《自然》子刊：终于实锤了！中国科学家证实，肠道菌群失衡促肝癌，肺炎克雷伯菌是肝癌的致癌菌

大约6年前，美国科学家在顶级期刊《细胞》上，发表了一项出人意料的研究成果。

他们发现，给那些肠道菌群已经失衡的小鼠喂可溶性膳食纤维菊粉、果胶或低聚果糖，会导致40%的小鼠出现原发性肝癌[1]。

这个研究说明，肠道菌群失衡与肝癌的发生密切相关。然而，一直以来，对于肠道微生物是否直接促进肝癌的发生或发展，目前仍未可知。

近日，由香港中文大学于君团队在著名期刊《自然·微生物学》上发表一篇重要论文[1]。她们基于肝癌患者粪便样本和小鼠模型发现，肝癌患者的肠道微生物确实失衡，在将肝癌患者的肠菌移植给小鼠后，会导致小鼠的肠道屏障受损和活菌进入肝脏，进而促进肝癌的发生发展。

更重要的是，她们还证实，肠道中的肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）其实是促进小鼠肝脏炎症和肝癌发生的罪魁祸首，它会进入肝脏直接与肝癌细胞相互作用，促进细胞增殖、激活促癌信号通路。简单来说，肠道中的肺炎克雷伯菌其实就是导致肝癌的病原体。

▲ 论文首页截图

为了摸清肠道菌群与肝癌之间的关系，于君团队采集了肝癌患者（HCC）、肝硬化患者（LC）和健康受试者（HD）的粪便，然后将相关肠道微生物移植给无菌或无特异性病原体的小鼠。

三组受试者粪便的测序结果显示，肝癌患者粪便中微生物多样性最低，但肺炎克雷伯菌却高度富集。在移植后的小鼠肠道中，非常好的再现了不同受试者的肠道微生物特征。此外，基于无菌小鼠的诱导肝癌小鼠模型（GFD）表明，移植肝癌患者肠菌（HCC-FMT）的小鼠肿瘤直径最大、数量最多、负担最重。

▲ 肝癌患者肠菌促肝癌

进一步的检测结果显示，移植肝癌患者的肠菌（HCC-FMT）不仅会诱导肝细胞增殖，还会诱导肝脏炎症，例如，促炎性TH1和TH17细胞增加，而抗炎性TH2细胞减少。

此外，移植肝癌患者的肠菌还会上调涉及细胞增殖、血管生成、胚胎发育、上皮间质转化和抗凋亡相关的基因，以及促炎症反应和淋巴细胞趋化相关基因表达也增加。

值得注意的是，即使不用肝癌诱导剂二乙基亚硝胺（DEN），移植肝癌患者的肠菌也能在无菌小鼠（GF）中诱发上述反应。基于此，研究人员认为，肝癌患者的肠菌可自发诱导小鼠肝脏炎症、纤维化和非典型性增生。

▲ 被上调的癌症和炎症通路

那肠菌是如何把“手”伸到肝脏里面去的呢？

很显然，肠道屏障受损肯定是关键。分析结果显示，无论有没有（GFD/GF）致癌物处理，移植肝癌患者肠菌的小鼠肠道通透性都会增加。电镜观察结果显示，小鼠结肠细胞间连接异常——紧密连接消失、粘连增宽。此外，结肠粘液的厚度下降，紧密连接标志物下调，细菌更多地渗入粘膜固有层和粘膜肌层。

在分析移植不同受试者粪菌的小鼠之后，于君团队发现，移植肝癌患者粪菌的小鼠肝脏中均能检测到微生物，而移植健康受试者肠菌的小鼠几乎检测不到。此外，移植肝癌患者粪菌的小鼠肝脏中，丰度最高的就是肺炎克雷伯菌，其次是粪肠球菌（Enterococcus faecalis）、奇异变形杆菌（Proteus mirabilis）、霍氏肠杆菌（Enterobacter hormaechei）和脆弱拟杆菌（Bacteroides fragilis）。

在分析肝癌患者肝脏微生物组之后，于君团队发现，肺炎克雷伯菌确实占主导地位。

▲ 肠道屏障被破坏了、肠菌入肝了

显然，接下来的问题就是：千里迢迢由肠入肝的肺炎克雷伯菌等肠道微生物，是不是驱动肝癌的微生物。

于是，于君团队挑选了包括肺炎克雷伯菌在内的5种，在肝癌患者粪菌移植鼠肝脏中富集的革兰氏阴性菌，给无菌小鼠灌胃。结果显示，只有肺炎克雷伯菌能提高肠道通透性，并以活菌形式进入肝脏。

在分析小鼠肠道之后，她们还发现，肺炎克雷伯菌再现了移植肝癌患者肠菌对小鼠肠道的不利影响。

▲ 肺炎克雷伯菌再现移植肝癌患者肠菌对小鼠肠道的不利影响

至于肺炎克雷伯菌进入肝脏的方式，于君团队发现，肺炎克雷伯菌会促进肠道巨噬细胞分泌一种明胶酶，破坏肠道屏障的完整性，进而伺机逃离肠道进入肝脏。

为了验证肺炎克雷伯菌能否导致肝癌，于君团队用肺炎克雷伯菌给无菌小鼠灌胃36周（不使用致癌剂），并以大肠杆菌和PBS灌胃作为对照。她们发现，只有肺炎克雷伯菌能诱导肝细胞增殖、纤维化损伤、致癌/促炎信号传导，以及出现非典型性增生（癌前病变）。

在无特异性病原体的小鼠模型（SPF）中，肺炎克雷伯菌有同样的效果。如果同时给SPF小鼠注射肝癌诱导剂二乙基亚硝胺（DEN）的话，肺炎克雷伯菌会显著促进肿瘤的生长。

显然，肠道肺炎克雷伯菌可促进小鼠肝脏癌前病变和肝癌的发生。

▲ 单独的肺炎克雷伯菌就可诱发非典型性增生（癌前病变）

至于肺炎克雷伯菌促肝癌的机制，于君团队发现，肺炎克雷伯菌细胞壁中的青霉素结合蛋白1B（PBP1B），可以与肝癌细胞表面的受体TLR4结合，激活TLR4下游信号通路，进而促进肿瘤的生长。而TLR4抑制剂（TLR4i）TLR4-IN-C34，可以抑制PBP1B诱导的肝癌细胞生长。

基于小鼠模型的研究还发现，TLR4抑制剂TLR4-IN-C34可以逆转肺炎克雷伯菌对DEN注射无菌小鼠肿瘤发病率、肿瘤数量和肿瘤负荷的影响。虽然TLR4-IN-C34不能恢复肠道屏障或阻止肺炎克雷伯菌进入肝脏，但它能有效抑制TLR4激活、肝细胞增殖、纤维化标志物表达，以及致癌和促炎信号传导。

总的来说，于君团队这项研究成果证实，肝癌相关的肠道菌群失调与肝癌的发生有因果关系，且肺炎克雷伯菌是肝癌的致癌病原体。这一发现让我们对肠菌失衡与肝癌的关系有了新认知，也为肝癌的防治提供了新思路。

据统计，肠道肺炎克雷伯菌在人群中的流行率约为5%，因此，对于这部分人而言，保护好自己的肠道微生态，防止肺炎克雷伯菌富集，或是预防肝癌发生发展的重要手段。

参考文献：

[1].Singh V, Yeoh BS, Chassaing B, et al. Dysregulated Microbial Fermentation of Soluble Fiber Induces Cholestatic Liver Cancer. Cell. 2018;175(3):679-694.e22. doi:10.1016/j.cell.2018.09.004

[2].Wang X, Fang Y, Liang W, et al. Gut-liver translocation of pathogen Klebsiella pneumoniae promotes hepatocellular carcinoma in mice. Nat Microbiol. Published online January 2, 2025. doi:10.1038/s41564-024-01890-9