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益生菌会开启肝癌预防的新时代吗?

时间:2021-04-19 08:11来源:菌情观察室 作者:菌情观察室 浏览次数:
  肝癌是全球第五大常见的癌症,也是癌症死亡的第三大主要原因。我国是肝癌负担最严重的国家之一,发病率高加之人口众多,导致全球一半以上的肝癌患者都在我国。前不久,知名音乐人赵英俊和香港著名影星吴孟达相继因肝癌离世,这也向我们大家再次敲响了健康的警钟,如何预防肝癌也再次成为人们关注的焦点。

  健康的饮食和生活方式是预防各种疾病的关键,近些年来,益生菌作为健康饮食的一部分,在癌症预防和治疗中的作用也日益受到关注,包括肝癌。那么,益生菌是否具有预防肝癌的潜力?是否将会开启未来肝癌预防的新时代呢?

  要了解这一点,首先我们需要了解一下肝癌发生的原因。

  肝癌是如何发生的?

  肝癌是一种非常复杂的疾病,有多种病因危险因素决定肝癌的进展和发病机制。其中,许多危险因素是外在的,可以通过改变生活方式来改变。比如,乙型和丙型肝炎病毒的感染、吸烟、酗酒、非酒精性脂肪肝、肥胖和糖尿病、黄曲霉毒素导致肝损伤等等都是肝癌发生的主要外部危险因素。约80-90%的患者在诊断为肝癌之前就已经发生了肝硬化。

  这些危险因素的长期存在,特别是肝炎病毒感染、酒精和非酒精性脂肪肝,会促进肝脏炎症,随后发展为肝纤维化和肝硬化。肝硬化的慢性损伤和炎症会导致肝细胞的高再生率,可能导致恶性基因突变的积累,从而引发癌变。只有大约20%的肝癌病例出现在没有肝硬化的情况下,然而,非肝硬化性肝癌的病因危险因素与肝硬化性肝癌十分相似。

  肝炎病毒感染

  世界上约50%的肝癌病例与乙肝病毒(HBV)感染相关,慢性乙肝病毒感染的人更容易发展为肝癌。乙肝病毒诱导的肝癌是由插入突变以及致癌蛋白HBx和pre-S2的产生所导致的基因组不稳定性所驱动的。HBx会促进细胞增殖、肿瘤血管生成、氧化应激介导的肝损伤和肝癌转移;而pre-S2突变蛋白在肝细胞内质网中的积累会导致内质网应激,并促进易于发生肝癌的特征性毛玻璃样肝细胞的发育。pre-S2突变蛋白产生的内质网应激也可以诱导肝细胞DNA氧化损伤。

  慢性丙肝病毒(HCV)感染是大多数西方国家肝癌的主要危险因素。75-80%的丙肝病毒感染患者会发展为慢性感染,使肝癌的风险增加15-20倍。丙肝病毒的核心蛋白会促进肝细胞脂肪生成,诱导氧化应激,并显著影响调节肝细胞增殖的细胞信号通路以及肿瘤抑制基因的表达。丙肝病毒的非结构蛋白会促进肝纤维化和肝癌转移。此外,丙肝病毒通过抑制I型干扰素的产生和CD8+ T细胞的分化来增加慢性肝脏炎症。促炎细胞因子流入肝脏也会进一步促进肝脏炎症。

  非酒精性脂肪肝

  非酒精性脂肪肝与肝癌的发病呈正相关,随着其在世界范围内的流行,非酒精性脂肪肝正成为一个主要的危险因素。在非酒精性脂肪肝患者中,肝内脂肪酸的流入会诱导肝脏脂肪变性和脂肪毒性,导致线粒体功能障碍、内质网应激和肝脏氧化应激。肝脏脂肪变性会通过增加促炎细胞因子的产生而诱导肝脏炎症。非酒精性脂肪肝期间自然杀伤性T细胞的激活也会促进肝脏脂肪变性,并与CD8+ T细胞一起,诱导肝损伤。肝损伤又可诱导炎症反应,激活免疫细胞,诱导促炎细胞因子的产生并向损伤部位集中,从而促进肝脏炎症。DNA氧化损伤、DNA甲基化缺陷和肿瘤抑制基因表达降低进一步促进脂肪肝向肝癌的转变。

  酗酒

  酗酒以及随后发生的酒精性肝病也是一个主要的危险因素,占肝癌病例的30%。酒精性肝病的发病以单纯性脂肪变性开始,然后进展为酒精性肝炎、纤维化和肝硬化。酒精的肝脏代谢通过促进DNA加合物的形成、氧化应激以及视黄醇和视黄酸的消耗直接促进肝癌的发生。在酒精代谢过程中,细胞色素P450(CYP)2E1活性升高会增加肝脏氧化应激,并激活一些前致癌物,包括亚硝胺、多环烃和肼类。此外,CYP2E1活性增加会从肝组织中消耗视黄醇和视黄酸,破坏细胞生长和分化。酒精代谢产生的乙醛通过形成DNA加合物和基因突变而具有致癌作用。

  遗传因素

  遗传因素在肝癌的发生中也起着一定的作用,种系突变和单核苷酸多态性(SNP)都是肝癌的内在危险因素。一些遗传易感因素可能使一个人易患肝癌。

  遗传性血色素沉着蛋白HFE和铜转运蛋白ATP7B的种系基因突变可导致慢性肝损伤,并分别因过量的铁(血色素沉着症)和铜(威尔逊病)在肝脏积聚而发展为肝癌。种系突变和外在危险因素一起可以显著增加肝癌的风险。在非酒精性脂肪肝病例中,端粒酶逆转录酶(TERT)基因的种系突变可能决定非酒精性脂肪肝进展为肝硬化和肝癌。

  SNP是DNA编码区或非编码区内的单碱基对替换,可以改变DNA修复、细胞调节和免疫,并显著增加癌症发生的风险。某些基因SNP可以促进肝癌的发病,比如 TNF-α、AFP、TLR2、miR-146a、miR-196a-2以及IL-1β等。血管内皮生长因子(VEGF)基因多态性可促进肝移植后肝癌的复发。

  肠道菌群与肝癌发生的关系

  肝脏通过门脉循环与肠道直接相连,肝癌的发生与肠道菌群的有害变化有关。肠道和肝脏之间的这种重要的双向交流通路被称之为“肠肝轴”。肠肝轴可以通过使肝脏暴露于细菌脂多糖(LPS)、DNA、肽聚糖和鞭毛蛋白等物质而参与肝癌的发生。

  肝癌的许多危险因素,包括乙肝和丙肝病毒感染、酒精性肝病以及非酒精性脂肪肝等,都会刺激肠道菌群失调并增加肠道通透性。肝癌患者肠道菌群失调的性质在很大程度上依赖于疾病病因和宿主的生理因素,通常表现为促炎症的细菌增加,而抗炎症的产短链脂肪酸的细菌减少。短链脂肪酸可以调节抗炎反应,调节细胞分化和增殖。

  宿主免疫系统对肠道细菌及其衍生物非常敏感。肠道菌群失调会破坏肠道上皮屏障的完整性,导致肠道通透性增加,那么肠道细菌及其衍生物可能渗漏进入身体循环,影响器官功能。它们到达肝脏时会通过刺激免疫细胞产生促炎细胞因子而促进肝脏炎症。

  肝癌与血液中鞭毛蛋白和LPS抗体的水平存在很强的相关性。肠道细菌来源的LPS可以通过Toll样受体以及随后分泌的炎性细胞因子来激活肝脏中的Kupffer细胞(肝脏中的特殊巨噬细胞)。

  脂磷壁酸是一种肥胖诱导的革兰氏阳性肠道细菌的组分,可通过Toll样受体信号促进小鼠肥胖相关的肝癌发生。脂磷壁酸还可以与另一种肥胖诱导的肠道细菌代谢物脱氧胆酸一起,上调肝星状细胞中COX-2和衰老相关分泌表型因子的表达。衰老相关分泌表型因子的分泌可以通过炎症因子和生长调节癌基因的表达来促进肝癌的发生,而COX-2的过表达会通过刺激免疫细胞上的前列腺素E2 受体来抑制抗肿瘤免疫。COX-2过表达和前列腺素E2生成增加在一些肝癌患者的星状细胞中很常见。

  此外,肠道菌群将初级胆汁酸(比如胆酸和鹅去氧胆酸)转化为次级胆汁酸(比如脱氧胆酸)的潜力也可能促进脂肪肝向肝癌的发展。

  益生菌降低肝癌风险的可能机制

  许多体外和体内研究调查了益生菌对肝癌发病机制的抑制作用,益生菌可能通过多种方式来抑制肝癌的发生。

  益生菌可以恢复肠道细菌的复杂性和定植抗性,以克服肝癌相关的菌群失调。

  肠道与肝脏在解剖学上的联系以及肠道菌群与肝癌发生的关系提示益生菌可能在预防肝癌的发生中发挥作用。

  1、益生菌可以帮助促进健康肠道细菌的生长,从而产生具有肿瘤抑制活性的抗炎代谢物。比如,益生菌可以刺激肠道中有益的产短链脂肪酸的细菌的生长,众所周知,短链脂肪酸可以调节抗炎反应,调节细胞分化和增殖。

  2、益生菌还可以通过上调紧密连接蛋白的表达来保护肠道上皮屏障功能,限制肠道细菌及其衍生物易位进入肝脏和防止细菌内毒素血症。肠道菌群改变引发的内毒素血症已被确定为肝癌的主要危险因素,通过慢性肝脏炎症促进肝癌发生。

  3、益生菌的细胞表面蛋白能够减弱肠道上皮细胞的炎症反应,抑制上皮细胞凋亡,维持肠道上皮细胞的完整性。

  4、益生菌能够增加杯状细胞的黏液分泌和抗菌肽的释放,保护肠道上皮免受致病菌的侵袭。

  例如,一种叫做Prohep的复合益生菌,可以促进产丙酸的普氏菌属细菌和与产IL-10的调节性T细胞稳态有关的震颤杆菌属细菌的生长。与对照组相比,喂食益生菌Prohep并皮下注射Hepa1-6小鼠肝癌细胞的小鼠肿瘤生长减少了40%。同时,该益生菌还通过抑制Th17细胞的数量和Th17细胞从肠道和外周循环向肿瘤的浸润而显著降低了炎症细胞因子IL-17在肿瘤中的表达。此外,补充益生菌还可以上调一些抗炎细胞因子的表达。在补充益生菌Prohep的小鼠中血管生成因子的表达也下调了,从而抑制了肿瘤血管的生成。

  肠道通透性增加时,肠道细菌及其衍生物易位进入肝脏,可通过Toll样受体介导的炎症反应促进肝癌的发生。补充益生菌可以通过下调Toll样受体诱导的肝脏炎症表达来抑制肝癌的发生。在药物诱导的肝硬化大鼠中,补充益生菌植物乳杆菌可以降低TLR4低表达,减轻肝脏损伤。在补充益生菌的大鼠中,CXCL9和PREX-2两种基因的表达也较低,而CXCL9可通过PREX-2促进肝癌的侵袭性。因此,益生菌下调TLR4和CXCL9/PREX-2可以抑制药物诱导的肝硬化的发生,从而降低肝癌发生的风险。

  益生菌能够促进宿主基因表达的表观遗传调控,这也有利于降低肝癌的发生风险。

  宿主与肠道菌群之间的相互作用参与了对宿主基因表达的调控,包括DNA甲基化和组蛋白修饰等。

  益生菌嗜酸乳杆菌和两歧双歧杆菌可以降低结肠致癌物偶氮甲烷处理的小鼠肝脏中一些致癌小RNA分子和致癌基因的表达。此外,一些肿瘤抑制基因的表达则增加了。

  由于获得性基因突变在肝癌的发生中发挥关键作用,补充益生菌也可能通过保护肝细胞基因组来降低肝癌的风险。比如,益生菌类植物乳杆菌可以减轻糖尿病诱导的大鼠肝脏DNA的损伤,这可能通过恢复超氧化物歧化酶活性来解决糖尿病大鼠的肝脏氧化应激。此外,糖尿病大鼠补充益生菌也可以通过恢复Akt活性和防止caspase 3前体蛋白的降解来改善肝细胞损伤。补充类植物乳杆菌也可以通过下调C/EBP/β和A2MG基因的表达来减少肝脏炎症和纤维化。C/EBP/β是在肝细胞分化和炎症中表达一种细胞因子诱导的转录因子,它会促进肝纤维化;而A2MG是可以通过抑制肝基质蛋白的分解代谢而促进纤维化。

  一种由酿酒酵母和嗜酸乳杆菌组成的复合益生菌联合硒和谷胱甘肽一起,可以通过激活肝细胞中的SIRT1基因,预防四氯甲烷诱导的肝纤维化。SIRT1的激活可以改善四氯甲烷诱导肝脏氧化应激、内质网应激和炎症反应,表现为血清谷丙转氨酶和谷草转氨酶的活性降低。

  益生菌的抗病毒活性可能通过预防肝炎病毒感染而减少肝癌的发生。

  益生菌青春双歧杆菌的细胞提取物可以通过在转录水平上抑制乙肝病毒表面抗原HBsAg基因的表达,而限制人肝癌HepG2细胞中乙肝病毒的生长和HBsAg的分泌。青春双歧杆菌的抗病毒活性是通过激活MxA基因实现的,MxA蛋白通过结合和降解病毒核衣壳和其它病毒成分来抑制病毒复制。保加利亚乳杆菌的代谢物也能降低病毒载量和细胞变性。

  补充益生菌也可以改善丙肝病毒感染期间的肝功能。热杀死的粪肠球菌可以降低丙肝病毒阳性受试者血清中肝损伤标志物谷丙转氨酶和谷草转氨酶的水平。此外,在慢性丙肝病毒感染的患者中,补充益生菌嗜酸乳杆菌和双歧杆菌可以提高聚乙二醇干扰素-α联合利巴韦林治疗丙肝病毒感染的反应。

  益生菌可以改善非酒精性脂肪肝患者的肝脏损伤而降低发展为肝癌的风险。

  非酒精性脂肪肝是肝癌发病的另一个主要危险因素。补充嗜酸乳杆菌和乳双歧杆菌可以改善非酒精性脂肪肝患者的肝脏损伤,表现为血清谷丙转氨酶、谷草转氨酶和总胆固醇的水平。在肥胖的非酒精性脂肪肝患者中,服用益生菌可以显著降低体重和全身脂肪含量。此外,益生菌还通过下调促炎细胞因子TNF-α来降低肥胖的非酒精性脂肪肝患者的肝脏炎症。一些复合益生菌也可以显著改善非酒精性脂肪肝患者的肝脏组织学,减少肝细胞气球样变性、肝纤维化和肝小叶炎症引起的肝损伤。

  益生菌对非酒精性脂肪肝患者的肝脏保护和抗炎症作用也可以通过改善肠道菌群来实现。例如,益生菌可以改善高糖高脂饮食诱导的小鼠肠道菌群、定植抵抗和肠上皮屏障功能的破坏。恢复肠道菌群平衡和肠道上皮屏障功能会通过降低血清LPS的水平和抑制TLR4介导的肝脏炎症的激活,来阻止非酒精性脂肪肝的进程。

  益生菌可结合黄曲霉毒素

  在发展中国家,食品污染黄曲霉毒素是肝癌的一个危险因素。一种含有嗜热链球菌、鼠李糖乳杆菌和食物魏斯氏菌的益生菌酸奶可以显著减少儿童食用被黄曲霉毒素B1污染的玉米后尿液中黄曲霉毒素代谢物的存在,这可能是由于与益生菌结合导致肠道吸收减少的结果。益生菌鼠李糖乳杆菌和食物魏斯氏菌会通过细胞壁肽聚糖结合黄曲霉毒素。

  益生菌可以将膳食成分生物转化为具有抗癌特性的代谢物,这一潜力也有助于预防肝癌。

  益生菌鼠李糖乳杆菌能够将蔓越莓类黄酮生物转化为简单的酚酸,这些经过生物转化的类黄酮可以通过消耗ATP抑制人肝癌HepG2细胞增殖。

  同样,益生菌和低聚果糖联合使用可以改善非肥胖的非酒精性脂肪肝患者的生理参数,显著减少患者的肝脏脂肪变性和纤维化。此外,它们还能有效降低血清谷草转氨酶、空腹血糖、甘油三酯以及某些炎症介质的水平。

  总结

  肝癌的发生是一个十分复杂的过程,受到多种危险因素的控制,包括乙肝病毒和丙肝病毒感染、酗酒、非酒精性脂肪肝、基因突变和长期黄曲霉毒素的暴露等等。这些危险因素易导致肝损伤,随后发展为肝纤维化、肝硬化和最终的肝癌。我国肝癌的发病率位居全球首位,而且大多肝癌病例发现较晚,治疗成本高昂且效果差,死亡率很高。因此,肝癌早期预防显得格外重要。

  目前对益生菌预防肝癌发生的潜力的认识为未来肝癌的风险管理和替代治疗提供了一些新的提示。益生菌可通过调节宿主肠道菌群、预防菌群失调相关的内毒素血症、维持肠道上皮屏障功能、抑制肠道细菌及其衍生物易位进入身体循环等多种机制降低肝癌的发生风险。益生菌还可以通过增加抗氧化酶的表达,而促进有益微生物的生长,产生抗炎代谢产物,减轻肝脏氧化应激。益生菌的抗病毒活性可以通过预防慢性乙肝病毒和丙肝病毒的感染来减轻肝癌风险。此外,益生菌也可以通过改善肥胖和非酒精性脂肪肝来预防肝脏脂肪毒性。益生菌也具有抗血管生成、抗增殖和抗肿瘤转移等特性,可以上调肿瘤抑制因子的表达,抑制致癌基因的表达,从而降低肝癌风险。最后,益生菌可以将类黄酮等非营养性饮食成分生物转化为更简单的具有抗癌作用的代谢产物。这些抗癌机制都说明了益生菌作为肝癌风险管理和辅助治疗策略的潜力。

  然而,直接评价益生菌在肝癌预防或治疗中的临床研究十分有限。未来还需要进一步的研究来探索不同益生菌在降低肝癌风险方面的协同作用,以形成能够提供卓越抗癌效果的复合益生菌。同时,也可以进一步研究益生菌将一些膳食成分生物转化为具有抗癌特性的代谢物的能力,以形成预防和治疗肝癌的有效合生元制剂。

  当然,预防肝癌最好的方式还是健康的饮食和生活习惯,接种乙肝疫苗、少饮酒、避免接触黄曲霉毒素等化学物质。同时,在当今这个充满各种不安全因素的社会,在这个肠道菌群受到不断冲击的社会,我们也非常期待益生菌能够开启肝癌预防的新时代。

  参考文献:

  Thilakarathna, W.P.D.W., et al. (2021). "Mechanisms by Which Probiotic Bacteria Attenuate the Risk of Hepatocellular Carcinoma." Int J Mol Sci 22: 2606.




 
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