自噬和微生物群在癌症进展中的相互作用 (国人佳作)

编译：微科盟小木，编辑：微科盟茗溪、江舜尧。

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导读  

自噬是真核生物中一个高度保守的分解代谢过程，本质上是一种依赖于溶酶体的蛋白质降解途径。自噬失调往往与多种癌症的发病机制有关，不仅可以促进癌症的存活，还可以引发肿瘤细胞死亡。在癌症的发展过程中，微生物群落可能通过促进黏膜炎症使细胞易于发生肿瘤，导致系统性疾病，也可能调节对癌症的免疫反应。自噬与微生物之间的复杂关系可以通过激活免疫系统来保护机体。此外，自噬和微生物可以以多种方式相互作用，从而影响与癌症进展有关的各种生理和病理反应。与微生物失调和自噬激活相关的各种分子机制控制着促肿瘤或抗肿瘤反应的结果，这取决于癌症类型、肿瘤微环境和疾病阶段。本文着重介绍了自噬在致病微生物与人类癌症相互作用中的主导作用，并探讨了自噬调节这一复杂生物过程的各种分子机制。此外，我们还强调了利用靶向微生物群/自噬轴的多种分子制剂治疗癌症的可能性。最后，我们总结了新兴的临床试验，这些试验研究靶向自噬或微生物群作为抗癌策略的治疗潜力，尽管尚未彻底探索它们之间的相互作用。

论文ID

原名：Crosstalk between autophagy and microbiota in cancer progression

译名：自噬和微生物群在癌症进展中的相互作用

期刊：Molecular Cancer 

IF：27.401

发表时间：2021.12.11

通讯作者：周旋＆王宇＆王斯南

通讯作者单位：天津医科大学肿瘤医院颌面耳鼻喉头颈外科；天津医科大学总医院消化内科

DOI号：10.1186/s12943-021-01461-0

综述目录

1 前言

2 微生物群与自噬的概述

2.1 微生物群和癌症   2.2 自噬和癌症  

3 癌症发展过程中微生物群和自噬之间的相互作用

4 微生物群在自噬相关癌症中的作用

4.1 幽门螺杆菌(Helicobacter pylori)   4.2 具核梭杆菌(Fusobacterium nucleatum)   4.3 牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonas gingivalis)  

5 靶向微生物群/自噬治疗癌症

5.1 靶向自噬药物的临床试验   5.2 靶向微生物群的药物临床试验   5.3 抗生素联合自噬抑制剂的抗肿瘤作用  

6 结论

主要内容

1 前言

自噬是真核生物中发生的一种进化保守的细胞内循环和细胞自我降解过程，在维持各种生物过程的稳态中发挥着关键作用。许多研究表明，自噬作为一种细胞死亡机制，在细胞死亡、感染、心脏病、神经变性、自身免疫疾病和癌症等多种疾病过程中发挥着重要的病理生理作用。自噬通过调节细胞死亡在癌症进展中发挥多种功能，进一步的研究表明自噬在癌症中发挥双重作用，它能促进某些肿瘤的恶性转化，抑制其他肿瘤的生长。以往的报道表明，自噬相关基因(ATG)BECN1在40-75%的乳腺癌、卵巢癌和前列腺癌中缺失，表明自噬在肿瘤生长抑制中的作用。此外，自噬在RAS转化的肿瘤中上调，从而促进其生存、生长和肿瘤发生。自噬可以根据机制分为非选择性或选择性自噬。常见的自噬过程包括将细胞质部分包装成自噬小体，并将这些货物运送到溶酶体进行降解。相反，当特异性靶点，如蛋白质聚集体、受损细胞器和细胞内病原体被识别时，选择性自噬就会被激活。

癌症和微生物群之间的关系还不清楚。众所周知，遗传和环境因素对癌症的发生和发展至关重要，但最近的研究表明，微生物也是必不可少的。除胆管癌外，胃癌、卵巢癌、胰腺癌、前列腺癌、肺癌、乳腺癌均与微生物感染有关。近年来，粘膜相关的微生物群被证明是各种恶性肿瘤微环境所必需的；此外，肿瘤内生物可以影响肿瘤的发生和转移。Garrett W.S.也指出，微生物和微生物群有助于致癌的方式，无论是通过增强或减少宿主的风险，可分为三大类：(i)改变宿主细胞增殖和死亡的平衡，(ii)指导免疫系统功能，以及(iii)影响宿主产生的因子、摄入的食物和药物的代谢。因此，靶向微生物的微分子药物已成为抗肿瘤治疗领域的研究热点，主要针对由微生物感染引起的肿瘤。此外，某些可以影响肿瘤对其他治疗策略的反应的微生物可以用于治疗癌症，称为“利用微生物治疗微生物”。

自噬和微生物群之间的相互作用除了在病理和生理条件下发挥各自的作用外，在肿瘤的发生和对化疗药物的耐药性中也起着重要作用。牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonas gingivalis)感染诱导的自噬控制宿主口腔癌细胞的增殖和G1阻滞。具核梭杆菌(Fusobacterium nucleatum)通过上调ULK1和ATG7诱导结直肠癌对奥沙利铂和5-氟尿嘧啶(5-FU)的耐药性来促进癌症的发生。需要对微生物群和自噬之间的相互作用进行更多的研究，以更好地探索不同的变量并定义相关性，以及它们影响癌症进展的机制。深入了解微生物/自噬轴的分子机制可能有助于设计出更好的临床使用的抗癌药物。本文就肿瘤中微生物群和自噬的作用及其在肿瘤进展中的特点进行了综述。此外，本文还分析了不同细菌调控的自噬对肿瘤生物学行为的影响和机制，以及自噬对微生物群癌变的影响，强调了自噬在微生物群与人类肿瘤相互作用中的主导作用。此外，还总结了多种药物，并通过临床试验或动物实验来评估靶向微生物群/自噬轴作为抗癌策略的治疗潜力。

  2 微生物群与自噬的概述 2.1 微生物群和癌症

在癌症发展过程中，微生物群落可能通过促进黏膜炎症或引起系统性疾病而具有间接致癌功能，其中大多数研究集中在口腔和肠道微生物群(图1)。

口腔微生物群十分复杂，常见的病原菌有咽峡炎链球菌(Streptococcus anginosus)、韦荣球菌属(Veillonella)、具核梭杆菌(F. nucleatum)和牙龈卟啉单胞菌(P. gingivalis)。研究表明，口腔中的致病菌与消化系统的多种癌症有关。已有报道称，食管癌的发生与牙龈卟啉单胞菌和具核梭杆菌有关。牙龈卟啉单胞菌在食管鳞状细胞癌(ESCC)中的检出率高于癌旁组织或正常对照。此外，牙龈卟啉单胞菌可能利用miR-194/GRHL3/PTEN/AKT轴促进ESCC增殖和迁移。食管癌组织中具核梭杆菌的DNA浓度明显高于正常食管癌组织。胃癌组织中口腔细菌(链球菌Streptococcus、梭状芽胞杆菌Clostridium等)的水平明显高于正常组织，而短乳杆菌(Lactobacillus brevis)在非肿瘤组织中的富集程度则相反。非贲门癌患者拟杆菌门(Bacteroides)和厚壁菌门(Firmicutes)的比例明显降低。胰腺癌患者唾液微生物群中长奈瑟菌(Neisseria elongata)和缓症链球菌(Streptococcus mitis)的丰度明显低于健康人群。研究人员还发现，胰腺癌患者唾液中的Leptotrichi与卟啉单胞菌属(Porphyromonas)的比例明显高于健康患者或其他疾病患者。在一项对照研究中，发现牙龈卟啉单胞菌和具核梭杆菌与胰腺癌的高风险相关。牙龈卟啉单胞菌可促进胰腺癌细胞增殖，但不具有TLR2功能。有研究表明，CRC中具核梭杆菌的总丰度是相邻正常组织的415倍，并观察到其与淋巴结转移呈正相关。

胃肠道中的某些细菌与细胞发育不良和致癌作用有关。空肠弯曲菌(Campylobacter jejuni)和具核梭杆菌已被证明是结直肠癌的致癌性肠道细菌。幽门螺杆菌(Helicobacter pylori)在胃癌中通过JAK/STAT1信号通路增加癌相关成纤维细胞(CAFs)中VCAM1的表达，且胃癌患者VCAM1水平与肿瘤进展及不良预后呈正相关。此外，CAF来源的VCAM1与整合素αvβ1/5相互作用可促进胃癌细胞的体内外侵袭。在CRC的一项研究中发现，某些细菌(如大肠杆菌)的积累可促进慢性炎症，并通过空肠弯曲菌产生的细胞致命扩张毒素诱导癌变。此外，CRC细胞系的致癌转录变化与具核梭杆菌的FadA黏附素有关。具核梭杆菌水平在结直肠腺瘤和癌症患者的粪便样本中均有升高，与正常结肠组织相比，在腺癌和腺瘤中也有富集。具核梭杆菌通过TLR4/MYD88/NF-κB通路增加miR-21的表达，诱导CRC细胞增殖和迁移。Pks+大肠杆菌可以输出DNA加合物，进而增强大肠杆菌毒素在抑癌基因或致癌基因中产生突变的能力，从而促进哺乳动物和小鼠细胞的癌症起始和进展。Enterotoxigenic Bacteroides fragilis(ETBF)是一种常见的肠道共生菌，通过STAT3-和Th17-依赖性途径强烈诱导多发性肠瘤(Min)小鼠的结肠肿瘤。CRC患者粪便标本中Peptostreptococcus anaerobius的丰度高于正常对照组，厌氧菌可通过其表面蛋白PCWBR2与α2/β1整合素结合。PCWBR2与α2/β1整合素的相互作用可诱导CRC细胞黏着斑激酶磷酸化进而激活PI3K/AKT通路，增加细胞增殖，激活NF-κB信号通路，最终促进慢性炎症和肿瘤进展。上述细菌和其他与癌症相关的微生物群均汇总在表1中。

图1 细菌调控肿瘤进展的机制概述。病原菌主要来自口腔和胃肠道菌群。不同种类的细菌通过引起宿主适应性免疫反应、细胞周期阻滞、DNA转录改变和DNA损伤、活性氧积累以及多种信号通路的激活(如Wnt/β-catenin、NF-κB、STAT3信号通路等)来促进肿瘤的发生、发展和转移。

表1 参与癌症进展的微生物群。

FadA，梭杆菌黏附素A；STAT3，信号转导和转录激活因子；TLR2，toll样受体2；TLR4，toll样受体4；ROS，活性氧；PCWBR2，假定细胞壁结合重复序列2；SGMB，解没食子酸链球菌成员菌；IL-1，白介素1；COX-2，环氧合酶-2；IL-8，白介素-8；CCR5，CC趋化因子受体5；VCAM1，血管细胞黏附分子-1；CAF，癌相关成纤维细胞；ESCC，食管鳞状细胞癌；IL-1β白介素1β；IL-23，白介素23；PI3K，磷脂酰肌醇-3-激酶；HCC，肝细胞癌；PDCD4，程序性细胞死亡因子4；AP-1，激活蛋白-1。

  2.2 自噬和癌症

自噬是真核细胞通过溶酶体降解受损细胞器和蛋白质的一种降解途径，广泛存在于正常细胞和恶性肿瘤细胞中。自噬过程主要包括隔离膜或吞噬泡的形成和延伸，自噬小体的形成，自噬小体与溶酶体融合形成自噬溶酶体，以及细胞内物质的最终降解。降解产物如氨基酸和脂肪酸可被细胞重复利用，被认为是一种良好的修复和防御机制。Gozuacik等学者指出，一些恶性肿瘤的发生伴随着自噬的抑制。大量研究发现，自噬与恶性肿瘤的关系密切而复杂，特别是在影响肿瘤的复发、转移和耐药过程方面(图2)。TRPM3在肾透明细胞癌中高表达，通过激活上游CAMKK2/ULK1级联并通过CAMKK2/AMPK通路抑制内源性miR-214，诱导高水平的自噬，最终促进肿瘤生长。TRIM59包含三重基序，抑制NF-κB通路，下调BECN1的转录，同时通过TRAF6诱导的K63连接影响BECN1的泛素化水平。结果，它阻断了BECN1/PIK3C3复合体的建立，该复合体触发下游自噬级联。POX诱导保护性自噬，通过激活AMPK促进HT-29细胞在低氧肿瘤微环境中的存活。在非小细胞肺癌(NSCLC)中，自噬诱导因子酪蛋白激酶1α(CK1α)激活PTEN/AKT/FOXO3a/ATG7轴，增加自噬并抑制肿瘤进展，从而负调控肿瘤生长。IFN-γ通过IRF-1信号通路诱导自噬小体的形成和LC3的转化，从而帮助构建自噬复合体。在Huh7肝癌细胞中，IFN-γ不仅抑制细胞生长，而且诱导非凋亡性细胞死亡。此外，IFN-γ还可上调Beclin-1的表达，Beclin-1在胃上皮细胞自噬过程中至关重要，IFN-γ可抑制IL-1β诱导的炎症反应、幽门螺杆菌诱导的上皮细胞凋亡、细胞增殖和Dckl1+细胞升高，从而抑制细菌感染和胃黏膜癌变。用siRNA敲除lncRNA HOTAIR可通过下调Wnt/β-catenin信号通路的活性减少自噬，抑制EMT，降低细胞活力，抑制细胞增殖，诱导细胞凋亡，增强抗辐射HeLa细胞对放疗的敏感性。当过表达时，lncRNA CTA通过降低LC3-II亚型和BNIP3/BNIP3L表达水平来抑制自噬，它还能促进骨肉瘤化疗引起的细胞凋亡。MiR-93可以通过下调胶质母细胞瘤干细胞(GSCs)中BECN1、ATG4B、ATG5和SQSTM1的表达来抑制自噬活性，从而抑制肿瘤细胞生长和胶质瘤的自我更新，并通过抑制自噬增强替莫唑胺(TMZ)的活性以防止肿瘤进展。在CRC中，miR-18a*和miR-4802靶向ULK1/ATG7，通过TLR4和MYD88信号通路调控自噬。这两种miRNAs都促进CRC对奥沙利铂和5-FU的化疗耐药。FXYD6的沉默通过调节ATP-α1的活性促进促生存自噬并抑制凋亡，而FXYD6的过表达可增加CRC的化疗敏感性。IRF1的下调与ATG7呈负相关，通过阻断IGF1受体和BECN1的扩张增加自噬水平，从而促进乳腺癌对抗雌激素的抵抗。HMGB1通过增加LC3-II的表达，降低p62的表达，并通过PI3K/MEK/ERK通路抑制自噬小体的形成来诱导自噬，从而促进白血病细胞的化疗耐药。研究表明，自噬缺失可能会导致癌症的发展，但自噬本身也可能促进肿瘤的发生。自噬水平的改变在很大程度上可能会增加肿瘤细胞的自噬诱导或抑制自噬活性，但一般情况下发生变化主要有三种情况：一是肿瘤低氧“低营养环境”导致自噬增加；第二，一些癌症相关基因与自噬过程密切相关，其畸变导致自噬活性发生变化；第三，肿瘤细胞中溶酶体活性和转运能力的改变也可能导致自噬水平的巨大变化。自噬水平因肿瘤细胞类型、肿瘤发生阶段、肿瘤组织部位的不同而不同。与自噬活性的复杂变化相一致，自噬对癌症的影响也需要专门分析。首先，自噬可以为肿瘤细胞提供生长所需的代谢物，维持内部环境的稳定，从而促进肿瘤的发生。其次，自噬可以避免氧化应激、持续炎症和DNA损伤的威胁，从而发挥抑制癌症的作用。上述分子及其在肿瘤进展中调节自噬的机制见表2。

图2 不同的蛋白质或小分子调节自噬途径。自噬是肿瘤发生过程中的一个关键调控因子，它不仅可以通过为肿瘤细胞提供营养来促进癌症的发生，还可以通过增加细胞凋亡来抑制癌症的发展。自噬可以分为四个部分：自噬体的起始、延伸、成熟以及自噬体与溶酶体的融合。ATGs参与每一步并最终促进或抑制癌症。

表2 调节自噬和肿瘤行为的调节因子。

TRPM3，M型瞬时受体电位通道3；ULK1，unc-51样激酶1；LC3A，轻链3A；LC3B，轻链3B；CAMKK2，钙调蛋白依赖的蛋白激酶激酶2；TRIM59，三重基序蛋白59；BECN1，Beclin1基因；POX，脯氨酸氧化酶；CK1α，酪蛋白激酶1α；ATG7，自噬相关基因7；IFN-γ，γ干扰素；IRF1，干扰素调节因子1；EMT，上皮间充质转化；DOX，阿霉素；BNIP3，Bcl-2相互作用蛋白3；BNIP3L，BCL-2相互作用蛋白3样；ATG4B，自噬相关蛋白4B；ATG5，自噬相关蛋白5；GSC，胶质母细胞瘤干细胞；FXYD6，包含FXYD结构域的离子转运调节因子6；ICI，免疫检查点抑制剂，HMGB1，高迁移率族蛋白B1。

3 癌症发展过程中微生物群和自噬之间的相互作用

幽门螺杆菌(H. pylori)是胃癌的主要风险因素。研究表明，大约2%-3%的人感染幽门螺杆菌最终会发展为胃癌。研究还表明，在肿瘤细胞中，幽门螺杆菌与毒力因子的协同作用可诱导自噬。细胞毒素相关基因A(CagA)和空泡毒素A(VacA)是幽门螺杆菌的主要致病因子，两者都与自噬和胃癌相关(图3)。据报道，CagA通过激活PI3K/AKT/mTOR通路抑制自噬。CagA一旦进入胃上皮细胞，可能被酪氨酸磷酸化，酪氨酸被多种信号因子激活，从而改变多肌动蛋白的细胞骨架，诱导炎症反应，启动凋亡，抑制自噬，导致细胞分散。VacA是介导幽门螺杆菌参与调节自噬的另一个主要因素。当胃粘膜细胞短时间暴露于VacA后，自噬水平会升高，从而抑制肿瘤生长。当胃上皮细胞长期暴露于VacA时，其抗吞噬途径受到影响。长期幽门螺杆菌感染会降低自噬水平并诱导自噬底物p62的集合，后者可随后直接通过其UBA结构域与DNA修复标志物Rad51相互作用，从而促进Rad51泛素化降解，抑制修复受损DNA的能力。此外，幽门螺杆菌可能通过促进双链断裂(DSBs)和基因组不稳定性来促进胃癌的发生。因此，根除幽门螺杆菌，增加自噬有助于预防胃癌的发生。目前，自噬促进幽门螺杆菌胃癌形成的机制尚不清楚，有待进一步研究。

如上所述，具核梭杆菌(F. nucleatum)与CRC的发生发展密切相关。与正常组织相比，随着CRC的发展，肿瘤组织中具核梭杆菌的丰度逐渐增加；这一发现也得到了具核梭杆菌与CRC患者AJCC癌症分期之间正相关关系的支持。上海消化疾病研究所Fang JY指出，具核梭杆菌可以通过影响自噬调节的miRNAs，促进CRC患者对化疗药物的耐药性。对于其他癌症，研究表明具核梭杆菌通过调节内源性LC3和ATG7的表达以及自噬小体的形成，导致对5-FU、顺铂(CDDP)和多西他塞的化疗耐药。

  4 微生物群在自噬相关癌症中的作用

4.1 幽门螺杆菌(Helicobacter pylori)

幽门螺杆菌介导胃癌发生发展的具体机制尚不清楚，受多种变量的影响，如菌株特异性的细菌成分、炎症反应的复杂作用、宿主遗传多样性、环境影响等。近年来的研究发现，幽门螺杆菌诱导的巨核细胞自噬是真核细胞维持细胞内环境稳态、对抗外界应激从而促进肿瘤进展的保守过程。也有报道称，幽门螺杆菌可以通过下调自噬蛋白的表达逃避自噬，并促进胃癌的发生。胃癌中幽门螺杆菌感染引起的自噬机制复杂，在不同感染阶段自噬的作用可能不同。Terebiznik首次报道幽门螺杆菌触发胃腺癌上皮细胞的自噬，并确定LC3为自噬相关标志物。此外，Yahiro等人发现低密度脂蛋白受体相关蛋白-1(LRP-1)可通过胃癌上皮细胞中的VacA介导自噬，这可能与激活VacA通道促进酪氨酸磷酸酶相关空泡的形成有关。CagA作为幽门螺杆菌的另一个重要毒力因子，被认为可以触发miR-543的过表达(图3)，miR-543可以通过与SIRT1相互作用抑制自噬，从而增加EMT并促进胃癌肿瘤细胞的迁移和侵袭。

近年来，越来越多的学者报道，结肠癌的发生与幽门螺杆菌感染密切相关。邻苯三酚治疗可显著降低幽门螺杆菌的存活率至62%，并通过抑制HT-29细胞的迁移表现出明显的抗转移潜能。应用免疫组化染色发现，在幽门螺杆菌感染的结肠癌组织中，Beclin-1表达异常。因此，推测Beclin-1介导了幽门螺杆菌的促肿瘤活性。此外，CagA阳性的幽门螺杆菌可能会降低miR-125b-5p水平(图3)，导致结肠癌中与自噬相关的关键分子LC3-II/LC3-I和Beclin-1的高表达，从而诱导结肠癌细胞自噬、增殖和侵袭，进而诱发结肠癌。幽门螺杆菌除调节结肠癌细胞自噬和凋亡外，还能抑制胃酸的分泌，间接导致胃泌素的过度释放，致使肠细胞异常增殖，诱发结肠息肉甚至结肠癌。

图3 癌症中自噬和微生物群之间的相互作用。 自噬和微生物群之间的相互作用调节多种生理和病理反应，如癌症进展。自噬可以在不同癌症的微生物介导的肿瘤发生、转移和耐药性中发挥作用。幽门螺杆菌通过其毒力因子CagA调控miR-543、miR-125b-5p和自噬促进肿瘤发生。具核梭杆菌主要通过TLR/MyD88及其下游miRNA-18a*/4802调控自噬，进而在结直肠癌中发挥促癌作用。牙龈卟啉单胞菌可诱导G1细胞周期阻滞。空肠弯曲菌可通过产生细胞致死膨胀毒素(CDT)增强细胞的辐射敏感性。鼠伤寒沙门氏菌(Salmonella typhimurium)通过自噬抑制肿瘤细胞存活。

4.2 具核梭杆菌(Fusobacterium nucleatum)

现有资料显示，具核梭杆菌感染主要与食管癌和胰腺癌的发生发展有关。此外，Gallimidi等人发现具核梭杆菌在口腔癌的发生发展中起着重要作用。具核梭杆菌可通过肿瘤细胞的TLR信号通路刺激IL-6水平，进而激活STAT3通路，从而促进口腔鳞状细胞癌(OSCC)的生长。关于口腔癌发生过程中IL-6与自噬的关系的研究较少。已有研究发现，IL-6可通过激活NF-κB增加NS5ATP9水平，从而上调Beclin-1并诱导自噬；反之，NS5ATP9可上调IL-6水平，进而诱导肝癌中的自噬。IL-6促进CRC自噬小体的形成，通过IL-6/JAK2/BECN1通路增强自噬通量，诱导CRC化疗耐药。LC3-II是肿瘤增殖和进展的关键分子，其表达水平可直接反映自噬的活性。IL-6的过度分泌是通过LC3-II诱导发生的自噬适应性机制；然而，对其影响仍未达成共识。

如上所述，自噬在经具核梭杆菌感染的CRC诱导中起着关键作用。具核梭杆菌可通过调节自噬来抵抗化疗药物。体内和体外研究表明，受具核梭杆菌感染的肠癌细胞自噬水平升高。Western blotting结果显示，具核梭杆菌感染增加了HCT116和HT-29细胞中各种自噬信号元件pAMPK、ATG7、pULK1和ULK1的表达。在感染具核梭杆菌的肠癌细胞中miR-18a*和miR-4802的表达水平降低以诱导化疗耐药，而靶基因ULK1和ATG7在这些细胞中的表达水平显著升高。过表达miR-18a*和miR-4802可抑制具核梭杆菌诱导的肠道肿瘤细胞自噬，而抑制miR-18a*和miR-4802的表达则相反。综上所述，具核梭杆菌通过选择性沉默miR-18a*和miR-4802，激活自噬通路，在诱导CRC化疗耐药中发挥重要作用。此外，具核梭杆菌的浓度与CARD3水平呈正相关，在未发生转移的人群中CARD3的水平较低。CARD3的下调降低了具核梭杆菌在体外或体内诱导的迁移、侵袭、转移和自噬相关蛋白的表达以及自噬小体的形成。因此，具核梭杆菌也被证明通过靶向CARD3促进CRC转移来激活自噬。

  4.3 牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonas gingivalis)

牙龈卟啉单胞菌是引起牙周炎、OSCC甚至食管癌的重要病原菌。Bélanger等人发现牙龈卟啉单胞菌的存活依赖于内皮宿主细胞的自噬激活。牙龈卟啉单胞菌侵入细胞后，内源性转运和自噬过程受到异常调控；因此，它可以避免被宿主细胞降解。同时，在修饰过的自噬小体中创造了适合细菌定植和增殖的微环境。此外，牙龈卟啉单胞菌感染通过诱导宿主口腔癌细胞G1细胞周期阻滞，进而促进自噬，抑制肿瘤细胞增殖。表3总结了微生物群调控人类癌症的自噬相关机制。

表3 参与自噬调节肿瘤的细菌。

LC3，轻链3；CagA，细胞毒素相关基因A；ULK1，unc-51样激酶1，ATG7，自噬相关基因7；CARD3，caspase激活及募集结合域3；CDT，细胞致死膨胀毒素。

  5 靶向微生物群/自噬治疗癌症

自噬在肿瘤的发生发展中起着重要作用，它可能通过一定的机制促进肿瘤的形成，或抑制肿瘤细胞的生长和转移。近年来，自噬与肿瘤关系的临床研究取得了突破性成果。一系列针对自噬的药物也通过动物实验或临床试验被引入。在接下来的章节中，我们系统地总结了靶向自噬并发挥抗肿瘤作用的药物及其机制。

另外，上述微生物群落成员，特别是幽门螺杆菌，可能通过促进粘膜炎或引起系统性疾病间接导致癌症。研究表明，幽门螺杆菌是胃癌最重要的风险因素之一。因此，我们考虑抑制肿瘤微环境中的致癌微生物群落是否可以延缓肿瘤的发生，甚至起到抗癌作用。同样，我们也总结了肿瘤微环境中靶向微生物群落的药物及其作用机制，以及相应的临床试验。

最重要的是，我们强调了自噬在介导微生物群落和癌症中的关键作用。多种细菌通过诱导或抑制自噬来调控肿瘤的形成、发展、侵袭和转移，因此，同时使用靶向自噬和微生物的药物可能起到协同抗癌作用。然而，此类研究还很少，迫切需要更多的临床试验来更好地了解靶向微生物/自噬轴的药物的治疗潜力，这可能有助于开发新的药物来预防或治疗人类癌症。

  5.1 靶向自噬药物的临床试验

氯喹(CQ)是杂环芳香族化合物家族的一种喹啉衍生物，多年来一直被用于抗疟疾治疗。此外，CQ及其衍生物通过调节溶酶体功能来阻断自噬。然而，很少有动物实验或临床试验研究其作为单一治疗药物的抗癌活性。研究表明，CQ对多种小鼠癌症模型(如结肠癌、头颈癌、胆囊癌)均有抑制自噬和增强多种抗癌药物疗效的作用。我们发现一些临床试验试图研究CQ在小细胞肺癌(SCLC)和乳腺癌患者中的抗肿瘤活性，如表4所示。

羟氯喹(HCQ)是CQ的衍生物，它有一个额外的羟基，但其毒性比CQ低40%。此外，HCQ具有更强的抗炎作用，因此，它已被用于治疗类风湿性关节炎和系统性红斑狼疮。同样，HCQ可以通过抑制自噬来增加各种化疗和靶向治疗的细胞毒性。然而，一项关于HCQ在转移性胰腺腺癌患者中的II期临床试验和药效学研究表明，HCQ单药可诱导严重的自噬抑制，但治疗效果不明显。开展了一项临床试验(NCT02013778)以确定口服HCQ联合经动脉化疗栓塞(TACE)治疗肝细胞癌(HCC)的剂量限制毒性和最大耐受剂量。此外，另一项0期临床试验NCT00962845研究了HCQ干扰自噬的作用，自噬可能促进前列腺癌(PCa)化疗下癌细胞的生存。其他关于HCQ的临床研究见表4。此外，还有一些其他的小分子药物可以通过调节自噬来发挥抗癌作用。与HCQ相比，Lys01的一种水溶性盐Lys05具有比HCQ高10倍的抑制自噬能力，能够更有效地促进溶酶体降解，最终下调自噬和肿瘤生长。与HCQ相反，Lys05在动物模型中表现出单药抗肿瘤活性和低剂量低毒性。DQ661通过调节Lys05的结构，被认为是一种抑制mTOR和自噬的抗癌化合物。DQ661作为最重要的溶酶体抑制剂，可以在不依赖于细胞凋亡的情况下促进DNA损伤，降低自噬通量，并促进溶酶体膜通透性(LMP)。与对照组相比，DQ661治疗组小鼠肿瘤体积明显减小，体重无明显变化。免疫印迹显示，在黑素瘤小鼠模型中mTORC1和自噬被抑制。此外，DQ661提高了结肠癌小鼠模型的存活率，并在免疫治疗耐药的同源胰腺模型中显示出抗肿瘤活性。SAR405是一种选择性PIK3C3/Vps34抑制剂，通过抑制PIK3C3激酶的活性防止晚期核内体和溶酶体区室的形成，并可协同抑制肿瘤细胞的自噬和mTOR信号传导。Vps34i抑制多种肿瘤小鼠模型的自噬通量，如黑色素瘤、CRC和肾细胞癌模型。Vps34i对荷瘤小鼠的全身治疗(灌胃)可显著减轻肿瘤体重、抑制肿瘤生长和提高生存期，这意味着SB02024和SAR405(Vps34i)并不是针对某一特定癌症类型进行抗癌，两者均可用于多种肿瘤模型中。3-MA、渥曼青霉素和LY294002都是PI3K抑制剂，它们通过抑制III类PI3K复合物破坏PI3P的产生来抑制自噬，而PI3K复合物在招募其他ATG蛋白以激活隔离膜上的自噬方面起着至关重要的作用。3-MA和渥曼青霉素对自噬的调节作用略有不同。在完全培养基中长时间使用3-MA可以促进自噬，但也可以抑制饥饿诱导的自噬，这在之前的研究中得到了证实。而渥曼青霉素在任何营养状态下都能抑制自噬。3-MA通过瞬时抑制III类PI3K促进自噬，而渥曼青霉素持续抑制III类PI3K。许多临床试验已经开展以探讨3-MA和渥曼青霉素联合其他癌症治疗的抗癌作用。例如，3-MA抑制自噬，这可能是结肠癌细胞对5-FU的耐药性机制，并增强5-FU治疗后结肠癌细胞的凋亡；因此，抑制自噬可以降低结肠癌的化疗耐药。Lin J等人在B16小鼠黑色素瘤细胞模型中证明渥曼青霉素可以显著增强Ag纳米颗粒(NPs)的抗肿瘤作用。然而，关于3-MA和渥曼青霉素单药抗肿瘤活性的临床试验较少；因此，在这个课题上还需要做更多的工作。盐酸甲氟喹抑制溶酶体LAMP1/LAMP2的表达，LAMP1/LAMP2在自噬溶酶体的形成中发挥重要作用，并抑制CD133/CD44v9结肠癌干细胞(CSCs)发挥其抗肿瘤作用。值得注意的是，单用甲氟喹可以达到与其他抗癌药物几乎相同的效果。Spautin-1被开发用于抑制自噬，可通过抑制两种靶向Beclin-1亚基的泛素特异性肽酶USP10和USP13诱导PI3K/Vps34复合物的降解。此外，spautin-1也被证明可以抑制EGFR的磷酸化及其下游信号的激活，以USP10/USP13独立的方式促进PCa细胞周期阻滞和程序性细胞死亡。在黑色素瘤中，spautin-1可靶向USP10和USP13，从而降低肿瘤生长，增强顺铂的抗肿瘤作用。大环内酯类免疫抑制剂雷帕霉素(西罗莫司)最早从吸水链霉菌(Streptomyces hygroscopicus)中分离出来，被发现可抑制mTOR蛋白激酶，该蛋白激酶在下调自噬中发挥着重要作用。替西罗莫司(Temsirolimus)是雷帕霉素的酯类，可以选择性地抑制mTOR激酶，进而破坏细胞周期调节蛋白的翻译，从而发挥抗癌作用。雷帕霉素和替西罗莫司都可以通过抑制mTOR通路来调节自噬，一些相关的临床试验已经开始研究它们在各种癌症实体中的抗癌作用。自噬相关药物及相关临床试验总结见表4。

表4 自噬相关药物及相关临床试验。

HNSCC，头颈部鳞状细胞癌。

5.2 靶向微生物群的药物临床试验

幽门螺杆菌感染是胃炎、胃癌、胃粘膜相关淋巴组织淋巴瘤等胃肠道疾病的重要风险因素。因此，根除幽门螺杆菌可能会抑制胃癌的发生。传统上根除幽门螺杆菌的标准方法是抗分泌药物(如质子泵抑制剂)与两种抗生素(如阿莫西林、左氧氟沙星、克拉霉素和甲硝唑)的三联疗法。此外，植物药物和益生菌在最近的研究中也被用于治疗幽门螺杆菌感染。NCT04660123的目的是观察胶体果胶铋颗粒四联疗法对胃癌患者幽门螺杆菌感染的根除率、症状的改善情况及不良反应的发生率。伊曲康唑是一种广谱抗生素，是一种三唑类抗真菌药物，具有良好的药效学和药代动力学特征，广泛用于预防或治疗全身真菌感染。近期研究表明伊曲康唑可诱导自噬，下调甾醇载体蛋白2的表达；并重新分配细胞内胆固醇以抑制胶质母细胞瘤的生长。此外，伊曲康唑可通过Hedgehog信号通路发挥其抗癌作用。伊曲康唑通过抑制Hedgehog通路促进细胞凋亡和自噬，使体外肿瘤细胞减少，在人乳腺癌异种移植瘤小鼠模型中也观察到了这种现象，证明了伊曲康唑对乳腺癌的抗癌作用。伊曲康唑通过抑制Hedgehog通路诱导细胞周期阻滞和细胞凋亡，进而降低OSCC细胞的增殖、侵袭和迁移能力。类似地，伊曲康唑在OSCC患者来源的异种移植(PDX)模型中破坏肿瘤细胞的生长，降低Ki67的表达，进而诱导细胞凋亡。伊曲康唑可通过促进结肠癌细胞自噬和凋亡降低结肠癌细胞的增殖和生长；同时，以剂量依赖的方式降低shh和Gli1蛋白表达水平。此外，NCT02749513的目的是证明口服伊曲康唑可以抑制包括腺癌和鳞状细胞癌在内的食管癌患者的Hedgehog通路。益生菌可调节肠道微生物群，积极影响免疫系统与微生物群的相互作用，有利于预防炎症和结直肠癌。NCT03072641的目的是确认益生菌是否对结肠癌相关的微生物群和表观遗传改变产生有益影响。上述药物的临床试验情况见表5。单独口服双歧杆菌(Bifidobacterium)对肿瘤的局部控制率与PD-L1特异性抗体治疗的效果相当，联合疗法几乎阻止了肿瘤的生长。双歧杆菌治疗组小鼠局部肿瘤控制较未处理组明显增强，且该作用伴随着肿瘤微环境中抗原特异性CD8+ T细胞的积累。此外，口服候选益生菌DTA81可能对预防CRC的发展有好处。上述药物的相关临床试验情况见表5。

表5 微生物相关药物及相关临床试验。

5.3 抗生素联合自噬抑制剂的抗肿瘤作用

目前评估抗生素与自噬抑制剂联合治疗效果的抗肿瘤研究较少，而雷帕霉素是最常用的抗生素。有学者尝试使用雷帕霉素联合自噬抑制剂3-MA在体外治疗肺癌。Western blotting和MTT结果显示，与自噬抑制剂联合使用可显著增加雷帕霉素引起的细胞存活下降。Liu等人发现雷帕霉素和CQ在体外分别具有一定的抗肿瘤作用，两者联合使用可增强对骨肉瘤的抗肿瘤作用。此外，进一步研究证实雷帕霉素通过阻断人骨肉瘤细胞系MG63中的mTOR通路促进自噬；CQ通过阻断自噬而促进细胞凋亡，表明CQ可能通过抑制自噬来放大雷帕霉素诱导细胞凋亡的作用。

结论

自噬是真核细胞中一种保守的降解机制。真核细胞对外部抗原和细胞内衰老物质的反应触发自噬激活。在人类癌症中经常观察到自噬失衡。因此，我们推测自噬在肿瘤细胞中可能发挥调节作用，它可以通过为肿瘤细胞提供代谢能量来促进肿瘤生长，或者通过激活细胞内某些信号通路来抑制肿瘤细胞的增殖和转移。微生物是导致癌症的主要原因，其通过诱发粘膜炎症或引起系统性疾病发挥作用。更重要的是，全球已经证明细菌可以通过自噬调节促进或抑制癌症，这表明自噬和细菌之间存在复杂的相互作用。本文阐述了细菌如何通过诱导或抑制自噬来调控肿瘤的发生、发展、侵袭和转移，并总结了各种细菌介导的自噬机制对肿瘤生物学行为的影响。

考虑到自噬和微生物群都在肿瘤的发展过程中发挥一定的作用，并且最近发现了这些因素之间的相互作用，药物抑制自噬和/或微生物群可能有利于控制肿瘤的发展。随着创新开发的自噬/微生物轴的直接和/或非特异性小分子抑制剂的出现，这种策略似乎更容易实现。

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