《Frontiers in Immunology》：The intratumoral microbiome in colorectal cancer: origins, microenvironmental interactions, and new horizons in precision medicine
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这篇综述系统回顾了结直肠癌（CRC）肿瘤内微生物组的最新进展，打破了传统“无菌肿瘤”观念。它深入探讨了这些微生物的来源、空间分布异质性及其通过代谢重编程、免疫调节（如影响PD-L1、T细胞功能）和表观遗传修饰（如DNA甲基化）等机制驱动肿瘤进展、影响疗效（如化疗、免疫治疗）的关键作用。文章还展望了基于微生物组的新型诊断策略和靶向干预（如纳米技术、工程益生菌）在精准医学中的应用前景。
引言：肿瘤非“无菌”的新范式
长久以来，肿瘤组织被视为无菌的。然而，高通量测序和空间多组学技术的发展揭示了令人惊讶的事实：结直肠癌（CRC）等肿瘤内部存在着一个特定的、功能活跃的“肿瘤内微生物组”。这些微生物远非“旁观者”，而是深度参与重塑肿瘤微环境（TME）、影响肿瘤进展和决定治疗反应的关键驱动因素。本综述旨在系统梳理过去十年的研究成果，为CRC的新型诊断策略和微生物导向的治疗提供新视角。
起源与定植：微生物如何“进驻”肿瘤？
肿瘤内微生物的来源尚在探索中，目前证据主要指向两大途径。一是内源性易位：肠道作为人体最大的细菌库，是胃肠道肿瘤微生物的主要来源。当肠黏膜屏障受损时，腔内细菌可能穿过上皮防御，直接定植于肿瘤组织。局部炎症会破坏屏障稳态，促进邻近组织微生物向肿瘤迁移。二是远端迁移：来自口腔（如Fusobacterium nucleatum、Porphyromonas gingivalis）等部位的微生物，可能通过血液或淋巴循环系统迁移，并在TME中选择性定植。一些研究支持“共转移”假说，即细菌可能伴随肿瘤细胞一起转移到远处器官（如肝转移灶），并在新环境中存活。
组成与分布特征：一幅异质性的生态图景
CRC的肿瘤内微生物组并非均匀分布，其组成具有显著的解剖位置异质性和演进动态。
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解剖位置差异：右侧（近端）结肠癌、左侧（远端）结肠癌和直肠癌的微生物谱系存在差异。右侧结肠癌通常具有更高的微生物多样性，且更易富集与生物膜形成相关的菌群；
Fusobacterium的丰度在右侧肿瘤中更高，并与微卫星不稳定性（MSI）状态密切相关。而左侧结肠癌和直肠癌则显示出不同的优势菌群，这些菌群常与肺转移相关。
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原发灶与转移灶的微生态演进：肿瘤内微生物并非局限于原发灶，它们可以“搭便车”伴随肿瘤细胞转移至远端器官。例如，在原发CRC及其肝转移灶（CRLM）中均能检测到F. nucleatum，且存在高度一致性。然而，转移部位的微环境也会选择性重塑定植菌群。基于肿瘤内微生物群落特征，肝转移患者可被分为不同亚型（如IMCS1-IMCS3），这些亚型与代谢特征和预后密切相关。
核心微生物与宿主互作机制：驱动肿瘤的多重“武器”
CRC肿瘤内存在一组核心促瘤菌群，它们通过代谢重编程、表观遗传调控和免疫微环境重塑等协调轴驱动肿瘤进展。
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优势病原体：Fusobacterium nucleatum（具核梭杆菌）是研究最深入的“明星菌”，常与其他病原体共现。产肠毒素脆弱拟杆菌（ETBF）分泌的毒素可诱导肿瘤细胞侵袭表型。携带pks基因组岛的Escherichia coli（pks+E. coli）能产生基因毒素colibactin，导致宿主DNA双链断裂，引发基因组不稳定性。
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非细菌成员：真菌（如Malassezia）、噬菌体和古菌在肿瘤中也存在，并与分子亚型或预后相关，噬菌体可通过调节细菌群落间接影响肿瘤进程。
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代谢与表观遗传调控：微生物通过代谢产物深刻影响肿瘤。例如，F. nucleatum通过产生腐胺促进肿瘤增殖，其代谢色氨酸产生的吲哚衍生物可激活芳烃受体（AhR）信号，促进肿瘤干细胞性和化疗耐药。pks+E. coli产生的colibactin可直接诱导DNA损伤。微生物还能通过影响甲基供体代谢，导致CRC组织中DNA甲基化模式的广泛改变。短链脂肪酸（如丁酸盐）在特定肿瘤微环境中可能通过抑制组蛋白去乙酰化酶（HDAC）导致CD8+T细胞耗竭。
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免疫微环境重塑：肿瘤内微生物是重塑TME的关键驱动者。F. nucleatum可诱导癌症相关成纤维细胞（CAF）分泌CXCL1、IL-6等促炎因子，促进侵袭转移。Peptostreptococcus anaerobius通过激活整合素α2/β1–NF-κB信号诱导CXCL1分泌，招募多形核髓源性抑制细胞（PMN-MDSC），其分泌的lytC_22蛋白直接作用于MDSC上的SLAMF4受体，增强其免疫抑制活性。特定微生物代谢物（如鞘脂S1P）可上调肿瘤细胞PD-L1表达，限制效应T细胞扩增。
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宿主基因型的塑造作用：宿主的遗传背景对微生物定植具有选择性塑造作用。KRAS突变通过调控miR-3655/SURF6–IRF7轴抑制干扰素-β（IFN-β）分泌，降低宿主清除ETBF的能力，导致其定植增加。宿主基因KCNJ11的单核苷酸多态性（SNP）会导致其表达下调，增加肿瘤细胞表面Gal-GalNAc水平，从而通过Fap2蛋白促进F. nucleatum的黏附和定植。
临床病理特征与分子亚型中的差异分布
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分子亚型共变模式：肿瘤内微生物群落结构与CRC的共识分子亚型（CMS）存在显著共变关系。例如，ETBF在预后最差的CMS4（间质）亚型中显著富集，并能诱导肿瘤细胞呈现CMS4样基因表达谱。不同的免疫亚型也与特定微生物群落相关。
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早发与晚发CRC的差异：早发性结直肠癌（EOCRC）的肿瘤微生物群在α多样性和β多样性上与晚发性结直肠癌（AOCRC）存在显著差异。EOCRC肿瘤中Akkermansia和Bacteroides的相对丰度更高，而Fusobacterium和Bacillus在AOCRC中更常见。
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性别与种族差异：现有研究提示存在性别与种族差异，但结论尚需更大规模研究验证。例如，女性患者F. nucleatum阳性比例可能更高，但可能与肿瘤部位（女性更多近端癌）有关。不同种族人群的CRC组织微生物组成也存在显著差异。
临床应用：从诊断到治疗
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早期筛查与诊断：基于关键菌种（如F. nucleatum）丰度变化结合机器学习算法构建的诊断模型，其性能常优于传统粪便潜血试验（FOBT）。口腔（唾液/牙菌斑）微生物组因“口腔-肠道”轴的存在，也显示出独特的诊断价值。
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预后评估：F. nucleatum的高丰度与CRC患者总生存期（OS）、无病生存期（DFS）缩短及更高复发风险显著相关。在转移性CRC中，微生物群落特征可用于风险分层。
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治疗反应预测：在化疗方面，微生物可直接干扰药物代谢导致耐药。例如，共存的E. coli可通过代谢修饰解毒5-氟尿嘧啶（5-FU），保护F. nucleatum和肿瘤细胞。在免疫检查点抑制剂（ICI）治疗中，微生物可重塑微环境影响疗效。在局部晚期直肠癌（LARC）新辅助放化疗（nCRT）中，特定菌属的富集与治疗反应（完全缓解CR或不完全缓解Non-CR）密切相关。
靶向干预策略：纳米医学与微生物制剂
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纳米技术与工程递送系统：利用仿生技术（如中性粒细胞膜包被的纳米粒）、纳米酶（如铜单原子纳米酶、铁基纳米酶）可实现病原体的精准清除并协同抗肿瘤免疫。智能响应递送系统（如果聚糖基口服水凝胶）可实现结肠靶向给药及微生态调节。基于细菌膜的纳米疫苗能诱导特异性免疫应答，选择性清除肿瘤内病原体。
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微生物制剂：益生菌（如Clostridium butyricum）及其衍生物（如后生元）可通过调节免疫增强化疗或免疫疗法疗效。噬菌体疗法作为一种高特异性抗菌方法，可直接裂解肿瘤相关病原体，并可被工程化为递送药物或免疫调节剂的载体。
当前研究的技术局限与挑战
主要挑战包括：低生物量样本检测困难与环境污染控制（“Kitome”污染）、采样异质性与肠道菌群干扰、以及微生物定植来源与因果关系界定困难。未来需依靠无菌动物模型、孟德尔随机化等研究方法，并结合高分辨率空间转录组学与微生物单细胞RNA测序（scRNA-seq）等技术，在可控环境中追踪肿瘤发生发展的时空动态并推断因果关系。
结论与展望
结直肠癌肿瘤内微生物组的研究正从现象描述迈向机制阐明和临床转化的新阶段。这些微生物作为TME不可或缺的功能组件，其空间分布异质性及其与宿主基因、免疫系统的复杂互动，深刻影响着CRC的发生、发展与治疗结局。未来，解决低生物量样本污染控制与检测标准化问题是临床转化的前提。同时，整合空间多组学技术全面绘制微生物-宿主互作图谱，并开发基于微生物组的精准干预策略（如工程益生菌、纳米医学递送系统），有望为CRC的综合治疗带来突破性进展。
