综述：宫颈癌中的微生物与代谢紊乱：结构见解、生物标志物、机制与治疗策略

本综述系统探讨了微生物组失调与代谢重编程在宫颈癌发生发展中的协同作用，揭示了其通过调节肿瘤免疫微环境（TIME）和治疗抵抗影响进程。文章重点介绍了基于机器学习（ML）和多组学（Multi-omics）发现的新型生物标志物（如乳酸、SCFAs、C8-ceramide-1-phosphate），并提出了包括微生物群调控（如益生菌、FMT）、代谢靶向（如靶向ACCα/FASN）及联合治疗（如PC-顺铂协同）在内的精准干预策略。

　　

2 Role of Microbiota in Cervical Cancer

2.1 Structural Alterations and Biomarkers of Microbiota in Cervical Cancer Patients

人类肠道微生物群由细菌和真菌组成，定植于胃肠道，并通过免疫调节、炎症和代谢调节影响宫颈癌的发展。研究表明，患者的肠道微生物结构发生改变：拟杆菌门（Bacteroidetes）和变形菌门（Proteobacteria）丰度显著增加，而厚壁菌门（Firmicutes）丰度减少；病原菌富集，有益菌群减少；其β多样性可将患者与健康对照组区分开来。多中心研究证实，乳酸杆菌（Lactobacillus）减少，厌氧菌增加，这可能与阴道菌群失调有关。具核梭杆菌（Fusobacterium nucleatum）的丰度与肿瘤分化程度呈正相关，而铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）通过促进整合素表达加速肿瘤进展。瘤胃球菌（Ruminococcus）丰度的变化与肠道屏障功能、细胞免疫和代谢调节有关，其中瘤胃球菌2（Ruminococcus 2）被提议作为诊断生物标志物。机器学习鉴定出五个细菌属作为特征性标志物，如链球菌（Streptococcus）、梭杆菌（Fusobacterium）和假单胞菌（Pseudomonas）。线性判别分析（LEfSe）和随机模型突出了惰性乳酸杆菌（Lactobacillus iners）、假单胞菌和肠球菌（Enterococcus）；结合年龄的标记物可预测复发风险。口腔微生物组分析进一步建议毛细杆菌（Capnocytophaga）和丙酸杆菌（Propionibacterium）作为跨部位生物标志物。

最近关于肿瘤内微生物异质性的研究为宫颈癌发病机制提供了新见解。研究揭示了宫颈肿瘤内显著的微生物异质性，肿瘤微环境（TME）中以假单胞菌、乳酸杆菌和拟杆菌为主，与正常组织中乳酸杆菌为主的组成形成对比。肿瘤和癌旁组织均表现出更高的微生物多样性，假单胞菌的高丰度与较差预后相关。这种微生物异质性延伸至其他恶性肿瘤，如乳腺癌和甲状腺癌，其分布与肿瘤生物学相关，表明肿瘤内微生物可能通过调节局部免疫或代谢重编程影响癌症进展。

2.2 Mechanisms of Microbiota Regulation in Cervical Cancer Progression

肠道微生物群作为宿主健康的关键调节者，通过代谢产物调节免疫微环境，而微生物失调通过特定菌种影响疾病进展。在代谢水平上，短链脂肪酸（SCFAs）表现出多种调节机制。丁酸盐（Butyrate）通过抑制组蛋白去乙酰化酶（HDAC）上调P21，诱导HeLa细胞G1期停滞，并通过caspase途径促进凋亡。此外，丁酸盐通过调节Treg分化和CD8⁺ T细胞活化来重塑免疫微环境。它还能通过增强氧化磷酸化（OXPHOS）和抑制有氧糖酵解来促进巨噬细胞的代谢重编程。作为HDAC抑制剂，它还下调mTOR通路，共同驱动抗炎M2极化和IL-10分泌。丙酸盐（Propionate）通过诱导活性氧（ROS）积累和抑制NF-κB/mTOR通路发挥抗癌作用，而乙酸盐（Acetate）在维持肠道屏障完整性和免疫稳态方面发挥基本作用。

阴道微生物群失调与宫颈癌进展显著相关。乳酸杆菌丰度减少削弱了其抑瘤作用，包括下调HPV E6/E7癌基因和调节CDK2/Cyclin E1。加氏乳酸杆菌（Lactobacillus gasseri）分泌胞外多糖（EPS），降低TNF-α水平并增加IL-10，从而诱导HeLa细胞凋亡。相反，病原体如具核梭杆菌可能通过FadA粘附介导的β-catenin信号通路激活促进肿瘤发生。在宫颈癌中，这通过具核梭杆菌的显著富集、FadA基因过表达以及与β-catenin信号激活相关的E-钙粘蛋白分布异常来证明。

最近的研究揭示，肠道基质细胞产生补体C3以支持抗病毒防御和微生物稳态，而RORγt⁺免疫细胞通过MHCII促进Treg分化并抑制Th17反应，维持免疫耐受。该调节网络受微生物群、昼夜节律和胆固醇代谢物调节，可能影响宫颈癌进展。此外，肠道微生物-代谢物轴在免疫和神经调节中起关键作用：PCSK9抑制MHC I介导的抗原呈递，其阻断增强CD8⁺ T细胞活性并减少Tregs。七氟醚引起的菌群失调会升高胆汁酸，从而抑制神经元TGR5并损害突触可塑性——这些效应可通过微生物移植或胆汁酸干预逆转。

2.3 Therapeutic Strategies Targeting Microbiota in Cervical Cancer

微生物与宿主相互作用深刻影响宫颈癌发展。肠道微生物多样性增加可能通过免疫和代谢调节降低风险，而生殖道菌群失调与宫颈病变和持续性HPV感染显著相关，强调了微生物调节的治疗价值。

合成胆汁酸衍生物通过激活JNK/NF-κB信号通路诱导SiHa细胞凋亡并抑制增殖。这些化合物通过JNK/AP-1触发caspase级联反应，选择性杀死癌细胞，对正常细胞毒性最小，为靶向代谢治疗奠定了基础。

益生菌（WHO定义为活的微生物）表现出多维度治疗效应：乳酸杆菌物种通过乳酸、H₂O₂和抗菌肽促进HPV清除和阴道修复；后生元（postbiotics）激活健康细胞的保护机制，同时选择性诱导低毒性癌细胞凋亡；合生元（symbiotics）增强SCFA生产以加强抗肿瘤作用；口服双歧杆菌（Bifidobacterium）通过增强树突状细胞成熟和肿瘤中CD8⁺ T细胞活性来恢复抗PD-L1疗效；肠道微生物群还调节CD8⁺ T细胞、Th1细胞和髓样细胞以激活抗肿瘤 immunity。此外，临床益生菌研究主要采用随机对照试验，口服或阴道给药。主要终点包括HPV清除、细胞学改善、免疫反应和阴道微生物组变化。益生菌干预通常耐受性良好；口服益生菌减少辐射引起的腹泻，无严重副作用；益生菌疫苗如BLS-M07在CIN3患者中显示出良好的安全性并诱导细胞免疫。

2.4 Therapeutic Potential of FMT in Cervical Cancer

近年来，粪菌移植（FMT）作为调节肠道微生物群的重要方法，在癌症治疗领域显示出潜力。研究表明，宫颈癌患者表现出显著的肠道微生物群失调。FMT通过重塑微生物群组成、调节免疫微环境和代谢，可能成为宫颈癌的新型辅助疗法。

宫颈癌患者的肠道微生物群特点是拟杆菌门丰度增加，厚壁菌门丰度减少，病原菌如变形菌门、肠杆菌科（Enterobacteriaceae）和大肠杆菌-志贺氏菌（Escherichia-Shigella）显著富集。同时，与肿瘤进展相关的病原体丰度升高。FMT通过移植健康供体的“有利肠道类型”——其特征是高α多样性和富含粪杆菌（Fecalibacterium）和瘤胃球菌科（Ruminococcaceae）——来抑制病原菌增殖并恢复微生物群平衡。此外，来自供体微生物群的瘤胃球菌水平增加可以增强肠道屏障功能并调节免疫代谢。FMT还增加了丁酸盐等SCFA的产生，促进Tregs扩增和抗炎因子IL-10的分泌，有助于维持肠道免疫稳态并促进疾病恢复。

FMT在复发性艰难梭菌感染（rCDI）中显示出显著疗效，但其在癌症和炎症性疾病中的应用仍然具有挑战性。技术上，严格的供体和受体筛查——包括影像学、活检和血清/粪便检测——至关重要。全面的病原体筛查和长期随访系统对于降低传播风险也至关重要。目前，FMT在样品制备和递送途径上缺乏标准化，影响了可重复性和结果。从监管角度来看，美国FDA目前仅批准FMT用于rCDI，其他适应症需要研究性新药（IND）申请。欧洲指南建议将粪便材料归类为移植产品以确保安全性和更广泛的适用性。患者选择显著影响疗效；虽然FMT在rCDI中成功率>90%，但在溃疡性结肠炎和克罗恩病中的反应差异很大。超过200项临床试验正在评估FMT用于炎症、自身免疫和癌症状况，通过微生物多样性和功能恢复评估疗效。主要风险包括感染和免疫反应。筛查不足导致多重耐药大肠杆菌传播，强调了严格安全协议的必要性。

3 Metabolomics and Cervical Cancer

3.1 Metabolic Alterations and Biomarkers in Cervical Cancer Patients

代谢组学作为一种新兴的组学技术，通过系统分析生物系统内的小分子代谢物动态反映微环境变化，在宫颈癌机制研究和生物标志物识别中发挥着至关重要的作用。

研究已鉴定出宫颈癌患者血浆中多种代谢物的异常表达。非靶向代谢组学分析检测到55种下调代谢物和7种上调代谢物，胆红素、溶血磷脂酰胆碱（17:0）（LysoPC(17:0)）、N-油酰苏氨酸、12-羟基十二烷酸和二十二碳六烯酸的组合显示出高诊断效能。此外，补充研究确定油酸盐/反油酸盐（oleate/vaccenate）、二十烷酸（eicosanoate）和3-羟基丁酸（3-hydroxybutyrate）在区分患者与健康人群方面特别有效。

脂质代谢重编程是宫颈癌的一个关键特征：特定的磷脂分子在致癌过程中发生显著改变；脂质如磷脂酰胆碱（15:0/16:0）（PC 15:0/16:0）和磷脂酰甘油（12:0/13:0）（PG 12:0/13:0）在宫颈鳞状细胞癌（SCC）中显示出预后相关性；C8-神经酰胺-1-磷酸（C8-Ceramide-1-phosphate）的发现首次揭示了脂质代谢物在宫颈癌细胞功能中的调节作用；血清尿酸水平升高以及胆碱和甘油磷酸胆碱血浆浓度增加也与疾病进展相关。

宫颈癌组织中的氨基酸代谢异常显著：生糖氨基酸如丙氨酸和甘氨酸升高，而苯丙氨酸、酪氨酸和谷氨酸减少。这种不平衡是动态的：从癌前病变（CIN）到鳞状细胞癌进展，乳酸、丙氨酸和3-甲基组氨酸持续增加，而酪氨酸、苯丙氨酸和肌酸持续减少。值得注意的是，宫颈鳞状细胞癌中的乳酸水平显著高于癌前病变，表明其作为分期生物标志物的潜力。

3.2 Mechanistic Insights of Metabolomics in Cervical Cancer Pathogenesis

代谢重编程是宫颈癌进展的一个标志，由脂质代谢、糖酵解和氨基酸代谢的协同失调驱动。

在脂质代谢中，脂肪酸合酶（FASN）通过胆固醇重编程激活PI3K/AKT通路，促进转移和淋巴管生成，而SIRT3上调乙酰辅酶A羧化酶α（ACCα）以加速脂质合成并增强侵袭性。HPV E6/E7癌蛋白诱导固醇调节元件结合蛋白（SREBP）家族成员通过PI3K/AKT/mTOR通路调节脂肪酸摄取、合成和胆固醇代谢。RACK1与IGF1R结合激活AKT/mTOR信号，上调ACC1和FASN表达以驱动脂质积累，其中RACK1诱导的SREBP1直接与ACC1/FASN启动子结合。此外，羟基类固醇脱氢酶2（HSDL2）过表达上调FASN/ACSL/SREBP-1，而SREBP-1抑制显著降低癌细胞活力。

在葡萄糖代谢中，宫颈癌表现出经典的“Warburg效应”，乳酸积累导致微环境酸化，激活明胶酶和组织蛋白酶B以促进肿瘤侵袭。LDH-A敲低抑制糖酵解和肿瘤发生。PD-L1与整合素β4（ITGB4）结合激活AKT/GSK3β/SNAI1轴，协调调节葡萄糖代谢和上皮-间质转化（EMT）。脂多糖（LPS）通过TLR4/MyD88/NF-κB通路下调FRA1，恢复葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PD）活性以逆转磷酸戊糖途径抑制。这些过程的核心是致癌lncRNA NEAT1，它通过三种主要机制促进肿瘤进展：（1）海绵吸附miR-124以激活NF-κB，（2）隔离miR-664b-3p以通过Rheb刺激mTOR，以及（3）抑制miR-101-3p以通过RAC1/HK2/PKM2上调增强糖酵解。NEAT1敲低降低糖酵解活性，突显NEAT1作为潜在治疗靶点。

在氨基酸代谢中，丝氨酸代谢失调的特点是SERINC2蛋白过表达，其减少CD8⁺ T细胞浸润以重塑免疫抑制微环境，而SERINC2敲除抑制肿瘤增殖。谷氨酰胺代谢失调表现为肿瘤中谷氨酸异常积累。色氨酸失衡通过犬尿氨酸诱导的自噬促进肿瘤存活。

PI3K/AKT/mTOR通路核心调节代谢重编程，协调葡萄糖/脂质代谢，并与昼夜节律系统双向相互作用。BMAL1通过PDK1调节AKT磷酸化，而PI3K/AKT通过p110β控制BMAL1:CLOCK核转位。昼夜节律 disruption 促进肿瘤侵袭，而BMAL1抑制PI3K/AKT–MMP-2信号。在血液恶性肿瘤中，新色酚酮B（NSP-B）通过结合其催化位点抑制AKT磷酸化，通过GSK3α/β和4E-BP1抑制诱导细胞周期停滞和凋亡。

代谢重编程与TME之间的相互作用也至关重要。EBV编码的LMP1通过mTOR-SREBP1促进脂质积累，抑制T细胞功能。在鼻咽癌（NPC）中，AKR1B10稳定ACCα，激活TLR4/NF-κB以赋予放射抗性。Tregs利用FAO/OXPHOS并通过CD70-CD27增强免疫抑制，而M2巨噬细胞抑制依赖于FAO；其抑制促进M1复极化。

3.3 Therapeutic Strategies in Cervical Cancer Based on Metabolomics

代谢组学通过揭示超越糖酵解失调的代谢重编程，包括氨基酸和糖鞘脂代谢的改变，为宫颈癌提供了新见解。

例如，6-甲氧基黄酮（6-methoxyflavone）通过下调LDHA抑制HeLa细胞中的糖酵解，这与淋巴结浸润和治疗反应相关。噻吩并[2,3-b]吡啶衍生物诱导凋亡并调节糖鞘脂代谢，尽管效力因细胞系而异。多柔比星影响L-鸟氨酸代谢并上调ANKRD18B，提示尿素循环参与。值得注意的是，磷脂酰胆碱（PC）诱导线粒体功能障碍、脂毒性和氧化应激，促进线粒体自噬。当与顺铂联合时，PC显著增强细胞毒性和凋亡，对宫颈癌细胞的特异性高于正常细胞或乳腺癌细胞，突显其靶向联合治疗的潜力。

多组学整合基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学数据以推进肿瘤药物开发。它阐明肿瘤机制，识别生物标志物和分子亚型，并实现个性化治疗。多组学还促进新靶点发现，并通过破译免疫微环境功能来优化免疫治疗。

4 Summary and Future Perspectives

宫颈癌的发生和发展与高危HPV的持续感染密切相关。微生物组和代谢组学的整合研究为阐明其分子机制和开发诊断治疗策略提供了新的视角。系统研究揭示了微生物失调和代谢重编程在宫颈癌发生中的协同作用。机器学习已识别出新的生物标志物，包括乳酸杆菌、短链脂肪酸（SCFAs）、C8-神经酰胺-1-磷酸和乳酸。提出的创新疗法包括益生菌/后生元调节、FMT重塑微生物组、PC-顺铂协同作用以及FMT联合免疫检查点抑制剂。然而，当前研究仍面临显著局限性：关键研究样本量不足（例如，Wang等人，n=8）且缺乏多中心验证；微生物-宿主相互作用的机制仍不清楚；临床转化证据不足；以及缺乏宏基因组、代谢组和转录组分析的系统整合。

为了应对这些挑战，未来的研究应制定更具体和可操作的计划。这应始于一项大规模、多中心队列研究，对志愿者进行长期随访（长达七年），利用空间转录组学和质谱成像系统剖析肿瘤微环境内微生物群-代谢-免疫网络的异质性。此外，应使用HPV阳性类器官模型结合单细胞测序来阐明具核梭杆菌FadA/β-catenin信号与HPV癌蛋白之间的相互作用。临床转化将分阶段推进：I/II期试验（1-2年）评估FMT联合PD-1抑制剂的安全性和初步疗效，随后进行III期试验（3-5年），基于多组学数据优化益生菌治疗策略。同时，将利用人工智能开发整合多组学和临床数据的预测模型，以实现高精度诊断工具。成功实施需要多机构合作和样品处理的标准化协议以确保数据可靠性。

通过这些临床和转化研究努力，我们旨在建立宫颈癌的微生物组-代谢物分子分类系统，开发一至两种靶向微生物组的辅助疗法，并促进FMT等创新治疗的临床转化。这些成果将为宫颈癌的精准预防和治疗提供理论基础，并加强其临床适用性。