综述：肠道菌群中的厚壁菌门：肥胖个体中激素对乳腺癌的影响

《Hormones & Cancer》：Firmicutes in gut microbiota: hormonal influence on breast cancer in obese individuals

本综述系统阐述了“肥胖-菌群-激素-乳腺癌”轴，聚焦于厚壁菌门（Firmicutes）通过调节雌激素代谢（如β-葡萄糖醛酸酶活性）在肥胖相关乳腺癌（BC）发生发展中的关键作用，并探讨了通过饮食、益生菌、粪菌移植（FMT）及GUS抑制剂等靶向肠道菌群的潜在防治策略。

　　

1 引言

乳腺癌（BC）是全球女性死亡的主要原因之一，其危险因素多样，其中肥胖已被证实与BC的发病和进展密切相关，尤其是在绝经后女性中。肥胖会导致雌激素水平升高、炎症因子增加和胰岛素抵抗，这些都被认为是增加BC风险的因素。微生物失调已成为包括BC在内的多种癌症发生发展的重要因素。同时，厚壁菌门（Firmicutes）作为肠道菌群中富集的一个门，可以影响雌激素和孕激素的代谢，这解释了其在促进BC发展中的部分作用。本综述重点阐述了“肥胖-菌群-激素-乳腺癌”轴，聚焦于厚壁菌门在激素水平上对BC的影响。我们还探讨了通过调节肠道菌群来预防肥胖相关BC和改善患者生存结局的潜在方法。

2 肥胖与乳腺癌：微生物组的作用

体重指数（BMI）与绝经前BC呈负相关，与绝经后BC呈正相关。肥胖（定义为BMI≥30 kg/m²）是BC不良结局的主要危险因素。值得注意的是，肥胖通过诱导慢性炎症、增加激素水平和激活促进癌症发展的蛋白质及信号通路，创造了一个有利于癌症的环境。除了上述全身性代谢改变外，肠道菌群在BC的发病和治疗结局中扮演着重要角色。肥胖已被证明会导致肠道菌群失调，引起微生物多样性的显著变化。最近的研究表明，肥胖人群的肠道微生物α多样性显著降低。高脂饮食（HFD）与BC的快速进展和不良预后相关。HFD介导的肠道菌群参与了这些癌症中肥胖相关肿瘤的发展。Goedert等人报告称，绝经后BC女性表现出改变的粪便菌群组成，其α多样性较低，且与雌激素无关。Zhu等人则指出，在绝经前BC患者中，其肠道菌群组成与健康绝经前女性相比没有显著差异。然而，绝经后患者和绝经后对照组的丰度存在差异：38个物种在绝经后患者中富集。另一项研究分析了BC四种主要亚型的菌群多样性：ER阳性、三阳性、HER2阳性和三阴性（TNBC）。结果显示，每种亚型都具有独特且强烈的微生物特征，尽管存在一些共享成分。所有四种亚型均显示出变形菌门（Proteobacteria）占主导地位，其次是厚壁菌门。

3 肠道菌群与厚壁菌门概述

肠道菌群是居住在人体肠道中的微生物群落的总称，已成为微生物学、医学、遗传学及相关领域近年来最引人注目的研究领域之一。肠道菌群失调越来越被认为是癌症的一个特征。人类肠道菌群包含数十个细菌门，包括拟杆菌门（Bacteroidetes）和厚壁菌门。在一个典型的健康人类结肠中，约95%的细菌属于四个主要门。具体而言，59%是厚壁菌门，24%是拟杆菌门，9%是放线菌门（Actinobacteria），3%是变形菌门。临床前研究表明，某些厚壁菌门细菌在通过受损的肠道黏膜迁移后可以增强抗癌反应。这些发现表明了有害效应和治疗效应之间的机制联系。厚壁菌门也被称为低G+C含量的革兰氏阳性原核生物。主要类群包括芽孢杆菌属（Bacillus）、梭菌属（Clostridium）、肠球菌属（Enterococcus）、真杆菌属（Eubacterium）、毛螺菌属（Lachnospira）、乳杆菌属（Lactobacillus）、瘤胃球菌属（Ruminococcus）、葡萄球菌属（Staphylococcus）、链球菌属（Streptococcus）等。普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）是厚壁菌门中的一种有益细菌，是关键的丁酸生产者。丁酸具有抗炎作用，支持细菌酶活性，并保护肠道免受肠道病原体侵害。乳酸菌也属于这个门，它们产生短链脂肪酸、乳酸和抗菌化合物，有助于防止病原体定植。然而，厚壁菌门也包含一些有害细菌，如引起胃肠道感染的产气荚膜梭菌（Clostridium perfringens）和引起严重感染的金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）。

厚壁菌门与拟杆菌门的比例（F/B ratio）在维持肠道微生物平衡中起着关键作用。该比例的变化与各种病理状况相关。最近的研究一致支持F/B比例增加与肥胖之间的关系。在肥胖动物和人类中首次观察到厚壁菌门和拟杆菌门丰度的变化，即厚壁菌门水平升高，拟杆菌门水平下降。一项比较日本不同体重个体粪便样本的研究发现，非肥胖参与者的平均厚壁菌门水平为37.0±9.1%，而肥胖参与者为40.8±15.0%。对于拟杆菌门，非肥胖个体为44.0±9.8%，而肥胖个体为37.0±14.0%。在乌克兰成年人的一项研究中报告了类似的发现，F/B比例与BMI显著相关。F/B比例≥1的个体超重的可能性比F/B比例<1的个体高23%。在卡塔尔进行的一项研究中，比较了37名肥胖和36名瘦弱个体，肥胖和瘦弱受试者的F/B比例分别为2.25±1.83和1.76±0.58。在哈萨克斯坦和比利时学生中，肥胖组的F/B比例显著高于对照组。

4 厚壁菌门与激素调节

雌激素的调节对女性健康至关重要，因为它影响着广泛的生理过程，包括生殖健康、骨密度和心血管功能。肠道菌群在雌激素代谢中起着至关重要的作用，有证据表明，使用抗生素破坏肠道微生物会降低血液中的雌激素含量。厚壁菌门与拟杆菌门之间平衡的变化也与循环雌激素水平升高有关。这种转变可能会增加患BC的风险。微生物群失调还可能导致肥胖、性激素异常产生，以及通过破坏激素与葡萄糖醛酸的结合来增加肠道中激素的重吸收。

雌激素是女性的主要性激素，被释放到血液中。然后它在肝脏中通过与葡萄糖醛酸和其他化合物结合而失活，这增强了其在水中的溶解度。这种修饰使雌激素能够通过尿液经肾脏排出，部分也通过胆汁排入肠道。微生物分泌的β-葡萄糖醛酸酶（β-glucuronidase）可以将雌激素从其结合形式代谢为去结合形式。最终，雌激素可以以生物活性形式返回到肠肝循环中。Plottel和Blaser创造了“雌激素组（estrobolome）”一词，指代胃肠道中参与雌激素代谢的细菌基因集合。在人类胃肠道中，最重要的β-葡萄糖醛酸酶编码基因是GUS基因。厚壁菌门中的大多数细菌也拥有属于“雌激素组”的基因，这些基因可以通过调节β-葡萄糖醛酸酶的活性来调节内源性雌激素代谢，从而影响雌激素水平的循环和排泄。最近的一项研究绘制了肠道微生物中的β-葡萄糖醛酸酶图谱，发现了112种新的GUS类型。它们分为六组，存在于四个主要细菌门中：拟杆菌门、厚壁菌门、疣微菌门（Verrucomicrobia）和变形菌门。其中拟杆菌门呈现最高的GUS酶丰度和多样性。Ervin等人对35种人类肠道微生物GUS酶进行了首次体外分析，以评估它们重新激活两种雌激素葡萄糖醛酸的能力：雌酮-3-葡萄糖醛酸和雌二醇-17-葡萄糖醛酸。他们的结果显示，肠道微生物GUS酶在雌激素组中起着关键作用。

许多研究人员关注厚壁菌门在激素代谢中的作用。以下总结了关于厚壁菌门成员的部分研究。研究表明，产黑色素拟杆菌（Bacteroides melaninogenicus）对雌激素和孕激素均表现出高亲和力，能够代谢这些激素。进一步的研究揭示，大肠杆菌Nissle 1917可以促进血清和卵泡液上清中的孕酮水平。除了代谢雌激素外，厚壁菌门还参与从饮食来源合成类雌激素化合物或模拟物。林氏真杆菌（Eubacterium limosum）通过去甲基化羟基来促进雌激素化合物的活化。McIntosh等人报告称，全身雌激素水平与某些肠道细菌之间存在密切联系，特别是厚壁菌门中的梭菌纲（Clostridia），如瘤胃球菌科（Ruminococcaceae）。总体而言，目前的研究表明厚壁菌门群落与全身总雌激素之间存在直接且强烈的联系。这种关联似乎独立于任何特定的系统发育类别或簇。需要进一步研究以探索其功能和代谢意义。然而，肠道菌群与激素之间的相互作用可能不是单向的。

激素显著调节肠道菌群的组成和功能，影响宿主生理的各个方面。微生物内分泌学的进一步研究揭示，儿茶酚胺、雌酮和孕酮可以促进细菌生长。儿茶酚胺影响细菌毒力基因的表达，增加细菌毒力。相比之下，雌三醇和雌二醇会降低细菌毒力。孕酮已被证明能诱导去卵巢小鼠中乳杆菌的生长，并有助于预防焦虑样行为和抑郁。

先前关于厚壁菌门成员及其通过肠肝循环与雌激素水平相关的功能的研究，强调了厚壁菌门与雌激素和孕激素等激素之间的相互作用。这种相互作用在影响女性健康的几个途径中发挥作用。这些相互作用可能影响各种生理方面，包括生育能力、肥胖、糖尿病和癌症。厚壁菌门-激素轴代表了肠道菌群与激素调节之间的关键联系，突显了其作为改善女性健康结局的治疗靶点的潜力。

5 厚壁菌门与肥胖人群乳腺癌的关联机制

如上所述，肥胖个体肠道菌群的一个关键特征是失调，其标志是厚壁菌门的过度代表。厚壁菌门是雌激素微生物群的一部分，拥有复杂而强大的机制，显著影响雌激素代谢。雌激素，特别是作为雌激素受体阳性BC的驱动因素，是BC发展的重要致病因素。因此，我们致力于建立一个“肥胖-菌群-激素-乳腺癌”轴，结合微生物学、内分泌学和肿瘤学等多个学科，以加深对BC发病机制的理解，并为临床策略提供见解，以更好地预防和治疗BC。

雌激素受体阳性BC是最常见的亚型，与雌激素水平密切相关。几项研究证明了肠道菌群组成与全身雌激素之间的关联。例如，对健康绝经后女性的研究发现，更大的微生物多样性与较高的尿液雌激素及其代谢物水平相关。在非洲绝经后女性中也观察到了类似的发现，肠道和口腔菌群都与循环雌激素水平相关。在BC患者中，发现晚期患者中瘦梭菌（Clostridium leptum）和产气荚膜梭菌（Clostridium cocoides）的水平较高。这些物种属于厚壁菌门。它们已知能产生β-葡萄糖醛酸酶，这种酶可能促进肠道中雌激素的重新活化。

厚壁菌门已被证明能显著影响雌激素和孕激素水平，从而调节癌症的发生和进展。很明显，肥胖个体肠道菌群中观察到的失调通过影响激素调节增加了BC的风险。“肥胖-菌群-激素-乳腺癌”轴为理解这一生理过程提供了一个有价值的框架，并为未来的研究和治疗干预提供了潜在的途径。

6 肠道菌群对乳腺癌治疗的影响

新的证据表明，肠道菌群可能通过影响药物疗效和毒性，包括对化疗、免疫治疗和其他靶向治疗的反应，在BC的发展和治疗中发挥关键作用。肠道菌群能够代谢超过40种不同的药物，并可能影响更多药物的疗效。药物暴露会激活各种微生物门中的代谢和应激反应通路，其中厚壁菌门起着关键作用。此外，特定的肠道菌群已成为药物反应的重要决定因素，影响BC患者的临床结局。

化疗仍然是BC治疗的基石，它使用药物靶向并摧毁癌细胞。它通常用作早期癌症的主要治疗，或作为手术后的辅助治疗，以消除剩余的癌细胞并降低复发风险。BC常见的化疗药物包括蒽环类药物（如多柔比星）、紫杉烷类药物（如紫杉醇）和环磷酰胺。肠道菌群在调节化疗疗效中起着重要作用。研究发现，在无菌小鼠和用抗生素治疗的动物中，环磷酰胺和铂盐等化疗药物的疗效明显较差。研究表明，环磷酰胺促进乳杆菌属和肠球菌属等细菌迁移到次级淋巴器官，包括脾脏。这一过程触发了特定的免疫反应，并促进细胞毒性T细胞在肿瘤中积累，从而增强了环磷酰胺的治疗效果。某些细菌，如植物拉乌尔菌（Raoultella planticola），可以代谢多柔比星（DOX），通过去糖基化降低其疗效和毒性。此外，在TNBC小鼠模型中，用抗生素清除肠道菌群改善了DOX的治疗反应并抑制了转移。铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）也被发现能影响体外DOX诱导的癌细胞死亡。因此，这些发现表明，维持富含有益细菌的微生物群可以改善化疗结局。作为支持，将DOX与益生菌联合使用被证明能更有效地抑制乳腺肿瘤生长。化疗药物伊立替康在肝脏和肠道中转化为其活性形式SN-38，随后被解毒为SN-38-G。在肠道中，微生物β-葡萄糖醛酸酶可以将SN-38-G重新转化为活性形式，导致胃肠道毒性。使用抗生素或β-葡萄糖醛酸酶抑制剂可以减轻这种副作用。然而，连接肠道菌群与BC化疗反应的机制仍然知之甚少。目前，微生物群影响BC发生和发展的潜力可以从其他癌症的研究中衡量。结直肠癌是最早与微生物群落变化相关的癌症。例如，Yu, T.等人将具核梭杆菌（E.nucleatum）注射到结直肠肿瘤中，发现具核梭杆菌通过自噬依赖性途径对奥沙利铂化疗产生耐药性，表明了细菌的促肿瘤作用。Iida, N.等人也发现肠道菌群可以影响铂类化疗药物奥沙利铂的疗效。

有令人信服的证据表明，肠道菌群的组成可以影响BC中抗HER2治疗的疗效，特别是在HER2阳性肿瘤患者中。Di Modica, M.等人探讨了肠道细菌组成与HER2阳性患者曲妥珠单抗反应之间的联系。他们的发现揭示，抗生素的使用降低了抗HER2治疗的疗效，表明肠道菌群在曲妥珠单抗活性中起着直接作用。同时，他们观察到对曲妥珠单抗反应较好的患者中，梭菌目（Clostridiales）的丰度较高，而拟杆菌属（Bacteroides）的丰度较低。在一项涉及14名接受帕博西尼（palbociclib）、瑞博西尼（ribociclib）或阿贝西利（abemaciclib）联合氟伏沙明治疗的转移性BC患者的研究中，发现应答者的肠道中富集了特定的微生物群落。这些发现表明，操纵肠道菌群，例如通过粪便微生物移植（FMT），可以通过恢复有益的微生物群落来增强靶向治疗的疗效。目前，关于肠道菌群与内分泌靶向治疗疗效之间相互作用的系统性研究仍然有限。需要进一步研究以了解肠道菌群如何代谢或影响靶向治疗，这可能会影响其疗效和癌症复发。

同时，在癌症的全身治疗中，肠道菌群可以影响药物的代谢，调节对治疗的免疫反应，并影响治疗的副作用。随着细胞毒性T淋巴细胞相关蛋白4（CTLA-4）、程序性细胞死亡蛋白1（PD-1）和程序性死亡配体1（PD-L1）等免疫检查点抑制剂被批准用于癌症治疗，肠道菌群在免疫治疗中的作用已得到认可。临床前研究表明，某些微生物种群影响治疗反应。长双歧杆菌（B. longum）在TNBC小鼠模型中增强了抗PD-1治疗。然而，肠道菌群对这些疗法影响的证据主要存在于转移性黑色素瘤的背景下。CTLA-4阻断受拟杆菌属（Bacteroides）物种如多形拟杆菌（B. thetaiotaomicron）和脆弱拟杆菌（B. fragilis）的影响，而双歧杆菌（Bifidobacterium）通过促进树突状细胞功能和CD8⁺T细胞活性来支持抗PD-L1的疗效。长双歧杆菌、好气气球菌（Collinsella aerofaciens）和屎肠球菌（Enterococcus faecium）也与更好的抗PD-1结局相关。临床证据强调了微生物群在ICB疗效中的作用，应答者显示出关键细菌物种的丰度增加，包括阿克曼菌（Akkermansia）和另枝菌（Alistipes）。其他微生物，包括瘤胃球菌科、梭菌目和普拉梭菌，通过增加CD4⁺/CD8⁺比例同时减少Tregs和抑制细胞，创造了一个有利的免疫环境。益生菌可能通过恢复微生物多样性、增强自然杀伤细胞活性以及向Th1偏向的免疫谱系转变来进一步支持基于免疫的疗法。

此外，内分泌疗法，如选择性雌激素受体调节剂，也受到肠道菌群的影响。Chen等人发现，他莫昔芬及其代谢物4-羟基他莫昔芬是细菌β-葡萄糖醛酸酶的底物，这可能通过逆转葡萄糖醛酸化来限制治疗效果。

另外，治疗药物会破坏肠道菌群的组成。化疗与韦荣球菌属（Veillonella）物种的减少有关，这与癌症患者的不良预后相关。在一项针对57名有化疗史的BC患者的研究中，发现厚壁菌门与化疗治疗呈负相关。化疗已被证明会减少有益肠道微生物的数量，包括双歧杆菌属和乳杆菌属，同时为机会性物种如艰难梭菌（Clostridium difficile）的过度生长创造了有利条件。在荷瘤小鼠中，环磷酰胺治疗与微生物组成的转变有关，特别是拟杆菌门的丰度减少，厚壁菌门的相对