微生物基因组学、蛋白质组学等多种组学技术提供了越来越多的关于微生物的新信息，促进了人们对微生物感染免疫发病机制的理解^[1]。微生物组学基于前所未有的大量样本与不同的样本类型进行微生物的序列分析，能够在以前不被认为有微生物群落定植的部位发现微生物生存的信号。近年在对结直肠癌组织内微生物组的研究中发现了一种值得关注的细菌——具核梭杆菌。具核梭杆菌属于梭杆菌属，是一种革兰阴性专性厌氧杆菌，主要定植在人类口腔中。近年研究表明具核梭杆菌能够在结直肠癌组织中富集，影响结直肠癌进展的多个阶段，包括促进肿瘤细胞增殖和肿瘤免疫逃逸、复发、化疗耐药性。长期以来，具核梭杆菌一直被认为是一种机会致病菌，能引起口咽部和口腔外的多种感染性疾病，包括心包炎^[2]、脑脓肿^[3]、阑尾炎^[4]、骨髓炎^[5]和盆腔炎^[6]等。现对具核梭杆菌近年来的研究进行分析，重点对具核梭杆菌与宿主的共生关系、作为感染因子在疾病中的角色以及促进肿瘤进程的作用等方面进行评述。

1 具核梭杆菌与宿主的共生关系

具核梭杆菌与宿主的共生关系表现在促进牙周生物膜形成中的作用、通过表达多种黏附素介导生物膜组的组织行为和与宿主细胞的相互作用，以及参与交互共生和代谢调节过程等方面。

1.1 具核梭杆菌在促进牙周生物膜形成中的作用

在定植于人类的梭杆菌属中，具核梭杆菌是口腔中含量最高的梭杆菌，并且由于其与口腔外疾病的关联越来越多，在过去10年中已引起人们广泛的关注。研究表明具核梭杆菌不仅与哺乳动物口腔中的细胞和组织密切相关，而且与口腔中的微生物组紧密联系在一起。具核梭杆菌在促进牙周中生物膜的形成中起着不可或缺的作用^[7]。在形成牙菌斑的生物膜中，具核梭杆菌作为桥接生物发挥结构上的支持作用，将初级定植者如链球菌等连接到大部分厌氧次生定植者，后者也可以与之结合，包括牙龈卟啉单胞菌(P. gingivalis)等。具核梭杆菌生物学形态细长，可与多种微生物相互作用。当具核梭杆菌与血链球菌共培养时，每10个血链球菌可以与一个具核梭杆菌结合，组装成高度有序的玉米芯样结构^[8]。因此，具核梭杆菌的长杆状形态对于促进多种生物膜结构的形成以及微生物之间的相互作用至关重要。

1.2 具核梭杆菌通过表达多种黏附素介导生物膜组的组织行为和与宿主细胞的相互作用

具核梭杆菌最具梭杆菌特征的黏附素是RadD(an arginine-inhibitable adhesion D)^[9]。它可以结合变形链球菌黏附素SpaP来介导这两种细菌的共聚集与生物膜的形成。另外，RadD还能介导具核梭杆菌与其它细菌或真菌的结合，例如酵母白色念珠菌。同时，和梭杆菌属(Fusobacterium spp.)的其它侵入性梭杆菌一样，具核梭杆菌也编码与膜链接识别相关的蛋白质，介导与宿主的相互作用。

1.3 具核梭杆菌参与交互共生和代谢调节过程

蛋白质组学分析表明，具核梭杆菌的代谢途径包括氨基酸发酵和糖酵解等^[10]，能受到其他微生物的影响。利用多重可视化方法组合标记和光谱成像-荧光原位杂交(CLASI-FISH)的最新研究表明，无论是在结构上，还是在斑块位置的变化上，具核梭杆菌的作用可能比以前认为的更复杂，而目前对具核梭杆菌与其共生伙伴(partners)的研究则较为有限^[11]。

2 具核梭杆菌在疾病中的角色

随着组学技术的发展，多种疾病的发生、发展的过程与具核梭杆菌的感染紧密联系在一起。一般认为具核梭杆菌只存在于人类口腔中，近些年的研究表明其与肠道的发生、发展密切相关，其黏附蛋白FadA和Fap2能诱导并促进炎症性肠病和结直肠癌的发生和发展。

2.1 具核梭杆菌与口腔内疾病的关系

尽管具核梭杆菌与口腔微生物群中的其他成员具有共生关系，但其与人体组织的相互作用(无论是口腔还是口腔外)都可能向引发疾病的方向去发展。具核梭杆菌在健康牙齿的表面可以帮助形成健康的口腔生物膜，但是具核梭杆菌也可以直接影响宿主反应并增加其他病原体的感染性。具体来说，具核梭杆菌可诱导口腔上皮中抗菌肽β-防御素2和促炎细胞因子(包括IL-6和IL-8)的表达。这种具核梭杆菌驱动的炎症反应能够促进口腔肿瘤模型的疾病进展。在某些致病环境中，具核梭杆菌可以影响免疫细胞(如骨髓来源的免疫细胞)的功能，通过激活NF-κB通路，导致TNF-α产生。牙周炎的发病与多种微生物相关，阐明具核梭杆菌与其他口腔微生物的相互作用，对了解牙周炎的发病机制至关重要。研究表明，与单纯具核梭杆菌感染相比，具核梭杆菌和P. gingivalis共同感染巨噬细胞可以使其炎性体活化减弱^[12]。除了调节这些宿主反应之外，具核梭杆菌还能增加P. gingivalis的侵袭能力^[13]。这些结果表明，细菌的协同作用可以逃避免疫系统的清除，并在牙周周围形成诱发炎症的环境。

2.2 具核梭杆菌与不良妊娠结局

不良妊娠结局(adverse pregnancy outcomes, APO)是具核梭杆菌作为主导因素引起的另一类疾病，包括早产、绒毛炎、先兆子痫、流产、死胎和新生儿败血症等。具核梭杆菌作为早产孕妇羊水中最常见的微生物，可侵入人脐带内皮细胞^[14]。在小鼠模型中的研究表明，静脉注射具核梭杆菌可进入孕鼠的胎盘并造成小鼠死亡。进一步研究表明，具核梭杆菌的特异性黏附分子FadA与这些功能相关。因此，研究者认为具核梭杆菌确实是一种能够导致胎盘疾病的病原体。但是梭杆菌属也可能是健康胎盘微生物群的一部分，在健康组织中也可检测到，只是病理组织标本的检出率和丰度要远远高于正常的组织^[15]。因此，从患者的胎盘和羊水中分离，检出具核梭杆菌的频数应该考虑到临床和取样标本的情况，只有在特定条件下或者是特定的菌株，具核梭杆菌才可认为能在胎盘中致病。

2.3 具核梭杆菌与其他口腔外疾病的关系

具核梭杆菌对口腔外其他疾病的促进作用目前还未有定论。有研究表明，具核梭杆菌已经能够在包括阑尾炎、脑脓肿、骨髓炎和心包炎等多种疾病的临床标本中分离出来。然而，具核梭杆菌在这些疾病中所发挥的作用仍不清楚。有研究认为在这些疾病中，具核梭杆菌仅仅参与了疾病的发生而并非疾病的驱动者；也有研究认为具核梭杆菌在多种疾病中起主导作用，能在多种感染性疾病中扮演至关重要的作用。具核梭杆菌不仅可以促进炎症的产生，同时也可以结合或侵入多种类型的细胞，包括口腔、结肠和胎盘上皮细胞、T细胞、角质细胞和巨噬细胞等^[16]。

3 具核梭杆菌促进结直肠癌发生、发展的作用

微生物感染是肿瘤发生、发展的重要因素。人乳头瘤病毒引起细胞的基因突变，导致宫颈癌；幽门螺杆菌的cag致病岛在胃黏膜中能诱导形成促进肿瘤生长的微环境。WHO已经将其列为胃癌的第一致癌因子。组学的长足进步能够提供更多的来源于不同癌组织和癌前病变组织中微生物的特征信息^[17]。

3.1 具核梭杆菌感染与结直肠相关的流行病学调查

2012年来自加拿大BC癌症研究所和Broad研究所的两个研究小组首次在大规模的结直肠癌患者组织样品中检查到梭杆菌的DNA和RNA^[18]；与肿瘤邻近的正常组织相比较，结直肠癌组织内梭杆菌属的丰度显著升高，同时通过进一步的全基因组测序分析，显示这些细菌就是具核梭杆菌。虽然具核梭杆菌很早就已在包括阑尾炎在内的胃肠道感染中被分离出来，而且与炎症性肠病相关，也与结直肠癌显著相关。随后，研究者分别使用16S rRNA、基因扩增子测序、DNA测序、RNA测序、定量PCR和荧光原位杂交等方法相继证实了具核梭杆菌能在结直肠癌中大量富集^[19]。影像学数据也表明具核梭杆菌与结肠直肠隐窝的形成密切相关，甚至能够进入胞内；此外，更重要的是从人体结直肠活检样本以及患者来源的异种移植瘤模型小鼠中都能分离出活的具核梭杆菌菌株。流行病学调查结果也显示肿瘤内具核梭杆菌的富集能够导致结直肠肿瘤发生：①高丰度的具核梭杆菌与患者的不良预后相关；②癌症的复发可能部分归因于具核梭杆菌能促进结直肠癌组织对化疗产生耐药性^[20]。

3.2 具核梭杆菌促进癌症的机制

3.2.1 具核梭杆菌从口腔进入胃肠道定位于结直肠细胞

适合在口腔内定植的具核梭杆菌影响结直肠癌发生、发展的具体机制还不明确。在Apc^Min/+小鼠模型中，口服具核梭杆菌可以促进小鼠结直肠肿瘤的发展，表明具核梭杆菌能从口腔进入胃肠道^[21]。定向测序表明，肿瘤内的具核梭杆菌菌株有一部分来源于口腔，因为患者肿瘤内的具核梭杆菌与其口腔内的具核梭杆菌菌株具有同源的基因序列。假设肿瘤内的具核梭杆菌来源于口腔，那么具核梭杆菌必须首先迁移到发育异常的组织才能对肿瘤的产生发挥作用^[22]。研究表明，结直肠癌组织过度表达特定的糖残基Gal-GalNAc能被具核梭杆菌表面黏附素Fap2识别。使用原位移植模型研究表明，具核梭杆菌能够依赖Fap2经血循环途径富集在结直肠肿瘤细胞表面，这一过程可能是通过牙科手术或者是牙周炎引起的瞬时菌血症所导致的^[23]。但是，在Gal-GalNAc过表达之前，即结直肠癌早期阶段，就已经在结直肠癌组织中发现了具核梭杆菌，这一结果表明具核梭杆菌能通过多种途径迁移到正在发展的肿瘤微环境中^[20]。

3.2.2 具核梭杆菌促进肿瘤发生、增殖和转移等进程

具核梭杆菌被认为是宿主细胞的主动入侵者，它编码一系列与黏附和侵袭相关的基因，使其能够在肿瘤细胞内驻留并且一直存在，这一过程可能会促进肿瘤发生。有证据表明，具核梭杆菌会影响结直肠癌进展的许多阶段。首先，具核梭杆菌可以通过两种不同的机制提高肿瘤细胞的增殖能力：具核梭杆菌表面的FadA蛋白与结直肠癌细胞内的E-cadherin结合，驱动β-catenin和Wnt信号通路的激活^[24]；或者通过激活TLR4受体和NF-κB信号通路导致细胞内miR-21的升高，抑制RASA1的表达从而激活RAS信号通路^[25]。在APC^Min/+小鼠构建的肠道肿瘤模型中，具核梭杆菌感染导致小鼠肠道形成更多的异常隐窝病灶从而进入肿瘤发生的早期阶段。一旦肿瘤发生，具核梭杆菌可以通过其表面的Fap2凝集素定位到表面高表达Gal-GalNAc的肿瘤细胞上，导致结直肠癌组织内具核梭杆菌的富集。具核梭杆菌也能影响结直肠癌的转移，因为在肝脏和淋巴结转移瘤中都能分离出具核梭杆菌。还有研究认为结直肠癌的高复发风险和化疗耐药性与自噬、miRNA和具核梭杆菌的LPS等相关^[26]。

3.2.3 具核梭杆菌抑制机体抗肿瘤免疫应答

Fap2是一种介导细菌识别并结合到结直肠癌细胞上的黏附素，它可以与自然杀伤性细胞和其他肿瘤浸润淋巴细胞上的TIGHT受体进行结合^[27]。TIGHT通路能够抑制这些细胞的细胞毒性功能，从而保护具核梭杆菌和其附近的肿瘤细胞不被免疫细胞杀死。此外，具核梭杆菌还能通过招募骨髓来源的免疫细胞来构建有利于肿瘤生长的微环境并阻断自然杀伤性细胞的抗肿瘤免疫反应^[28]。

3.2.4 具核梭杆菌直接引起宿主基因突变和基因组变异

肿瘤的发生是从基因突变开始的，变异的基因组逃避监视系统，造成细胞异常增殖，最终导致肿瘤。然而目前尚不清楚结直肠癌这一过程是否会受具核梭杆菌的影响。其他结直肠癌相关微生物，如产肠毒素脆弱拟杆菌和肠产毒素性大肠杆菌，分别能够产生抑制机体免疫反应和造成DNA损伤的细菌毒素^[29]。流行病学调查显示，具核梭杆菌也能引起机体基因突变和基因组的变异，但是具核梭杆菌并不能编码毒素，其基因序列中也几乎没有能编码一些典型毒力因子的基因序列^[30]。虽然对具核梭杆菌进行遗传学的操作有困难，但是研究人员已经在具核梭杆菌形成肿瘤微环境的不同机制方面取得了一定的进展。除此之外，可能还有一些具核梭杆菌促进肿瘤进程的相关的分子机制有待发现。

4 具核梭杆菌检验的临床价值 4.1 结直肠癌新的生物标志物

粪便隐血试验在全球范围内被用来筛查结直肠癌。虽然这一筛查试验在临床上有一定效果，但该试验并不具有特异性。因为粪便中的隐血可能是许多疾病的先兆，而不仅仅是结直肠癌^[31]。此外，基于粪便的检测可能会因为粪便中的多种物质导致假阳性结果。对粪便内具核梭杆菌丰度检测，可作为一种快速且非侵入性筛查结直肠癌的诊断技术，联合粪便隐血试验提高结直肠癌诊断的阳性率和准确性。此外，血清中抗具核梭杆菌的IgA或IgG抗体也具有潜在的诊断价值^[32]。当然，这些指标在应用于临床前还需要一步验证方法的特异性和敏感性，并且具核梭杆菌的遗传和抗原多样性以及牙周炎或其他梭杆菌的感染病史也能影响检测结果的准确度。

4.2 具核梭杆菌用于结直肠癌预后评估和疗效评价

研究发现化疗后癌症复发的患者结直肠癌组织中具核梭杆菌含量丰富，他们认为具核梭杆菌可能通过激活自噬调节对化疗的抵抗^[33]。在诊断时发现具有高丰度具核梭杆菌的患者，可以在常规化疗之前或同时，进行针对具核梭杆菌的治疗，将有利于CRC的治疗。此外，具核梭杆菌能影响结直肠癌的治疗效果，降低孕妇早产的风险，那么进行具核梭杆菌的治疗就具有临床意义。一般来说，大多数具核梭杆菌临床分离株对许多抗生素都很敏感，包括甲硝唑、克林霉素和许多β-内酰胺类抗生素(青霉素除外，已报道其有耐药性)。在富集具核梭杆菌的结直肠癌异种移植模型中，使用甲硝唑治疗能够显著减少肿瘤体积^[34]。然而，甲硝唑广泛靶向厌氧菌；因此，实施这种干预手段在许多方面都存在问题，因为厌氧菌在某些方面也能改善患者对化疗和免疫疗法的反应^[35]。寻找对具核梭杆菌有特异性且仅针对肿瘤组织的窄谱抗生素具有重要的临床应用价值。

5 展望

鉴于具核梭杆菌的生物学特性和其与结直肠癌的关系，目前关于具核梭杆菌的研究正在逐步增多，但现阶段我们对具核梭杆菌的认识还很不足。因此，我们认为从以下几个方面入手将更有助于对具核梭杆菌的认识和利用：①加强对具核梭杆菌基因组及其基因操作系统的研究，将有助于深刻理解具核梭杆菌的致病方式及其与宿主的相互作用，为多种疾病的防治提供理论依据；②加强对具核梭杆菌的自然生态位的研究，将有助于全面认识具核梭杆菌对肠道微生物组的影响及其在肠道疾病发生演进过程中所扮演的关键角色；③加强具核梭杆菌感染所致疾病的流行病学调查，将有助于快速精准地筛查各类相关疾病的高风险人群，做到早发现、早治疗、早康复；④加强针对具核梭杆菌的多药物联合疗法，探索类似于HP三联疗法的用药方式，对预后不良或化疗耐药的结直肠癌患者具有重要意义。

如同定植在人体胃部的幽门螺杆菌一样，微生物与宿主共生关系的破坏会引起不良的后果。具核梭杆菌作为一种口腔共生菌，在多种感染性疾病和结直肠癌进程中扮演了重要角色。具核梭杆菌与宿主细胞的相互作用决定了其是共生还是致病的结局。深入揭示具核梭杆菌的共生关系和致病机制，才能发现可用于诊断、预防和治疗具核梭杆菌与结直肠癌以及其感染引起的其他疾病的有效方法。