《Molecular Biomedicine》：Intratumoral microbiota in cancer: molecular mechanism and therapeutic strategies
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肿瘤内微生物组（Intratumoral Microbiota, ITM）是指定植于肿瘤组织内的细菌、真菌、病毒及古菌等微生物群落，其通过多种机制参与肿瘤的发生、进展及治疗反应。研究人员发现，ITM并非随机定植，而是具有肿瘤类型特异性的组成特征，可通过模式识别
肿瘤内微生物组（Intratumoral Microbiota, ITM）是指定植于肿瘤组织内的细菌、真菌、病毒及古菌等微生物群落，其通过多种机制参与肿瘤的发生、进展及治疗反应。研究人员发现，ITM并非随机定植，而是具有肿瘤类型特异性的组成特征，可通过模式识别受体（Pattern Recognition Receptors, PRRs）激活先天免疫信号通路，如Toll样受体（Toll-like Receptors, TLRs）和NOD样受体（NOD-like Receptors, NLRs），进而调控肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）的炎症状态与免疫抑制。在促肿瘤效应方面，具核梭杆菌（Fusobacterium nucleatum）可通过FadA黏附素激活E-钙黏蛋白/β-连环蛋白信号通路，促进结直肠癌细胞增殖与化疗耐药；牙龈卟啉单胞菌（Porphyromonas gingivalis）则通过NOD1/KLF5轴增强口腔鳞状细胞癌的干性特征。此外，ITM还可通过代谢酶直接修饰化疗药物，如γ-变形菌纲（Gammaproteobacteria）表达的胞苷脱氨酶长亚型（Cytidine Deaminase Long Isoform, CDDL）可将吉西他滨（Gemcitabine, GEM）转化为无活性形式，导致胰腺癌化疗抵抗。在抗肿瘤效应方面，某些微生物或其代谢产物可抑制肿瘤代谢，如嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）通过β-半乳糖苷酶介导的半乳糖生成下调己糖激酶2（Hexokinase 2, HK2），抑制Warburg效应；丁酸产生菌（如酪丁酸梭菌 Clostridium butyricum）可通过增强脂肪酸摄取并抑制脂肪分解，诱导胰腺导管腺癌铁死亡。ITM还可激活抗肿瘤免疫，如肿瘤内双歧杆菌（Bifidobacterium）和阿克曼氏菌（Akkermansia）释放环状二腺苷单磷酸（Cyclic Diadenylate Monophosphate, c-di-AMP）激活干扰素基因刺激因子（Stimulator of Interferon Genes, STING）通路，促进自然杀伤细胞（Natural Killer Cells, NK cells）和树突状细胞（Dendritic Cells, DCs）活化。空间分布上，ITM的作用可分为系统性和局部性两个维度：肠道微生物及其循环代谢产物（如氧化三甲胺 Trimethylamine N-oxide, TMAO、吲哚-3-羧酸 Indole-3-carboxylic Acid）可通过肠-免疫轴系统调控免疫细胞功能；而肿瘤内定植的微生物则通过局部相互作用直接重塑TME。针对不同癌种，ITM的组成存在显著差异，如胃癌与幽门螺杆菌（Helicobacter pylori）感染密切相关，鼻咽癌中具核梭杆菌富集且与EB病毒载量正相关，黑色素瘤中存在肿瘤特异性细菌肽段呈递。基于ITM的干预策略包括靶向清除促肿瘤微生物（如抗生素、噬菌体疗法）、利用工程化细菌递送治疗载荷（如免疫检查点纳米抗体、前药转换酶）及联合免疫检查点抑制剂（Immune Checkpoint Inhibitors, ICIs）等。然而，低生物量样本的检测污染控制、因果机制的体内验证及临床转化安全性仍是该领域面临的主要挑战。
肿瘤内微生物组的促肿瘤功能
ITM通过塑造先天免疫系统维持促肿瘤微环境。模式识别受体信号通路在此过程中发挥核心作用。具核梭杆菌在肿瘤髓系细胞中积累，通过TLR4驱动IL-6/pSTAT3/c-MYC信号通路，促进结直肠癌中M2型巨噬细胞极化。胰腺癌微生物组差异性激活TLRs，诱导免疫抑制性M1巨噬细胞分化及T细胞无能。热带念珠菌（Candida tropicalis）增强髓源抑制细胞（Myeloid-Derived Suppressor Cells, MDSCs）糖酵解，激活NLRP3炎症小体，促进结肠肿瘤形成。乳酸杆菌属（Lactobacillus）产生的色氨酸代谢产物激活巨噬细胞芳香烃受体（Aryl Hydrocarbon Receptor, AhR），促进免疫抑制性肿瘤相关巨噬细胞（Tumor-Associated Macrophages, TAMs）。同时，促炎信号通过ITM-肿瘤微环境相互作用及肠道来源微生物信号进一步驱动肿瘤进展。ITM通过模式识别受体激活NF-κB及相关通路。产肠毒素脆弱拟杆菌（Enterotoxigenic Bacteroides fragilis, ETBF）毒素诱导STAT3-NF-κB级联反应，驱动IL-17和IL-23释放；微生物脂多糖（Lipopolysaccharide, LPS）激活TLR4招募巨噬细胞，刺激IL-1β产生，并以正反馈环路扩增Th17细胞。
为稳定促肿瘤微环境，ITM通过独特的空间相互作用促进血管生成、生物膜形成及耐药性。局部层面，红球菌属（Rhodococcus）sp. B513和中间普雷沃菌（Prevotella intermedia）增强血管内皮生长因子表达，促进血管生成。生物膜形成使微生物能够逃避宿主免疫并在肿瘤内持续定植。真菌生物膜通常通过黏附、菌丝生长及基质产生形成，常包含β-葡聚糖及浸润的中性粒细胞，表明宿主主动参与。白色念珠菌（Candida albicans）生物膜支持厌氧菌（如产气荚膜梭菌 Clostridium perfringens、脆弱拟杆菌 Bacteroides fragilis）定植，其肽聚糖增强菌丝侵袭能力。此外，马拉色菌属（Malassezia）、隐球菌属（Cryptococcus）和曲霉属（Aspergillus）也可形成生物膜。肠道肿瘤中观察到真菌-细菌群落共存，宏基因组分析提示D-精氨酸、D-鸟氨酸及丁酸盐代谢参与结直肠癌进展。这些生物膜及多微生物互作维持微生物失调，驱动局部炎症并促进肿瘤发生。重要的是，ITM还可通过微生物药物代谢直接降低抗癌疗效。胰腺导管腺癌（Pancreatic Ductal Adenocarcinoma, PDAC）中，表达CDDL的γ-变形菌纲将吉西他滨转化为无活性形式，导致化疗耐药。大肠杆菌（Escherichia coli）通过preTA操纵子降解5-氟尿嘧啶（5-Fluorouracil, 5-FU），降低细胞毒性，且与具核梭杆菌共定植可增强化疗耐药。综上，ITM的间接促肿瘤效应不仅限于免疫调节，还包括将肿瘤微环境重塑为支持肿瘤进展、持续及治疗抵抗的生态位。
肿瘤内微生物组的抗肿瘤功能
抑制肿瘤代谢
ITM可通过重编程癌细胞关键代谢通路（包括碳水化合物、氨基酸及脂质代谢）抑制肿瘤进展。结直肠癌中，嗜热链球菌通过β-半乳糖苷酶介导的半乳糖生成及随后的HK2下调抑制糖酵解并抵消Warburg效应。毛螺菌科（Lachnospiraceae）及其代谢产物丁酸盐抑制Warburg效应并限制结直肠癌细胞增殖。肝内胆管癌（Intrahepatic Cholangiocarcinoma, ICC）中，肿瘤内成团泛菌（Paraburkholderia fungorum）通过扰动丙氨酸、天冬氨酸及谷氨酸代谢抑制肿瘤生长。PDAC中，局部酪丁酸梭菌（Clostridium butyricum）及其代谢产物丁酸盐通过增强脂肪酸摄取同时损害脂肪分解，重编程脂质代谢，促进细胞内脂质积累并限制肿瘤进展。这种代谢抑制限制了肿瘤增殖，并可能通过缓解代谢驱动的免疫抑制，支持代谢疗法与免疫疗法的联合应用。
诱导细胞死亡
微生物代谢产物通过多种细胞死亡方式调控肿瘤细胞命运。子宫内膜癌中，产丁酸盐细菌（包括丁酸弧菌属 Butyrivibrio、梭菌属 Clostridium、粪杆菌属 Faecalibacterium）通过抑制CISD1促进铁死亡，导致铁积累及活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）生成，增强孕激素敏感性。酪丁酸梭菌及其代谢产物丁酸盐通过增强脂肪酸摄取并损害脂肪分解，促进PDAC细胞内脂质积累，增敏铁死亡。丁酸盐还诱导肺干细胞中溶酶体Fe2+积累及SLC7A11泛素化介导的降解，触发溶酶体依赖性铁死亡。丙酸盐通过激活酰基辅酶A合成酶长链家族成员4（Acyl-CoA Synthetase Long-Chain Family Member 4, ACSL4）介导的铁死亡抑制癌症进展。产氯酸盐梭菌目（Clostridiales）产生的氧化三甲胺通过激活蛋白激酶R样内质网激酶（Protein Kinase R-Like Endoplasmic Reticulum Kinase, PERK）触发GSDME介导的细胞焦亡。通过启动非凋亡性死亡程序，ITM及其代谢产物成为开发新型杀肿瘤剂及克服治疗抵抗干预措施的有前景候选者。
激活抑癌信号通路
原位ITM可直接干扰致癌级联反应。例如，肿瘤定植的大肠杆菌Nissle 1917（Escherichia coli Nissle 1917, EcN）通过上调磷酸酶与张力蛋白同源物（Phosphatase and Tensin Homolog, PTEN）并抑制AKT1信号通路促进结直肠癌凋亡。相反，通过肠-全身轴，肠道定植微生物通过循环代谢产物远端发挥抑癌效应。例如，肠道定植的麦芽香肉杆菌（Carnobacterium maltaromaticum）产生7-脱氢胆固醇，随后由普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii）转化为维生素D，激活结肠黏膜维生素D受体信号通路以限制肿瘤进展。此外，循环微生物代谢产物如丁酸钠作为组蛋白去乙酰化酶抑制剂，系统性诱导组蛋白超乙酰化及p21WAF1/Cip1表达，激活Chk1/Chk2介导的DNA损伤反应并选择性杀伤癌细胞。这些肠道微生物介导的远端抗肿瘤效应进一步拓展了ITM研究的边界，为口服微生物制剂的系统抗肿瘤应用提供了理论支持。
营造抗肿瘤微环境
微生物组通过两个严格的空间维度深刻增强抗肿瘤免疫及免疫检查点阻断（Immune Checkpoint Blockade, ICB）疗效：通过肠-免疫轴的系统启动及肿瘤部位免疫重编程。
远距离层面，肠道定植微生物及其循环代谢产物在免疫细胞募集至肿瘤前对其进行系统启动。例如，肠道来源的梭菌目产生氧化三甲胺，系统性扩增CD8+T细胞介导的反应。肠道乳酸乳球菌（Lactobacillus gallinarum）分泌吲哚-3-羧酸进入循环，拮抗IDO1/犬尿氨酸/AhR轴，阻断调节性T细胞（Regulatory T Cells, Tregs）分化以改善抗PD-1疗效。假长双歧杆菌（Bifidobacterium pseudolongum）产生的肌苷系统性诱导CD4+T细胞中Th1调节基因表达。除代谢产物外，肠道肝螺杆菌（Helicobacter hepaticus）定植启动远端免疫级联反应，诱导滤泡辅助T细胞（T Follicular Helper Cells, Tfh）及三级淋巴结构成熟，进而激活B细胞和NK细胞。此外，肠道毛螺菌科高丰度与全身肿瘤浸润淋巴细胞（Tumor-Infiltrating Lymphocytes, TILs）增加正相关。罗伊氏乳杆菌（Lactobacillus reuteri）来源的吲哚-3-乙醛（Indole-3-aldehyde, I3A）激活T细胞AhR信号通路，促进IFN-γ产生。
相反，直接定植于肿瘤微环境中的微生物通过即时局部相互作用塑造免疫微环境。肿瘤内双歧杆菌和阿克曼氏菌通过局部释放c-di-AMP激活肿瘤相关单个核吞噬细胞的STING通路，刺激NK细胞和树突状细胞。胆道癌中，肿瘤内梭菌属直接下调肿瘤微环境中PI3K信号通路，限制MDSCs局部募集并促进CD8+T细胞浸润。结直肠癌中，肿瘤定植的肠道乳杆菌（Lactobacillus intestinalis）结合局部受体，通过NOD1/NF-κB通路诱导CCL5分泌，强烈促进肿瘤内树突状细胞趋化。胰腺癌中，糖多孢菌属（Saccharopolyspora）、假黄单胞菌属（Pseudoxanthomonas）和链霉菌属（Streptomyces）的局部存在招募CD8+T细胞建立促炎微环境。
此外，肿瘤内细菌为分子模拟及交叉反应性提供抗原。肿瘤内表达的细菌肽段可被局部抗原呈递细胞呈递，激活T细胞介导的反应。短双歧杆菌（Bifidobacterium breve）和屎肠球菌（Enterococcus hirae）前噬菌体表达肿瘤模拟肽段，增强T细胞对肿瘤抗原的交叉反应性。肿瘤相关抗原与肿瘤内厚壁菌门和拟杆菌门肽段的广泛同源性，使局部抗菌CD8+T细胞能够识别并攻击肿瘤细胞。最后，局部干预如瘤内注射宫入菌（Clostridium butyricum MIYAIRI 588, CBM588）通过TLR2/4-MMP-8轴直接诱导中性粒细胞释放TRAIL，触发局部肿瘤细胞凋亡。综上，微生物组通过两种互补的空间模式促进抗肿瘤免疫：肿瘤外的系统免疫启动及肿瘤微环境内的局部免疫重编程。因此，在预测或利用微生物组依赖性治疗效果时，应同时考虑微生物组成及宿主-微生物相互作用的空间背景。
不同癌种中肿瘤内微生物组的多样性
ITM并非单一实体，其在器官系统、组织学亚型、疾病分期及患者特异性因素间存在显著异质性。脑肿瘤中，尽管存在血脑屏障，胶质母细胞瘤（Glioblastoma Multiforme, GBM）和垂体神经内分泌肿瘤（Pituitary Neuroendocrine Tumors, PitNETs）中仍存在ITM，且不同亚型具有独特微生物特征。鼻咽癌与EB病毒（Epstein-Barr Virus, EBV）强相关，肿瘤组织中富集棒状杆菌属（Corynebacterium）和葡萄球菌属（Staphylococcus），口腔微生物可易位至鼻咽肿瘤组织并促进进展。甲状腺癌组织中富集变形菌门、放线菌门、鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）和白色念珠菌，微生物多样性随肿瘤分期增加。口腔鳞状细胞癌（Oral Squamous Cell Carcinoma, OSCC）中，具核梭杆菌、牙龈卟啉单胞菌、中间普雷沃菌富集，并与炎症及进展相关；白色念珠菌促进生物膜形成及免疫抑制。肺癌中，肿瘤组织富集克雷伯菌属（Klebsiella）、厌氧球菌属（Anaerococcus）及烟曲霉（Aspergillus sydowii），微生物组成因组织学亚型而异。乳腺癌中，肿瘤组织微生物多样性高于癌旁正常组织，富集不动杆菌属（Acinetobacter）、具核梭杆菌、金黄色葡萄球菌及放射形甲基杆菌（Methylobacterium radiotolerans），且微生物特征因分子亚型而异。食管癌中，食管腺癌和鳞癌均显示α多样性降低，富集梭杆菌属、牙龈卟啉单胞菌及普雷沃菌属，乳酸产生菌在食管腺癌中占主导。胃癌经典关联幽门螺杆菌，但仅部分感染者发展为癌症，链球菌属（Streptococcus）、具核梭杆菌等通过NF-κB激活及精氨酸代谢促进进展。胰腺癌中，肿瘤组织微生物负荷及多样性更高，富集γ-变形菌纲、具核梭杆菌、假单胞菌属（Pseudomonas）及链霉菌属，真菌负荷显著增加，马尔尼菲篮状菌（Malassezia）、链格孢属（Alternaria）及耶氏酵母（Yarrowia）占主导。肝癌中，肿瘤组织富集变形菌门、厚壁菌门、梭杆菌属及螺杆菌属（Helicobacter），马尔尼菲篮状菌通过抑制胆汁酸合成促进进展，而副短短芽孢杆菌（Brevibacillus parabrevis）增强NK细胞活性。结直肠癌中，菌群失调表现为具核梭杆菌、产大肠杆菌素大肠杆菌、产肠毒素脆弱拟杆菌富集，真菌（白色念珠菌、马尔尼菲篮状菌）及病毒共同参与，微生物模式因肿瘤部位、分期及分子亚型而异，且ITM促进转移。卵巢癌中，肿瘤组织富集衣原体属（Chlamydia）、支原体属（Mycoplasma）、鞘氨醇单胞菌属（Shewanella）及沙门菌属（Salmonella），真菌及病毒多样，微生物特征与免疫检查点表达及治疗反应相关。前列腺癌中，前列腺组织富集丙酸杆菌属（Propionibacterium）、链球菌属、棒状杆菌属及葡萄球菌属，病毒、真菌及寄生虫可被检测到。子宫内膜癌中，健康子宫内膜以乳杆菌属为主，而癌组织多样性降低，富集拟杆菌属（Bacteroides）、粪杆菌属及微球菌属（Micrococcus），丁酸盐产生菌与孕激素敏感性相关。宫颈癌中，乳杆菌属减少而加德纳菌属（Gardnerella）、普雷沃菌属及斯尼思菌属（Sneathia）增加，HPV持续感染与菌群失调相关。膀胱癌中，肿瘤组织富集阿克曼氏菌、拟杆菌属及梭菌属，卡介苗治疗可增加乳杆菌属丰度。肾癌中，肿瘤组织富集葡萄球菌属、棒状杆菌属及鞘氨醇单胞菌属，EBV及真菌可被检测到。黑色素瘤中，富集不动杆菌属、放线菌属（Actinomyces）及棒状杆菌属，细菌衍生肽段可呈递于主要组织相容性复合体并被T细胞识别。皮肤非黑色素瘤癌中，金黄色葡萄球菌富集而马拉色菌属及痤疮皮肤杆菌（Cutibacterium acnes）耗竭，β-人乳头瘤病毒（β-HPV）参与发病。血液恶性肿瘤中，幽门螺杆菌驱动胃黏膜相关淋巴组织淋巴瘤，伯氏疏螺旋体（Borrelia burgdorferi）及鹦鹉热衣原体（Chlamydia psittaci）分别与B细胞非霍奇金淋巴瘤及非胃肠道MALT淋巴瘤相关，EBV参与伯基特淋巴瘤及霍奇金淋巴瘤发病。骨肿瘤中，可检测到鞘氨醇单胞菌属、放线菌属及假单胞菌属，脂多糖注射可增强CD8+T细胞浸润并抑制肿瘤生长。
肿瘤内微生物组对抗肿瘤治疗的影响
放疗
ITM可能通过调节肿瘤细胞死亡通路及放射敏感性直接影响放疗疗效。鼻咽癌中，具核梭杆菌通过减弱辐射诱导的PANoptosis并维持线粒体稳态促进放射抵抗。局部晚期直肠癌中，瘤内瘤胃球菌属（Ruminococcus）富集与病理完全缓解相关，而梭杆菌属及卟啉单胞菌属（Porphyromonas）富集与非缓解及抵抗相关。具核梭杆菌在新辅助放化疗后持续存在与局部复发高风险相关。相比之下，肠道微生物组对放疗耐受及全身反应的影响更为明确，如肠道来源的丁酸盐通过抑制STING依赖性I型干扰素产生削弱细胞毒性T细胞反应，而粪便微生物移植或益生菌可减轻放射性胃肠道黏膜炎并改善治疗耐受性。
化疗
ITM通过直接灭活化疗药物及调节宿主免疫与肿瘤细胞存活塑造化疗抵抗。胰腺癌中，表达CDDL的γ-变形菌纲（包括肠杆菌科及假单胞菌科成员）将吉西他滨代谢为无活性形式，降低疗效。猪鼻支原体（Mycoplasma hyorhinis）也被报道可赋予吉西他滨抵抗。结直肠癌中，具核梭杆菌与化疗抵抗及转移进展相关。尽管化疗是ITM直接相关效应证据最强的领域之一，但微生物靶向策略能否在不同肿瘤类型中可重复地改善长期生存仍需确立。
免疫检查点抑制剂治疗
免疫检查点抑制剂靶向PD-1、PD-L1及CTLA-4，但其疗效异质性大。肠道微生物组是决定ICI结局的关键因素，而ITM对局部免疫微环境的直接重塑机制仍待探索。肠道共生菌如假长双歧杆菌产生的肌苷可增强抗CTLA-4及抗PD-L1疗效。微生物抗原可模拟肿瘤相关表位，如屎肠球菌噬菌体编码的TMP1模拟肿瘤抗原PSMB4，共激活CD8+T细胞并改善PD-1疗效；短双歧杆菌SVY表位模拟肿瘤抗原SIY，促进肿瘤识别。新兴证据也关联ITM特征与ICI应答，如巨型芽孢杆菌（Priestia megaterium）及洋葱伯克霍尔德菌（Burkholderia cepacia）与应答相关，且具核梭杆菌在特定条件下可增强结直肠癌中PD-L1阻断疗效。
过继细胞治疗
过继细胞治疗包括肿瘤浸润淋巴细胞（Tumor-Infiltrating Lymphocytes, TILs）疗法、T细胞受体工程T细胞及嵌合抗原受体T细胞（Chimeric Antigen Receptor T Cells, CAR-T）等。与放疗、化疗及ICI相比，ITM与ACT关联的证据有限，现有研究多关注肠道微生物组对宿主免疫及抗原呈递的影响。临床研究显示，抗CD19 CAR-T治疗前广谱抗生素暴露与更差的生存及更高的毒性相关。直接证据表明内源性ITM调节ACT的研究稀缺，相关见解主要来自工程化微生物平台，如益生菌引导的CAR-T细胞可在临床前模型中安全有效地靶向肿瘤。
CpG寡脱氧核苷酸治疗
CpG寡脱氧核苷酸激活B细胞及浆细胞样树突状细胞中的TLR9受体，启动NF-κB信号并诱导细胞因子及趋化因子产生。其抗肿瘤疗效至少部分依赖于完整的共生肠道微生物组，在抗生素处理或无菌环境中，CpG寡核苷酸反应显著受损，肿瘤浸润髓系细胞无法产生足够的炎性细胞因子及ROS，导致治疗 efficacy 降低。ITM是否具有类似的局部效应尚不清楚。
肿瘤内微生物组在抗肿瘤治疗中的临床应用
饮食干预
直接证据表明饮食干预可重复性地重塑已建立的ITM仍有限，现有研究多支持饮食通过改变肠道微生物组成及代谢产物，间接影响全身免疫及肿瘤微环境。膳食纤维及微生物组衍生的短链脂肪酸（Short-Chain Fatty Acids, SCFAs）（尤其是丁酸盐）与增强抗原呈递及T细胞活化相关，可能改善ICI应答。益生元如抗性淀粉及菊粉可富集与抗肿瘤免疫相关的细菌类群。特定情境下，饮食底物可能影响特定肿瘤相关微生物的富集，如具核梭杆菌依赖葡萄糖及果糖可用性进行肿瘤定植，限制性饮食策略可能减少其富集并增敏化疗。总体而言，饮食干预主要通过肠-微生物组-免疫轴发挥辅助作用，而非直接重编程已建立的ITM。
粪便微生物移植
粪便微生物移植主要用于转移与有利免疫状态相关的肠道微生物群落，而非直接编辑已建立的ITM。黑色素瘤中，来自ICI应答者的粪便物质可改善受者抗肿瘤反应，临床试验显示粪便微生物移植联合抗PD-1治疗可改变肠道菌群并重编程部分耐药患者的肿瘤微环境。粪便微生物移植也被探索用于管理免疫相关不良事件，尤其是难治性ICI相关结肠炎。然而，粪便
