《Signal Transduction and Targeted Therapy》：Microbiota in cancer: current understandings and future perspectives
历史视角与早期观察
癌症与微生物之间的联系可追溯至古代。早在公元前1550年，埃及医师印何阗便记录了通过切开肿胀引发感染来治疗肿瘤的方法，这体现了通过微生物暴露调节免疫的早期直觉性尝试。13世纪，意大利圣人Peregrine Laziosi的胫骨大肿瘤在截肢后发生严重感染后消退，这种感染可能引发了免疫反应，导致肿瘤自发消退。
18世纪，严重细菌感染常伴随肿瘤缩小现象已获更广泛认识。1866年，Wilhelm Busch有意使癌症患者感染丹毒（一种细菌性皮肤感染），导致肿瘤显著消退。Friedrich Fehleisen随后分离出酿脓链球菌（S. pyogenes）并证实上述发现，标志着基于感染的癌症疗法诞生。19世纪末，威廉·科利进一步推动该领域发展，他开发了“科利毒素”（亦称科利疫苗），由灭活的酿脓链球菌和粘质沙雷氏菌组成，直接注射入肉瘤，在某些病例中实现了肿瘤消退，这是利用细菌制剂治疗癌症的首次系统性尝试。
20世纪初，Thomas Glover和Virginia Livingston-Wheeler提出有争议的假说，认为从肿瘤中培养的细菌是癌症的共同细菌病因。1911年，Peyton Rous证明鸡肿瘤的无细胞滤液可传播肉瘤，揭示了某些癌症的病毒起源，为后来发现爱泼斯坦-巴尔病毒（EBV）、人乳头瘤病毒（HPV）等致癌病毒铺平道路。
现代关键发现
1983年，巴里·马歇尔和罗宾·沃伦成功从慢性胃炎和消化性溃疡患者胃黏膜培养出幽门螺杆菌（H. pylori），颠覆了认为压力和生活习惯是消化性溃疡主因的观点，揭示了其细菌病因。后续研究确立了幽门螺杆菌感染与胃腺癌的直接联系，1994年国际癌症研究机构将其列为首个I类致癌原细菌。针对幽门螺杆菌的抗生素治疗方案显著降低了胃溃疡及相关恶性肿瘤发病率，凸显了对抗病原微生物的治疗潜力。
幽门螺杆菌的发现推动了对微生物制剂在致癌作用中作用的更广泛探索。研究发现具核梭杆菌（F. nucleatum）与结直肠癌、牙龈卟啉单胞菌（P. gingivalis）与口腔癌等相关。2006年研究揭示了细菌通过基因毒性效应直接促进癌症的机制，如产细胞致死膨胀毒素的大肠杆菌（E. coli）菌株可诱导宿主细胞DNA双链断裂。其他基因毒素（如大肠杆菌素）的发现增进了对细菌代谢物在癌症生物学中作用的理解。
技术进步挑战了肿瘤是无菌环境的长期认知。高通量测序和微生物成像揭示了肿瘤内多样的微生物群落。例如，结直肠癌组织中常见的具核梭杆菌可调节免疫反应并诱导治疗抵抗。2020年大规模研究通过新一代测序和生物信息学系统分析了跨癌种的肿瘤相关微生物组，识别出与特定肿瘤相关的独特微生物特征，支持微生物DNA作为高灵敏度、高特异性诊断标志物的潜力。研究还揭示了肿瘤微环境中真菌群落的重要作用，识别出与胃肠道癌、胰腺癌等相关的念珠菌（Candida）和马拉色菌（Malassezia）等物种，这些真菌与细菌协同促进癌症进展并调节免疫反应。
癌症微生物群的分类
癌症中的微生物群代表一个复杂动态的生态系统，包含细菌、真菌、病毒、古菌和原生动物等多种微生物。它们通过诱导慢性炎症、调节免疫反应、产生基因毒性物质和代谢物等多种机制，在癌症发生、进展、转移和治疗反应中发挥重要作用。
头颈部鳞状细胞癌（HNSCC） 与口腔微生物群失调密切相关，其特征是具核梭杆菌、牙龈卟啉单胞菌等致病菌富集，而链球菌等共生菌减少。具核梭杆菌可侵入上皮细胞，激活β-连环蛋白信号，并通过上调PD-L1等免疫检查点分子抑制抗肿瘤免疫反应。牙龈卟啉单胞菌可激活NF-κB和STAT3通路，促进上皮细胞增殖、抑制凋亡。这些细菌产生的促炎环境（如IL-6、TNF-α水平升高）促进血管生成和肿瘤进展。某些菌种产生的基因毒素或活性氧（ROS）可诱导DNA损伤和基因组不稳定性。
食管癌 的微生物群失调表现为变形链球菌（S. anginosus）、牙龈卟啉单胞菌、具核梭杆菌等致病菌占主导。变形链球菌可诱发慢性炎症并产生致癌代谢物，其持续定植可能触发涉及IL-6、TNF-α等细胞因子上调的炎症级联反应，诱导细胞增殖和血管生成，并产生ROS导致食管上皮细胞DNA损伤。牙龈卟啉单胞菌可通过其牙龈蛋白酶降解宿主蛋白，破坏细胞粘附，入侵上皮细胞，并改变T细胞活性抑制抗肿瘤免疫。具核梭杆菌可通过其黏附素FadA结合上皮细胞E-钙黏蛋白，激活β-连环蛋白通路促进细胞增殖和迁移。食管腺癌中的微生物群失调可能与胃食管反流病及其癌前病变巴雷特食管有关，革兰氏阴性菌如中间普雷沃菌（Prevotella intermedia）、大肠杆菌增多，其释放的脂多糖可激活Toll样受体（TLR）4信号，放大炎症和致癌通路。
乳腺癌 与肠道和乳腺组织微生物群失调相关。肠道微生物群通过系统炎症、激素代谢和免疫调节影响激素受体阳性乳腺癌。某些参与雌激素代谢的细菌（如大肠杆菌、粪肠球菌）可产生β-葡萄糖醛酸酐酶，解离肠道中的雌激素代谢物，导致循环雌激素水平升高，这是乳腺癌的已知风险因素。乳腺组织有其独特的微生物群，乳腺癌组织中葡萄球菌、链球菌、大肠杆菌等丰度增加。从乳腺癌组织分离的大肠杆菌菌株可产生诱导DNA双链断裂的基因毒素大肠杆菌素。金黄色葡萄球菌和無乳链球菌可引发局部炎症和免疫调节。微生物群失调诱导的炎症环境可抑制抗肿瘤免疫反应并促进血管生成。
肺癌 与肺和肠道微生物群失调相关。肺炎链球菌、肺炎克雷伯菌、具核梭杆菌等致病菌在肺癌患者中检测到丰度增加。具核梭杆菌可通过招募髓源性抑制细胞（MDSC）和抑制T细胞介导的抗肿瘤反应来促进免疫逃逸。肺炎链球菌可加剧局部炎症，释放IL-6、TNF-α等促炎细胞因子，创造促癌环境。肠道微生物群通过肠-肺轴影响系统性免疫反应和肺肿瘤微环境，肠道菌群失调可损害树突状细胞和细胞毒性T淋巴细胞的激活，降低免疫疗法疗效。肺内细菌生物膜可通过保护肿瘤细胞免受药物渗透和改变药物代谢来促进化疗耐药。
胃癌 发展与胃微生物群密切相关，幽门螺杆菌是最明确的细菌贡献者。其毒力因子CagA和VacA可破坏上皮完整性、诱导DNA损伤、改变细胞信号。CagA通过IV型分泌系统注入胃上皮细胞，激活NF-κB和Wnt/β-连环蛋白等致癌通路。VacA诱导线粒体功能障碍和凋亡抵抗。持续感染导致表观遗传改变。除幽门螺杆菌外，胃癌患者胃微生物群中链球菌、普雷沃菌、具核梭杆菌等非幽门螺杆菌细菌富集，这些细菌可通过代谢膳食硝酸盐产生致癌亚硝胺、诱发局部炎症、破坏胃黏膜屏障等方式促进致癌作用。
肝胆癌 受肠-肝轴显著影响，肠道微生物群及其代谢物与肝组织相互作用促进致癌作用。肠道微生物群失调可增加肠道通透性，促进脂多糖等微生物产物进入门脉循环，激活肝细胞和库普弗细胞的TLR4信号，触发慢性炎症并释放IL-6、TNF-α等驱动肝细胞癌发生。肠道细菌可将初级胆汁酸转化为脱氧胆酸等次级胆汁酸，后者具有肝毒性和致癌性，可诱导氧化应激和DNA损伤，并抑制CD8+T细胞功能。肝螺杆菌和粪肠球菌感染可激活NF-κB和STAT3等致癌通路，诱导胆管上皮损伤、慢性炎症和细胞增殖。伤寒沙门菌慢性携带是胆囊癌的重要风险因素，其持续定植可诱导胆管上皮炎症、氧化应激和DNA损伤。胆囊癌患者胆囊微生物群中肺炎克雷伯菌、大肠杆菌等致病菌富集。
胰腺癌 受口腔、肠道和肿瘤内细菌影响。牙周病原体如牙龈卟啉单胞菌和具核梭杆菌可从口腔移位至胰腺，定植于胰腺组织，诱导慢性炎症并调节肿瘤微环境。肠道微生物群失调可增加肠道通透性，加速脂多糖等微生物产物进入体循环。肿瘤微环境中的细菌（如具核梭杆菌）可调节免疫反应，抑制自然杀伤（NK）细胞和细胞毒性T淋巴细胞活性，促进免疫逃逸。某些细菌具有代谢吉西他滨等化疗药物的酶，降低其疗效。
结直肠癌 是肠道微生物群研究最深入的癌症。肠道微生物群失调，致病菌如具核梭杆菌富集。具核梭杆菌通过其黏附素FadA结合结肠上皮细胞E-钙黏蛋白，激活β-连环蛋白信号，驱动细胞增殖和肿瘤侵袭，并招募MDSC抑制细胞毒性T细胞活性。产大肠杆菌素的大肠杆菌菌株产生的基因毒素可导致基因组不稳定性。产肠毒素脆弱拟杆菌菌株产生的脆弱拟杆菌毒素可破坏上皮细胞连接，促进炎症驱动的致癌作用。肠道微生物代谢可将膳食成分转化为次级胆汁酸、硫化氢等有害代谢物，诱导氧化应激和DNA损伤。
真菌微生物群在癌症中的作用
真菌组（ mycobiome ）是人体微生物组的关键但研究较少的组成部分，越来越多证据支持其参与癌症。真菌群落存在于身体各部位，与其他微生物种群、宿主免疫系统和肿瘤微环境相互作用，产生致癌和抑癌效应。
在头颈部鳞状细胞癌中，白色念珠菌（C. albicans）与慢性炎症和免疫逃逸相关。其从酵母态向菌丝态转变增加致病性，菌丝分泌水解酶降解上皮屏障和细胞外基质成分，助组织入侵。白色念珠菌代谢膳食糖产生乙醇，其进一步代谢为乙醛，可诱导上皮细胞DNA损伤。真菌细胞壁成分β-葡聚糖可激活免疫细胞上的模式识别受体，触发以IL-6、TNF-α释放为特征的炎症反应，慢性炎症创造有利于肿瘤发展的微环境。白色念珠菌还可调节免疫反应，导致NK细胞和细胞毒性T淋巴细胞功能失调。
在食管癌中，白色念珠菌可粘附受损上皮表面，形成生物膜，产生ROS和乙醛，诱导DNA损伤和基因组不稳定性。其可刺激上皮和免疫细胞释放IL-6、IL-8、TNF-α等促炎细胞因子，创造慢性炎症环境。烟曲霉可产生黄曲霉毒素，诱导DNA加合物形成并抑制DNA修复机制。马拉色菌属可与细菌群落相互作用增强炎症反应。
在乳腺癌中，球状马拉色菌和白色念珠菌在癌组织中检测到丰度增加。球状马拉色菌可与乳腺组织中的巨噬细胞相互作用，将其极化为促肿瘤的M2样巨噬细胞。白色念珠菌可分泌天冬氨酸蛋白酶等酶，降解细胞外基质成分，促进肿瘤侵袭和转移，并产生乙醛诱发乳腺上皮细胞基因组不稳定性。真菌衍生代谢物如短链脂肪酸（SCFAs）在免疫景观中起作用，有益真菌产生的SCFAs可增强抗肿瘤免疫反应，而失调可向促炎代谢物转变。
在肺癌中，烟曲霉、白色念珠菌、新型隐球菌等致病真菌在肺癌组织中被检测到。烟曲霉可产生黄曲霉毒素，引起DNA损伤并抑制DNA修复机制。白色念珠菌可形成生物膜，持续产生ROS和乙醛，损伤上皮细胞。新型隐球菌可逃避免疫反应并诱发肉芽肿性炎症。真菌可抑制抗肿瘤免疫，其细胞壁成分可与免疫细胞上的模式识别受体相互作用，导致免疫耗竭或向促肿瘤表型极化。真菌产生的胶霉毒素等代谢物可进一步抑制免疫反应。
在胰腺癌中，马拉色菌属富集，其可从胃肠道移位至胰腺，定植于肿瘤微环境，激活补体系统（特别是C3通路）支持肿瘤生长。白色念珠菌可产生乙醛，诱导DNA损伤并促进基因组不稳定性，其形成的生物膜可保护真菌和肿瘤细胞免受免疫清除和治疗剂作用，导致肿瘤持续存在和治疗抵抗。真菌与细菌群落的相互作用可放大炎症和肿瘤促进信号。
在结直肠癌中，肠道真菌组失衡，白色念珠菌、马拉色菌属等致病真菌过度生长。白色念珠菌可粘附并入侵结肠上皮细胞，触发和放大炎症，其分泌的蛋白酶和磷脂酶降解上皮层，促进微生物产物易位至下层组织，触发免疫反应。白色念珠菌代谢过程中可产生乙醇和乙醛，具有基因毒性。马拉色菌属可通过激活C3等补体通路促进结直肠癌进展。
在泌尿生殖系统癌症中，阴道真菌组平衡对维持健康生殖环境至关重要，其破坏可能增加宫颈癌风险。白色念珠菌感染可能创造持续炎症微环境，有利于HPV持续存在和整合入宿主基因组，其产生的蛋白酶可降解上皮屏障，使基底细胞暴露于HPV感染。白色念珠菌还可调节免疫反应，招募调节性T细胞（Tregs）并抑制细胞毒性T细胞活性。真菌生物膜可加剧此过程。
在黑色素瘤和骨相关肿瘤中，皮肤富含真菌群落，球状马拉色菌和白色念珠菌最为普遍。球状马拉色菌可激活黑色素瘤微环境中的补体通路（特别是C3），促进肿瘤细胞增殖和血管生成。真菌代谢物可调节黑色素瘤细胞的脂质代谢，增强其侵袭和转移能力。在转移性骨肿瘤中，真菌衍生的β-葡聚糖和甘露聚糖可与成骨细胞和破骨细胞相互作用，调节骨吸收和沉积，可能诱导骨转移的“恶性循环”。
病毒微生物群在癌症中的作用
病毒作为人类微生物群的关键组成部分，在致癌作用和进展中发挥重要作用。某些致癌病毒，如HPV和EBV，已明确与特定癌症相关。其致癌机制包括整合入宿主基因组、破坏细胞通路、免疫逃逸和诱导慢性炎症。
HPV是研究最深入的致癌病毒之一，与宫颈癌、口咽癌、肛门癌、外阴癌等相关。高危型HPV（如HPV-16, HPV-18）是主要元凶。HPV诱导的致癌作用始于上皮细胞感染，病毒DNA整合入宿主基因组破坏正常细胞功能。病毒癌蛋白E6和E7是关键：E6蛋白结合并促进肿瘤抑制蛋白p53降解，抑制凋亡，并激活端粒酶；E7蛋白灭活视网膜母细胞瘤蛋白，驱动不受控的细胞增殖并破坏细胞周期检查点。这些相互作用导致基因组不稳定性、细胞分裂增加和免疫监视逃逸。HPV感染还创造促炎微环境，促进血管生成和肿瘤进展，并通过下调抗原呈递通路帮助感染细胞逃避免疫检测。
EBV与鼻咽癌、胃癌、伯基特淋巴瘤、霍奇金淋巴瘤等多种癌症相关。EBV在B细胞和上皮细胞中建立潜伏感染，通过操纵宿主细胞信号和逃避免疫系统促进致癌作用。潜伏膜蛋白1（LMP1）模拟CD40受体信号，激活经典和非经典NF-κB通路，上调Bcl-2等促生存基因和抗凋亡因子，并招募MDSC。LMP1还可激活PI3K/AKT和JAK/STAT信号，促进代谢重编程、血管生成和免疫逃逸。EBV的EBNA1确保病毒基因组在宿主细胞中维持，诱导DNA损伤导致基因组不稳定性。EBV编码的小RNA和microRNA可调节宿主免疫反应。
HBV和HCV是肝细胞癌的主要病因。慢性感染导致持续性炎症、纤维化和肝硬化，促进肝癌发展。HBV编码病毒癌蛋白HBx，可破坏细胞过程，激活β-连环蛋白和STAT3信号。HBV整合入宿主基因组可诱导基因组不稳定性。HCV虽无直接致癌性，但通过创造慢性炎症环境促进肝癌发生，其核心蛋白和非结构蛋白5A可通过调节MAPK和JAK/STAT通路增加细胞生存和增殖。
微生物群介导癌症进展的信号通路和调控机制
微生物群与癌症进展的相互作用涉及影响癌发生、肿瘤免疫逃逸和治疗抵抗等关键过程的复杂动态调控网络。
DNA损伤和基因组不稳定性：微生物群可通过诱导DNA损伤和基因组不稳定性促进癌症。例如，产大肠杆菌素的大肠杆菌菌株可形成共价DNA加合物，导致双链断裂和链间交联，触发易错修复过程，增加宿主细胞突变负荷，驱动结直肠癌发生。某些肠道细菌可产生ROS和活性氮物种，氧化损伤DNA碱基。幽门螺杆菌可通过招募和激活中性粒细胞诱导ROS，导致胃上皮细胞突变率增加。
Wnt/β-连环蛋白信号：具核梭杆菌在结直肠癌进展中通过激活Wnt/β-连环蛋白通路发挥作用。其黏附素FadA结合结肠上皮细胞E-钙黏蛋白，破坏细胞间粘附并启动细胞内信号级联，诱导β-连环蛋白激活和核转位，导致c-MYC、细胞周期蛋白D1等癌基因转录，刺激细胞增殖和生存。具核梭杆菌还可通过诱导膜联蛋白A1上调激活Wnt/β-连环蛋白信号。
NF-κB和STAT3通路：慢性炎症是癌症的重要驱动因素，微生物群通过NF-κB和STAT3通路维持炎症信号。幽门螺杆菌通过IV型分泌系统注入毒力因子CagA到胃上皮细胞，激活NF-κB信号，刺激IL-8等促炎细胞因子释放，招募中性粒细胞和单核细胞，驱动慢性炎症和DNA损伤。产肠毒素脆弱拟杆菌菌株产生的脆弱拟杆菌毒素可破坏结肠上皮细胞E-钙黏蛋白，触发β-连环蛋白和NF-κB激活，导致IL-17分泌增加和Th17细胞招募。
JAK/STAT信号：微生物群可调节JAK/STAT通路影响肿瘤免疫。产大肠杆菌素的大肠杆菌菌株可诱导上皮细胞DNA损伤并激活STAT3信号，持续STAT3激活可通过增加抗凋亡蛋白表达创造肿瘤支持性微环境。EBV可通过其LMP1调节STAT3，诱导IL-10分泌，抑制细胞毒性T淋巴细胞和树突状细胞。
炎症小体通路：炎症小体是一组检测微生物产物和细胞应激的胞质复合物，受微生物群严格调节影响肿瘤免疫。牙龈卟啉单胞菌可抑制巨噬细胞中NOD样受体家族pyrin域包含3（NLRP3）炎症小体，减少IL-1β分泌，削弱清除肿瘤细胞的免疫反应。某些共生菌如鼠李糖乳杆菌可增强NLRP3炎症小体激活，促进强劲抗肿瘤免疫反应。
免疫抑制通路：微生物群在招募和功能上调节Tregs和MDSC。微生物代谢物如SCFAs和胆汁酸可调节Treg分化和TGF-β分泌。难辨梭状芽孢杆菌感染与MDSC扩增相关，MDSC可通过精氨酸酶-1和诱导型一氧化氮合酶（iNOS）活性抑制T细胞活化。
微生物群与肿瘤微环境组分的相互作用
肿瘤微环境中，细胞外基质成分、免疫细胞、血管和多种信号分子之间的相互作用显著影响肿瘤生长、侵袭和转移。微生物群通过调节免疫细胞活性和功能，深刻影响肿瘤微环境。
T细胞：肿瘤内微生物群可影响T细胞功能，特别是细胞毒性T细胞活性。肿瘤内细菌负荷较高通常与T淋巴细胞浸润减少相关。降低肺内细菌存在可减少Tregs，增加T细胞和NK细胞活化，减少黑色素瘤肺转移。肺中SCFAs水平升高可抑制IFN-γ+CD4+和IFN-γ+CD8+T细胞产生，导致效应T细胞耗竭。具核梭杆菌可减少肿瘤浸润T细胞浸润，促进乳腺癌生长。胃内分枝杆菌可诱导胃癌中CD8+组织驻留记忆细胞功能障碍。共生真菌可增加促肿瘤巨噬细胞数量，减少T细胞计数，抑制放疗介导的抗肿瘤免疫反应。EBV阳性胃癌更频繁表达PD-L1，其与T细胞上PD-1相互作用传递抑制信号。相反，肿瘤微生物群也可通过促进T细胞和NK细胞活化促进抗肿瘤免疫。胰腺腺癌组织内的细菌可增强CD8+T细胞招募和活化。长期存活者肿瘤微生物群具有更高的α多样性。肿瘤内罗伊氏乳杆菌可释放膳食色氨酸代谢物吲哚-3-醛，增强CD8+T细胞介导的免疫。梭菌衍生代谢物三甲胺N-氧化物可激活内质网应激激酶，导致gasdermin E介导的肿瘤细胞焦亡，促进CD8+T细胞驱动的抗肿瘤反应。假长双歧杆菌产生的肌苷可诱导CD4+T细胞中Th1调节基因表达。
自然杀伤（NK）细胞：微生物群可调节NK细胞的细胞毒性和免疫监视功能。具核梭杆菌表达Fap2蛋白，与NK和T细胞上的T细胞免疫球蛋白和免疫受体酪氨酸抑制基序域蛋白相互作用，抑制NK细胞介导的肿瘤细胞裂解。含沙门氏菌衍生鞭毛蛋白的CD11c+细胞可通过IL-18–IL-18受体和MyD88通路激活NK细胞产生IFN-γ。表达IL-2的鼠伤寒沙门氏菌可诱导NK细胞局部和系统增殖，有效抑制骨肉瘤转移。疟原虫感染可通过上调CD69和CD25表达诱导NK细胞活化，触发其细胞毒性。高盐饮食可增加双歧杆菌丰度，这些细菌定植于肿瘤内，通过增加代谢物马尿酸水平增强NK细胞功能，诱导黑色素瘤消退。
树突状细胞：树突状细胞是专业的抗原呈递细胞，在启动和极化肿瘤抗原特异性免疫中至关重要。双歧杆
