疫反应的影响促进结直肠癌；明确定义的具核梭杆菌致癌毒力因子值得进一步研究。

总的来说，假定的致瘤细菌列表及其与结直肠癌的联系继续发展扩大。与具核梭杆菌一样，已证明没食子酸链球菌Streptococcus gallolyticus ( S. gallolyticus ) 可以改变TME。没食子酸链球菌诱导以高NFκB和IL8 mRNA组织表达为标志的促炎状态，同时招募TILs和髓系细胞，导致免疫抑制微环境促进肿瘤形成。口腔消化链球菌Peptostreptococcus stomatis (P. stomatis) 和厌氧消化链球菌P. anaerobius是其他已被证明可以调节TME的候选细菌。口腔消化链球菌导致酸度增加和缺氧，而厌氧消化链球菌导致活性氧 (ROS) 积累，分别促进细菌定植和细胞增殖。

最近，一项对结直肠癌16S rRNA扩增子序列数据的meta分析显示，有限的细菌群落——脆弱拟杆菌、具核梭杆菌、口腔消化链球菌、微小微单胞菌和麻疹孪生球菌Gemella morbillorum——与人类结直肠癌有可靠的相关性。这些口腔微生物组的成员在结直肠癌患者的口腔和肿瘤中均被检测到，结直肠癌发病机制与口腔微生物组之间呈现强烈的趋势。值得注意的是，研究表明牙周炎会产生具有肠道趋向性的口腔微生物组反应性Th17细胞，这些细胞随后迁移到发炎的肠道。这些易位（从口腔到肠道）Th17细胞导致了结肠炎的发展。口腔细菌癌性病变转移的确切机制，仍未确定是否通过消化道下行还是通过咀嚼、牙齿卫生和牙科手术的血行途径。此外，最近的证据表明在患者中至少有一些具核梭杆菌的肠道菌株与口腔中发现的菌株相同，并且通过血源性（尾静脉注射）给药的具核梭杆菌导致的小鼠肠道定植效果优于口服灌胃。给药途径是否会改变小鼠模型中的肿瘤发生——更不必说患者了——仍有待了解，但这是未来预防措施需考虑的一个重要领域。继续探索结直肠癌患者的肠道微生物组，然后进行实验分析，这对揭示引发或促进结直肠癌的关键细菌及其相互作用至关重要。

2.1.2 集体微生物群落对结直肠癌的影响

与单个细菌相比，集体微生物群落可能至少在影响结直肠癌方面具有同等和关键的贡献。在生态失调时通过TLR 和NOD 样受体 (NLR) 信号传导的免疫激活导致低水平的结肠炎症，这是所有结直肠癌的已知共同因素。此外，微生物组响应宿主饮食而产生的多种代谢物直接与CECs相互作用。食用富含红肉和加工食品且膳食纤维含量低的西方饮食与结直肠癌风险增加相关，而较低水平的有益的短链脂肪酸 (SCFA)和次级胆汁酸和硫化氢等潜在的有害代谢物的增加，会加强这一风险。发酵细菌在消耗不易消化的碳水化合物后会产生SCFA，例如丁酸盐。丁酸盐通过下调促炎细胞因子、调控结肠调节性T (Treg) 细胞、通过抑制组蛋白去乙酰化酶调节基因表达以及诱导结直肠癌细胞系凋亡来发挥抗炎特性。与这些抗癌特性相反，丁酸盐在体外诱导了MSH2缺陷CECs的增殖。这些数据表明，丁酸盐可能需要严格的调控才能使宿主受益，这可能取决于宿主细胞基因型。初级胆汁酸向次级胆汁酸的转化也依赖于肠道微生物组。高丰度的次级胆汁酸具有诱导DNA氧化损伤并刺激结肠肿瘤形成的潜能，尽管这些分子提供了许多益处。虽然描述肠道微生物组产生的代谢物的影响和微妙平衡的数据远不够全面，但它们有助于证明群落组成在结直肠癌中的重要性。

结肠生物膜，是侵入结肠内部的高度集中的细菌群落，是密集且通常为无菌的粘液层，是可以提供与宿主CECs持续的微生物相互作用的组件。在美国和马来西亚的队列中，超过50%的散发性结直肠癌存在粘液侵袭性生物膜，而在接受结肠镜检查的健康对照中则低于15%。有趣的是，组织学上正常的结肠组织上的结肠生物膜的CECs中STAT3激活和E-钙粘蛋白丢失增加。在散发性结直肠癌患者样本中描述了三种主要的微生物学上不同的结肠生物膜类型：多种微生物（拟杆菌Bacteroidetes、毛螺菌科Lachnospiraceae)、梭杆菌属Fusobacteria大量繁殖的多种微生物以及变形菌门Proteobacteria为主。来自结直肠癌患者和其他健康对照的人结肠生物膜在小鼠模型中直接致瘤，而生物膜阴性的正常粘膜组织不致瘤。生物膜阳性结肠组织可能使附着在结肠上皮上的致癌细菌能够将毒力因子传递给CECs。FAP患者还具有几乎无处不在的黏液侵袭性生物膜，尽管它们主要由ETBF和pks +E. coli组成。在小鼠和体外模型中测试了双病原体生态系统的复合效应，其中 ETBF促进粘蛋白降解，促进pks+E. coli的粘膜定植，与单独的细菌相比协同增加肿瘤的发生。后续的研究发现人类结肠生物膜在小鼠模型中直接致瘤。总之，这些数据表明结肠中细菌群落的结构和物理位置在结直肠癌肿瘤发生中具有关键作用。

2.2 胃癌

幽门螺杆菌是胃癌的诱因这一认知为微生物组作为癌症促进剂提供了最令人信服的证据，并为证明其他恶性肿瘤中的微生物因果关系提供了路线图（图 3）。肠型胃癌遵循促炎轨迹（称为Correa 级联反应），从粘膜炎症/胃炎发展为胃萎缩、肠上皮化生、上皮内瘤变，最后发展为胃癌。正如Engstrand和Graham所述，检测胃癌微生物群的最早研究（19世纪末），发现了乳酸杆菌Lactobacilli的过度生长，最初认为这一现象会导致癌症发生；然而，后来的研究表明，实际上乳酸杆菌和真菌的过度生长很可能是由于pH值升高（胃酸过少或胃酸缺乏）的旁效应，为这些生物体的繁衍创造了更适宜的环境。但在20世纪80年代，幽门螺杆菌成为胃癌的潜在病因，且现在被认为是一种I型人类致癌物，全世界约90%的胃癌病例可归因于幽门螺杆菌感染，约10%的胃癌病例归因于EB病毒 (Epstein–Barr virus，EBV) 感染。随着二代测序的出现，现在正在对其他微生物进行研究（见下文）。

 图3 科赫假设在致瘤细菌中的应用。幽门螺杆菌在人类和胃癌患者中的鉴定，以及这种细菌在健康宿主中获得后，能随疾病的复制而转移，并从接种的宿主中分离出来的能力与科赫假设一致。因果关系的判断标准要求消除或控制微生物或菌群然后疾病发生减少，幽门螺杆菌满足这一标准。应用科赫假设，H. pylori作为癌症促进剂为微生物群相关的肿瘤发生假设提供了路线图。然而，迄今为止，在癌症中，大多数微生物群关联研究是横断面而不是前瞻性和纵向的，因此无法确定因果关系，因为这需要证明微生物或群落在肿瘤发作之前就存在。此外，用于研究因果关系的大多数动物模型都是转基因的，因此不符合“健康宿主”的要求。在微生物群和癌症研究中，研究人员需要考虑使用无菌模型与特定病原体模型，在目前有限的直接比较中，这些模型可能会产生不同的结果。总的来说，现有研究更恰当地表明，癌症微生物组有助于癌症进展，而不是起始。未来的研究应该仔细分析这些结果是否表明癌症的发生或进展，这两种不同的框架中微生物组可能促进癌症的发病机制。

H. pylori是一种常见的胃黏膜生物，在全世界约50%的人中定植，通常在儿童时期感染，除非经过治疗，否则将持续终生。H. pylori定植经常引起慢性炎症，尽管大多数为无症状感染者，但这种炎症会导致许多并发症，包括消化性溃疡（10% 感染者）、胃腺癌（1%–3%）和粘膜相关淋巴瘤（ 5年）的研究中，Riquelme及其同事使用多种方法提供了令人信服的数据，表明不同的瘤内微生物组特征增加了α多样性， 由糖多孢菌属genera Saccharopolyspora (放线菌门), 假黄单胞菌Pseudoxanthomona (变形菌门), 链霉菌Streptomyces (放线菌门)和克劳斯芽孢杆菌 (厚壁菌门)组成的菌群对LTS 具有高度预测性，并且同样可能通过调节肿瘤微环境起作用。此外，PDAC LTS 与相同的循环和瘤内T细胞克隆相关，这些 T 细胞克隆对高质量的肿瘤新抗原和来自感染性疾病的与新抗原分子拟态一致的序列均有反应，这表明随着 PDAC 的生长，个体长期暴露于特定微生物可能在一定程度上启动了有效的新抗原特异性免疫反应。

总的来说，在PDAC治疗开始时对PDAC微生物组的评估可以提供对预后的有所帮助，并有助于设计实验研究，通过调节胰腺和/或肠道微生物群来提高患者的生存率。微生物群特征和 PDAC 发病的纵向和家族研究可能会进一步增强对微生物群对 PDAC 贡献的理解，目前为止这一相关知识仅来自于横断面研究。

3. 非胃肠道癌症 3.1 肺癌

肺具有体内最大的粘膜表面积，显示出由内部（例如上叶与下叶）和外来（例如空气传播的微生物、吸烟、口腔微生物组）环境因素共同塑造的复杂微生物群。肺癌是一种高度异质性的肿瘤，大量横断面研究提供了肺癌相关微生物群失调的证据，但结果间差异很大。一项同时使用原发性肺组织样本和来自癌症基因组图谱 (TCGA) 的验证队列的研究表明，变形菌门在肺癌微生物组中总体增加，而在吸烟者伴有 TP53 突变的鳞状细胞癌中嗜酸杆菌Acidovorax (变形菌门) 丰度增加，表明了微生物组-基因和微生物 -暴露相互作用。最近的两项研究提供了促进肺癌的局部肺微生物和免疫机制的关键数据，而缺乏支持肠-肺轴机制的数据。Jin等人使用了肺腺癌 (LUAD) 的KP小鼠模型，该模型由Kras的激活点突变Trp53缺失驱动。为了清楚地证明增加的肺细菌负荷，甚至有限的细菌菌群或细菌分子，通过激活髓细胞/肺驻留 γδ-T细胞放大回路加速 LUAD，该回路通过IL17和多形核细胞介导的机制驱动致癌性炎症和肿瘤细胞增殖。在一项前瞻性研究中，Tsay等人研究了I-IIIA 期与 IIIB-IV 期肺癌患者的肺部微生物群，提供的证据表明，独立于疾病阶段，下呼吸道微生物群富含口腔共生菌（例如链球菌属Streptococcus，普雷沃氏菌属Prevotella，韦荣氏球菌属Veillonella，被称为 SPT, supraglottic predominant taxa ）与较差的预后以及炎症性癌症相关通路（例如 ERK/MAPK、PI3K/AKT）的上调相关。为进行概念验证，使用KP小鼠模型，在肺微生物中中单独添加额外的Veillonella parvula加速LUAD进展。希望这些结果能够提供改善肺癌的致死率的转化方法。

3.2 乳腺癌

2014 年发现了乳腺微生物群，这一微生物群可能来自皮肤、口腔或肠道。高度可变的研究表明，尽管乳腺癌患者在属和种水平上表现出生态失调，但变形菌门、厚壁菌门和拟杆菌门在健康乳腺和乳腺癌组织中都很突出；然而，在乳腺癌组织中乳杆菌Lactobacilli（厚壁菌门）丰度可能较低。迄今为止，有限且不一致的分类群差异似乎可以区分肿瘤和邻近正常组织微生物群以及良恶性肿瘤，但乳腺癌亚型可能具有不同的微生物特征。细菌调节雌激素生物利用度或诱导乳腺DNA损伤进而介导致癌作用。相比之下，乳腺癌组织中具核梭杆菌基因组DNA的增加与乳腺组织Gal-GalNAc水平有关，而Gal-GalNAc水平随着乳腺癌的进展而增加；结果与已知的Fap2（一种具核梭杆菌粘附蛋白）和 Gal-GalNAc的结合一致。在小鼠模型中，Fap2 充足，但 FAP2不缺乏，F. nucleatum定植于原位乳腺癌并抑制肿瘤浸润 T 细胞以促进肿瘤生长和转移。肠道微生物组是否影响乳腺癌生物学尚不清楚。然而，Parida 等人利用生物信息学识别了良性和恶性乳腺肿瘤组织中B. fragilis脆弱拟杆菌（一种常见的结肠厌氧菌）的增加。使用小鼠模型，乳腺导管内和结肠中定植产毒素（ETBF；见结直肠癌部分），而不是不产毒素的脆弱拟杆菌通过β-catenin和Notch1通路促进乳腺肿瘤生长和转移进展。值得注意的是，暴露于脆弱拟杆菌毒素的乳腺组织细胞保留了致癌记忆，可能会增加疾病风险。乳腺癌患者的乳房或肠道微生物组可能有助于对乳腺癌风险和治疗反应的分层。

3.3 头颈部鳞状细胞癌

大多数头颈癌起源于粘膜鳞状上皮细胞 (HNSCC)。HNSCC 包括多种恶性肿瘤，包括口腔癌、咽癌（包括鼻咽癌、口咽癌和下咽癌）、喉癌、鼻窦癌和鼻腔癌以及唾液腺癌。HNSCC 存在多种一般危险因素和肿瘤类型特异性危险因素，包括人乳头瘤病毒 (HPV) 16型（口咽癌）、EBV（鼻咽癌和唾液腺癌）、腌制或盐渍食品（鼻咽癌）、辐射（唾液腺癌）、口腔卫生不良（即口腔癌中的牙周炎）以及烟草和酒精制品（与75% 以上的 HNSCC病例相关）、职业暴露（例如，多种 HNSCC 类型中的石棉、杀虫剂和工业溶剂）和宿主基因（https://www.cancer.gov）。细菌可能在这些危险因素的肿瘤发生途径中发挥直接（例如牙周病）或间接（例如酒精代谢）作用。约 15% 的 HNSCC尚 缺乏已知的危险因素，这引起了研究者们对探索新型细菌或细菌群在HNSCC病因学中所起作用的兴趣。

口腔微生物组是由750多种物种组成的多样化群落（人类口腔微生物组数据库，homd.org），其中许多是厌氧菌，在牙齿表面和口腔粘膜上形成复杂的多物种生物膜。在健康个体中口腔微生物组大体上是稳定的。但如果不注意口腔卫生，牙周生物膜就会引发疾病，导致蛀牙、牙齿脱落，甚至可能导致口腔癌症。现在存在不同的口腔微生物生态位(>25)和采样工具，从口腔拭子、口腔冲洗液再到肿瘤活检，这使基于微生物组的分析显著复杂化。

大多数分析微生物组和HNSCC的研究都集中于口腔鳞状细胞癌 (OSCC) 。使用以测序和培养为基础的方法，OSCC活检样本中似乎含有许多肿瘤内和表面生物膜相关细菌物种，这些细菌物种并未在来自同一患者的健康口腔活检样本中发现，同时也包含几种在结直肠癌组织中发现的与正常结肠组织相比丰度更高的物种：具核梭杆菌、Fusobacterium periodonticium、麻疹孪生球菌G. morbillorum和口腔消化链球菌。通过菌落形成单位（CFU），在 OSCC中发现的细菌生物膜具有更高的厌氧菌和需氧菌总丰度，这与来自结肠的数据相似，结直肠癌相关的粘液侵袭生物膜比配对的正常组织的更厚，含有更多细菌。然而，研究之间存在不一致性，而且每个研究队列都相对较小。在对来自197 名OSCC患者与52名健康个体的口腔冲洗液样本进行的更大规模研究中，梭杆菌门再次被发现与OSCC密切相关，梭杆菌门的相对丰度 (RA)从2.98%（健康对照）增加到7.92%（4 期OSCC），同时拟杆菌门和放线菌门的相对丰度减少。在种水平，这一趋势主要体现在F. periodonticium（健康组织中RA约为1%；1期OSCC中 RA为 2%，；2期和3期OSCC中RA为3%；4期OSCC中RA为5%）。在口腔冲洗液样本中，其他4种细菌也随肿瘤阶段进展而增加：P. micra（在结直肠癌相关组织中也增加）、星座链球菌Streptococcus constellatus、流感嗜血杆菌Haemophilus influenzae和龈沟产线菌Filifactor alocis。对来自 13 项HNSCC研究的拭子或组织样本中梭杆菌Fusobacterium的一项meta分析发现，与非肿瘤对照组相比，梭杆菌属在肿瘤部位持续富集，其中具核梭杆菌是检测到的梭杆菌种中最丰富的，其次是舟形梭杆菌F. naviforme、牙周梭杆菌F. periodonticum和其他。

迄今为止，只有一项针对 HNSCC 的大型前瞻性研究，该研究并未验证上述生物体，尽管所有HNSCC都被包括在内（不仅是 OSCC）。在美国癌症协会预防研究II营养队列(CPS-II)和前列腺癌、肺癌、结直肠癌和卵巢癌筛查试验(PLCO)内对超过100000名患者进行的巢式病例对照研究中，平均随访3.9年内确定了129例HNSCC新病例。通过 16S rRNA V3-V4 区域测序技术检测诊断前的基线口腔漱口水样本。与对照组相比，HNSCC病例与更多的烟草使用、饮酒和 HPV-16携带相关，这与先前的数据一致。与对照组相比，所有HNSCC病例或特定癌症类型的口腔微生物组β多样性没有差异。令人惊讶的是，观察到的最强趋势是HNSCC的保护性细菌：棒状杆菌属Corynebacterium（放线菌门）和金氏菌Kingella（变形菌门）与 HNSCC风险的降低独立相关。即使排除目前吸烟者或HPV-16阳性患者后，棒状杆菌和金氏杆菌的保护作用仍然存在。结果在年龄、性别和饮酒等方面也是相似的。按癌症亚型划分，棒状杆菌属、金氏菌属、奈瑟菌属Neisseria、乏养菌属Abiotrophia，二氧化碳噬纤维菌属Capnocytophaga和反硝化金氏菌Kingella dentificans和血链球菌Streptococcus sanguinins与喉癌风险降低相关联; 口腔放线菌Actinomyces oris和坏齿韦荣氏球菌 Veillonella denticariosi与舌咽癌风险降低相关；P. micra和 Neisseria siccas与口腔癌风险降低相关。与HNSCC呈正相关的细菌只有放线菌门（HNSCCs整体）和放线菌（口腔癌）。前瞻性研究中的微生物相关性在有吸烟史和患喉癌的患者中最强。这些关联在生物学上是合理的，因为喉癌是与烟草使用最密切相关的 HNSCC，并且棒状杆菌和金氏杆菌可能会中和在香烟烟雾中发现的几种有毒物质。因此，在烟草使用者中，含有棒状杆菌或金氏杆菌属可能对喉癌有特别的保护作用。然而，该队列中从样本采集到 HNSCC 检测的平均时间（3.9 年）可能不足以真正证明微生物是潜在的癌症调节剂，需要进行重复性研究。

尽管没有确凿证据证明微生物引发HNSCC，但在机制水平上，口腔细菌可能通过特定的代谢活动和广泛的炎症特性促进肿瘤的发生。例如，口腔细菌促进酒精代谢为其致癌副产物乙醛，在这一水平可诱导DNA 损伤并促进上皮细胞增殖。奈瑟氏菌属可增强乙醇脱氢酶活性，而乳酸杆菌将乙醛代谢成相对无毒的形式。有趣的是，来自一个超过1000 人的大型队列的口腔洗液样本中，饮酒与奈瑟菌RA的增加以及乳酸杆菌RA的减少有关。然而，无论是与来自同一患者的配对正常对照活检样本相比，还是与来自无癌个体的口腔冲洗液样品相比，OSCC 患者样本中的奈瑟菌都没有升高。酒精相关微生物组和OSCC相关微生物组之间的这种差异表明，OSCC 的早期微生物的驱动因素或潜在贡献（即酒精诱导的损伤的介质）可能会在肿瘤明显形成时消失（肇事逃逸模型hit-and-run model）。

另外，口腔细菌可能通过炎症诱导促进肿瘤发生。使用功能预测工具 PICRUSt，Al-Hebshi等人提出OSCC组织内包含一个“炎症性细菌组”，其特征是富含细菌移动、鞭毛组装、细菌趋化性和脂多糖合成的基因，而对照组样本富含更多稳态基因，如氨基酸生物合成、DNA修复、嘌呤代谢、核糖体生物合成和糖酵解/糖异生。同样，牙周病和HNSCC之间的联系也以促炎机制为中心展开。尽管牙周病和OSCC 间的联系不一致，但在使用牙周病临床测量的研究中，高4-10倍的HNSCC风险与重度牙周炎有关。牙周病也与总癌症风险有关，尤其是肺癌、PDAC 和结直肠癌。从机制上讲，牙周病和癌症之间的联系主要集中在促炎细菌具核梭杆菌和牙龈卟啉单胞菌 上。牙龈卟啉单胞菌是一种重要的牙周病病原体，它可以通过增加JAK/STAT信号、抑制Bcl2、改变p53途径细胞周期蛋白或改变树突状细胞特异性细胞间粘附分子-3-结合非整合素（DC-SIGN）来抑制细胞凋亡和增强增殖途径。

总之，HNSCC 与许多口腔微生物组变化有关，这些变化从癌前阶段到癌症阶段都有所不同。危险因素（例如饮酒和牙周病）诱导早期微生物变化，但缺乏数据证明这些细菌（由梭杆菌属主导的口腔微生物混合物）是否直接影响人类癌症发生。然而，这些关联可能仅仅只是旁观者关联。唯一一项前瞻性队列研究未发现可作为HNSCC危险因素的任何物种；相反，棒状杆菌和金氏杆菌似乎具有保护作用。对其他研究人群进行前瞻性队列研究是很有价值的。对 HNSCC中所有16S rRNA 或宏基因组研究的潜在细菌（不仅是梭杆菌属 )进行meta分析将大有益处。

3.4 泌尿生殖系统癌症

泌尿生殖系统 (GU) 癌症（即肾上腺癌、膀胱癌、肾癌、阴茎癌、前列腺癌和睾丸癌）有限但不断增长的数据表明微生物组在疾病病因学中的作用。尿液以前被认为是一种无菌液体，而目前已知尿液含有可能影响GU癌症的有限但可变的微生物组。尿液微生物群被认为是促炎细菌的来源，这些细菌会回流到前列腺或肾脏。尿液微生物群因性别而异，可能导致男性中几种GU癌症（膀胱、肾脏和前列腺）的发病率高于女性；男性的健康的尿液样本中含有更多的放线菌，包括棒状杆菌和丙酸杆菌，而女性往往含有更多乳酸杆菌。

几十年来，微生物在膀胱癌中的作用显而易见，因为在包括中东和非洲在内的血吸虫病流行地区，特别是在血吸虫治疗的有效方法开发之前，寄生性扁虫血吸虫Schistosoma haematobium的感染与膀胱癌的高发病率密切相关。由寄生卵嵌入膀胱壁引发的炎症可能是主要发病机制。然而，即使在血吸虫阳性病例中，常驻细菌微生物组可能仍然有一定作用，与单纯血吸虫感染或无感染的个体相比，梭杆菌、拟杆菌、韦荣氏菌、气球菌和Facklamia的多个属在膀胱癌患者中富集。此外，在没有血吸虫病流行的美国人群中，3 次或3次以上尿路感染 (UTI) 病史已被证实是膀胱癌的危险因素。绝大多数 (>70%) UTI 是大肠杆菌，初步数据表明大约20% 的UTI患者携带DNA 损伤性pks+E. coli（参见结肠直肠癌部分）。虽然已发现膀胱癌中富含多种属，但研究间分类群的重叠有限，这表明仍需要进一步研究。

对患前列腺癌男性的研究同样报告了差异丰富的广泛微生物属，这些研究之间几乎没有重叠，除了拟杆菌和链球菌（在Nicolaro及其同事的表 3 中进行了综述）。然而，这些研究是在不同的样本（尿液、直肠拭子或粪便样本）中进行的。在迄今为止规模最大的一项研究中，从前列腺癌患者和未患有前列腺癌的男性中获得的尿液并未显示癌症患者与非癌症患者的广泛聚集，尽管6种主要的尿路感染致病菌（能引起炎症）在一组前列腺癌病例中富集（咽峡炎链球菌Streptococcus anginosus、溶乳厌氧菌Anaerococcus lactolyticus、Anaerococcus obesiensis、斯氏放线杆菌Actinobaculum schaalii、Varibaculum cambriense和嗜淋巴丙酸杆菌Propionimicrobium lymphophilum。在小鼠模型中，即使病原体下降到较低水平，泌尿病原体（例如大肠杆菌）也会导致长期炎症，这表明感染相关癌症的合理机制。细菌诱导的前列腺炎中的上皮损伤可能导致抗菌防御受损，加强复发性细菌感染和上皮损伤的前馈循环，从而导致慢性炎症。

肾（肾细胞）癌 (RCC) 的微生物组是GU癌症中研究最少的。然而，美国人群中膀胱或肾脏UTI病史与RCC风险增加有关，尤其是在吸烟男性中。RCC 中细菌和其他流行病学危险因素之间可能存在复杂的相互作用。

4. 微生物组在癌症预防和治疗中的应用

微生物组与各种癌症间日益密切的关联为开发针对癌症预防和治疗的筛查方式提供了机会。目前癌症的诊断通常需要侵入性技术（例如结直肠癌的结肠镜检查、潜在致瘤组织的活组织检查）。其他侵入性较小的检测，包括血液检测、尿液检测、影像学、粪便免疫化学检测和多靶点粪便DNA检测，可提供替代但不太准确的诊断。早期癌症检测是患者预后的关键。利用特定个体癌症类型的确定的微生物特征可能会改善准确的早期和微创诊断方法。目前，除幽门螺杆菌外，尚不存在可用于胃癌的其他微生物筛查工具，但不断增加的研究为未来的发展带来了希望。

4.1 微生物疗法

癌症中靶向微生物的概念起源于去除幽门螺杆菌治疗胃癌的方法（图 3）。因此，针对其他癌症的微生物组可能会影响治疗结果，并为开发微生物靶向治疗提供了前所未有的机会。微生物群操纵是一个研究热点。目前正在研究可以在肠道中增加或提供有益细菌的膳食干预、益生元、合生元和益生菌等用于预防或改善治疗。天然存在或工程化的益生菌可能通过定植代替和生态位排斥或就地产生治疗分子来战胜有害物种。通过粪菌移植 (FMT) 完全替代或恢复患者的微生物组是另一个重点研究领域。然而，人体FMT 已导致患者感染肠道和多重耐药菌，导致患者因缺乏质量控制或使用不明确的微生物产品而死亡。通过窄谱抗生素、单克隆抗体疗法或物种特异性噬菌体去除微生物群中的致癌成员，为微生物调节提供了公认的直接治疗方法。迄今为止，抗生素主要被用作识别微生物群对各种鼠类疾病模型中肿瘤发生的贡献。在人体研究中，仅报道了抗生素暴露与癌症发病之间的关联，而非因果关系。此外，抗生素暴露对癌症发病机制的潜在影响可能因给药途径、暴露时间和抗生素种类而异，甚至有癌症特异性影响。针对与肿瘤发生有关的微生物毒力因子（如毒素或粘附因子）或特定细菌本身的疫苗接种可能带来免疫调节效益。最后，有可能会实现设计治疗分子用以清除或消除微生物组产生的致瘤分子（例如防止DNA修饰）。虽然有很多微生物群治疗的理论方法，但这些想法的应用仍处于起步阶段。然而，正在进行针对多种类型的癌症和疾病的临床试验，这表明活体微生物疗法可能会成为一种治疗选择。

结论

本综述中所描述的每种癌症的存活率都可以归因于首次检测到疾病进展的程度。虽然许多因素都会推动癌症进展，但微生物组的状态现在被认为是为疾病的预兆、原因或促进因素。癌症中的微生物信号可能被癌症的异质性高度混淆，再结合观察到的单个细菌物种-致癌基因相互作用改变癌症生物学，使定义明确的癌症微生物组“特征”难以分类或检测。在本综述中，我们关注特定细菌微生物组成员和微生物组群落结构如何影响癌症进展。我们描述了有害微生物分子的产生、微生物驱动的宿主免疫反应以及微生物触发的宿主细胞功能或基因组变化可能促进癌症生物学的机制。除了病毒，幽门螺杆菌和血吸虫病，微生物群在癌症中的因果关系尚未确定，部分原因是缺乏人类癌症发生前的纵向微生物组研究。进一步研究以了解癌症发生、致癌机制中的微生物组转变可能会指导靶向筛查方式和基于微生物的治疗方法，其重要目标是增强患者护理和结局。微生物组在众多人类癌症中的重要性日益增加，预示未来这一领域在为癌症临床实践新标准提供信息和指导的无限可能。