瘤内微生物群与结直肠癌：从致病机制到诊断、治疗与预后转化

《Frontiers in Immunology》：Intratumoral microbiota: implications for colorectal cancer pathogenesis and therapy

　　

结直肠癌是全球第三大恶性肿瘤，也是癌症相关死亡的第二大病因。根据GLOBOCAN 2022估计，全球每年约发生193万例新发结直肠癌病例和90万例结直肠癌相关死亡。发展中国家的发病率持续上升，主要受饮食模式西化、久坐生活方式和肥胖率增加推动，并呈现明显的年轻化趋势。近年来的大量证据表明，微生物群在结直肠癌发生和发展中发挥关键作用。与粪便微生物组不同，瘤内微生物组是一个独立的低生物量微生物群落，主要由细菌组成，并包含真菌、病毒和古菌成分。肿瘤微环境（TME）中的微生物群落通过调节宿主免疫反应、代谢通路以及肿瘤细胞增殖和转移，促进结直肠癌发生与发展。具核梭杆菌（Fusobacterium nucleatum）、产肠毒素脆弱拟杆菌（enterotoxigenic Bacteroides fragilis, ETBF）、携带聚酮合成酶基因毒性岛（polyketide synthase, pks）的大肠埃希菌（Escherichia coli，即pks⁺ E. coli）以及微小微单胞菌（Parvimonas micra）是证据最充分的候选致癌微生物，其致癌活性涉及多条相互交织的通路，包括慢性炎症、基因毒性DNA损伤、免疫逃逸、代谢重编程和非编码RNA（non-coding RNA, ncRNA）调控。此外，瘤内微生物群可能作为结直肠癌早期诊断生物标志物，提供新的治疗靶点，并为预后预测提供潜在生物学依据。基于微生物群的诊断生物标志物，例如多菌种粪便/组织检测组合，在部分回顾性队列中显示出与粪便免疫化学检测（fecal immunochemical test, FIT）相当或更优的灵敏度；然而，仍需要大规模、多中心、前瞻性验证。靶向瘤内细菌的策略，包括抗生素、噬菌体、噬菌体导向纳米载体和粪菌移植（fecal microbiota transplantation, FMT），目前主要仍处于临床前阶段。尽管FMT用于免疫治疗增敏的I/II期试验获得了令人鼓舞的结果，但样本量小和研究间异质性大，限制了其近期成为标准治疗推荐。本文系统总结了瘤内微生物群与结直肠癌相关性的最新进展，批判性评价了不同证据层级的强度，评估了主要机制假说的一致性和争议，讨论了低生物量微生物组研究固有的方法学挑战，并评价了其在结直肠癌诊断、治疗和预后预测中的转化潜力。

1 引言
结直肠癌居全球恶性肿瘤发病第三位和癌症相关死亡第二位，约193万新发病例和90万死亡病例。饮食西化、久坐、肥胖和年轻化趋势推动发病率上升。瘤内微生物群是肿瘤微环境（TME）中低生物量、以细菌为主并包含真菌、病毒和古菌的独立微生物群落，可能源于黏膜屏障破坏、邻近组织迁移和血行播散。本文梳理其富集特征、致病机制、临床转化证据及低生物量研究的方法学局限。

2 结直肠癌中的瘤内微生物群
肿瘤组织中Fusobacterium、Streptococcus和Proteobacteria丰度升高，Firmicutes降低，瘤内大肠埃希菌也富集。菌群组成与肿瘤部位相关，同一瘤内相对均一，并随腺瘤—癌转化动态变化。

2.1 结直肠癌瘤内微生物种
关键候选致癌菌包括F. nucleatum、ETBF、pks⁺ E. coli和P. micra。F. nucleatum与较高分期和较差生存相关，但预后意义受肿瘤位置和MSI状态限制。真菌Malassezia升高，Saccharomyces和Pneumocystis降低，因绝对丰度低需独立验证。

2.2 癌变过程中的瘤内微生物动态
腺瘤阶段以Proteobacteria高变为主，癌变后Firmicutes升高；F. nucleatum丰度由低水平升至晚期高水平。口腔来源F. nucleatum可通过Gal-GalNAc结构定植肿瘤，瘤内大肠埃希菌可经受损肠血管屏障入血并形成肝脏转移前生态位。

3 瘤内微生物群驱动结直肠癌的机制
机制可归纳为慢性炎症、免疫抑制、代谢重编程和表观/ncRNA调控四条交互轴线，并经NF-κB、β-catenin和mTOR节点耦合。

3.1 瘤内微生物群诱导的炎症反应
NTBF和ETBF通过LPS/TLR4或BFT诱导炎症，破坏E-cadherin/β-catenin复合物并激活NF-κB。F. nucleatum经CEACAM-1、TLR4/MyD88/NF-κB和RASA1/KRAS通路促进增殖与存活。产丁酸菌和NTBF多糖A可通过Treg、IL-10、HDAC抑制和GPR43/GPR109A产生保护效应。

3.2 瘤内微生物群与肿瘤免疫微环境
瘤内菌群双向调节肿瘤免疫微环境（TIME），可促进抗肿瘤免疫，也可强化促癌炎症和免疫逃逸。

3.2.1 促肿瘤免疫增强
P. gingivalis激活NLRP3/caspase-1/IL-1β，C. albicans经AhR/STAT3促进IL-22，F. nucleatum诱导MDSC并促进EMT。

3.2.2 抗肿瘤免疫增强
Lachnospiraceae减弱对CD8⁺ T细胞的脂质抑制，Bifidobacterium激活STING并增强抗CD47反应，B. adolescentis通过Wnt/β-catenin抑制CD143⁺ CAF。

3.2.3 微生物群落与免疫逃逸
菌群失调常为肿瘤后果之一。F. nucleatum通过TGF-β、PD-L1和Fap2/TIGIT抑制CD8⁺ T细胞与NK细胞；Treg聚集促进耐受，共生菌诱导T_H17向T_H1转化可增强免疫检查点阻断。

3.3 瘤内微生物群与肿瘤能量代谢重编程
F. nucleatum通过ANGPTL4和GLUT1强化糖酵解并促定植；P. anaerobius经TLR2/TLR4/SREBP2促胆固醇合成；reuterin调控氧化还原。谷氨酰胺经SLC1A5/ASCT2进入TCA循环，F. nucleatum产生的succinate抑制CD8⁺ T细胞。丁酸在CRC细胞中因β氧化受损而积累并抑制HDAC；DCA通过EGFR/STAT3和氧化应激促损伤，色氨酸/AhR效应具情境依赖性。

3.4 瘤内微生物群与DNA损伤
pks⁺ E. coli产生colibactin，诱导T>N突变特征SBS88、插入缺失和APC c.835-8 A>G早期突变，并涉及铜/氧介导DSB和ROS。ETBF与pks⁺ E. coli协同加重肠上皮损伤，BFT经SMOX促进ROS生成。

3.5 瘤内微生物群与非编码RNA
ETBF调控miR-149-3p/PHF5A/SOD2和BFAL1/miR-155-5p/miR-200a-3p/RHEB/mTOR轴；pks⁺ E. coli经c-MYC/miR-20a-5p/SENP1促进展；P. micra经miR-218-5p/PTPRR/MAPK促增殖；F. nucleatum FadA激活β-catenin，并通过miR-18a*/ULK1、miR-4802/ATG7、miR-31、miR-122-5p/FUT8/TGF-β1/Smads和外泌体CXCL16/RhoA/IL-8促进凋亡抑制、EMT和转移。

4 瘤内微生物群在癌症诊断和治疗中的转化应用
粪便29菌组合在跨洲分析中AUC约0.80，接近FIT，但缺少FDA/NMPA独立筛查许可。甲硝唑可降Fusobacterium负荷，噬菌体和噬菌体纳米载体可精准清除F. nucleatum，FMT可恢复菌群稳态并联合免疫检查点抑制剂，PTT可诱导ICD并增强CD8⁺ T细胞浸润；这些策略多属临床前或早期临床。F. nucleatum与较差生存相关，但需整合MSI状态、解剖部位和分期建立分层预后模型。

5 当前挑战
低生物量研究面临试剂/环境污染、测序深度与数据库偏差、关联与因果难区分及批次效应。需纳入无模板对照、环境对照、邻近组织对照和decontam/SCRuB去污染。多数证据来自横断面配对组织，西方人群模型向其他人群外推需谨慎。

6 结论
瘤内微生物群通过炎症、免疫逃逸、代谢重编程、DNA损伤和ncRNA调控参与结直肠癌发生发展。未来需STORMS标准化、空间多组学、前瞻性和随机对照研究，以及代谢—微生物—免疫交叉靶点和生物标志物富集策略，推动microbe–host–tumor精准肿瘤学。