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文、圖 / 廖御佐 梁金銅 臺大醫院新竹分院 大腸直腸外科 臺大醫院 大腸直腸外科 自從胃幽門螺旋桿菌感染導致胃癌生成的假 (Correa's hypothesis) 被證實以來,微生物在腫 瘤發生上所扮演的角色再次受到大家的重視。早 1892 年,William J. Mayo 醫師曾說「隨著對 微生物認知的進展,吾人逐漸懷疑癌症是由微生 物所引起的。(With the wonderful development of our knowledge of germs, there has been a growing suspicion that cancer has microbiotic origin.)」。 在臨床上,EBV 和淋巴癌、HPV 和子宮頸癌,B 型肝炎與 C 型肝炎和肝細胞癌就是一些很好的實 例證明。近年來微生物體 (microbiome) 研究是熱 門的學門,和癌症關係的研究也逐漸展開。以下 針對腸道菌群以及其代謝物與大腸直腸癌腫瘤發 生學以及對大腸直腸手術相關議題進行相關文獻 的論述。 腸道菌群 微生物體意指特定環境中所有分類學上微 生物的集合。人類微生物體存在最豐富的器官是 大腸。微生物體包括細菌、古細菌 (archae)、微 真核生物 (microeukaryotes) 及病毒,本文也主要 聚焦討論腸道菌群的部分。廣義的微生物體意指 特定環境中所有微生物之基因體、代謝物及其功 能等集合,通常涉及微生物基因體定序之研究範 疇。 共生於人體內腸道菌群的豐富性超乎想像, 健康人體內有 10 14 個細菌,與人體細胞總數相差 無幾 (11),是人體基因總數的 100-150 (1) 腸道菌群出現在大腸的管腔內及黏膜上,管腔內 細菌會因為食物、藥物及糞便移動而改變,然而 黏膜上存在有多醣體 (polysaccharide) 結構,可供 細菌體附著,可抵擋大腸蠕動推動力、糞便的剪 (shear force) 及上皮細胞的衰變而維持動態穩 定,因此附著在黏膜上的腸道菌群可能和一些疾 病如發炎性腸道疾病和大腸直腸癌較有關係。儘 管如此,目前腸道菌群的研究仍多以管腔內之細 菌為主要對象。腸道菌群司掌功能很多,主要包 括有無法消化纖維食物的轉換、基本維生素和輔 因子 (cofactor) 的生成、先天性免疫的刺激、藥 物代謝及胃腸蠕動等功能。 出生後,人體腸道開始駐進腸道菌群,在 三歲左右腸道菌群的分類學開始逐漸定型,最常 見的門 (phylum) 是厚壁菌門 (Fumicutes )、類桿 菌門 (Bacterioides)、變形菌門 (Proteobacteria) 放線菌門 (Actinobacteria) (2) 。腸道菌群及其代謝 物彼此互相依賴造就腸道生態系。環境因素、基 因、宿主免疫系統、飲食、感染和接觸抗生素都 會影響腸道菌群數目的多寡和種類的消長。 腸道菌群的分類學及方法學 演化型 (phylotype) 是分類學上的專有名 詞,通常用來分類微生物體等無性生殖生物,傳 統林奈分類系統對物種概念為定性描述,對種 (species) 的定量的分類方式目前採用的是操作分 類單元 (operational taxonomic unit, OTU),其操 作型定義為:如果微生物 DNA 序列≧ 97% 相同 則為被認為演化上相近,或是說它們屬於同種。 細菌的 16S rRNA(ribosomal RNA) 會合成蛋白 腸道菌群及其代謝物與大腸直腸癌的致癌機制 探討 58 11 2020, Vol.63, No.2

腸道菌群及其代謝物與大腸直腸癌的致癌機制 探討 · 腸道菌群的分類學及方法學 演化型(phylotype) 是分類學上的專有名 詞,通常用來分類微生物體等無性生殖生物,傳

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Page 1: 腸道菌群及其代謝物與大腸直腸癌的致癌機制 探討 · 腸道菌群的分類學及方法學 演化型(phylotype) 是分類學上的專有名 詞,通常用來分類微生物體等無性生殖生物,傳

學術

文、圖 / 廖御佐 梁金銅*

臺大醫院新竹分院 大腸直腸外科臺大醫院 大腸直腸外科*

前 言 自從胃幽門螺旋桿菌感染導致胃癌生成的假

說 (Correa's hypothesis)被證實以來,微生物在腫瘤發生上所扮演的角色再次受到大家的重視。早

在 1892年,William J. Mayo醫師曾說「隨著對微生物認知的進展,吾人逐漸懷疑癌症是由微生

物所引起的。(With the wonderful development of our knowledge of germs, there has been a growing suspicion that cancer has microbiotic origin.)」。在臨床上,EBV和淋巴癌、HPV和子宮頸癌,B型肝炎與 C型肝炎和肝細胞癌就是一些很好的實例證明。近年來微生物體 (microbiome)研究是熱門的學門,和癌症關係的研究也逐漸展開。以下

針對腸道菌群以及其代謝物與大腸直腸癌腫瘤發

生學以及對大腸直腸手術相關議題進行相關文獻

的論述。

腸道菌群

微生物體意指特定環境中所有分類學上微

生物的集合。人類微生物體存在最豐富的器官是

大腸。微生物體包括細菌、古細菌 (archae)、微真核生物 (microeukaryotes)及病毒,本文也主要聚焦討論腸道菌群的部分。廣義的微生物體意指

特定環境中所有微生物之基因體、代謝物及其功

能等集合,通常涉及微生物基因體定序之研究範

疇。

共生於人體內腸道菌群的豐富性超乎想像,

健康人體內有 1014個細菌,與人體細胞總數相差

無幾 (1:1),是人體基因總數的 100-150倍 (1)。

腸道菌群出現在大腸的管腔內及黏膜上,管腔內

細菌會因為食物、藥物及糞便移動而改變,然而

黏膜上存在有多醣體 (polysaccharide)結構,可供細菌體附著,可抵擋大腸蠕動推動力、糞便的剪

力 (shear force)及上皮細胞的衰變而維持動態穩定,因此附著在黏膜上的腸道菌群可能和一些疾

病如發炎性腸道疾病和大腸直腸癌較有關係。儘

管如此,目前腸道菌群的研究仍多以管腔內之細

菌為主要對象。腸道菌群司掌功能很多,主要包

括有無法消化纖維食物的轉換、基本維生素和輔

因子 (cofactor)的生成、先天性免疫的刺激、藥物代謝及胃腸蠕動等功能。

出生後,人體腸道開始駐進腸道菌群,在

三歲左右腸道菌群的分類學開始逐漸定型,最常

見的門 (phylum)是厚壁菌門 (Fumicutes)、類桿菌門 (Bacterioides)、變形菌門 (Proteobacteria)及放線菌門 (Actinobacteria)(2)。腸道菌群及其代謝

物彼此互相依賴造就腸道生態系。環境因素、基

因、宿主免疫系統、飲食、感染和接觸抗生素都

會影響腸道菌群數目的多寡和種類的消長。

腸道菌群的分類學及方法學

演化型 (phylotype) 是分類學上的專有名詞,通常用來分類微生物體等無性生殖生物,傳

統林奈分類系統對物種概念為定性描述,對種

(species)的定量的分類方式目前採用的是操作分類單元 (operational taxonomic unit, OTU),其操作型定義為:如果微生物 DNA序列≧ 97%相同則為被認為演化上相近,或是說它們屬於同種。

細菌的 16S rRNA(ribosomal RNA) 會合成蛋白

腸道菌群及其代謝物與大腸直腸癌的致癌機制探討

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質,16S rRNA基因序列上面的保守區 (conserved region) 在種間變異性極少,變異區 (variable regions)則可用來分類細菌,傳統上鑑定細菌種類品系依靠的是培養,但由於 DNA定序成本下降以及電腦運算能力進步,16S rRNA基因定序可毋須仰賴傳統培養方法,而漸漸用來鑑定細菌

分類學的工具。

單單知道腸道菌群的品系和種類是不夠的,

為了瞭解在整個生態系中腸道菌群之功能和彼此

互動,有宏基因體學 (metagenomics)的概念出現:宏總基因體學研究一個生態系統中所有的基

因體集合。過去認為技術上難以執行,拜次世代

定序和演算法之功,吾人目前已可以有效率地

建立和處理總基因體學中龐大的基因資料和功

能,目前歐洲和美國正積極定序人類腸道菌群,

分 別 為 MetaHIT 計 畫 (European Metagenomics of the Human Intestinal Tract)及 HMP計畫 (NIH Human Microbiome Project)。這些計畫衍生出腸型 (enterotype)的概念:在特定宿主腸道內所聚集之特定種系的腸道菌群,可視為獨特的識別標

記 (signature)。腸型具有個體性,但就算是同一個體之腸型也非一成不變,隨環境及飲食因素而

改變。

研究微生物體的生命現象而衍生各自對應學

門:總體轉錄學 (metatranscriptome)研究的是在一特定環境中所有微生物 RNA的學問:元蛋白質學 (metaproteome)在一特定環境中所有微生物蛋白質的學門。以及代謝組學 (metabolomics)在一特定環境中所有微生物代謝物的學門。對於微

生物體在人體交互作用之研究,必須整合多學門

研究才能獲得充分瞭解。

人體存在和平共處不會造成疾病的正常微

生物體,又叫做正常菌群 (normal flora)。若是因為正常菌群數量上或比例上出現失衡現象,導

致原本共生人體內的菌群增生造成疾病,此狀

況稱腸道菌群失調 (dysbiosis),這些原本與人體共生卻引發疾病的微生物則叫做致病性病原菌

(pathobiont),這些致病細菌體又會發生伺機性感染 (opportunistic infection)。腸道菌群失調的疾病包括發炎性腸道疾病、肥胖、神經精神疾病、

大腸直腸腺癌瘤等。常造成腸道菌群失調的原因

是抗生素使用,如長期使用抗生素造成的困難梭

狀桿菌 (Clostridium difficile)感染所衍生的腸炎。

腸道菌群、代謝物及大腸直腸腫瘤發生途徑

觀察性研究發現同一代日本移民至美國夏

威夷,他們發生癌症的風險會變得和當地居民一

樣;由於基因不會在短時間內有太大的改變,合

理的推測可能和飲食有很大的關聯 (3);另外有研究比較非裔美國人和南非非洲人,兩族群飲食習

慣不同,腸道菌群的菌種也不相同,非裔美國

人飲食中較多紅肉較少纖維,大腸以普雷沃氏

菌 (Prevotella)為主,而南非非洲人相對攝取較多纖維,以大腸類桿菌為主 (4)。這些研究顯示飲

食會影響腸道腸道菌群,而腸道菌群可能扮演

癌症衍生的重要角色。幾個早期研究皆發現大

腸息肉和大腸直腸癌和某些特殊種系腸道菌群

相關:Moore等人在 1995年研究發現大腸息肉病人的糞便中含有較豐沃的類桿菌和雙歧桿菌,

相反的,產氣真細菌 (Eubacterium aerofaciens)在健康人族群較豐沃,推測可能具有保護效果 (5)。

Swidsinski等人研究發現糞便中有較豐富的大腸桿菌,其與大腸直腸息肉以及癌症關聯性較高(6)。近年來由於高輸出量定序技術進步,鑑定腸

道菌群不再受限於培養技術,能找出更多腸道菌

群和疾病的關聯性。研究開始在動物實驗上建立

起某些腸道菌群和癌症生成之因果關係。

腸道菌群是如何調控癌症發生途徑的呢?大

腸直腸癌瘤發生途徑 70%是透過「腺瘤 –腺癌序列」(adenoma-adenocarcinoma sequence),包括致癌基因 K-ras活化、抑癌基因 APC、P53等去活化等。其它途徑還有所謂的微衛星不穩定性

(microsatellite instability, MSI)路徑;此路徑還包括在遺傳性非息肉大腸直腸癌 (hereditary non-polyposis colorectal cancer)衍生過程中的基因變化,這是核酸誤配基因發生生殖細胞的突變,約

占 2-5%,其致癌過程也是先產生息肉再癌化;另一種是與遺傳無關的,即所謂的偶發性MSI,一般認為此種基因突變的大腸癌是透過鋸齒狀腺

瘤癌化造成,此種癌症核酸誤配基因可能發生

過度甲基化,這就是所謂的鋸齒狀腺瘤 (serrated adenoma) 甲基化致癌機轉 (serrated-methylated

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pathway),約占 17-32%(7)。另外學者也觀察到,

大腸直腸癌細胞表面也普遍存在表觀遺傳學變化

(epigenetic change),也就是細胞上數十萬個的基因,包括核酸誤配基因,均有過度甲基化的現

象。這是近年來大腸直腸癌致癌機轉研究重點,

而腸道菌群可能透過強化或是弱化癌化機轉來促

成癌症或保護人體免於癌症的侵襲。

腸道菌群藉由下列三種方式調控癌化機轉:

1. 細胞壁抗原:例如:解沒食子酸鏈球菌(Streptocuccus gallolyticus)的胞壁抗原會促發異常腸隱窩增生,產生癌前病變。大腸桿菌

的大腸桿菌素 (colicin Ib)會讓黏膜細胞雙股DNA破裂,造成染色體不穩定,以及在動物實驗上衍生大腸腫瘤。

2. 發炎反應:腸道菌群和飲食 (抗原 )會在腸道引起低度炎症 (low-grade inflammation)。腸道的先天及後天免疫系統藉由促發炎細胞因子

(IL-1B、INF-γ、 IL-8、TNF-α、IL-23、IL-12、IL-17及 IL-6)和抗發炎細胞因子 (IL-10和TGFβ)調控著低度炎症反應,一旦這種炎症反應的恆定性受到破壞,會產生慢性發炎,

進而造成息肉和癌症生成,發炎性腸道疾病

就是典型例子。

3. 毒性代謝物:毒性代謝物可能由腸道菌群本身產生或是代謝食物的副產品,其中包括苯酚

(phenol)、硫化物 (sulfides)、氨 (aminonia)和亞硝胺 (nitrosamines)等。值得注意的是,腸道菌群和癌症關係研究

中,很重要但也經常被忽略的基本前提,即是究

竟這些腸道菌群的存在是相關性抑或因果性?解

讀這些實驗數據時,一定要特別小心;對於腸道

菌群對人體癌症的影響,解決這些問題亟須疾病

長期的大規模的前瞻性世代縱貫研究 (8)。

荷蘭 Tjalsma等人提出「駕駛與乘客模式」(driver and passenger model)(圖1),在正常黏膜時期有所謂的駕駛病原菌 (driver),或叫做驅動病原體,造成黏膜增生和息肉生成;原本共存在腸道

內的乘客病原菌 (passenger pathogen)卻因為癌化微環境改變而造成大量增生,反而和駕駛病原菌

競爭,形成乘客病原菌主客易位。在此模式下,

大腸直腸癌糞便及黏膜所分離出來的病原菌可能

只是乘客病原菌,而非真正的駕駛病原菌 (9)。

造成大腸直腸癌常見的病原菌

目前關於可能造成大腸直腸癌病原菌研究

如雨後春筍被發表,但受限於採樣方式,研究

方法和因果關係建立,彼此研究結果不一致,

當中比較確定者包括具核梭桿菌 (Fusobacterium nucleatum)、脆弱類桿菌 (Bacteroides fragilis)、解沒食子酸鏈球菌 (Streptocuccus gallolyticus)以及產硫細菌 (sulfidogenic bacteria)等。以下作介紹:1. 具核梭桿菌:具核梭桿菌是口腔的正常菌株,細菌表面上的adhesion A分子,可與大腸直腸癌細胞表面 lectin Fap2分子上面的Gal-GalNAc結合。研究發現具有大腸直腸息肉 /癌的病人,其腸黏膜擁有較豐沃的具核梭桿菌數

量。具核梭桿菌造成癌症的機轉尚未完全了

解,可能藉由改變黏膜上皮細胞包括降低凋

圖1 大腸直腸癌的駕駛與乘客模式(9)。

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亡、DNA修補、增加細胞增生,藉由活化NF-kB以及Wnt 路徑來促進癌症發生,同時具核梭桿菌會協同Toll-like receptors, microRNA 和細胞凋亡網絡來調控癌症對化學治療的抗

藥性,如果病人腸道內有此細菌,常在化療

後產生大腸癌的復發 (10)。運用metagenome-wide association 研究發現具核梭桿菌生成的代謝產物butyryl-CoA dehydrogenase可以作為偵測癌症的生物腫瘤標誌物 (11)。

2. 脆弱類桿菌:脆弱類桿菌中的B株,又稱腸毒性脆弱類桿菌,會分泌21kDA脆弱類桿菌毒素,會裂解 (cleavage)宿主黏膜上皮細胞彼此間的E-cadherin,造成慢性發炎,並衍生腸炎及腹瀉。脆弱類桿菌分泌之腸毒素是Zn-dependent metalloprotease會造成DNA損壞,在動物實驗 (apc缺陷小鼠 )發現,腸毒素造成 IL-17-dependent發炎反應造成遠端大腸癌 (12)。在

大腸直腸癌病人黏膜中若是脆弱類桿菌較多,

3年存活率較差,其為一個獨立預測指標。研究發現糞便潛血檢查同時檢驗脆弱類桿菌,可

增加45%的篩檢敏感度 (13)。

3. 解沒食子酸鏈球菌:解沒食子酸鏈球菌(S. gallolyticus)屬於D型鏈球菌中牛鏈球菌(Streptocuccus bovis)的一種,早在1966年就有研究指出它和大腸直腸癌相關,在感染S. gallolyticus而產生心內膜炎的病人中,約18%會得到大腸直腸癌。血清中有抗S. gallolyticus抗體陽性反應的病人有較高比例會產生大腸

腺瘤或大腸癌。在罹患大腸直腸癌病人中68%會出現陽性抗體,大腸腺瘤病人中78%有陽性抗體,僅17%對照組呈現抗體陽性反應。S. gallolyticus對 collagen I /IV親和性特別高,會在組織上面形成生物膜。心臟瓣膜因含有

豐富的 collagen I,可以解釋為何此菌會攻擊心瓣膜引發心內膜炎。大腸黏膜細胞之間及

基底膜中則有豐沃的 collagen IV,因此也成為此菌易下手的對象 (14)。此外S. gallolyticus會促進促發炎細胞因子的產生如NF-κB、IL-1及IL-8,增加細胞增生,血管新生和減少腫瘤細胞凋亡。目前雖然出現S. gallolyticus抗體並不列在罹患大腸直腸癌風險考慮中,但是病人

曾感染S. gallolyticus心內膜炎則必須接受大腸鏡篩檢。

4. 產 硫 細 菌: 產 硫 細 菌 包 括 梭 桿 菌

(Fusobacterium)、脫硫弧菌 (Desulfovibrio)和沃氏嗜膽菌 (Bilophila wadsworthia)等和大腸直腸癌致癌過程相關。產硫細菌會產生硫化氫

(H2S),造成基因體或是染色體的不穩定,其機轉可能是硫化氫擴散進入腸道上皮細胞,

干擾粒線體功能,進而影響Ras/MARK路徑,造成上皮細胞癌化。

Baxter等人研究發現梭狀桿菌、阿里斯氏菌 (Alistipes)、紫單胞菌 (Porphyromonadaceae)、紅蝽菌 (Coriobacteridae)、葡萄球菌、愛克曼菌(Akkermansia)及甲烷桿菌 (Methanobacteriales)的過度生長,或是雙歧桿菌、乳酸桿菌、瘤胃球菌

(Ruminococcus)、棲糞桿菌 (Faecalibacterium)、羅斯氏菌 (Roseburia)和螺旋體數量減少與大腸直腸癌發生有關。實驗將癌症病人以及健康人之糞便

餵養實驗鼠,發現餵食格蘭氏陰性菌糞便的實驗

鼠身上的腫瘤量較高;相對的,餵食格蘭氏陽性

菌糞便之實驗鼠腫瘤量較少,實驗結果顯示格蘭

氏陰性菌和癌症發生有關 (15)。這個研究結果仍

須要更多實驗支持,但傳達了一個重要訊息:大

腸直腸癌發生途徑可能由多種腸道菌群共同參與

造成,而並非單一種菌株造成。

其實腸道菌群在人體的分布具有相當的異質

性 (heterogenicity),意即癌症病人腫瘤處和正常黏膜處腸型不同,而且病人和健康人的腸型也不

相同。異質性的存在引發了一些疑問:1.在文獻中報導之病原菌的屬種結果往往不一致;2.所謂「不同的菌株」除了癌症病人,其實正常族群也

會出現這些菌株,該如何解釋這些現象;3.)這些腸道的異質性是否真有致病的因果關係?

如前述傳統上「一病原菌 –一疾病模式」在大腸直腸癌發生過程中並不適用,愛爾蘭學

者 Flemer等人提出叢 (cluster)的概念,試圖將多種腸道菌群彼此分群成不同的叢。他將腸道

菌群依照和疾病的關係分為六個叢,包括類桿菌

叢 1、類桿菌叢 2、厚壁菌叢 1、厚壁菌叢 2、致病菌叢 (pathogen cluster)、普雷沃氏菌叢 (Prevotella cluster)。作者利用統計方法將 6個叢再排列組合

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成 4種腸群 (group),腸群 1和 2包含大腸直腸癌族群,呈現較豐沃的致病菌叢及普雷沃氏菌叢,

腸群 3主要由健康族群組成,呈現較高的厚壁菌叢 1,而腸群 4也大都是大腸直腸癌族群,其中類桿菌叢 1、類桿菌叢 2較為豐沃。作者認為此分群方式較可以反應腸道菌群和癌症之關聯性 (16)。

腸道菌群的代謝物

腸道菌群除靠本身的侵犯,其代謝物也直

接或間接地在腺瘤或癌症生成過程中扮演重要角

色。動物實驗發現,餵予大腸直腸癌鼠糞便的正

常健康鼠會誘發產生大腸直腸癌,這個現象代表

腸道菌群可能會透過某種與腸道細胞的交互作用

而影響上皮細胞行為,這些交互作用可能是腸道

菌群的代謝物。食物中複雜碳水化合物如纖維、

多醣體、黏液 (mucin)和膽鹽等在大腸由腸道菌群分解進行代謝,腸道菌群各司其職 (圖 2)。

短鏈脂肪酸丁酸 (butyrate)、醋酸 (acetate)和丙酸 (propionate)是有益腸道的代謝物,主要由多醣體和寡糖發酵而成,有抗腫瘤效果。

丁酸是大腸上皮細胞的主要能量來源,由腸道

菌群發酵人體無法消化的纖維而成。毛螺菌科

(Lachnospiraceae)及梭狀芽胞桿菌 (Clostridium)會產生丁酸,可維持腸道健康。動物雙歧桿

菌 (Bifidobacterium animalis) 及 嗜 熱 鏈 球 菌

(Streptococcus thermophilus)會產生乳酸,可能會酸化腸腔,抑制胺基酸分解。產乳酸菌也會刺激

NADPH-1 dependent 活性氧類激發免疫反應,且使腸道幹細胞增生。產乳酸菌數量在大腸腸癌病

人糞便中會減少。醋酸和丙酸由乳酸發酵而成,

最終會經由肝臟代謝。

苯酚、硫化物、亞硝胺和氨是有毒的代謝

物,皆證實為致癌物質。脆弱類桿菌和厚壁菌透

過分解胺基酸產生苯乙酸 (phenylacetic acid)、酚(phenols)、吲哚 (indoles)和對甲酚 (p-cresol)。亞硝基化合物是致癌物質,可由蛋白質在胃酸亞硝

化產生,或由胺基酸在大腸經過腸道菌群發酵產

生,變形菌門 (如大腸桿菌、沙門氏菌和胃幽門螺旋桿菌等 )有硝基還原酶 (nitroreductases)和硝酸鹽還原酶 (nitrate reductases),會引發亞硝化

圖2 腸道菌群和代謝物組的關係圖(17)。

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反應。氨是腸道菌群代謝產物,低濃度下即有致

癌性,在動物模式中會造成黏膜破壞以及腺癌產

生。

高蛋白及脂肪食物會增加人體膽酸的分

泌,95%膽酸在小腸幾乎回收到肝臟再利用,5%會進到大腸經腸道菌群產生次級膽酸,其中主要包括有去氧膽酸 (deoxycholic acid)和石膽酸(lithocholic acid)。膽酸具有抗菌能力,可破壞腸道菌群細胞壁,會改變腸道菌群微環境,進而影

響短鏈脂肪酸形成,膽酸會產生活性氧類和活性

氮物質造成 DNA損壞。研究也發現大腸直腸癌病人的糞便膽酸和次級膽酸濃度較高。

乙醇可能由腸道菌群體內生成,再代謝成致

癌物乙醛,乙醛會破壞 DNA。酒精過量使用是許多癌症的危險因子,但乙醇及腸道菌群和癌化

關係仍須進一步釐清。

腸道菌群研究對大腸直腸手術議題的影響

1. 術前清腸準備傳統上機械清腸準備包括口服抗生素和瀉

劑,目的在除去腸道菌群以減少吻合處滲漏和傷

口感染風險。雖然機械清腸準備的必要性仍有爭

議,但一些統合分析顯示機械清腸準備無助於減

少手術感染風險。基於當下對腸道菌群的認知,

大量殺死腸道菌群會造成腸道菌群失調,反而造

成致病病原菌的增生且不利傷口的早期癒合。因

此,選擇性地去除有害腸道菌群是一種比較合

理的努力方向,Gaines等人提出了所謂「清腸2.0」的概念:選擇性去除腸道菌群,輸液和營養補充 (18)。目前歐美有些醫院常規在術前 2小時給予病人口服碳水化合物,結果發現會縮短住院

天數,和降低手術的發炎反應。丁酸作為大腸黏

膜細胞的能量來源,可幫助黏膜修復,且抑制組

蛋白去乙醯化酶 (histone deacetylases)來壓制腫瘤細胞生長;口服型不可吸收磷酸在手術後會缺

乏,在動物實驗中會降低病原體致病性,減少吻

合處滲漏。兩者皆是潛在可術前提供給病人的營

養物 (18)。

2. 吻合處滲漏吻合處滲漏是大腸直腸手術後重要的併發

症,其在文獻報導之發生率約為 1-19%。基於對腸道菌群的了解,吾人可合理懷疑某些致病菌可

能增加吻合處滲漏之風險。Shogan等人在實驗兔之動物模型發現糞腸球菌(Enterococcus faecalis)的存在會增加吻合處滲漏風險,透過 matrix metalloproteinase 9來崩解 (disintegration)黏膜上皮組織的緊密連接 (tight junction)。若是使用局部抗生素塗抹或是抑制MMP9基因表現都可能避免吻合處滲漏 (19)。

腸道菌群的存在有助於腸道上皮黏膜修復,

研究發現相較於正常鼠而言,無菌小鼠 (germ-free mice)的腸道上皮生長週期較慢,一旦有發炎反應或是物理性創傷時,上皮細胞的修復步驟

會有缺損 (20),Alam等人針對嗜黏蛋白愛克曼菌(Akkermansia muciniphila)之研究發現,嗜黏蛋白愛克曼菌會產生甲醯化胜肽 (formylated peptides)和中性球 NADPH氧化酶 (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase, NOX),造成微環境局部缺氧,造成厭氧菌增生,並且活化上皮細

胞的甲醯化胜肽受體,調節上皮細胞移動及再

生,並且上皮細胞產生的活性氧類會吸引免疫細

胞聚集。這些研究顯示腸道菌群有正面的意義,

而非僅僅除之而後快的負面角色。

3. 腸道蠕動腸道菌群會刺激腸蠕動。無菌小鼠由於缺

乏腸道菌群作用而腹部膨大;研究顯示每天給

予人體 108至 3×1010 CFU的特定益生菌使得腸道轉運時間減少 12小時,而增加每周排便次數1.5次,並改善便祕相關症狀。可能機轉是透過血清素 (serotonin)來影響腸道的神經及中樞神經系統,增加腸道蠕動。為了增進腸道健康而有

所謂的 3P補充,即益生菌 (probiotics)、益生元(prebiotics)和多酚 (polyphenols)。益生菌意指:使給予足夠適量能促進宿主健康的活生生的細菌

稱之,例如雙歧桿菌和乳酸桿菌。益生元意指:

能提供腸道菌群發酵並影響腸道菌群活性或組

成,而促進宿主健康特定物質稱之。多酚是植物

性的代謝物,通常和植物水果的顏色、味道和防

禦機制有關,如去除酒精之紅酒萃取物和可可豆

衍伸的黃烷醇 (flavanol)等。

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Page 7: 腸道菌群及其代謝物與大腸直腸癌的致癌機制 探討 · 腸道菌群的分類學及方法學 演化型(phylotype) 是分類學上的專有名 詞,通常用來分類微生物體等無性生殖生物,傳

學術

結 語近年來科學家漸漸揭櫫腸道菌群和大腸直腸

癌發生之相關性。回顧 1987年時任美國大腸直腸外科醫學會理事長 Norman Nigro醫師在該年年會曾說:「Lynch syndrome,… 遺傳因素在大腸直腸癌致病原因中只佔了 7%,因此對多數人來說環境因素在癌症發生反而扮演更重要的角色 (Lynch syndrome,…the inheritance factor is dominant in the etiology of the disease is about 7%... therefore, in most people, the environmental factor contributes much more to carcinogenic process…)。姑且不論當時的證據如何,現有的知識似乎為他大膽的假設

提出證明。一度被視作人體內毫不起眼的居民,

腸道菌群物的存在再次獲得研究者的青睞。在後

基因體時代,強調人體個體性的精準醫學已經是

生物醫學趨勢,構成個體差異性的微生物體無疑

是完備精準醫學下所欠缺的那一塊拼圖。

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