《Oncology Reviews》：Engineering probiotic consortia to improve chemotherapy tolerance and reduce toxicity in breast cancer patients: a new frontier in supportive precision oncology
化疗是乳腺癌治疗的基石，但常受限于系统性毒性、胃肠道黏膜炎、免疫抑制及治疗中断，这些均影响患者预后。新近证据表明，肠道菌群是化疗耐受性与毒性的核心调节介质。细胞毒性方案可诱导菌群失调，其特征为有益共生菌耗竭、条件致病菌扩增及微生物代谢功能受损，从而加剧黏膜损伤、炎症及系统性不良反应。工程益生菌联合体——即经合理设计的多菌株微生物群落——提供了一种恢复菌群平衡、强化上皮屏障功能、调节免疫应答并增强化疗耐受性的新策略。临床前及初步临床研究表明，多菌株联合体可增加短链脂肪酸（SCFA）生成、降低促炎信号、保护黏膜完整性并改善患者治疗期间的恢复力。合成生物学与微生物组工程学的进展使得设计具有互补功能与生态稳定性的微生物联合体成为可能。本综述系统阐述了工程益生菌联合体的机制依据、临床前及临床证据、技术策略与转化意义，强调其在乳腺癌治疗中变革支持性护理的潜力。
4 化疗诱导毒性及微生物组失调的病理生理基础
乳腺癌患者化疗诱导的毒性是一个多因素过程，涉及对快速分裂细胞的直接细胞毒性作用、组织稳态破坏、免疫失调及系统性炎症反应。细胞毒性药物在有效靶向肿瘤细胞的同时，也会影响健康增殖组织，尤其是胃肠道上皮、骨髓及黏膜免疫细胞。这种双重影响启动了一系列病理事件，构成局部及系统性毒性的基础，包括黏膜炎、腹泻、骨髓抑制、乏力及代谢紊乱。
在黏膜层面，化疗诱导基底上皮细胞凋亡，导致黏膜层变薄及紧密连接破坏。上皮完整性丧失增加通透性，使腔内细菌及微生物产物易位至黏膜下层及体循环。这一屏障破坏触发先天免疫应答激活，包括中性粒细胞及巨噬细胞募集，以及NF-κB、TNF-α、IL-1β及IL-6等促炎信号通路的放大。化疗产生的氧化应激进一步加剧上皮损伤，形成炎症与组织损伤的正反馈循环。
同时，化疗深刻改变肠道菌群，产生菌群失调状态，加剧黏膜脆弱性及系统性毒性。微生物多样性丧失降低生态韧性及功能冗余，而有益共生菌如乳杆菌（Lactobacillus）、双歧杆菌（Bifidobacterium）、普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）及嗜黏蛋白阿克曼菌（Akkermansia muciniphila）的耗竭损害短链脂肪酸（SCFA）生成、黏蛋白周转及抗炎信号传导。条件致病菌如肠球菌（Enterococcus）及肠杆菌科（Enterobacteriaceae）的扩增进一步破坏生态系统稳定，促进内毒素释放、Toll样受体（TLR）激活及增强的炎症应答。这些菌群改变加剧黏膜损伤、延迟上皮修复，并增加系统性感染风险，尤其在免疫受损患者中。
菌群失调的功能后果超越组成变化。化疗诱导的微生物改变损害关键代谢过程，包括SCFA生物合成、胆汁酸转化及氨基酸代谢，而这些过程对上皮再生及免疫调节至关重要。由此产生的代谢缺陷导致黏膜炎迁延、氧化应激增加及系统性炎症负担加重。此外，微生物组扰动可影响药物代谢，可能改变化疗药物的药代动力学及药效学，进一步影响治疗疗效及毒性谱。
上皮损伤、免疫激活与微生物组破坏之间的相互作用形成恶性循环：上皮损伤促进菌群失调，菌群失调加剧炎症，而炎症进一步损伤上皮组织。这一循环不仅构成胃肠道毒性的基础，也涉及系统性不良反应，包括乏力、厌食及骨髓抑制，共同损害化疗耐受性及患者生活质量。
5 工程益生菌联合体的机制依据
工程益生菌联合体支持乳腺癌化疗患者的概念源于对肠道菌群在维持胃肠道及系统性稳态中复杂多维作用的认识。化疗破坏微生物生态系统，耗竭有益共生菌、扩增条件致病菌并损害关键代谢功能。单菌株益生菌虽在特定情境下有益，但往往缺乏完全恢复菌群平衡或减轻细胞毒性治疗诱导的多因素毒性所需的功能广度及生态韧性。在此背景下，合理设计的益生菌联合体通过组合具有互补功能的多种菌株，提供了一种有说服力的机制策略，可协同强化上皮完整性、调节免疫应答并恢复代谢稳态。
益生菌联合体可恢复短链脂肪酸（SCFA）的生成，尤其是丁酸、丙酸及乙酸，这些物质是结肠细胞的关键能量来源，并在维持紧密连接完整性与上皮屏障功能中发挥核心作用。通过补充SCFA产生菌群，此类联合体有助于对抗化疗诱导的上皮凋亡并支持黏膜再生。除代谢贡献外，工程联合体还可影响免疫调节。特定菌株刺激调节性T细胞活性、增强抗炎细胞因子信号传导并抑制NF-κB等促炎通路，从而减轻导致黏膜炎及系统性毒性的过度免疫激活。
除代谢及免疫调节功能外，益生菌联合体还提供竞争性生态优势，限制可加剧黏膜损伤的条件致病菌扩增。联合体内菌株可占据肠道生态系统中的不同生态位、产生抗菌化合物并维持定植稳定性，有效抑制肠球菌及肠杆菌科等机会性细菌的增殖。这一生态策略减少微生物驱动的炎症，并防止通过细菌易位及内毒素介导信号传导而放大上皮损伤。
工程联合体的互补性还延伸至恢复SCFA之外的关键微生物代谢产物。通过协同产生维生素、氨基酸及抗氧化分子，这些联合体支持系统性韧性、对抗氧化应激并增强被化疗破坏的组织修复过程。菌株的合理选择确保功能冗余，使即使某些微生物群体被细胞毒性治疗削弱，其他菌群仍能维持关键代谢及免疫功能。
此外，合成生物学及微生物工程学的进展使得益生菌联合体的精准设计成为可能。菌株可被工程化以感知炎症或氧化应激信号，并以时空可控方式响应产生保护性分子，包括抗炎细胞因子或生长因子。包封及靶向递送技术进一步增强了通过胃转运的存活率及特定肠道生态位的定植能力，最大化治疗功效。
5.1 临床前及临床证据
日益增长的临床前及临床研究支持使用益生菌联合体减轻化疗诱导毒性并改善治疗耐受性。在临床前研究中，化疗小鼠模型已证明多菌株益生菌制剂可显著减少胃肠道黏膜损伤、降低炎性细胞因子表达并增强上皮再生。例如，鼠李糖乳杆菌（Lactobacillus rhamnosus）、长双歧杆菌（Bifidobacterium longum）及普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）的组合已被证明可在环磷酰胺或5-氟尿嘧啶给药后恢复短链脂肪酸生成、保护黏蛋白层并维持上皮紧密连接完整性。这些干预不仅保护肠道屏障，还降低系统性炎症标志物及氧化应激。
具有明确功能特性的工程联合体进一步扩展了临床前证据基础。被设计用于分泌抗炎细胞因子、抗氧化分子或上皮生长因子的微生物，与未修饰菌株相比，显示出对化疗诱导黏膜损伤的增强保护作用。这些研究强调合理设计原则——基于互补代谢及免疫调节功能选择菌株——可放大治疗功效，提供比传统单菌株益生菌更稳健且可重复的应答。
临床研究虽较为有限，但支持多菌株益生菌在肿瘤患者中的可行性、安全性及有效性。乳腺癌及胃肠道癌症人群的随机对照试验表明，多菌株制剂可降低化疗期间腹泻、黏膜炎及其他胃肠道毒性的发生率及严重程度。合生元策略——将益生菌与益生元结合以增强微生物生长及代谢活性——已显示额外获益，包括更快的黏膜恢复及改善的患者报告生活质量。重要的是，这些干预即使在接受强化细胞毒性方案的患者中也表现出良好耐受性，报告的不良事件极少。
新兴临床试验日益探索针对个体患者特征定制的合理工程联合体的应用。多组学方法整合微生物组组成、代谢组学及免疫谱分析，使研究人员能够识别菌群失调驱动毒性风险较高的患者，并选择与其微生物缺陷互补的联合体。早期阶段研究表明，个性化联合体可增强微生物韧性、减少炎症应答并改善化疗依从性，尽管仍需更大规模、乳腺癌特异性的试验来验证这些发现。
5.2 益生菌工程的技术进展
工程益生菌联合体的发展受到合成生物学、系统微生物学及精准递送技术进展的推动。这些创新使得设计具有明确功能能力、生态稳定性及治疗特异性的多菌株微生物群落成为可能，为减轻乳腺癌患者化疗诱导毒性创造了新可能。
合成生物学允许对微生物基因组进行精确操作以赋予所需功能性状。菌株可被工程化以响应局部环境线索（如氧化应激或炎症信号）产生抗炎细胞因子、抗氧化剂或生长因子。例如，乳酸乳球菌（Lactococcus lactis）及其他共生菌已被修饰以分泌白细胞介素-10（IL-10）或角质细胞生长因子，在化疗诱导黏膜炎的临床前模型中显示出对上皮组织的保护作用。此类工程菌株可作为响应性、生物活性治疗剂，动态适应宿主条件，提供靶向且时间可控的干预。
超越单菌株工程，系统生物学方法为具有互补代谢及免疫调节功能的多菌株联合体设计提供信息。计算建模可预测生态兼容性、生态位占据及协同相互作用，确保菌株共同提供功能冗余及韧性。这使联合体即使在特定群体被化疗诱导扰动削弱时仍能维持治疗功效。菌株可被选择以恢复短链脂肪酸生成、产生必需维生素及氨基酸、调节免疫应答并竞争性抑制致病菌，形成支持黏膜及系统性健康的整体策略。
靶向递送及制剂技术进一步增强了益生菌联合体的临床潜力。微囊化、生物膜载体及pH敏感包衣保护微生物通过胃转运，确保在结肠或小肠的有效定植。控释制剂实现代谢活性微生物的持续递送，增强持久性及功能输出。此外，合生元方法——将益生菌与益生元结合——优化定植及代谢活性，允许针对个体微生物缺陷的定制干预。
高通量测序、宏基因组学及代谢组学促进患者特异性微生物失衡及功能缺陷的识别，为精准联合体设计提供基础。通过将这些多组学数据与患者免疫谱及化疗方案整合，可选择或工程化与内源性菌群互补、恢复关键代谢通路并调节宿主应答的联合体。这种精准引导方法将益生菌治疗从泛化支持措施转变为能够增强化疗耐受性并降低毒性的定制干预。
5.3 乳腺癌中微生物组-内分泌治疗界面
肠道微生物组与内分泌治疗之间的相互作用代表了微生物组信息精准肿瘤学中重要但相对发展不足的组成部分，尤其对于雌激素受体阳性（ER阳性）乳腺癌。与细胞毒性化疗不同，内分泌治疗旨在抑制雌激素信号传导或抑制雌激素受体活性，其治疗成功取决于对激素驱动肿瘤生长的持续抑制。肠道菌群可能通过雌激素代谢、肠肝循环、微生物代谢产物生成、系统性炎症及潜在药物代谢影响这一治疗环境。然而，直接证明工程益生菌联合体改善内分泌治疗疗效的证据仍然有限，这些概念目前应被视为研究性内容。
肠道微生物群落包含编码参与雌激素代谢酶的基因，常被统称为estrobolome。微生物β-葡萄糖醛酸酶活性可去结合已经历肝葡萄糖醛酸化的雌激素代谢物，可能促进其通过肠肝循环重吸收。因此，微生物组成及酶活性的变化可能影响雌激素相关化合物的系统性可用性及代谢。这一机制与ER阳性乳腺癌尤为相关，因为雌激素可用性是肿瘤细胞信号传导的主要决定因素。然而，这一关系复杂。estrobolome的改变不一定转化为循环雌激素浓度的临床有意义变化，且不能仅凭微生物组组成假设预测内分泌治疗应答。
他莫昔芬是一种选择性雌激素受体调节剂，其治疗活性在很大程度上依赖于肝脏向活性代谢物（尤其是endoxifen）的转化。尽管肝细胞色素P450酶仍是这一过程的核心，但更广泛的肠道微生物组可能通过影响肠肝循环、炎症、营养状态及宿主代谢通路间接影响药物代谢。微生物组组成也可能影响治疗相关症状及依从性。这在临床上具有相关性，因为长期内分泌治疗需要持续治疗暴露，而不良症状可能导致治疗中断。然而，目前证据不足以得出结论认为工程益生菌联合体可可靠增加endoxifen暴露或改善他莫昔芬疗效。未来研究应同时评估微生物组组成、微生物代谢通路、他莫昔芬及endoxifen药代动力学、治疗依从性及临床结局。
芳香化酶抑制剂（包括阿那曲唑、来曲唑及依西美坦）降低外周雌激素合成，广泛用于绝经后ER阳性乳腺癌。其疗效因此取决于对雌激素生成的持续抑制，而非直接的微生物激活。微生物组仍可能通过雌激素代谢、系统性炎症、代谢信号传导及宿主生理间接影响内分泌环境。特定微生物配置是否修饰芳香化酶抑制剂药代动力学或治疗应答仍不确定。工程益生菌联合体理论上可被设计用于修饰与雌激素再循环或炎症信号传导相关的微生物代谢功能。然而，在前瞻性临床研究证明临床有意义效应之前，不应假设此类干预可增强芳香化酶抑制剂疗效。
内分泌耐药是ER阳性乳腺癌的主要挑战。耐药可通过多种机制产生，包括雌激素受体信号传导改变、生长因子通路激活、肿瘤细胞代谢变化及获得性基因组改变。微生物组可能通过微生物代谢产物及系统性炎症信号间接促进这一过程。微生物产物可影响参与代谢、免疫调节及表观遗传信号传导的宿主细胞通路。这些机制提出了微生物组衍生信号可能影响肿瘤微环境及内分泌反应性的可能性。然而，将特定微生物物种或代谢产物直接与临床内分泌耐药联系起来的证据仍不充分。未来研究应避免在没有机制及前瞻性验证的情况下将微生物组关联解释为已确立的内分泌耐药机制。
微生物组-内分泌治疗关系可能因绝经状态而显著不同。绝经前及绝经后患者具有不同来源及浓度的内源性雌激素，并可能接受不同内分泌治疗策略。因此，未来微生物组研究应根据绝经状态及（如相关）卵巢抑制治疗对参与者进行分层。雌激素代谢物谱分析应与微生物组测序结合，以确定微生物改变是否对应于激素代谢的临床有意义变化。微生物组-内分泌界面还应与肿瘤分子特征一起研究。ER表达水平、孕激素受体状态、HER2状态、获得性ESR1改变、PI3K/AKT/mTOR通路异常及其他分子特征可能影响内分泌反应性，并可能与宿主-微生物组信号相互作用。
5.4 转化及临床意义
将工程益生菌联合体整合入支持性肿瘤护理具有显著的转化及临床潜力，尤其对于接受化疗的乳腺癌患者。通过靶向肠道菌群——黏膜完整性、免疫调节及系统性炎症的核心介质——这些干预可解决限制治疗疗效及患者生活质量的局部及系统性毒性。
从转化角度，合理设计的联合体允许基于精准的微生物组调节。多组学谱分析（包括宏基因组学、代谢组学及免疫谱分析）可识别化疗引起的患者特异性微生物缺陷及功能破坏。这些信息可指导选择或工程化恢复关键代谢通路、增强短链脂肪酸生成、强化上皮屏障完整性并调节炎症应答的联合体。此类个性化方法确保干预针对个体宿主-微生物组相互作用定制，最大化疗效同时最小化潜在风险。
临床上，益生菌联合体具有降低化疗诱导黏膜炎、腹泻及其他胃肠道并发症严重程度及持续时间的潜力。通过维持微生物多样性并防止条件致病菌过度生长，联合体可降低感染风险及系统性炎症，支持血液学及免疫韧性。改善的胃肠功能及降低的系统性毒性可能进而允许更好的化疗方案依从性、更少的剂量减少及更一致的治疗暴露，最终改善治疗结局。
此外，益生菌联合体可补充现有支持性护理策略，包括饮食干预、药物止吐剂及补液方案。当与合生元方法（增强微生物生长及代谢产物生成的益生元）结合时，这些联合体可提供协同获益，增强定植及功能输出，同时在化疗扰动效应下维持微生物稳定性。
转化挑战仍然存在，包括标准化制剂、质量控制、监管监督及严格安全性评估的需求，尤其在免疫受损患者中。专门针对乳腺癌人群的临床试验有限，长期结局、最佳给药方案及菌株特异性效应需进一步研究。尽管如此，早期阶段研究表明工程联合体总体安全、可行且能够产生可测量的生物学效应，支持在更大规模、对照临床试验中继续探索。
6 肠道导向微生物治疗与乳腺组织导向微生物递送
工程益生菌联合体的治疗概念需要明确区分肠道导向微生物治疗与实质更复杂的乳腺组织直接微生物递送策略。尽管两种方法均寻求利用微生物组生物学改善乳腺癌治疗，但它们在生物学依据、递送要求、安全性特征及转化成熟度方面差异显著。目前，肠道导向干预代表更合理且实验上可及的策略，而乳腺组织微生物组的主动调控仍处于新兴研究概念阶段。
6.1 肠道导向微生物治疗
肠道导向微生物治疗的主要依据在于肠道微生物组作为系统性代谢、上皮完整性、免疫活性、炎症及外源物加工的重要调节器。化疗可通过直接作用于肠道上皮细胞、改变微生物丰度、改变营养可用性及抗生素、住院、饮食变化及其他支持性治疗引起的间接效应来破坏这一生态系统。此类菌群失调可能导致胃肠道毒性并可能影响系统性治疗应答。工程益生菌联合体因此可被施用以实现修饰特定微生物功能的目标，而非仅增加细菌多样性。潜在功能包括支持上皮屏障完整性、产生有益微生物代谢产物、调节过度炎症信号传导及可能改变参与药物代谢的选定微生物通路。该方法的主要优势在于胃肠道天然可及口服微生物治疗。潜在递送形式包括明确的口服微生物制剂、包封制剂及其他胃肠道靶向制剂，旨在提高稳定性并在适当肠道部位释放。然而，成功给药不一定需要永久定植。短暂活性的微生物联合体可能足以在化疗相关脆弱期产生所需生物学效应。
