口腔微生物与肿瘤关系的研究进展

Abstract

口腔幽门螺杆菌与胃部肿瘤关系的研究，引发了对口腔微生物与肿瘤之间关系研究的热潮。本文从口腔幽门螺杆菌与胃部肿瘤的关系，口腔微生物群落与口腔鳞状细胞癌的关系，以及人类免疫缺陷病毒感染患者口腔微生物群落与肿瘤的特殊且密切的关系三个方面对口腔微生物群落与肿瘤之间的关系进行综述，对口腔微生物与肿瘤关系的进一步研究提供参考，以实现通过检测口腔微生物对肿瘤患者进行早期诊断，甚至辅助治疗的目的。

定植于口腔的微生物主要包括细菌、真菌、病毒等，以细菌为主，是人体最复杂的微生物群落之一[1]。19世纪末，研究人员发现微生物是一些重大疾病的病因，通过控制微生物的感染及传播，有些疾病的治疗取得重大进展。研究[2]证实，20%的癌症与微生物感染有关，如幽门螺杆菌与胃腺癌和黏膜相关淋巴组织淋巴瘤的发生密切相关，EB病毒与Burkitt淋巴瘤、鼻咽癌有关。这些研究提示口腔微生物群落与肿瘤之间也可能存在密切关系。目前已有大量研究对口腔微生物感染与肿瘤发生发展的关系进行探讨，虽然这些研究还仅限于描述性研究和可能机制的猜想，但为进一步加强机制层面的研究，并为实现临床肿瘤的预防和治疗提供了可能的方向。本文主要介绍研究较多的三个方面。首先，幽门螺杆菌与胃炎和胃癌的关系已经非常明确，而口腔位于消化道的前端，口腔内的幽门螺杆菌感染与胃炎和胃癌的关系倍受关注；其次，口腔鳞状细胞癌是最常见的口腔肿瘤，它与微生物群落的关系一直是研究的主要内容；再次，人类免疫缺陷病毒（human immunodeficiency virus，HIV）感染患者的口腔微生物群落有其特殊性，患者本身又是罹患肿瘤的高危人群，二者之间的关系一直是学者们关注的焦点。

1. 口腔中的幽门螺杆菌与胃肿瘤的关系

1.1. 口腔中幽门螺杆菌与胃部幽门螺杆菌感染的关系

幽门螺杆菌是革兰阴性，微需氧的螺杆状细菌，主要传播途径包括粪—口途径、口—口途径和胃—口途径[3]，由此推测，口腔的健康状况将直接或间接地影响胃部幽门螺杆菌的感染和再感染。幽门螺杆菌在唾液、舌背部生物膜、牙菌斑、口腔溃疡和口腔肿瘤中都有检出。Majmudar等[4]从40个健康人的牙菌斑中全部分离到幽门螺杆菌。幽门螺杆菌在口腔中普遍存在，与胃部的定植情况有关联。临床研究[5]显示，97%的志愿者口腔中可以检测出幽门螺杆菌，26.2%的志愿者患有幽门螺杆菌感染性胃炎。Miyabayashi等[6]发现，幽门螺杆菌感染性胃炎的系统性抗菌治疗效果与口腔中幽门螺杆菌的定植情况有关。口腔是幽门螺杆菌的重要贮存库，对胃部幽门螺杆菌感染有重大影响。

1.2. 幽门螺杆菌与胃炎和胃肿瘤的关系

幽门螺杆菌与慢性胃窦炎和消化性溃疡有关，它与胃癌的关系也非常明确[7]。1994年，世界卫生组织基于流行病学调查，将幽门螺杆菌定为胃癌的Ⅰ级致癌因子。幽门螺杆菌可以通过其毒力因子直接调节胃上皮细胞的功能，同时也可以引起炎症，间接作用于胃上皮细胞[8]–[9]；这两种方式共同促进了胃癌的发生与发展。综上所述，口腔中的幽门螺杆菌对胃部肿瘤的发生和发展有重要作用。

2. 口腔微生物与口腔鳞状细胞癌的关系

口腔鳞状细胞癌是口腔最常见的恶性肿瘤，其患病率占口腔癌的80%以上[10]。口腔微生物与口腔鳞状细胞癌的关系一直是相关研究的重点内容。

2.1. 口腔鳞状细胞癌的口腔微生物群落特征

2.1.1. 口腔鳞状细胞癌组织中的微生物群落特征

健康口腔黏膜表面的生物膜中占主导地位的菌群是需氧菌，而口腔鳞状细胞癌患者肿瘤表面的生物膜中含有更多的需氧菌和厌氧菌[11]–[12]。与健康黏膜相比，肿瘤组织的病理变化导致细菌的定植环境发生变化，其微生物群落也相应改变。肿瘤坏死组织为微生物的生长代谢提供了大量的营养物质；其内的溃烂和潜行腔隙中，氧化还原电位降低，利于厌氧菌定植生长；黏膜分泌功能降低和病灶表面不光滑，影响了唾液的清洁作用；这些因素为厌氧菌的定植和生长创造了有利条件[13]。Hooper等[14]–[15]从口腔鳞状细胞癌表面和深部均分离出活菌，表明肿瘤的微生态环境有利于细菌的定植和存活。

与健康黏膜环境相比，鳞状细胞癌组织中定植细菌的种类和数量都有较大的改变。Pushalkar等[16]使用16S rRNA、变性梯度凝胶电泳和克隆测序技术分析临床鳞状细胞癌样本中细菌的多样性，结果显示，与肿瘤组织高度相关的菌种有口炎消化链球菌（Peptostreptococcus stomatis）、唾液链球菌、格氏链球菌、溶血孪生球菌、麻疹孪生球菌、约翰森菌（Johnsonella ignava）、副血链球菌Ⅰ型等。口腔链球菌属在鳞状细胞癌组织中的定植增加已被大量实验所证实[17]–[18]，同时厌氧菌普雷沃菌属、韦荣菌属、卟啉单胞菌属和二氧化碳噬纤维菌属细菌的数量也有明显增加[18]。Krogh等[12]发现，鳞状细胞癌组织表面的韦荣菌属、梭杆菌属、卟啉单胞菌属、放线菌属、梭菌属、嗜血菌属、肠杆菌属、链球菌属的菌量明显增加。同时，口腔鳞状细胞癌的深部组织中还存在一些少见细菌，如黄色植物杆菌（Plantibacter flavus）、密执安棒状杆菌（Clavibater michiganensis）和栖热菌（Thermus）等[14]–[15]。

在这些定植菌中，咽峡炎链球菌尤其值得注意。咽峡炎链球菌仅存在于牙菌斑中，唾液中无法检出。Sasaki等[19]发现，该菌感染在口腔鳞状细胞癌患者中发生率较高，癌变部位检测出咽峡炎链球菌的患者均为口腔鳞状细胞癌患者，并且鳞状细胞癌区域咽峡炎链球菌的基因型与牙菌斑中的相同。

虽然目前已发现鳞状细胞癌组织中定植的细菌种类和数量有其特异性，但对其机制和临床应用层面的研究仍有欠缺。进一步探讨微生物定植在肿瘤发生发展中的作用，研究控制微生物感染对肿瘤的治疗价值，对肿瘤的预防和治疗都有积极的意义。

2.1.2. 唾液的微生物群落特征

口腔鳞状细胞癌患者唾液微生物群落的改变，在肿瘤诊断方面具有重要的价值。Mager等[20]发现，口腔鳞状细胞癌患者唾液中的牙龈二氧化碳噬纤维菌、产黑色素普雷沃菌、缓症链球菌含量明显增加，将这3种细菌作为诊断标志物，可以确诊约80%的口腔鳞状细胞癌；由此可见，这3种菌具有作为口腔鳞状细胞癌诊断指标的潜在价值，但是尚需大规模的临床研究来验证。鳞状细胞癌患者唾液微生物改变的原因目前尚未明确，可能与分泌型免疫球蛋白A（secretory immunoglobulin A，sIgA）的分泌改变有关。研究[13]发现，口腔癌和口腔黏膜癌前病变患者的唾液sIgA含量明显减少，分泌速度也低于健康人，可能是激发口腔感染的有利条件。临床上唾液取样容易，如何利用唾液微生物群落的变化特征达到早期诊断口腔鳞状细胞癌的目的，是值得关注和研究的方向。

2.2. 口腔微生物对口腔鳞状细胞癌发生的影响

口腔鳞状细胞癌是多种因素协同作用的结果，目前较明确的危险因素是吸烟和饮酒，其他的相关因素包括口腔卫生较差，牙周炎，细菌慢性感染，病毒感染或假丝酵母菌感染等[15]。在这些危险因素中，口腔微生物占有重要地位。除了微生物本身导致的感染，牙周炎、口腔卫生状况与微生物的关系不言而喻，即使是吸烟和饮酒也与微生物密切相关。

2.2.1. 口腔微生物和吸烟、饮酒的关系

吸烟和饮酒是口腔癌的两大重要危险因素，值得注意的是，乙醇和烟雾本身没有致癌作用，二者是在口腔微生物的作用下才转化成强致癌物质。乙醇在口腔微生物的作用下转化为乙醛，而乙醛是明确的致突变和致癌物质，能干扰DNA的合成和修复，诱导姐妹染色体互换，产生基因突变，导致细胞损伤[21]。研究表明，乙醇摄入的频次和时间，与口腔鳞状细胞癌患病的危险性呈明显的剂量—反应关系。此外，参与乙醇代谢酶的基因多型性可部分解释肿瘤个体易患性的差异，也可能是个体乙醇代谢活性高低的原因之一[21]。相似的，口腔微生物可激活烟草中的亚硝基二乙胺[17]，形成致癌物质；而且吸烟可导致唾液中乙醛浓度增加[22]，与饮酒之间存在协同作用[23]。

研究[24]发现，半胱氨酸能干扰乙醛相关的致癌作用，为控制这一危险因素提供了可能的方案。半胱氨酸能与乙醛结合形成噻唑烷羧酸复合物，消除局部的致癌作用。如果在饮酒前用氯己定漱口，减少微生物含量，可以将唾液中乙醛含量降低50%[21]。

2.2.2. 口腔微生物及慢性炎症对鳞状细胞癌发生的影响

口腔微生物本身及其代谢产物，包括内毒素、蛋白酶、胶原酶、纤维蛋白溶酶、磷脂酶、硫化氢、氨气、脂肪酸等，对宿主细胞均有毒性作用，可以直接诱发细胞突变，或间接改变细胞的信号传导通路，影响细胞增殖和上皮细胞的活性[25]。口腔微生物感染最直接的特征是引起慢性炎症，慢性炎症可以间接激活宿主细胞，产生过氧化氢、氧自由基、一氧化氮、丙二醛、4-羟基壬烯醛和基质金属蛋白酶等毒力因子，导致细胞DNA损伤[26]。由自由基引起的DNA损伤是癌症发展的主要病理机制[27]，且细胞因子的反应性变化在癌症发展中起重要作用。

Sasaki等[19]发现，口腔咽峡炎链球菌感染可以诱导一氧化氮和环氧化酶-2合成，增加DNA损伤，促进口腔癌发生。一些细菌毒素也可以干扰细胞的信号转导，促进肿瘤的发生。例如，多杀巴斯德菌毒素和大肠杆菌细胞毒性坏死因子能激活RHO家族的信号传导，导致环氧化酶-2的激活，参与肿瘤发展的多个阶段[28]；也可以通过有丝分裂原激活促分裂素原活化蛋白激酶信号传导通路和D1循环，增加基因突变率，提高细胞转移和肿瘤发展的概率[29]。

在众多的细胞信号通路中，Toll样受体5（Toll-like receptor 5，TLR5）在口腔鳞状细胞癌发生中的机制较为明确。免疫系统的多数细胞均可表达TLR5模式识别受体，它可识别细菌的鞭毛蛋白，刺激免疫反应。在恶性细胞中，TLR5不仅可以促进炎症应答而且能刺激恶性细胞的侵袭、迁移以及趋化细胞因子的分泌，为癌症的发展和扩散创造条件[30]。Kauppila等[31]检测了癌变部位TLR5的表达情况，结果发现，与毗邻的健康上皮相比，癌细胞中TLR5由基底层鳞状细胞表达，其表达率明显增加；通过多元分析发现，TLR5表达水平的升高与癌症发生率和癌症相关的死亡率升高呈明显的相关性。

3. HIV感染患者口腔微生物与肿瘤的关系

3.1. HIV相关性肿瘤和非HIV相关性肿瘤

HIV感染是多年来的研究热点。目前已经明确HIV阳性患者是罹患肿瘤的高危人群。HIV相关性肿瘤有非霍奇金淋巴瘤、卡波西肉瘤、侵袭性宫颈癌等[32]，其中卡波西肉瘤和非霍奇金淋巴瘤都可发生于口腔。近年来，随着高活性抗逆转录病毒治疗的广泛应用，HIV阳性患者寿命延长，非HIV相关性肿瘤，如口腔鳞状细胞癌的患病率越来越高。2006年的一项研究[33]表明，纽约HIV感染者的第三大非HIV相关死因即是非HIV相关性肿瘤，其比例高达21%。另有研究[34]表明，HIV感染人群的头颈部癌的发生率是普通人群的2~3倍。与HIV阴性人群相比，HIV阳性人群口腔癌的平均患病年龄更小，生存率更低[35]。对HIV感染患者罹患非HIV相关性肿瘤的研究有重大意义。

非HIV相关性肿瘤的发生可能与病毒本身及其免疫缺陷有关。HIV本身可以直接或间接地诱导恶性肿瘤的发生。HIV可直接影响细胞的增殖和生长；也可诱导基因组的整合，激活癌基因；HIV对某些细胞因子的表达有抑制作用；这些因素均可增加癌变的危险性。HIV感染可以激活慢性B细胞，抑制宿主免疫系统，使癌症的危险性升高[36]。免疫缺陷可导致多种致癌病毒联合感染的危险性增加[37]，如HIV和人乳头状瘤病毒（human papilloma virus，HPV）16、HPV18的联合感染。HPV感染可进一步地增加HIV感染患者罹患肿瘤的危险性。

3.2. 口腔微生物对HIV阳性患者肿瘤发生的影响

目前关于HIV阳性患者口腔微生物与肿瘤发生的关系并未明确，但HIV阳性患者口腔微生物群落与正常人相比有其特异性，可以推测，这种微生物特异性与其肿瘤高发性可能存在着某种关联。

3.2.1. 口腔假丝酵母菌

口腔假丝酵母菌是口腔常驻菌之一，其感染在健康人群中很少，却是HIV感染患者最常见的口腔真菌性疾病[38]。研究[39]发现，HIV患者的假丝酵母菌感染与其口内的癌前病变相关。目前口腔假丝酵母菌感染已被认为是HIV患者罹患癌症的独立危险因素[39]。在HIV感染状态下，该菌从口腔共生菌转变为致病菌，其表型改变，黏附性和侵袭性增强[40]，这些改变可能是导致肿瘤发生的原因之一。虽然假丝酵母菌的致癌机制仍需进一步研究，但是鉴于HIV阳性患者感染的普遍性，它在HIV相关性和非相关性肿瘤中的作用值得重视。

3.2.2. 牙周组织的微生物群落

HIV感染患者常发生少见且严重的牙周感染，如线形红斑性牙龈炎和坏死性溃疡性牙周炎，其龈下微生物的组成具有特异性。Paster等[41]发现，HIV感染患者坏死性溃疡性牙周炎龈下菌群的微生物与未感染HIV者有许多相似之处，但未检测到典型的牙周病原体如牙龈卟啉单胞菌。Aas等[42]证实，HIV阳性患者龈下菌群中，典型的牙周可疑致病菌如齿垢密螺旋体、牙龈卟啉单胞菌和福赛斯坦纳菌均低于正常水平，而孪生球菌属、拟杆菌属、链球菌属和韦荣菌属是其主要组成部分。Moore等[43]也发现，HIV阳性患者龈下菌群中螺旋体和支原体的水平较HIV阴性个体明显增加。这些研究表明，HIV阳性患者龈下菌群有其特异性，可能存在未知的特定微生物或是以往认为不能引起牙周感染的微生物物种，这种特异性与其肿瘤高发性有无关系尚未明确，但已引起广泛关注。

Krüger等[44]报道了4例口腔鳞状细胞癌患者伴有慢性牙周炎的HIV患者，其中1例患者除慢性牙周炎这一可能致病因素外，未发现其他致癌因素，由此推论慢性牙周炎与口腔鳞状细胞癌有相关性。Tezal等[45]发现，HIV患者的临床附着丧失与口腔肿瘤和癌前病损有关，牙周疾病可能是口腔肿瘤的危险因素；此后的研究[46]证实，慢性牙周炎病史是HIV患者罹患舌癌的危险因素。免疫学研究表明，HIV阳性患者牙龈组织中T细胞明显减少[47]，其龈下的局部免疫反应也发生改变，如炎症介质增加，多形核白细胞聚积等；这些免疫因素的变化同样是肿瘤发生的危险因素，二者的关系值得进一步研究。

综上所述，口腔微生物群落与口腔肿瘤的发生发展有密切的关系，对二者关系的研究将为今后肿瘤早期预警和生物诊治提供新的方向和理论依据。

Funding Statement

[基金项目] 国家自然科学基金资助项目（81372889）