核心提示：益生菌可以通过调节宿主肠道微生物群(GM)来促进有益微生物的生长并抑制HCC相关的生态失调，从而预防病原体相关分子模式(PAMPs)介导的肝脏炎症，从而降低HCC风险。益生菌对HBV和HCV感染具有抗病毒活性，可改善肥胖和NAFLD / NASH的风险，其抗氧化，抗增殖，抗血管生成和抗转移作用可以预防HCC发病机制。
导读：肝细胞癌(HCC)是最常见的原发性肝癌，也是全球癌症相关死亡的第二大原因。乙型肝炎病毒(HBV)和丙型肝炎病毒(HCV)、酒精性肝病(ALD)和非酒精性脂肪性肝病 (NAFLD)/非酒精性脂肪性肝炎(NASH)的慢性感染是肝细胞癌发展的主要外在危险因素。遗传背景是肝细胞癌发病机制的关键，种系突变和单核苷酸多态性(SNP)都是肝细胞癌的内在危险因素。这些肝细胞癌危险因素易发生肝损伤，随后纤维发生活化，进展为肝硬化和肝细胞癌。益生菌可以通过调节宿主肠道微生物群(GM)来促进有益微生物的生长并抑制HCC相关的生态失调，从而预防病原体相关分子模式(PAMPs)介导的肝脏炎症，从而降低HCC风险。益生菌对HBV和HCV感染具有抗病毒活性，可改善肥胖和NAFLD / NASH的风险，其抗氧化，抗增殖，抗血管生成和抗转移作用可以预防HCC发病机制。益生菌还上调肿瘤抑制基因的表达，下调癌基因的表达。此外，益生菌通过降解膳食植物化学物质产生的代谢物可以降低HCC发展的风险。这些多种抗癌机制说明了益生菌作为HCC风险管理和治疗的辅助策略的潜力。
1. 引言
原发性肝癌的死亡率居世界第二高，肝细胞癌(HCC)占所有原发性肝癌的75-85%。由于肝脏通过肝门循环与肠道直接相连，因此HCC的发病机制与肠道微生物群(GM)的改变有关。益生菌可恢复肠道细菌的复杂性和定植抵抗力，以克服HCC相关的生态失调。益生菌能刺激产有益短链脂肪酸(SCFA)细菌的生长，通过SCFA可调节抗炎反应并调节细胞分化和增殖。此外，益生菌通过限制肠道细菌及其代谢产物向肝脏的易位来保护肠道上皮功能并预防细菌内毒素血症。益生菌细胞成分和益生菌代谢物通过上调紧密连接蛋白的表达来促进肠道上皮完整性。益生菌的细胞表面蛋白可以减弱肠道上皮细胞的炎症，抑制上皮细胞凋亡，维持肠道上皮的完整性，增加杯状细胞粘液分泌和释放抗菌肽的能力，保护肠道上皮免受致病菌的侵害。
本综述讨论了益生菌介导的抗癌机制，目前关于益生菌预防HCC发病机制的潜力的知识有望成为替代治疗和管理措施的未来途径。未来的研究必须集中在研究不同益生菌对降低HCC风险的协同作用，以配制能够提供卓越抗癌作用的益生菌混合物。利用合生元(益生菌和相应益生元的混合物)来提高益生菌的功效并选择性地刺激有益肠道微生物生长的潜力是降低癌症风险的策略，必须进一步研究。
2. 肝细胞癌
肝细胞癌是一种复杂的多步骤疾病，具有多种形态亚型。肝细胞癌有多种病因危险因素决定疾病进展和发病机制(图1)，这些危险因素中有许多是外在的，可以通过改变生活方式来改变。乙型、丙型和丁型肝炎病毒的慢性感染、酗酒、NAFLD和NASH、肥胖和糖尿病、黄曲霉毒素(霉菌毒素)和吸烟造成的肝损伤是肝细胞癌发展的主要外在危险因素(图1)。大约80-90%的患者在被诊断患有肝细胞癌之前患有肝硬化。肝细胞癌危险因素的慢性存在，尤其是肝炎感染、酒精和NASH，会促进肝脏炎症，最终通过激活肝脏肌成纤维细胞导致纤维化和肝硬化。肝硬化肝脏中的慢性损伤和炎症导致肝细胞再生率高，导致恶性基因突变的积累，从而引发癌变。只有约20%的肝细胞癌病例发生在无肝硬化的情况下。
图1 肝细胞癌(HCC)的病因危险因素和发病机制。
肝细胞癌病因：
(1)HBV诱导的肝细胞癌是由插入诱变引起的基因组不稳定性和致癌蛋白乙型肝炎病毒x(HBx)，HBx通过诱导上皮-间充质转化(EMT)促进细胞增殖、肿瘤血管生成、氧化应激介导的肝损伤和肝细胞转移。肝细胞内质网(ER)中致癌前S2突变蛋白的积累引起ER应激，并促进特征性毛玻璃肝细胞易患HCC的发育。由前S2突变蛋白产生的ER应激可通过增加细胞活性氧水平和上调核因子-κB(NF-κB)和环加氧酶-2(COX-2)表达来诱导肝细胞中的氧化DNA损伤。
(2)HCV的核心蛋白促进肝细胞的脂肪生成并诱导氧化应激，并显着影响调节肝细胞增殖的细胞信号通路以及肿瘤抑制基因TP53的表达和视网膜母细胞瘤易感基因(RB1)。HCV的非结构(NS)蛋白促进肝纤维化和肝细胞转移。
(3)NAFLD与HCC发病机制呈正相关，并且由于其在世界范围内的患病率增加而成为主要的危险因素。在NAFLD患者中，肝脏流入脂肪酸(FA)诱导脂肪变性和脂毒性，导致线粒体功能障碍、急诊应激和肝脏氧化应激。脂肪变性通过上调NF-κB产生促炎细胞因子TNF-α、IL-1β和IL-6(图1)。在NAFLD/NASH期间激活自然杀伤性T细胞(NKT)会促进脂肪变性，并与CD8 T细胞一起诱导肝损伤，如肝细胞气球形成所引起的。NASH引起的肝损伤可诱发损伤相关分子模式(DAMPs)介导的炎症反应，激活免疫细胞(例如Kupffer细胞)以诱导促炎细胞因子的产生并定位到损伤部位，从而促进肝脏炎症。氧化性DNA损伤、DNA甲基化缺陷(例如，含有蛋白1/Sav1的萨尔瓦多家族WW结构域)和肿瘤抑制基因表达减少(例如锌手指同源盒2/ZHX2)的表达减少，进一步促进了从脂肪肝向肝CC的过渡。在NAFLD和NASH中，DNA损伤反应(DDR)机制受到持续DNA损伤导致共济失调毛细血管扩张突变(ATM)耗尽的实质性限制。然而，由于DNA依赖性蛋白激酶(DNA-PK)的表达增加，在NAFLD-HCC期间，容易出错的非同源末端连接(NHEJ)途径会增强。
(4)易患慢性肝病的遗传性基因组(种系)突变和SNP是肝细胞癌 (图1)，SNPs是DNA编码区或非编码区内的单碱基对取代，可改变DNA修复、细胞调控和免疫，并显著增加癌症发病机制的风险。人稳态铁调节蛋白(HFE)和ATP酶铜转运β(ATP7B)种系基因突变可分别导致慢性肝损伤，并分别因肝脏中铁(血色病)和铜(Wilson病)积累而进展为肝细胞癌。种系突变与外在危险因素一起可显著增加肝细胞癌的风险。在NAFLD-HCC的情况下，种系端粒酶逆转录酶(TERT)突变可能决定NAFLD肝硬化进展为HCC。
肝细胞癌的肿瘤微环境(TME)与分子发病机制：
(1)肝纤维化期间细胞外基质(ECM)成分的过度分泌通过减少O2渗透到纤维化组织中。机体为了克服缺氧，通过增加缺氧诱导因子1(HIF-1)、VEGF、血管生成素(ANGPT)1、ANGPT2和碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)的表达来促进血管生成，从而在肿瘤中产生异常和功能失调的血管网络(图1)。
(2)体细胞基因突变和肝细胞表观遗传变化是HCC发病机制(图1)。端粒酶组分TERT或TERC的突变和肿瘤抑制基因TP53会降低肝细胞基因组在肝细胞癌期间的完整性。通过CTNNB1、AXIN1、AXIN2、APC以及ZNRF3基因突变激活Wnt信号通路，可促进肝细胞不受控制的生长。
(3)除了基因点突变外，HCC中的基因组不稳定性也可能是由染色质结构修饰引起的。拷贝数变异(CNV)是HCC中报告的一种常见的染色质结构修饰。
3. 肠道微生物群与肝细胞癌发病机制的关系
由于肝脏通过门静脉循环与肠道直接相连，肠-肝轴可使肝脏暴露于细菌脂多糖(LPS)、DNA、肽聚糖和鞭毛蛋白等PAMPs，从而促进肝细胞癌的发病(图2)。肝细胞癌的任何危险因素，包括HBV和HCV感染、ALD和NAFLD，都会刺激GM失调，增加肠道通透性。
宿主免疫系统通过免疫细胞和代谢细胞包括肝细胞和脂肪细胞的Toll样受体(TLR)对GM及其衍生代谢产物敏感(图2)。肠道通透性增加导致肠道微生物及其产物渗漏到体循环，影响器官功能。肝癌与血液中鞭毛蛋白和LPS抗体水平之间存在很强的相关性。从机制上讲，这涉及PAMP通过释放细胞因子和趋化因子来刺激TLR介导的免疫反应。GM衍生的LPS还通过TLR激活肝脏中的Kupffer细胞，并随后分泌炎症细胞因子。脂质胆酸(LTA)是一种肥胖诱导的革兰氏阳性肠道微生物成分，可以通过TLR信号传导促进小鼠肥胖相关的HCC发病机制。LTA与另一种肥胖诱导的肠道微生物代谢物脱氧胆酸(DCA)一起，通过TLR2信号传导上调HSC中COX-2和衰老相关分泌表型(SASP)因子的表达。SASP因子的分泌可以通过表达炎症细胞因子(IL-1β和IL-6)和生长调节的癌基因(Gro)-α来促进HCC。COX-2的过表达通过刺激免疫细胞上的前列腺素E2(PGE2)受体4来抑制抗肿瘤免疫。这种抗肿瘤免疫的抑制可能通过CD103 DC群体的消耗和较低的CD8 T细胞与Treg比值而发生。COX-2过表达和PGE2生成增加在非肝硬化NASH-HCC患者的HSC中很常见。此外，GM将伯代胆汁酸(例如胆酸和鹅去氧胆酸)转化为次级胆汁酸(例如DCA)的潜力可能促进NASH向HCC的进展。DCA可诱导HepG2细胞中致癌的mTOR信号通路。
图2 肠道微生物群与肝细胞癌(HCC)发病机制的关系。
4. 益生菌介导的减少肝细胞癌的机制
在体外和体内，已经描述了益生菌对肝癌发病机制(表 1)。
表1 益生菌介导的降低肝癌风险的机制。
5. 总结
肝细胞癌的发病机制是一个由多种病因危险因素控制的复杂过程。乙型肝炎病毒和丙型肝炎病毒感染、酗酒、NAFLD/NASH、基因突变和慢性黄曲霉毒素摄入。这些危险因素的单一或组合的慢性患病率诱发肝损伤，随后可能进展为纤维化、肝硬化，并最终发展为肝细胞癌。益生菌可以通过多种机制降低HCC发病的风险，例如调节宿主GM和预防生态失调相关的内毒素血症，维持肠道上皮屏障功能，以及抑制肠道细菌和PAMPS易位到体循环中。益生菌促进有益微生物的生长，产生抗炎代谢物，可以通过增加抗氧化酶的表达来缓解HCC中的肝脏氧化应激。益生菌的抗病毒活性可以通过预防慢性HBV和HCV感染来减轻HCC风险。此外，益生菌通过改善肥胖来预防肝脏脂质毒性。益生菌的抗血管生成特性与VEGF和血管生成因子VEGFA和ANGPT的下调有关。有趣的是，益生菌可以上调肿瘤抑制因子的表达，并抑制有助于HCC发病机制的癌基因的表达。最后，益生菌可以将原花青素等非营养性膳食成分生物转化为更简单的代谢物，对肝细胞癌具有抗癌作用。设计具有增强抗癌特性的合生元可能有助于开发饮食方法和辅助疗法作为HCC的预防措施。
原名：Mechanisms by Which Probiotic Bacteria Attenuate the Risk of Hepatocellular Carcinoma
期刊：INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES
2022年影响因子/JCR分区：6.208/Q1
发表时间：2022年3月
通讯作者：Wasitha P D Wass Thilakarathna
通讯作者单位：Department of Plant, Food, and Environmental Sciences, Faculty of Agriculture, Dalhousie University, Truro, NS B2N 5E3, Canada.
DOI号：10.3390/ijms22052606
