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谷禾健康
在漫长的历史中，一种神秘而令人不安的疾病一直困扰着人类，那就是癫痫。
癫痫是最常见的神经系统疾病之一，影响着全世界近7000万人。它会导致突发性的、不可控制的、反复发作的痉挛和意识丧失。
突如其来的发病行为，不仅让患者和他们的家人感到恐惧和困惑，也给他们的生活带来了巨大的不便和影响。
虽然二十世纪以来出现了大量抗癫痫药物，但许多的癫痫患者对药物治疗没有反应，并且病情仍然不受控制。
近年来，动物研究和人类病例的证据表明，肠道微生物群与癫痫有关。
本文将带大家初步认识癫痫这一疾病，并阐述了肠道微生物群如何在癫痫患者和动物模型触发、加重或调节这种疾病的病程。
此外，肠道微生物群可以用作癫痫诊断和预后的潜在生物标志物以及难治性癫痫患者的新治疗靶点。
目录
癫痫（epilepsy）是大脑神经元突发性异常放电，导致短暂大脑功能障碍的一种慢性疾病。
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▸ 根据发病特点分类
•全面性癫痫
涉及到整个大脑的神经元异常放电。这种类型的癫痫通常会导致全身抽搐和意识丧失。
常见的全面性癫痫包括肌阵挛性癫痫和失神癫痫等。
•局灶性癫痫
起源于大脑的一部分区域，只涉及到局部神经元的异常放电。这种类型的癫痫可能会导致局部肌肉抽搐、感觉异常或意识丧失。
常见的部分性癫痫包括颞叶癫痫和顶叶癫痫等。
▸ 根据病因分类
•继发性癫痫
继发性癫痫是由已知的病因或病变引起的。这些病因可以是脑部的结构异常、脑损伤、感染、代谢紊乱、中毒、药物副作用等。
注：继发性癫痫可以发生在任何年龄。
•特发性癫痫
特发性癫痫是指没有明确病因或病变可以解释的癫痫。在这种情况下，癫痫发作的原因可能是由于遗传因素、发育异常或其他未知因素引起的。
注：特发性癫痫通常在儿童或青少年时期开始，且没有明显的脑部结构异常。
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由于异常放电的神经元在大脑中的部位不同，而有多种临床表现。
✦全面性发作
这种类型的癫痫患者，往往在发作初期就会失去意识，完全意识不到自己发生了什么。
如下细分不同类型还会有各自对应的特点:
•强直-阵挛性发作
患者在发作早期，不仅失去意识，而且还会跌倒。此时患者大多会尖叫一声，全身抽搐，持续10~20秒后，发生阵挛。每一次的阵挛都会有一个间歇期，发作频率逐渐变慢、间歇期也越来越长。
在一次剧烈阵挛后，发作停止。这时候会观察到患者的瞳孔散大，唾液分泌物等增多，以及呼吸停止。之后患者会慢慢恢复，上述体征逐渐恢复正常，整个过程大概5~15分钟，有些患者在发作期还会发生牙关紧闭和大小便失禁。
患者醒来后，一般会觉得头痛，全身酸痛，很想睡—觉。
•强直性发作
此类型的患者多见于弥漫性脑损伤的患者。发作时可能是局部或全身的骨骼肌强烈而持续的收缩，能将患者固定于某一个特殊的姿势。
•阵挛性发作
此类型主要多见于新生儿和婴儿，发作时患儿会意识丧失。
•失神发作
意识丧失突然发生并迅速终止，是本类型癫痫发作的主要特征。患者可能会突然间活动停止，发呆、手上拿着的东西滑落到地板上，对旁人的呼叫无应答。也有些患者可能机械重复原有的简单动作。
•肌阵挛性发作
这是—种突然发生的类似于触电—样的不自主运动，发作时间一般比较短暂。
•失张力发作
这一类的患者往往会突然跌倒，也有些不太严重的患者会突然间低头，以及胳膊突然间下垂。
•伴有或不伴失神的眼肌阵挛性发作
此类患者的发作主要与眼部相关，大多在持续的光线下眼睑闭合后发生，间歇性的闪光刺激也可能诱发癫痫发作。发作时，患者的眼睛看起来半开半闭，有时候还会伴有手部的抽动。
✦局灶性发作
这—类的患者在癫痫发作时神志清楚，发作后能描述刚刚自己发生了什么。
一般分为以下几种类型：
•局灶性运动性发作
患者癫痫发作时，主要是某一个身体部位的不自主抽动，大多是一侧眼睑、口角、手或者足趾，也可能是一侧面部或肢体。严重的话，患者在发作过后可能发生短暂性的肢体瘫痪。
有些患者还会出现与人体的运动系统相关的异常动作，诸如不自主地重复发作前的单词或者单个音节，伴有身体或眼睛的旋转等。
•局灶性感觉性发作
这—类患者发作时，往往存在感觉异常。诸如味觉、嗅觉、听觉的异常，出现幻觉等。
•自动症
这一类的主要特征是患者出现存在意识障碍，会做一些看起来有目的，但实际上没有目的的动作，比如反复咀嚼、反复搓手或无目的地开门、关门等，发作后无法回忆起发作细节。
提醒
癫痫发作期千万不要强行约束患者，以免自己被误伤，也避免造成患者骨折、脱臼。
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癫痫是一种常见的神经系统疾病，全球范围内都有发病。根据世界卫生组织统计，全世界有超过6500万癫痫患者。癫痫的发病率在不同地区和人群之间有所差异。
★ 中低收入国家癫痫发病人数较高
在高收入国家，癫痫患病率约为每1000人6.4例，年发病率为每100000人中出现67.8例。在低收入和中等收入国家 ，这些数字几乎翻了两倍。其中约80%的患者生活在中低收入国家。
中国癫痫的发病率在5‰~7‰之间，全国有650万~910万患者。每年，我国会有40万~60万人被新确诊为癫痫患者。
★ 青少年和老人易发癫痫
癫痫可发生在各个年龄人群，但儿童患者和老年患者比较常见。儿童和青少年是癫痫的高发人群，其中大约有一半的癫痫病例在20岁以下发病。
此外，在孕期女性中，癫痫发作的比例约为0.3%~0.7%。
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✦结构性病因
结构性病因是指神经影像学上的异常发现，合理推断导致患者癫痫发作，并与电子临床评估或临床发现一致。
结构性病因的原因包括缺氧缺血性脑病、中风、外伤和感染。在结构性病因中，值得注意的是在内侧颞叶癫痫发作中相对频繁地发现海马体硬化。
✦遗传性病因
癫痫被认为受到遗传的影响。一项研究发现977个基因与癫痫有关。
这些基因包括癫痫基因（引起癫痫或以癫痫为核心症状的综合征的基因）、神经发育相关的癫痫基因（与大脑发育畸形和癫痫相关的基因）、癫痫相关基因（与身体或其他方面相关的基因）。
与此相关的基因有SCN2A、SCN8A、SCN3B、KCNJ3、KCNJ10、KCNN3、KCNMB3、CACNA1H、AQP4。
基因如CACANA1A、CACNG3、CACNB4、CHRNA4、GRM4、LGI1、ASIC1a、STX1B、SYN2、SLC12A5 ME2、ALDH5A、Il-1β和IL-1RA以及GABA-A和GABA-B受体基因直接或间接影响神经递质的合成或释放，导致兴奋性和抑制性神经递质的不平衡，导致神经元过度兴奋。
影响癫痫的一些基因
Thakran S,et al.Int J Mol Sci.2020
✦感染性病因
中枢神经系统感染是癫痫的主要危险因素，也是世界某些地区最常见的癫痫病因。据报道，发达国家中枢神经系统感染幸存者人群中无端癫痫发作的风险为6.8%至8.3%，中低收入国家的风险更高。
例如囊尾蚴、人类免疫缺陷病毒、巨细胞病毒、弓形虫、结核分枝杆菌和恶性疟原虫等都会感染中枢神经系统。
✦代谢性病因
一些代谢性疾病可表现为细胞变性和髓鞘形成障碍以及神经元迁移障碍，通过对细胞或器官功能产生负面影响而间接促进癫痫发生。
尽管大多数代谢性癫痫都有遗传基础，但有些可能是后天获得的，例如吡哆醇依赖性癫痫发作和脑叶酸缺乏症。
✦免疫性病因
当不明原因的癫痫患者神经特异性抗体血清呈阳性并且有自身免疫介导的中枢神经系统炎症的证据时，可以怀疑其免疫病因。
根据基于人群的研究，自身免疫性癫痫的发病率约为所有癫痫的5-7%。这种病因的识别具有治疗意义，因为自身免疫性脑炎引起的癫痫发作应该通过免疫疗法而不是传统的抗癫痫药物疗法来治疗。
免疫反应也与癫痫的诱发和癫痫的发展有关。癫痫脑中的先天性和适应性免疫反应均由常驻免疫细胞及其分泌的介质以及从外周渗透的白细胞激活。致病性神经炎症过程可以是外周起源的，也可以是中枢起源的。外周炎症通过离子和谷氨酸稳态的变化以及促炎分子从外周炎症灶迁移到血脑屏障来增强癫痫放电。
回顾了越来越多的临床前和临床证据，表明肠道微生物群会影响癫痫。
Amlerova J,et al.Int J Mol Sci.2021
动物实验
// 肠道菌群失衡增加了癫痫的易感性
研究人员发现，将肠道微生物群从长期应激的老鼠身上移植到幼年老鼠身上会促进癫痫的发作。这表明肠道菌群失衡，尤其是在慢性压力的影响下，增加了对癫痫的易感性。
实验结果表明，接受来自癫痫动物的微生物群的小鼠比对照组更容易出现癫痫持续状态，这表明微生物群介导了癫痫发作的易感性。
还有研究人员预测，移植癫痫小鼠的微生物群可能会通过增加健康小鼠的大脑兴奋性来诱发癫痫。
// 肠道炎症会增加癫痫发作
对肠道炎症与癫痫之间关系的进一步研究表明，肠道炎症会增加癫痫小鼠的癫痫发作活动。由此推断：肠道炎症可能是癫痫控制的有效目标，也可能是癫痫易感患者癫痫发作的一个因素。
// 益生菌降低了癫痫的严重程度
研究了益生菌混合物对大鼠戊四氮触发的大脑攻击活动、认知能力以及总脑组织抗氧化能力的影响。
结果表明，益生菌大大降低了癫痫发作的严重程度。同时，口服益生菌也部分改善了大鼠的空间学习和记忆。
虽然神经递质的抑制/兴奋以及抗氧化剂和氧化剂之间的失衡是癫痫发作的主要原因，但益生菌治疗增加了γ－氨基丁酸活性并改善了大鼠抗氧化剂和氧化剂之间的平衡。
微生物群-肠-脑轴与癫痫
微生物群-肠-脑轴由中枢神经系统 、肠神经系统和 肠道微生物群构成，通过向上传导和向下传导进行通信。
// 健康的肠道菌群会产生良好的代谢产物
不良的肠道菌群会上调促癫痫代谢物的产生、炎症因子的分泌等，导致γ－氨基丁酸/谷氨酸比例异常，进而诱发癫痫。
慢性压力可能是这一过程的触发因素。
健康的肠道微生物群可以产生良好的代谢产物，例如短链脂肪酸和血清素，可以抑制癫痫的发生。下丘脑-垂体-肾上腺轴、肠神经系统和迷走神经系统也参与肠道菌群与癫痫之间的相互作用。
癫痫中的微生物群-肠-脑轴
Ding M,et al.Front Immunol.2021
重点来了
具体地说，对于癫痫，癫痫发作和癫痫发生可能会受到肠道微生物群通过以下方式的影响：
1) 肠道产生神经递质，如γ-氨基丁酸、谷氨酸和血清素；
2) 通过免疫系统介导的促炎作用，释放细胞因子和趋化因子，以及脂多糖水平的增加，导致肠和血脑屏障通透性增加和神经炎症增加；
3) 通过改变肠道源性代谢物的量，例如主要以中枢神经系统保护作用而闻名的短链脂肪酸。
此外，神经和神经内分泌下丘脑-垂体-肾上腺轴，以及内源性大麻素系统和脑源性神经营养因子的水平可以受肠道微生物群干扰癫痫发作机制的影响。
癫痫患者的肠道微生物群
已经有多项关于癫痫患者和健康对照之间肠道微生物群差异的临床研究。
但目前人体临床研究主要关注两个方面：一是癫痫患者肠道菌群与健康人的差异，二是癫痫患者服用益生菌或粪菌移植后症状的改善。
本文主要采用了华西医院神经内科的研究，该研究的样本量较大，纳入55名被诊断确认超过三年的癫痫患者和46名来自同一家庭的健康对照。
与不生活在同一家庭的人相比，夫妻之间的肠道细菌群落往往更加相似。因此，我们在研究的探索和验证队列中纳入了健康配偶作为对照。仅包括一起生活并饮食相似至少10年的夫妇。
Gong X,et al.Front Microbiol.2020
此外，该研究中还排除了一些可能影响癫痫的风险因素，使结果的可信度更高。
癫痫患者和健康对照的排除标准如下：（1）最近3个月内接受过抗生素、益生菌、益生元或合生元治疗；（2）近3个月内有胃肠炎病史；（3）有其他自身免疫性疾病史（多发性硬化症、视神经脊髓炎、系统性红斑狼疮、类风湿性关节炎、1型糖尿病等）；(4)肠道手术史；(5) 怀孕或哺乳期；（6）有神经或精神疾病史（帕金森病、阿尔茨海默病、焦虑症、抑郁症、自闭症谱系障碍、精神分裂症等）；（7）6个月内除抗癫痫药物外的其他方案摄入史（维生素、蛋白质、不饱和脂肪酸等）；(8) 严重营养不良或感染或吸毒或酗酒。
研究结果
// 癫痫患者的肠道微生物α多样性下降
通过使用 16S rDNA 测序，发现癫痫患者组的α多样性指数远低于健康对照组。最近，相对较低的微生物多样性与儿童药物难治性癫痫以及与中枢神经系统改变相关的其他疾病有关，包括阿尔茨海默病、多发性硬化症和帕金森病。
// 梭杆菌等具有致病性作用的菌群在癫痫患者中过度生长
结果表明，一些细菌门，包括梭杆菌（Fusobacteria）、疣微菌（Verrucomicrobia）和硝化螺旋菌（Nitrospirae），在疾病组中生长过度。而厚壁菌门和Saccharibacteria在疾病组中数量较少。
梭杆菌
现有研究表明，梭杆菌对脊椎动物具有致病性，在人类结直肠癌和发炎的肠道粘膜中普遍存在。一些研究人员将梭杆菌属物种描述为病原体，因为它们具有侵入性，并且能够转移到血液中并导致全身疾病状态。
疣微菌
疣微菌门以大量产生短链脂肪酸和粘蛋白降解的微生物而闻名。疣微菌可以降解粘蛋白，这可能会扰乱肠道屏障的完整性以及随后的细菌易位。
硝化螺旋菌
硝化螺旋菌可以增加亚硝酸盐的毒性，最终可能导致血脑屏障功能障碍和通透性增加，并有助于癫痫的作用机制。
拓展：A. muciniphila过高的危害
在我们的检测中发现一名56岁女士肠道内该菌的丰度占比超50%，菌群构成如下：
过量的Akkermansia将过度消耗粘液蛋白而存活下来，这是大多数其他细菌所缺乏的生存优势。
在这种情况下，非粘液消耗物种的数量显著减少，导致物种多样性减少， Akkermansia增殖异常，从而可能导致肠道屏障损伤，诱发肠道炎症、脂多糖进入血液的增加、自身免疫性疾病、神经退行性疾病等有关。
// Blautia、双歧杆菌等菌属丰度增加
预后不良的患者中，经黏液真杆菌属（Blautia）、双歧杆菌属、Subdoligranulum、普雷沃氏菌(Prevotella)、戴阿利斯特杆菌属 （Dialister）和Anaerostipes增加。
较高丰度的普雷沃氏菌会引发炎症
普雷沃氏菌为肠道核心菌，但是较高丰度的普雷沃氏菌会促进炎症。较高丰度的普氏菌可能导致肠道中持续产生IL-6，从而引发炎症反应。此外，据报道，普雷沃菌属会改变肠道通透性。
扩展阅读：肠道重要基石菌属——普雷沃氏菌属 Prevotella
癫痫患者碳水化合物代谢增加可能导致双歧杆菌丰度较高
此外，我们研究中的功能分析还显示，疾病组的碳水化合物代谢显著增加。已经确定碳水化合物代谢物的紊乱可能在癫痫发生机制中发挥潜在作用。双歧杆菌消化复杂的碳水化合物并表现出最大的预测糖生物组之一。
// 耐药性癫痫与药物敏感性癫痫患者的肠道微生物也不同
此外，耐药性癫痫患者的肠道微生物组可能与药物敏感性癫痫患者不同。
与药物敏感性癫痫患者相比，耐药性癫痫患者的α多样性和主要属于厚壁菌门的细菌的相对丰度有所增加。
注：在难治性癫痫组中，粪肠球菌（Enterococcus faecalis）、长双歧杆菌（Bifidobacterium longum）和迟缓埃格特菌（Eggerthella lenta）是潜在的生物标志物。
还有一些关于癫痫患者肠道微生物群的其他研究，主要研究成果展示在下表：
Ding M,et al.Front Immunol.2021
小结
这些研究表明肠道微生物群与癫痫之间有着千丝万缕的联系。肠道微生物群的组成可能会影响癫痫的易感性。
需要注意的是，癫痫患者之间的差异以及所使用的研究方法存在局限性。考虑到影响肠道微生物组的变量较多，如年龄、饮食和生活环境等的差异，需要在合理控制变量的基础上进行更大样本的分析。
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癫痫的发病机制与神经免疫和神经炎症有关。越来越多的证据表明，脑肠轴的免疫和炎症通路可能参与癫痫的发病机制。
小胶质细胞和星形胶质细胞是中枢神经系统中主要的炎症细胞，其炎症状态会促进癫痫的发生。
√肠道微生物群通过调节免疫影响癫痫
肠粘膜的淋巴组织含有体内所有免疫细胞的70%–80%。
肠道微生物群会影响免疫细胞：例如，无菌小鼠表现出免疫异常，T细胞和B细胞数量减少，细胞因子产生减少。
此外，肠道微生物群似乎是小胶质细胞成熟以及星形胶质细胞激活的最重要因素之一。肠道微生物群调节先天免疫、适应性免疫和炎症机制，以调节癫痫的发展。
√肠屏障和血脑屏障损伤影响大脑
肠粘膜屏障和血脑屏障共同作用，防止肠道微生物群及其分泌物进入大脑。
“肠漏”综合征的特点是肠道通透性增加，导致细菌、有毒代谢物和小分子转移到血液中。在肠道炎症下，细菌可以直接将因子释放到体循环中，从而激活外周免疫细胞，改变血脑屏障完整性，从而改变转运速率，甚至可以诱发“漏脑”。
压力会增加肠粘膜通透性，管腔内的脂多糖和其他细胞因子进入血液循环刺激Toll样受体，产生炎症细胞因子，增加血脑屏障通透性并损害大脑。
√神经免疫与癫痫的发生
小胶质细胞和星形胶质细胞通过释放过量的细胞因子参与癫痫的发病机制，并相互作用。
星形胶质细胞是大脑中最丰富的神经胶质细胞，具有多种功能，包括调节血脑屏障的完整性、神经递质的循环利用以及参与免疫反应。
小胶质细胞是中枢神经系统的常驻巨噬细胞，介导先天免疫反应。
小胶质细胞和星型胶质细胞相互作用的机制
小胶质细胞可以调节星形胶质细胞的表型和功能，例如小鼠小胶质细胞可以通过VEGF-B（促进星形胶质细胞的致病反应和炎症反应）和TGF-α（促进相反的反应）来调节星形胶质细胞的行为。
肠道微生物将膳食色氨酸代谢为芳基碳氢化合物受体激动剂，并与其受体相互作用，控制小胶质细胞活化以及TGF-α和VEGF-B表达，从而调节星形胶质细胞的致病活性。
星形胶质细胞释放的炎症细胞因子和趋化因子增强小胶质细胞的活性，包括迁移、凋亡细胞的吞噬作用和突触修剪。
血脑屏障通透性增加易引起神经炎症
星形胶质细胞和小胶质细胞之间的相互作用导致促炎细胞因子的产生和血脑屏障通透性增加，从而导致外周血免疫细胞和细胞因子渗入中枢神经系统，以及随后的慢性神经炎症。
无菌和抗生素处理的动物也改变了小胶质细胞的形态以及成熟、激活和分化方面的缺陷，导致对多种病原体的免疫反应不足，而这种免疫反应可以在肠道微生物群重新定植后修复，这表明肠道微生物多样性对于小胶质细胞和中枢神经系统功能至关重要。
肠道微生物群通过先天免疫诱发癫痫
肠道微生物群可以通过先天免疫途径诱发癫痫。在无菌小鼠的整个生命周期中，血脑屏障通透性不断增加，这与内皮细胞中occludin和claudin-5蛋白表达的降低有关。
肠道微生物群失调会减少紧密蛋白的产生并增加肠壁的通透性，导致微生物、代谢物和毒素从肠腔中逸出。肠道微生物群失调还会减少短链脂肪酸，从而增加血脑屏障通透性并促进神经炎症。
如果这两个屏障被打破，微生物群释放的免疫细胞和炎症因子就会进入大脑并诱发癫痫发作。
肽聚糖是细菌细胞壁的成分，主要存在于人体肠道中。肽聚糖作为慢性脑炎的驱动因素，也在大脑小胶质细胞中检测到。因此，我们得出结论，肽聚糖可能通过促进肠漏和脑漏从肠道转移到中枢神经系统，导致慢性炎症并诱导癫痫的发生。
肠道微生物群通过适应性免疫促进癫痫的发生
肠道微生物群还通过诱导适应性免疫来促进癫痫的发生。肠道微生物群可以诱导免疫细胞产生细胞因子，通过肠粘膜和血脑屏障进入大脑，激活大脑免疫细胞参与免疫反应。
辅助T细胞17（Th17）是是适应性免疫的关键组成部分,IL-17是由Th17细胞产生的细胞因子，可以通过特定的肠道微生物群（例如拟杆菌门）进行调节。
最近发现，癫痫患者的脑脊液和外周血中IL-17水平均高于对照组，并且与癫痫发作的频率和严重程度高度相关。因此，肠道微生物群可以通过介导IL-17影响癫痫的发生。
此外，共生微生物群的缺失会下调IgA和IgG1，并上调 IgE，从而导致疾病易感性增加。
因此，肠道微生物群可以通过肠-脑轴诱导免疫反应，从而导致癫痫发生。
然而，只有少数研究直接关注肠道、免疫反应和癫痫之间的关系，许多问题仍有待探索。
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在大脑和肠道之间传递信息的重要途径之一是通过自主神经纤维。
√肠道刺激通过自主神经系统调节大脑活动
给小鼠口服空肠弯曲杆菌会导致脑干迷走神经感觉神经节和初级感觉中c-fos表达增加，表明肠道刺激可以通过自主神经系统调节大脑活动。
√神经足细胞与迷走神经元接触影响神经系统
迷走神经刺激已成为癫痫的常规治疗方法。据报道，迷走神经传入纤维的电刺激可以改变大脑中血清素、γ－氨基丁酸和谷氨酸的浓度，从而解释了其在癫痫中的用途。
以前，肠道内分泌细胞和脑神经被认为只能通过激素进行交流；然而，最近发现称为神经足细胞的肠内分泌细胞可以与迷走神经元突触，以转导肠腔信号，使用谷氨酸作为神经递质将肠腔连接到脑干。
神经足细胞的发现为通过调节肠道微生物群来治疗神经系统疾病提供了强有力的理论支持。
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√肠内分泌信号和神经递质与癫痫密切相关
神经递质失衡与癫痫密切相关。癫痫病灶存在神经递质失衡，如γ－氨基丁酸活性低下、谷氨酸活性亢进、多巴胺和去甲肾上腺素活性亢进、血清素活性低下。
肠道微生物影响神经递质的产生
在胃肠道中，神经递质可由肠道微生物群直接分泌或由胃肠细胞在肠道微生物群代谢物的刺激下产生。
不同的肠道微生物群可以产生不同的神经递质（肠球菌属、链球菌属和埃希氏菌属产生血清素；乳杆菌属和双歧杆菌属产生γ－氨基丁酸；埃希氏菌属和芽孢杆菌属可以产生多巴胺）。
肠道微生物群产生的各种神经递质可以通过肠粘膜，但很少通过血脑屏障，γ－氨基丁酸除外。在海马损伤或癫痫状态下，肠道微生物群产生的γ－氨基丁酸会导致γ－氨基丁酸和谷氨酸系统之间的不平衡，从而引起癫痫发作。
一些肠道菌群调节氨基酸水平从而影响癫痫
嗜黏蛋白阿克曼菌(Akkermansia muciniphila)和Parabacteroides定植可以改变血清和肠腔中的氨基酸水平，从而调节海马中与癫痫发作相关的神经递质（例如 GABA 和谷氨酸）的水平，从而为小鼠提供保护性抗癫痫作用。
血清素可以改善癫痫患者的发作
肠嗜铬细胞产生大约90%的血清素。在小鼠中，某些肠道微生物群，例如形成孢子的梭菌类群，可以通过上调结肠色氨酸羟化酶1（一种血清素生产的限速酶）来促进肠道中血清素的生物合成。
先前的研究表明，颞叶癫痫患者存在血清素缺乏症。增加血清素的药物组合，例如选择性血清素再摄取抑制剂，可以改善癫痫患者的癫痫发作控制。
去甲肾上腺素对癫痫发作具有双重作用
去甲肾上腺素对癫痫发作具有双重作用，具体取决于其含量，低剂量的去甲肾上腺素具有促癫痫作用，而高剂量的去甲肾上腺素可以抑制癫痫。
√短链脂肪酸癫痫密切相关
短链脂肪酸包括乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐，可以由一些肠道细菌（主要是拟杆菌属和厚壁菌门）通过不溶性膳食纤维的发酵产生。
短链脂肪酸在小胶质细胞成熟、肠脑神经系统、血脑屏障通透性以及通过直接或间接途径的应激反应中发挥着重要作用，所有这些都与癫痫密切相关。
不同短链脂肪酸对癫痫的保护作用
在癫痫小鼠模型中进一步研究了不同短链脂肪酸对癫痫的保护作用和机制。
丁酸盐可能通过减轻肠道炎症和氧化应激，表现出抗癫痫作用。丁酸盐还可以通过Keap/Nrf2/HO-1途径改善线粒体功能障碍并保护脑组织免受氧化应激和神经元凋亡的影响，从而提高癫痫阈值并降低癫痫强度。
丙酸盐治疗可以通过减少线粒体损伤、海马细胞凋亡和神经缺陷来减轻癫痫发作强度并延长癫痫发作潜伏期。
这些研究表明，短链脂肪酸在癫痫模型中减少，并且通过不同的机制对癫痫具有保护作用。
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压力可促进癫痫的诱发，癫痫患者糖皮质激素水平较高。
下丘脑-垂体-肾上腺轴（HPA轴）是应激反应的核心，包括促肾上腺皮质激素释放因子、促肾上腺皮质激素的分泌以及随后糖皮质激素和儿茶酚胺下游途径的释放。
不同的激素可能有不同的作用：例如，大多数脱氧皮质酮是抗惊厥药，而促肾上腺皮质激素释放激素和皮质酮可诱发癫痫发作。
√肠道微生物调节HPA轴影响癫痫
尽管HPA轴和肠道微生物群之间存在相关性，但具体机制尚未阐明。慢性压力可能会上调糖皮质激素，从而增强谷氨酸信号传导并诱发癫痫发作。肠道微生物群可以通过改变循环细胞因子水平或其他途径影响下丘脑的功能，从而调节HPA轴。
小鼠的应激反应表明，肠道微生物群调节应激依赖性垂体和肾上腺激活，并改变结肠中调节促肾上腺皮质激素释放激素途径的基因表达。慢性压力可能通过肠道微生物群影响HPA轴并促进癫痫。
注：HPA轴、肠道微生物群和癫痫之间的具体关系仍需进一步研究。
健康人和不同类型癫痫患者之间的肠道微生物及其代谢物差异使其成为癫痫鉴别诊断、预后和治疗监测的潜在代谢标志物。
这里将讨论一些涉及癫痫或是神经活性的物质。
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使用啮齿动物模型的实验研究检验了短链脂肪酸对宿主神经系统的调节作用。短链脂肪酸调节多种受体，包括普遍存在的多效性G蛋白偶联受体，不仅存在于肠上皮细胞上，而且还存在于脑组织中。
▷调节G蛋白偶联受体影响神经系统
G蛋白偶联受体参与激活抑制性调节性T细胞、辅助性T细胞1和辅助性T细胞17，增强FOXP3转录因子的基因表达并下调促炎细胞因子，例如IL-12，肿瘤坏死因子和核因子-κB(NF-κB)。
短链脂肪酸还能够通过将乙酸盐转化为细胞营养和能量代谢所需的乙酰辅酶A来激活整合mTOR途径。
▷调节组蛋白去乙酰酶影响癫痫
此外，乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐可能通过抑制组蛋白去乙酰酶 (HDAC) 或触发乙酰化来引起表观遗传修饰。
组蛋白去乙酰酶已被证明参与神经发生、突触传递、可塑性、脑源性神经营养因子水平的调节、神经胶质细胞发育、与学习和记忆相关的高级脑功能以及抑郁症和精神分裂症等神经系统疾病。
最近的研究已经证实了组蛋白乙酰化在失神性癫痫啮齿动物模型中癫痫发生和相关精神疾病中的作用。在这项研究中，在早期长期给予丁酸盐和丙戊酸（单独或联合）后，大鼠表现出致癫痫活动的数量和持续时间显著减少。
此外，组蛋白乙酰化的增强可以改善抑郁样行为和记忆表现等症状。这些发现强调了组蛋白去乙酰酶抑制剂作为癫痫治疗新策略的能力。
▷促进血清素和儿茶酚胺的合成
短链脂肪酸还可以促进色氨酸羟化酶1和酪氨酸羟化酶基因的转录，从而分别促进肠道血清素和血清儿茶酚胺（即多巴胺、去甲肾上腺素和肾上腺素）的生物合成，这些血清素具有通过自主受体调节中枢神经系统的关键作用。
小鼠下丘脑的谷氨酸和γ－氨基丁酸水平在暴露于醋酸盐或鼠李糖乳杆菌和长双歧杆菌的特定菌株后会发生变化，表现出抑郁和焦虑样表型的减弱。
综上所述，短链脂肪酸作为癫痫的生物标志物，通过影响神经信号传导、血脑屏障和免疫系统等多个途径参与癫痫的发病机制。
2
胆汁酸是胆汁的主要有机成分，可作为胆固醇、胆红素和异生物质的生物洗涤剂。
胆酸和鹅去氧胆酸是肝脏产生的初级胆汁酸，一旦进入肠道，肠道微生物群就会通过脱羟基作用将胆汁酸转化为次级胆汁酸，包括脱氧胆酸和石胆酸。
在小鼠中，已证明次级胆汁酸是法尼醇X受体的内源性配体，法尼醇X受体是调节肝脂肪生成、胰岛素敏感性和葡萄糖稳态的重要传感器。法尼醇X受体的激活还可以通过增加抗菌基因的表达和阻止细菌易位来抑制肠道微生物的过度生长。
法尼醇X受体在肝脏、肠和皮质神经元中表达。在中枢神经系统中，法尼醇X受体影响γ－氨基丁酸、去甲肾上腺素和血清素的神经传递。
▷胆汁酸与癫痫的炎症程度和发作频率有关
一些研究发现，癫痫患者的胆汁酸代谢存在异常。具体来说，癫痫患者的胆汁酸合成和转运过程可能受到影响，导致胆汁酸浓度的改变。
此外，胆汁酸与肠道微生物群之间存在相互作用，微生物群可以通过代谢胆汁酸来影响其浓度和代谢途径。
一项发表于2020年的研究发现，癫痫患者的血液和脑脊液中的胆汁酸水平明显降低。此外，胆汁酸的降低与癫痫的严重程度和发作频率呈负相关。
这些发现表明，胆汁酸可能在癫痫的发生和发展中发挥一定的作用。
需要指出的是，胆汁酸作为癫痫标志物的研究仍处于初步阶段，尚需进一步的研究来验证这些发现，并深入探索其在癫痫发病机制中的具体作用。
了解胆汁酸与癫痫之间的关系有助于我们更好地理解癫痫的病理生理过程，并为癫痫的预防和治疗提供新的思路。
3
色氨酸是一种重要的氨基酸，它在人体内起着多种生物学功能。它是各种激素、维生素、某些脑神经递质以及抗菌活性所需蛋白质的前体。最近的研究表明，色氨酸代谢异常可能与癫痫有关。
▷色氨酸及其代谢物参与抗癫痫作用
一项对16名难治性癫痫儿童进行的研究表明，色氨酸代谢物可能参与抗癫痫作用。
马吲哚胺2,3-双加氧酶1的激活（分解谷氨酸代谢物）通过改变犬尿氨酸/谷氨酸比例与慢性颞叶癫痫大鼠模型中的抑郁样行为直接相关。
另一项在两种癫痫小鼠模型中进行的重要研究指出，α-乳清蛋白通过提高血浆和大脑中色氨酸的浓度来发挥抗惊厥活性，从而通过微生物群和血清素能受体改善神经传递。
在不同的啮齿动物模型中长期使用α-乳清蛋白治疗可以保护或抑制癫痫发作。
此外，据推测，色氨酸代谢物可作为N-甲基-D-天冬氨酸受体的拮抗剂，从而抑制兴奋性途径。
肠道微生物群的调节可能是癫痫的潜在治疗方法。一方面，调节肠道微生物群可以通过调整与癫痫相关的机制来减少癫痫的发作。
另一方面，药物可以通过直接或间接的方式被肠道微生物群转化为代谢物。对于癫痫患者来说，调整肠道微生物组的组成可能会促进药物代谢和吸收，提高抗癫痫药物的反应性。
肠道微生物群在癫痫中的假设机制和作用
Iannone LF,et al.Neurobiol Dis.2022
在本节中，谷禾将阐述一些基于肠道微生物群的癫痫潜在疗法。如生酮饮食，施用抗生素、益生菌、益生元以及抗癫痫药物和粪便移植对癫痫的影响。
Ding M,et al.Front Immunol.2021
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饮食，尤其是生酮饮食，可以通过塑造肠道微生物群来调节癫痫的发生，生酮饮食是一种高脂肪、低碳水化合物和充足蛋白质的饮食，自1921年以来一直用于治疗难治性癫痫患者。
注：生酮饮食对其他神经系统疾病也有积极作用，如多发性硬化症、帕金森病、阿尔茨海默病和偏头痛。
关于癫痫发作频率，在生酮饮食治疗期间，10%的患者没有癫痫发作，40%的患者癫痫发作频率降低至50%。
生酮饮食对癫痫发作活动的可能影响
Ułamek-Kozioł M,et al.Nutrients.2019
生酮饮食中脂肪与蛋白质和碳水化合物的经典比例为4:1，这会引发代谢模式从葡萄糖代谢转向脂肪酸代谢。
经典的生酮饮食可以通过多种途径缓解癫痫，包括调节神经递质、脑能量代谢、氧化应激、离子通道和肠道菌群。
•不饱和脂肪酸具有抗癫痫作用
在生酮饮食中，饱和脂肪一直是主要使用的脂肪；然而，动物和人类研究已经证明多不饱和脂肪酸，尤其是Omega-3脂肪酸具有抗癫痫作用。
膳食Omega-3存在于亚麻籽、坚果、深海鱼和海洋哺乳动物中。 Omega-6主要来源于动物产品和植物油，构成现代西方饮食中多不饱和脂肪酸的大部分。
二十二碳六烯酸是大脑中主要的多不饱和脂肪酸，通过多种途径参与神经功能的调节，例如与离子通道的相互作用和神经递质的释放。一项病例对照研究表明，癫痫儿童血清Omega 3/Omega 6 比率低于健康儿童。
体外和体内研究都表明，富含Omega 3脂肪酸的饮食有利于癫痫控制，2021年七项临床试验研究的荟萃分析表明，补充Omega-3可显著降低癫痫发作频率，并且对成人比儿童更有效。
•肠道菌群对生酮饮食抗癫痫治疗具有促进效果
一些临床和实验研究探讨了肠道微生物群对生酮饮食抗癫痫疗法的作用。
通过使用 16S rRNA 测序方法，分析了接受生酮饮食治疗一周的中国儿童耐药性癫痫患者的分类肠道微生物群变化。
生酮饮食调节了不同肠道微生物群的相对丰度
结果表明，生酮饮食增加了特定门的相对表达，包括拟杆菌门和普雷沃氏菌门，同时降低了克罗诺杆菌属、丹毒杆菌属、链球菌属、另枝菌属（Alistipes）、瘤胃梭菌属(Ruminiclostridium)、Barnesiella和肠球菌属的相对表达。
研究人员将这些改变与癫痫发作减少联系起来，因为21%的患者没有癫痫发作，43%的患者癫痫发作减少了 50%。
这些结果得到了后续临床研究的证实。检查了接受生酮饮食治疗的中国儿童耐药性癫痫患者的粪便样本。发现经过六个月的生酮饮食治疗后，β多样性与基线水平有所不同。生酮饮食后，拟杆菌门的相对丰度增加，厚壁菌门和放线菌的比例显著降低。
有趣的是，在对生酮饮食反应较少的剩余50%患者中，梭状芽胞杆菌、瘤胃球菌科、毛螺菌科、另枝菌属和文肯菌科(Rikenellaceae)的相对丰度较高。
这些研究虽然规模较小，但却强化了这样一个假设：通过生酮饮食调节肠道微生物群可以对癫痫患者发挥治疗作用。
生酮饮食对癫痫的影响
Mejía-Granados DM,et al.Seizure.2021
最近的一项研究表明，高脂肪：碳水化合物+蛋白质比例对于癫痫的治疗并不是必不可少的。低脂肪:蛋白质+碳水化合物比例的新组合饮食，包括中链甘油三酯、多不饱和脂肪酸、低血糖指数碳水化合物和高支链氨基酸/芳香族氨基酸比例，也可减少兴奋性驱动并防止啮齿动物模型中的癫痫发作。
饮食干预是控制癫痫有效且有前景的方法，特别是生酮饮食。对微生物群-肠-脑轴的进一步研究将有助于开发更有效的饮食疗法。
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•肠道微生物群影响抗癫痫药物的功效和毒性
肠道微生物含有丰富的药物代谢酶，可能会影响其药理学，导致药物功效和毒性存在人群差异。
例如，氯硝西泮是一种抗惊厥和抗焦虑药物，被肠道微生物群还原和代谢，导致药物毒性。
•抗癫痫药物会改变微生物群组成
非抗生素药物会在一定程度上改变肠道微生物群。在一项涉及1197种非抗生素药物对肠道微生物群影响的大型研究中，24%的人类靶点药物在体外抑制了菌株的生长。
抗癫痫药物，如卡马西平、丙戊酸和拉莫三嗪影响肠道微生物群组成。小鼠怀孕期间丙戊酸治疗导致粪便微生物群改变，厚壁菌门增加，拟杆菌门减少，这可能与后代的自闭症谱系障碍行为有关。而拉莫三嗪可能通过抑制细菌核糖体生物合成来减少大肠杆菌的生长。
抗癫痫药物或生酮饮食治疗的患者肠道微生物群变化
Amlerova J,et al.Int J Mol Sci.2021
进一步研究抗癫痫药物与肠道微生物的关系，将有助于开发基于肠道微生物调控原理的新型抗癫痫药物。调整肠道微生物成分可以改变抗癫痫药物的代谢过程，从而提高其疗效并减少副作用。
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由于肠道微生物组似乎在包括癫痫在内的几种神经病理性疾病中发生了改变，使用广谱抗生素已成为恢复肠道微生物群生态的可行替代方案，在病理生理学方面显示出有益的结果。
•抗生素治疗可以阻止部分患者的癫痫发作
一些报告表明，抗生素治疗，可能有助于阻止癫痫患者和动物模型的癫痫发作。
用地塞米松（4毫克/天）和米诺环素（50毫克/天）治疗一名患有星形细胞瘤的53岁耐药性癫痫患者，使患者在长达2个月的时间里没有癫痫发作。当地塞米松或米诺环素治疗停止时，癫痫发作频率突然增加至每周7次癫痫发作。
对六名接受抗生素治疗的难治性癫痫患者的回顾性研究表明，某些抗生素可以在短期内减少癫痫发作的频率。
抗生素治疗对癫痫的影响
Mejía-Granados DM,et al.Seizure.2021
•部分抗生素可能也会诱发癫痫
抗生素可能通过干扰肠道菌群和肠-脑轴来诱导癫痫发作或降低癫痫发作频率。然而，某些抗生素也会诱发癫痫：例如，内酰胺类抗生素，包括青霉素、头孢菌素和碳青霉烯类，最有可能引起癫痫发作。
一些青霉素如第四代头孢菌素、亚胺培南和环丙沙星，可能会导致症状性癫痫发作的风险增加。
因此，在这些患者中使用抗生素时应密切监测血清水平和脑电图。未来还需要进一步研究明确各种抗生素对癫痫的具体作用和机制。
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最近研究了补充益生菌在癫痫发作和癫痫中的效果。一项临床试验中，由43名西班牙耐药性癫痫患者组成的队列接受了益生菌补充剂的治疗。
益生菌补充剂包括每日两剂乳杆菌（嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、干酪乳杆菌、瑞士乳杆菌、短乳杆菌和乳杆菌）、乳双歧杆菌和唾液链球菌，持续4个月。
•补充益生菌降低了部分癫痫患者的发作频率
研究报告称，补充益生菌可使28.9%的患者癫痫发作频率减少高达50%。其中76.9%的改善患者在停药4个月后仍保持较低的癫痫发作频率。然而，48.9%的患者对补充益生菌没有反应。
此外，益生菌反应组的生活质量得分显著改善。有趣的是，补充益生菌似乎可以使γ－氨基丁酸血清水平升高和白细胞介素-6水平降低。
•益生菌还可以减轻癫痫发作的严重程度
在戊四氮诱导的化学点燃小鼠模型中，益生菌补充组没有表现出完全点燃，并且小鼠脑组织中的γ－氨基丁酸增加，这表明补充益生菌可以显著降低癫痫发作的严重程度。
化学性点燃是用亚惊厥剂量的兴奋剂连续间隔投药逐渐诱发癫痫发作。
在治疗戊四氮诱导的小鼠癫痫发作时与生酮饮食、合生元或发酵乳杆菌（Lactobacillus fermentum MSK 408） 合用可以减少生酮饮食的副作用，而不影响其抗癫痫作用。
生酮饮食和Lactobacillus fermentum MSK 408均通过调节肠道微生物群来增加γ－氨基丁酸代谢。
补充益生菌对癫痫的影响
Mejía-Granados DM,et al.Seizure.2021
这些研究是补充益生菌治疗难治性癫痫的初步观察，还需要在更大规模的安慰剂对照试验和更严格的动物实验中进行进一步的理论验证和机制探索。
益生菌有潜力成为难治性癫痫的补充治疗，并可与生酮饮食疗法联合使用以减少副作用。
扩展阅读：如何调节肠道菌群？常见天然物质、益生菌、益生元的介绍
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粪便微生物群移植包括将健康捐赠者的粪便微生物群溶液注入接受者的肠道中，以恢复正常的肠道微生物群落。
粪菌移植已广泛应用于多种神经系统疾病，包括阿尔茨海默病、帕金森病、自闭症、多发性硬化症和癫痫，对这些疾病均显示出有益的作用。
•粪菌移植后癫痫发作频率和症状缓解
一些研究评估了粪菌移植对癫痫患者和动物模型的影响。对一名患有慢性病和癫痫的17岁女孩进行3次粪菌移植治疗后，癫痫发作频率得到了有益的影响。粪菌移植20个月后，患者癫痫发作完全缓解，不再需要抗癫痫药物。
此外，衡量这种疾病严重程度的疾病活动指数也从361点显著下降至131点。粪菌移植治疗前（约70天）失调的月经周期在粪菌移植治疗后（约30天）也得到恢复。
粪菌移植对癫痫的影响
编辑
Mejía-Granados DM,et al.Seizure.2021
扩展阅读：粪菌移植——一种治疗人体疾病的新型疗法
注意
尽管有证据表明健康的粪菌移植对癫痫有益，但仍有一些问题需要在进一步的研究中解决。例如，粪菌移植发挥其抗癫痫作用的机制、其有益作用的持久性以及参与此类结果的细菌属或门。
此外，粪菌移植可能会破坏基线微生物群多样性，导致对多种有害微生物的定植抵抗力崩溃。因此，在大规模临床应用之前，还需要更长期的随访研究来确定粪菌移植对癫痫患者的有效性和安全性。
随着研究的深入，肠道微生物群与癫痫之间千丝万缕的联系逐渐被揭示，人们对它们的功能有了更深入的了解。
目前，一些临床研究已证实难治性癫痫患者、药物敏感患者和健康对照者的肠道菌群存在差异。同时，肠道菌群还在癫痫的治疗中影响生酮饮食、抗癫痫药物等的治疗效果。
总体而言，未来微生物组特异性治疗可能是治疗癫痫的有效选择。发现肠道微生物群和癫痫之间的关系将有助于我们更好地了解癫痫的发病机制，从而提高癫痫患者的生活质量。
相关阅读：
环境污染物通过肠脑轴影响心理健康，精神益生菌或将发挥重要作用
主要参考文献
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Ding M, Lang Y, Shu H, Shao J, Cui L. Microbiota-Gut-Brain Axis and Epilepsy: A Review on Mechanisms and Potential Therapeutics. Front Immunol. 2021 Oct 11;12:742449.
谷禾健康
梭杆菌属（Fusobacterium），是梭菌门最主要的菌属，厌氧革兰氏阴性细菌，与拟杆菌属、普氏菌属、卟啉单胞菌属一样都是医学上重要的厌氧革兰氏阴性杆菌。
梭杆菌属是人类和动物的身体共生菌之一，主要定植在人类和动物的粘膜中，两个最主要的聚集地是口腔和结肠，某些类型物种属于机会性病原体，会引起菌血症和各种快速进展的感染。这些微生物比大多数正常的厌氧菌群更具毒性，产生重要的 脂多糖(LPS)，内毒素和溶血素等，这可能是毒力的原因。
其中具核梭杆菌（Fusobacterium nucleatum, 简F. nucleatum）和坏死梭杆菌(Fusobacterium necrophorum，简F. necrophorum) 是可怕的厌氧病原体之一，最常存在于口腔、牙菌斑中，与牙周病、急性坏死性牙龈炎、口腔癌、溃疡性结肠炎、克罗恩病和结直肠癌有关。
此外，梭杆菌与大约一半的头颈部厌氧菌感染有关，包括牙龈和牙齿感染、慢性扁桃体炎、慢性鼻窦炎、中耳炎、咽旁感染以及口腔感染。它们不仅在这些组织中繁盛，而且很容易扩散，有时会引起肿瘤、息肉、囊肿和其他无害组织块的破坏。即使是局部炎症环境的变化也可能导致无功能组织过度生长，因此也称为“癌杆菌”。
梭杆菌属对粘菌素和卡那霉素敏感，这将它们与拟杆菌属和卟啉单胞菌区分开来。一些菌株产生β-内酰胺酶并对青霉素耐药。
梭杆菌
梭杆菌是一种独特的细菌门，是以前研究不足的分类群中的一个主要例子。该门下研究广泛的主要是梭杆菌属。
梭杆菌属细菌是革兰氏阴性、不形成孢子的厌氧菌，球状、多形性小球（坏死梭杆菌）到杆状的一系列细胞形态。当杆状时，梭杆菌细胞具有平行的壁，具有圆形或锥形末端，可分为运动和不运动。
梭杆菌属DNA（G + C）含量约为26～34mol%，正常存在于人或动物的口腔、消化道和土壤中，已知对人和动物致病的有十几种以上，其中主要代表为具核梭杆菌(F. nucleatum）和坏死梭杆菌(F. necrophorum).
在健康人的粪便中，发现以下数量的梭杆菌：
幼儿： 108-109 CFU/g
成人： 107-1010 CFU/g
老年人：108-109 CFU/g
通常，在成人的口腔中，含有 102 -104 CFU/g 的梭杆菌。
在血琼脂上，梭杆菌会形成圆形或不规则的针状菌落，一些物种，如具核梭杆菌，在孵化 3 至 5 天后会形成伞形“煎蛋”菌落。根据菌株的不同，它们可以是溶血的，并且一些菌株具有血凝作用。
临床感染中最常见的梭杆菌属有：
具核梭杆菌、坏死梭杆菌。
它们几乎存在于儿童的所有类型的感染中，包括菌血症，与耳科疾病相关的脑膜炎 ，内脏破裂后的腹膜炎，以及口腔或肛门口附近的皮下脓肿等。
致病梭杆菌在生物膜（特别是软组织）中粘附革兰氏阴性和革兰氏阳性菌斑微生物的卓越能力使其成为一种高度侵入性的病原体。
最常存在于口腔、牙菌斑中，与牙周病、急性坏死性牙龈炎、溃疡性结肠炎和克罗恩病有关。在免疫缺陷中，可引起继发性坏疽和化脓性坏疽过程。对于扁桃体炎，疱疹性口炎，儿童营养不良，免疫缺陷病，可能会发生梭菌病，扁桃体，口腔粘膜的坏死性炎症过程。
梭杆菌具有独特的代谢能力， 梭杆菌细胞通过发酵碳水化合物和蛋白获得能量。这种发酵产生丁酸盐，在某些情况下产生乙酸作为主要的代谢副产物。这是梭杆菌属物种与其他革兰氏阴性、非孢子杆状细菌的区别。
致病性
在革兰氏阴性厌氧菌中，梭杆菌作为主要病原体侵入人类宿主的能力很强。已经描述了许多毒力决定因素，包括白细胞毒素、蛋白水解酶、脂多糖（LPS）和血凝素的表达。
虽然是人体组织正常菌群的一部分，但梭杆菌可以在手术或意外创伤、水肿、缺氧和/或组织破坏后侵入组织。
★ 坏死梭杆菌 （F. necrophorum）
坏死梭杆菌在其细胞壁中含有特别强大的内毒素脂多糖，并产生一种促进凝块形成的凝固酶。此外，它还产生多种外毒素，包括杀白细胞素、溶血素、脂肪酶和细胞质毒素，所有这些都可能导致其致病。
坏死梭杆菌的粘附素和菌毛在宿主细胞附着中起关键作用。
白细胞毒素是已知的坏死梭菌的毒力因子，可能促进脓肿形成。内毒素和溶血素似乎也是脓肿形成和局部感染组织坏死增加的重要毒力因子。血凝素和尚未确定的导致血小板聚集的因素与Lemierre 综合征中发现的血栓形成后果相关性很大。
★ 具核梭杆菌 （F. nucleatum）
具核梭杆菌是少数利用氨基酸分解代谢来提供能量的非产孢厌氧物种之一，能使用谷氨酸、组氨酸和天冬氨酸。梭杆菌代谢通过消耗氨基酸和释放氨自然增加其局部环境的 pH 值，从而使酸敏感细菌（如牙龈卟啉单胞菌）生长。
但是，具核梭杆菌不使用葡萄糖作为其主要能源。现有数据表明，葡萄糖用于细胞内分子的生物合成，而不是能量代谢。具核梭杆菌也可以在低至 5 的 pH 值下存活。
——粘附各种细菌和细胞
具核梭杆菌是革兰氏阳性和革兰氏阴性物种之间物理相互作用的中心物种，可能对生物膜的形成很重要。
F. nucleatum具有外膜，于其细胞外表面上有大量蛋白质，可以发现细菌与宿主细胞表面上的各种互补结构具有特定的相互作用。这种粘附是由粘附素介导的。这种依从性对于易感宿主中感染的定植和建立非常重要。
它是附着在牙齿和上皮表面的共生体与真正的病原体。F. nucleatum有两种物质：菌毛和非菌毛粘附素，用于附着在其他细菌和细胞上。这些物质有助于定植以及细菌发病机制和感染。
——梭杆菌粘附 A (FadA)
梭杆菌粘附A (FadA) 是一种菌毛粘附蛋白，最近被证明是细菌附着和侵入牙龈上皮和内皮细胞所必需的。它在栖息于口腔黏膜的梭杆菌属中是保守的，并且对细胞结合很重要。
FadA 是一种含有 129 个氨基酸的蛋白质，具有 18 个氨基酸的信号肽。它具有一种分泌形式，可导致 β-连环蛋白途径和 Wnt 基因表达上调，这两种重要的发育途径在失调时都是致癌的主要原因。
FadA 的晶体结构揭示了一种独特的“亮氨酸链”结构，该结构在发生突变时会破坏宿主细胞的结合。尽管他们没有确定 FadA 的受体结合位点，但他们认为 FadA 作为细丝发挥作用，该区域的治疗靶点可能适用于未来的临床治疗。
梭杆菌多样性和生态位
从 1880 年代和 1890 年代开始，科学家们在各种人畜共患病和人类样本中发现了梭形杆状物，包括健康和患病的口腔。
以前梭杆菌属区分开来的特征主要是代谢与发酵和分泌的有机酸谱、吲哚和硫化氢的产生以及胆汁敏感性有关。尽管这些指标在区分梭杆菌中无法真正有效，从基因组上层面区分和鉴定梭杆菌属是在测序时代，而且还提高了对梭杆菌内部差异的理解。
目前梭杆菌属鉴定的有30 多个物种，包括：
通过对 16s rRNA 序列的系统发育分组分析，发现F. nucleatum与拟杆菌属和黄杆菌属密切相关。
比较基因组学研究表明，梭杆菌物种之间主要可以分为三个谱系。在这个模型中，F. nucleatum 进化为与牙周梭杆菌的谱系，这些物种不仅共享一个生态位，而且还具有与宿主细胞入侵相关的相似功能。
F. nucleatum本身可进一步划分为四个亚种：nucleatum、animalis、vincentii、polymorphum
虽然有人认为这些亚种在 DNA 水平上有足够的差异，可以被认为是独立的物种。
梭杆菌栖息在人类和动物的粘膜中，是两者的病原体。由于其致病性和寄生性，梭杆菌不会直接影响环境，但它可能会通过对受感染宿主动物菌群的影响来改变生态系统。
常见感染
一些梭杆菌菌株会导致多种人类疾病，包括牙周病、Lemierre 综合征和局部感染或溃疡。
较早的研究表明梭杆菌在人类口咽部很常见，但目前的共识是梭杆菌应始终被视为病原体。与拟杆菌属相比，梭杆菌属具有强效的脂多糖。
在与牙周病统计学相关的所有牙周菌群中，具核梭杆菌是在其他身体部位发现的临床感染中最常见的。
“具核梭杆菌心包炎”——一名疑似感染分枝杆菌的 49 岁男子胸部发现具核梭杆菌心包炎。被认为分枝杆菌是原因，因此对他使用了抗结核药物。然而，这是F. nucleatum导致的。这一发现使人们认识到，具核梭杆菌通过口咽入口进入是导致此类疾病的原因。这是较早的发现之一，即具核梭杆菌也可能影响除口腔以外的其他体腔。
一些身体感染包括：皮肤溃疡、扁桃体周围脓肿、脓肌炎和化脓性关节炎、菌血症、肝脓肿、宫内感染、细菌性阴道病、尿路感染、心包炎和心内膜炎、肺和胸膜肺感染。巧合的是，它更常见于儿童体内。
F. necrophorum 在某些类型的感染中可能具有很强的毒性。在心绞痛后脓毒症（Lemierre 综合征）中，感染始于膜感染，如扁桃体炎，然后发展为伴有转移性感染的败血症，包括肺脓肿、脓胸、肝脓肿、骨髓炎和化脓性关节炎。
梭杆菌属以多种方式与其他细菌相互作用。相对于人类口腔和胃肠道中同时存在的微生物，梭杆菌属可以是互惠者、促进者、拮抗者和/或协同者。
梭杆菌代谢的副产物可以促进其他细菌种类的生长。上面提到的梭杆菌粘附素库就允许与许多不同的菌属共聚集，甚至可以促进其他非侵入性细菌物种的入侵。
担当调解者——连接主要定植菌和厌氧菌——有益牙周健康
F. nucleatum在有助于牙周健康和疾病的生物膜中发挥不可或缺的有益作用。在牙菌斑生物膜中，具核梭菌作为桥梁生物在结构上起到支持作用，将主要定植菌（如链球菌属）与主要厌氧的次级定植菌（牙龈卟啉单胞菌和Aggregatibacter actinomycetemcomitans ）连接起来。
许多口腔微生物，包括梭杆菌属是专性厌氧的，并且作为生物膜的一部分存在于口腔的富氧环境中。然而，溶解在唾液中的氧气可能会通过牙龈下生物膜中的通道深入渗透到牙龈下生物膜中。尽管在单一培养中，对氧气极为敏感的口腔菌斑衍生微生物（如牙龈卟啉单胞菌）无法在这种微通气条件下存活，但与更耐氧的具核梭菌共培养可以促进专性厌氧菌的生长，这可能是由于梭杆菌对局部还原条件的贡献。
能在酸性条件存活，增加pH值，促进其他菌生长
除了在低氧水平下生长的能力，F. nucleatum也可以在低至 5 的 pH 值下存活。梭杆菌代谢通过消耗氨基酸和释放氨自然增加其局部环境的 pH 值，从而使酸敏感细菌（如牙龈卟啉单胞菌）生长。除了促进其他细菌的生长，梭杆菌细胞可以将它们的 “同居者” 固定在适当的位置。
梭杆菌属，特别是具核梭杆菌，已显示与所有测试的口腔细菌属可以发生共聚集。然而，这种聚合并不是无差别的。在每个属中，梭杆菌分离物优先与特定的某些菌株而非其他菌株共聚集。由于这种相互作用，具核梭菌是口腔生物膜发育的重要贡献者，是早期和晚期定植者之间的桥梁。
接下来，我们了解一下，F. nucleatum可能与之共聚的细菌。
与肠源性细菌共聚集——协同作用
梭杆菌细菌素可以通过去除特定的口腔和/或肠道微生物来促进其他微生物的生长，从而促进互惠相互作用的选择性。
通过与具核梭菌的侵入性菌株共聚集，一种具有粘附和侵入哺乳动物细胞能力的梭杆菌分离物——非侵入性细菌“乘客”可以穿梭到哺乳动物细胞中。
例如，具核梭菌的侵入性菌株，促进一些源自口腔的非侵入性细菌能够侵入人类口腔细胞。有趣的是，尽管F. nucleatum原产于人类口腔已证明菌株但是能够与人类胃肠道结直肠区域的原生细菌共聚集。
细菌共聚集可能对人类健康产生的影响
这种共聚集能力可能通过协同相互作用在结直肠癌（CRC）的病因中发挥作用。
尽管大量研究调查了结肠微生物群与结直肠癌进展之间的联系，结直肠癌病例相关的细菌包括F. nucleatum、产肠毒素脆弱拟杆菌(ETBF)、致肠致病大肠杆菌(EPEC)、侵入性大肠杆菌(AIEC)、粪肠球菌、弯曲杆菌属和Leptotrichia spp 等。
已发现具核梭杆菌和以上菌可能协同加速结直肠癌进展和/或转移。
早在 1936 年，科学家就将梭杆菌感染与颈静脉血栓性静脉炎联系起来。
最近，梭杆菌感染的发病率有所增加。虽然这种增加的原因尚不清楚，但抗生素使用减少和检测技术改进有关的理论可能解释了这种变化。
临床医生能够发现梭杆菌属感染的早期迹象至关重要，这种感染会迅速出现一系列并发症，如 Lemierre 综合征（心绞痛后脓毒症）、菌血症、骨髓炎和感染性休克。
儿童发病 ↓↓↓
儿科人群中的梭杆菌感染主要影响头部和颈部区域，因为细菌主要存在于口腔内。急性中耳炎是最常见的感染部位，尤其是在 2 岁及以下的儿童中。
一项研究了 27 名中位年龄为 3.5 岁的儿童的梭杆菌感染的神经系统表现，发现其中 5 人出现意识水平下降，7 人在开始治疗前癫痫发作。
厌氧菌引起的中耳感染不到 1%；但是，如果不及时治疗，可能会出现严重的并发症，例如骨膜下和硬膜外脓肿。
菌血症是一种严重的并发症，常见于高达 77% 的儿童梭杆菌病例，可能是由于颅内窦靠近乳突骨所致。在 40% 的患者中也观察到骨髓炎，并且通常是多灶性的，需要长期静脉内抗生素治疗。
成年发病
在免疫功能正常的患者中，男性和女性的发病率相等。最初的症状包括发烧（38°C ~ 39°C）并伴有急性中耳炎，通常进展为乳突炎。实验室评估显示炎症标志物升高：C 反应蛋白水平、白细胞计数和中性粒细胞绝对计数。
梭杆菌引起的脑膜炎罕见且被描述少于 20 次；然而，人们经常注意到它会导致严重的发病率和死亡率。
Lemierre 综合征
有人提出，Lemierre 或 Lemierre 样综合征的发展通常发生在梭杆菌感染中耳之后。这是由于中耳感染延伸到静脉窦血栓形成。
Lemierre 综合征是梭杆菌感染的严重并发症。
在一项对 12 名感染患者的研究中，58% 的患者发展为 Lemierre 或 Lemierre 样综合征。该综合征以颈内静脉脓毒性血栓性静脉炎或血栓形成为特征，可在肺部或其他无菌部位引起脓毒性栓塞性病变。
坏死梭杆菌（F. necrophorum）是导致 Lemierre 综合征的梭杆菌属物种，是造成 10% 的急性咽喉痛和 21% 的复发性咽喉痛的原因，其余由引起由A 组链球菌或病毒引起。
F. necrophorum的其他并发症包括脑膜炎，并发脑静脉血栓形成， 以及泌尿生殖道和胃肠道感染。
菌血症
具核梭杆菌引起的菌血症不常见，但死亡率高
一些危险因素包括恶性肿瘤、年龄较大、酗酒、免疫抑制和透析；通常是通过医院感染。然而，F. nucleatum菌血症的死亡率可达 10%，并且与基础疾病的严重程度相关。
有一项研究调查了有梭杆菌属感染事件病例。研究期间的菌血症（每年 0.55 例/100,000 人），具核梭杆菌是最常见的物种（61%），其次是坏死梭杆菌（25%）。
许多具核梭杆菌菌血症发生在不同的疾病患者（糖尿病、肠道、肺部、肝脏或妇科疾病），其中口咽部、胃肠道、泌尿生殖道和呼吸道，通常是F. nucleatum定植，可能成为感染源。
在强化化疗后患有恶性肿瘤（白血病和淋巴瘤）的血液病患者中，发生了具核梭杆菌菌血症。在大多数情况下，发生在口腔粘膜炎患者中。值得注意的是，F. nucleatum菌血症的病程似乎比由F. necrophorum等梭杆菌属引起的其他菌血症更有利，后者通常会导致 Lemierre 综合征。
F. nucleatum 感染与新冠感染有关
比利时研究团队报告了2020 年 3 月和 2020 年 4 月，比利时布鲁塞尔的 2 家主要医院观察到 4例 具核梭菌感染病例，均与冠状病毒病（COVID-19）患者的严重急性呼吸综合征冠状病毒 2（SARS-CoV-2）感染有关。
在口腔中，细菌、真菌、病毒和古细菌在不同的栖息地自然定殖，包括牙齿、牙龈沟、舌头、脸颊、软硬腭和扁桃体。口腔微生物群是指这些生物的高度多样化和复杂的生态系统。超过 700 种细菌是口腔特有的，而本土口腔菌群则可以防止外来细菌的定居。
口腔菌群的两面性
口腔中的一些细菌是有害的，会导致严重的疾病，而同时也有许多口腔细菌上对预防疾病是有益的。
现在已经确定，许多慢性炎症状况是由宿主-微生物群相互作用之间的不平衡引起的。口腔共生菌在口腔疾病的发展中起着至关重要的作用，包括牙周病和牙齿脱落，以及维持正常的口腔生理环境。此外，已知口腔共生菌参与了肺炎、心血管疾病、糖尿病、痴呆等系统性疾病的发病和发展。
梭杆菌在口腔疾病中的作用
梭杆菌是口腔中常见的专性厌氧革兰氏阴性菌，可充当牙菌斑中早期和晚期定植细菌之间的桥梁，并在口腔和口腔外感染中发挥作用。
具核梭杆菌是一种常见于人类牙菌斑中的细菌。这种细菌已被证明在牙菌斑形成和牙龈炎等其他疾病中起着核心作用。
这是因为它能够粘附广泛的革兰氏阳性和革兰氏阴性菌斑微生物，例如牙龈卟啉单胞菌。与牙周炎以及头部和颈部、胸部、肺部、肝脏和腹部的侵入性人类感染密切相关。由于其粘附能力，它可以与病毒相关联，病毒粘附在宿主组织细胞上作为入侵并调节宿主的免疫反应。
口腔鳞状细胞癌中的梭杆菌
最近已经表明，在口腔鳞状细胞癌（OSCC）组织中检测到梭杆菌一种口腔共生细菌。OSCC 组织表面生物膜内需氧菌和厌氧菌的比例约为 1:2，而健康对照组为 2:1，表明 OSCC 表面为厌氧菌提供了重要的储存库。梭杆菌在 OSCC 组织中的分布可能与健康口腔粘膜组织中的分布不同。
具核梭杆菌侵入上皮细胞
与P. gingivalis相比，F. nucleatum 显着粘附并侵入人牙龈上皮细胞 (HGEC) 。具核梭菌的自发突变体无法侵入HGEC ，这表明它们的侵入需要细菌成分。
此外，葡萄糖抑制试验表明，凝集素样相互作用参与了具核梭菌与 OSCC 细胞的附着。
具核梭杆菌在上皮细胞促进细胞迁移
具核梭杆菌的感染在人类上皮细胞中促进细胞迁移，可能通过刺激 Etk/BMX、S6 激酶 p70 和 RhoA 激酶，并通过激活丝裂原活化蛋白激酶 p38 增加 MMP-13（胶原酶 3）的产生 。
然而，梭杆菌在 OSCC 细胞中的粘附以及具核梭杆菌介导的OSCC细胞侵袭的详细机制仍不清楚。但是，普遍共识认为在OSCC 患者的口腔中富含具核梭杆菌这一事实似乎在口腔癌的肿瘤发生和/或进展中很重要。
具核梭杆菌通过产生有毒代谢物成为牙周病原体
这些有毒成分具有杀死或阻止附近牙周正常细胞（成纤维细胞）增殖的能力。
F. nucleatum形成的硫化物可能为细菌提供了一种避开宿主免疫系统的方法。丁酸（以组织刺激性丁酸的形式）、丙酸和铵离子，由具核梭菌产生，抑制人牙龈成纤维细胞的增殖。
具核梭杆菌有穿透牙龈上皮的能力
且在与牙周炎相关的斑块中，以高水平存在。
因此，它们可能对产生牙龈炎等口腔疾病具有非常重要的作用。
毒素的作用对细胞来说不是致命的，但成纤维细胞增殖的抑制很严重，因为伤口快速愈合的潜力受到了损害。
通过对龈下菌斑样本进行聚类分析，发现牙菌斑中的细菌之间存在特定关联。如下图，如金字塔所示，存在各种细菌。具核梭杆菌在金字塔的中间。
梭杆菌属参与口腔癌发生和癌症进展的示意图
编辑
Fujiwara, Natsumi et al, INT J MOL SCI, 2020
在金字塔中部的物种中，具核梭菌在牙菌斑形成后期的牙齿生物膜中占优势。
如上所述，梭杆菌感染通过各种反应影响 OSCC 的肿瘤发生和发展。然而，梭杆菌的靶分子仍然未知。需要进一步的研究来阐明梭杆菌参与 OSCC 肿瘤发生和发展的证据。
梭杆菌属物种可能与炎症性肠病 (IBD) 有关，包括溃疡性结肠炎和克罗恩病。IBD 是一个已知的危险因素，它是结直肠癌的三个最高风险因素之一。
已报道了几种梭杆菌菌株与 IBD 相关。然而，大多数 (69%) 与F. nucleatum相关。
F. nucleatum和其他梭杆菌属物种可以引发宿主促炎反应，并具有促进它们与宿主上皮细胞粘附的毒力特征以及它们侵入上皮细胞的能力细胞。
因此，与正常邻近组织和健康对照中的水平相比，结直肠癌中的具核梭杆菌富集，这些微生物可能导致肿瘤发生的可能性，可能在有限的患者亚群中，最可能是通过炎症介导的机制。
具核梭杆菌在结直肠癌患者中丰度及作用
最近的一项荟萃分析表明，与邻近的健康组织和对照组的健康组织相比，结直肠肿瘤组织中检测到具核梭杆菌DNA 的几率更高。与对照组的健康组织相比，结直肠息肉组织中的具核梭杆菌DNA 也较高。
结直肠癌患者粪便样本中，具核梭杆菌高
研究表明，结直肠癌患者的粪便样本中F. nucleatum 含量丰富。Meta 分析发现，与健康对照组相比，结直肠癌患者粪便样本中具核梭菌阳性的综合几率更高；与结直肠息肉患者相比，结直肠癌患者更高；但与健康对照相比，结肠直肠息肉患者的情况并非如此。
F. nucleatum已从消化道其他部位的癌症中分离出来，即胰腺 、食道和胃。
肿瘤内具核梭杆菌可能起源于口腔
有趣的是，已经表明结直肠癌中的具核梭杆菌菌株与从口腔中分离的该物种的菌株相同，这表明肿瘤内具核梭杆菌可能起源于口腔。如果来自口腔的具核梭菌在口腔外部位的癌症发展中起作用，那么假设这种细菌可能导致口腔本身的致癌作用是合理的。
具核梭菌感染诱导特定的肿瘤分子事件
F. nucleatum曾经被认为是胃肠道中的被动细菌。然而，现在人们认识到，具核梭菌感染可以在结直肠癌中诱导一系列特定的肿瘤分子事件，包括 CpG 岛甲基化表型、微卫星不稳定性以及BRAF和TP53的基因突变。
肿瘤内有具核梭杆菌的存在，与较差生存率相关
此外，许多这些研究已经确定，肿瘤内有具核梭杆菌的存在与较差的生存率有关 。还观察到，具核梭杆菌感染与更差的临床病理学特征相关，例如更大的肿瘤、更差的分化、淋巴结和远处转移、晚期肿瘤分期和更深的肿瘤侵袭。
总之，结直肠癌微生物组的基因组分析揭示了这些癌症中梭杆菌属的显着富集，尤其是与具核梭杆菌、死亡梭菌和坏死梭杆菌具有最大相似性的种系型。这种富集通过肿瘤组织的组织学分析以及结肠肿瘤转移中梭杆菌DNA 的鉴定得到证实。
梭杆菌介导结直肠癌发生，随着肿瘤转移进肝脏
2017年发表在《Science》肠道细菌Fusobacterium介导结肠癌的发生及伴随肿瘤的转移。作者进行以下操作：
结果发现，10个患者里面，只有2个患者的原位病灶和肝转移病灶中Fusobacterium含量不一样，其他8个病人是高度吻合的（Fuso-qPCR）。
由以上结果我们可以得知：Fusobacterium阳性的患者中，原发灶和肝转移灶中的细菌谱是高度相似的。Fusobacterium很有可能能够随着结肠癌一起进入肝脏。
接下来，作者从病人体内分离出Fusobacterium，通过给小鼠口服Fusobacterium，发现可以诱导结肠癌的产生。同时再次分离小鼠结肠癌中的细菌，通过测序发现，小鼠结肠癌中的细菌谱跟之前病人结肠癌中的细菌谱也是高度一致的。
是否可通过抗生素消灭具核梭杆菌及其他细菌，能否抑制结肠癌的生长？
作者先使用了没有Fusobacterium的细胞系HT-29，通过皮下成瘤，发现甲硝唑并不能够抑制肿瘤的生长。然后使用了从结肠癌患者的肿瘤组织中分离出Fusobacterium，诱导产生结肠癌。发现甲硝唑能够显著抑制肿瘤的生长。
具核梭杆菌高与复发相关
此外，上海交通大学仁济医院房静远教授团队在《Cell》上发表了相关论文，发现在肿瘤复发患者中肠菌具核梭杆菌含量明显升高，并明确了该菌诱导癌细胞自噬而导致化疗耐药与肿瘤的术后复发机制，从而引起大肠癌患者五年生存率降低。
另外，2017年发表在《Gastroenterology》上复旦大学肿瘤研究所领衔完成和《Oncotarget》（由西南医科大学领衔完成）杂志上的两篇也从另外的角度阐述了具核梭杆菌促进肿瘤发生发展的分子机制。
总结一下梭杆菌与结肠癌的进展：
1）研究发现Fusobacterium在结肠癌组织中大量富集；
2）研究发现Fusobacterium能够抑制免疫，减少T细胞的在肿瘤组织中的浸润；
3）研究发现Fusobacterium能够促进结肠癌的发生和发展，通过给小鼠口服Fusobacterium可以诱导结肠癌的产生；
4）研究发现Fusobacterium在结肠癌原位和肝转移灶都能检测到，意味着Fusobacterium可能能够跟随肿瘤细胞一起转移到肝；
5）研究发现使用抗生素消灭Fusobacterium后可以抑制结肠癌细胞的生长（这里使用甲硝唑做实验并不代表今后治疗中可以直接使用，毕竟这是个广谱抗生素）。
那这些研究对我们临床有什么启示呢？
近些年来的很多研究都表明，Fusobacterium与结直肠癌的发生有很大的关联性。我们知道肿瘤防治重点在于防而不在于治。关于肿瘤跟细菌的相关研究，大家最熟悉的是幽门螺杆菌和胃癌的研究。
2017年8月《Nature》首度报道了幽门螺杆菌导致胃癌发生的机制。通过对幽门杆菌的清除可以将胃癌的患病风险降低65%，那么通过以后监测Fusobacterium以及清除Fusobacterium可能为以后结肠癌的预后提供新的思路。同时，为什么Fusobacterium能够介导结肠癌的发生也同样值得研究。
越来越多的证据表明，微生物会影响癌症治疗的效果。具核梭杆菌在具有不同微卫星不稳定性 (MSI) 状态的结直肠癌中，诱导不同的免疫反应。
增强PD-L1阻断剂疗效
高F. nucleatum水平与结直肠癌患者对 PD-1 阻断的治疗反应改善相关。此外，F. nucleatum增强了 PD-L1 阻断剂对小鼠结直肠癌的抗肿瘤作用并延长了生存期。结合F. nucleatum补充免疫疗法，挽救了 PD-L1 阻断的治疗效果。
激活信号，诱导 PD-L1 表达
此外，具核梭杆菌通过激活 STING 信号传导诱导 PD-L1 表达，并在 PD-L1 阻断治疗期间增加干扰素-γ (IFN-γ) + CD8 +肿瘤浸润淋巴细胞 (TIL) 的积累，从而增强肿瘤对PD-L1 阻断。
最后，源自患者的类器官模型表明，增加的具核梭菌水平与改善对 PD-L1 阻断的治疗反应相关。这些发现表明，F. nucleatum可能会调节结直肠癌的免疫检查点治疗。
1
与其他微生物共聚集
F. nucleatum是早期和晚期定植者之间的关键“桥梁”生物，其外膜粘附素 Fap2 部分负责促进多物种生物膜的形成 。当口腔生物膜中报告牙龈卟啉单胞菌（P. gingivalis）时，始终存在F. nucleatum，这表明它先于该物种，并且是其殖民化所必需的。
P. gingivalis是一种酸敏感细菌，但F. nucleatum可以通过发酵谷氨酸和天冬氨酸产生氨，从而为P. gingivalis定殖提供更中性的环境。
F. nucleatum和P. gingivalis可能协同工作，通过引发慢性炎症来促进肿瘤变化，刺激了人 OSCC 细胞的体外增殖 。
白色念珠菌是一种机会性致病酵母，常见于胃肠道和口腔。最近的真菌生物组研究表明，OSCC 中包括白色念珠菌在内的几种真菌种类的丰度增加 。众所周知，口腔中的念珠菌属具有乙醇脱氢酶，负责催化酒精产生乙醛，乙醛是一种有效的致癌物质 。已经表明，具核梭菌与念珠菌共聚集，这可以促进定殖。念珠菌口腔白斑的定植与F. nucleatum水平升高有关。F. nucleatum可能通过增加口腔黏膜与念珠菌产生的乙醛的接触而间接增加口腔癌的风险。
2
激活细胞增殖
最简单的癌症是不受控制的细胞生长，而有核梭菌已被证明通过与内皮钙粘蛋白（E-钙粘蛋白）相互作用来影响癌细胞的增殖。梭杆菌 FadA 与在宿主细胞膜表面表达的 E-钙粘蛋白结合。E-cadherin 是一种通过 β-catenin 发挥作用的肿瘤抑制因子。梭杆菌 FadA 与 E-cadherin 的相互作用激活 WNT/β-catenin 信号传导，导致细胞增殖并增加致癌和炎症基因的表达。
类似地，已显示F. nucleatum通过激活 Toll 样受体 4 (TLR4) 向 MYD88 发出信号来增加小鼠异种移植物中的 CRC 增殖，从而导致核因子 NFκB 的激活和 miR21 的表达增加；这种 miRNA 降低了负责控制细胞增殖和分化的 RAS GTPase RASA1 的水平 。
由细胞周期蛋白激活的细胞周期蛋白依赖性激酶促进细胞周期进程。F. nucleatum感染与细胞周期蛋白 D1 的激活有关，这促进了肠道肿瘤的发生 。在 OSCC 中，F. nucleatum和P. gingivalis均被证明能够通过上调 cyclin D1 和 c-Myc显着刺激 OSCC 细胞增殖。
TLR4 的细菌激活导致白细胞介素 6 (IL-6) 的表达增加，白细胞介素 6 (IL-6) 反过来又激活了 STAT3，这是一种负责调节细胞周期蛋白 D1 和 c-Myc 的关键信号分子 。而且，F. nucleatum通过降低 p27（一种细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂）的表达和加速细胞周期来引起 DNA 损伤并促进口腔癌细胞的细胞增殖 。此外，具核梭菌下调 DNA 修复蛋白 Ku70 和 p53，从而削弱细胞修复能力。
最近的一项研究发现，HNSCC 中具核梭菌的富集与宿主基因启动子甲基化有关，包括肿瘤抑制基因LXN和SMARCA2的高甲基化。SMARCA2是一种参与与 DNA 修复和复制相关的 ATP 依赖性染色质重塑的基因。这表明F. nucleatum感染可能通过表观遗传沉默导致细胞增殖。
3
炎症的诱导
F. nucleatum的促炎潜力已得到充分证明，因为它可以促进活性氧 (ROS) 的产生和细胞因子的产生 。慢性炎症在致癌过程中起着关键作用，并且可以解释牙周炎与 OSCC 高风险之间的密切关联。已发现具核梭菌与 CRC 和 OSCC 中的高细胞因子水平相关，从而产生支持肿瘤进展的炎症微环境 。LPS，存在于细胞外膜中F. nucleatum激活 TLR4 介导的 NF-κB 信号通路以产生促炎细胞因子，如 IL-6、IL-8 和肿瘤坏死因子 α 。
4
抗肿瘤免疫反应
F. nucleatum在 ApcMin/+ 小鼠模型中已显示将骨髓来源的抑制细胞募集到肿瘤微环境中。髓源性抑制细胞可抑制 T 细胞增殖并诱导 T 细胞凋亡 。
这与最近发现的F. nucleatum的数量与结肠直肠癌和乳腺癌组织中 CD3 和 CD4 T 细胞的密度之间的负相关的发现一致。
还观察到 OSCC 中具核梭菌负荷与 B 淋巴细胞、CD4 T 辅助淋巴细胞、M2 巨噬细胞和成纤维细胞的标志物之间存在显着负相关。
F. nucleatum抑制蛋白还可以通过将细胞阻滞在细胞周期的 G1 期来抑制人类 T 细胞活化 。梭杆菌 Fap2 粘附素结合并激活具有 Ig 和 ITIM 结构域 (TIGIT) 的 T 细胞免疫受体，TIGIT 是 T 细胞和自然杀伤 (NK) 细胞中的一种免疫调节信号受体。这种 Fap2-TIGIT 相互作用可保护具核梭菌和附近的肿瘤细胞免于被免疫细胞杀死。局部免疫抑制也可能发生，因为有核梭菌的Fap2和 RadD 外膜蛋白会诱导淋巴细胞中的细胞死亡。
F. nucleatum还通过促进有核梭菌相关 CRC中巨噬细胞的 M2 极化发挥免疫抑制作用，可能通过 TLR4/IL-6/p-STAT3/c-MYC 信号通路。
5
细胞迁移和侵袭
基质金属蛋白酶 (MMP) 是一个锌依赖性内肽酶家族，它们共同能够降解细胞外基质 (ECM) 的所有成分。MMP 在 ECM 过度降解的病理状况中发挥作用，包括肿瘤侵袭和转移。P. gingivalis和F. nucleatum都可以通过不同的机制产生 MMP，从而促进癌细胞的侵袭和转移。
在 OSCC 中，已观察到暴露于牙龈卟啉单胞菌和具核梭菌导致 MMP-1 和 MMP-9 的诱导。同样，与F. nucleatum一起孵育的 AT3 小鼠乳腺癌细胞也表现出 MMP-9 的过表达。
上皮-间质转化 (EMT) 定义为上皮细胞采用间充质表型的过程，是在癌症发展和进展中观察到的现象。
一般来说，进入 EMT 的细胞表现出上皮标志物（如 E-钙粘蛋白）的下调和间充质标志物的上调，包括神经钙粘蛋白（N-钙粘蛋白）和波形蛋白 。这种细胞分化行为的转变是由一组转录因子控制的，包括锌指 E-box 结合同源框 1 和 2 蛋白 (ZEB1/2)、SNAIL 和 TWIST。
CRC 中高水平的具核梭杆菌与 E-cadherin 表达呈负相关，但与 N-cadherin 表达呈正相关。同样，OSCC 细胞系暴露于F. nucleatum与 E-cadherin 转录的显着降低以及 N-cadherin、vimentin 和 Snail 的上调有关。
F. nucleatum可以上调ZEB1 在口腔癌细胞中诱导这种间充质状态，一种先前已在H. pylori感染的胃上皮细胞中发现的机制。
痛风
痛风患者中普氏杆菌(Prevotella)、梭杆菌(Fusobacterium)和拟杆菌(Bacteroides)的相对丰度增加，而肠杆菌科(Enterobacteriaceae)和产丁酸盐菌的相对丰度减少。
胃肠道肿瘤
梭杆菌属(Fusobacterium)在胃肠道肿瘤的发生和发展中起重要作用。与正常组织样本，尤其是正常血源性样本相比，原发肿瘤中梭杆菌较多。泛癌分析还显示，在原发肿瘤组织和邻近正常组织样本中，将所有胃肠道癌(n = 8)与非胃肠道癌(n = 24)进行比较时，梭杆菌丰富度都是较高的。
胰腺导管腺癌
与其他肿瘤相比，胰腺导管腺癌中的肿瘤相关细菌 Gammaproteobacteria较多，尤其是肠杆菌Enterobacterales，与胃癌和结肠癌不同的是，它们的梭杆菌fusobacteria 较少。
口腔和唾液微生物群组成的改变与PDAC（胰腺癌主要是指胰腺导管腺癌，简称PDAC）的风险相关。最近的研究表明，口腔中参与PDAC肿瘤发生的主要致病菌有：
在健康对照组和胰头癌患者中分别观察到嗜血杆菌、卟啉单胞菌、纤毛杆菌、梭杆菌的丰度有显著差异。
PDAC肿瘤内梭杆菌的定殖与PDAC患者的预后更差相关。这项研究的结果表明，梭杆菌属可以作为PDAC的预后生物标志物。
梭杆菌的严重程度和传播范围，决定了所需治疗程度
一般所有梭杆菌感染都必须用抗生素治疗，并且通常对 β-内酰胺类药物敏感，例如青霉素或头孢菌素或其衍生物。
一些梭杆菌菌株被发现含有 β-内酰胺酶，因此建议使用特定的厌氧抗生素，例如甲硝唑或克林霉素。
适当的抗生素治疗与手术清创相结合可预防并发症
抗生素治疗通常通过肠胃外给药 1 至 2 周，然后进行大约 10 天的口服治疗。有些孩子需要切除坏死组织或手术引流。
在一项对 7 名小于 2.2 岁的梭杆菌感染患者的监测研究中，除了乳突切除术外，所有患者都需要一根通气管。
在以色列对 22 名感染梭杆菌的儿童进行的一项为期 14 年的研究中，5 名出现 Lemierre 综合征的患者中有 3 名接受了低分子量肝素治疗以缓解脑窦静脉血栓形成的症状，但是该治疗仍存在争议。
一项 40 年文献回顾确定了， 12 例 2 岁以下儿童的梭杆菌感染病例；所有儿童都出现了乳突炎，并接受了乳突切除术和抗生素治疗，无论严重程度如何，都取得了成功。
早期发现和适当治疗，可以有效阻止和逆转感染的进展
梭杆菌感染在 2 岁及以下的儿童中，临床表现为急性中耳炎，但如果不及时治疗，则会发展为乳突炎和更严重的菌血症、骨髓炎症状，并可能出现 Lemierre 综合征和感染性休克。
使用适当的抗菌检测技术以及适当的成像程序应允许及时使用抗生素和手术参与，以防止感染的进一步传播。
虽然对梭杆菌感染的研究和分析有限，但对感染症状和严重程度的重要认识可以帮助临床医生发现感染的早期发作并将患者引导至适当的专科医生处。
口腔牙周病感染中，高达 90% 的菌群由专性厌氧菌组成，钙化合物已被证明是牙科中有价值的材料。钙与酯的配方在牙齿结构的愈合过程中表现出显着的特性。根据国外“Calcium Therapy Institute”研究所的介绍，他们长达16 年的时间里，发现使用钙化合物来开发治疗牙髓和牙周（牙龈和骨）感染的牙周治疗钙法 (CMPT)具有重要意义。
口腔厌氧菌分散的一个原因是梭杆菌在上颌骨中获得了稳定的立足点，以增殖并将其大量的毒素释放到多孔的上颌骨、上颚和下牙列中。这个过程与人体正常的进食、呼吸、说话和吸吮机制相联系，是梭杆菌对人体细胞异常失衡的完美寄生关系。
北美该研究人员最近报告了的一项突破，发现厌氧细菌被局部刺激或炎症所吸引，会开启“饥饿触发”信号，向侵袭性细菌发出信号，释放一种酶以减少抗生素的影响。
这种自我饥饿细菌的“饥饿信号”会产生一种冬眠状态，或者说是防御状态，直到不再使用抗菌药物。他们进入休眠状态，只是为了在更有利的条件下重新发动进攻。
该研究所实验人员发现舌下颌下腺唾液肽的生物学特性，以及用于根管和牙周治疗的钙材料有助于深入了解答案。
它们是具有解热、抗炎、定时释放特性的非类固醇。几项临床研究表明，长期摄入唾液腺分泌物和对组织有益的钙材料具有积极的全身作用。
——降低有害菌的复制率
在 1980 年代中期，一些的血清研究表明，某些钙质材料不会杀死细菌，而是“降低”它们的复制率，而流行的抗菌剂在几毫秒内杀死一切，包括健康的细胞和细菌。在那项研究中，根据对口腔组织钙治疗的多年临床观察，消除细菌需要十个小时。关键因素是时间。
鉴于饥饿细菌的发现，钙材料会发出警报，但不会造成伤害。
——饿死那些“自我饥饿的细菌”
几十年来，钙疗法已被证明对口腔或皮肤的任何正常健康细胞无害，同时它们还能维持环境“围攻”。不是直接杀死它们，而是逐渐将饥饿细菌饿死。
然后，由于几乎没有复制能力，它们开始消亡，而健康细胞迅速蓬勃发展并主导该领域，尤其是在定时释放钙离子的情况下。
如果厌氧梭杆菌最常存在于口腔、牙菌斑中，并且与牙周病和炎症性牙龈炎有关，那么梭杆菌的下一个最有利的栖息地是结肠，可以刺激溃疡性结肠炎、癌症和克罗恩病。
口腔和结肠这两个区域很容易受到异常水平的梭杆菌的影响，这会长时间造成炎症环境并增强细胞的扩散或分布，甚至会扩散到以厌氧微生物而臭名昭著的身体远处器官。众所周知，生物膜菌落容易引起囊性和脓肿感染。
梭杆菌的管理，中和它们的毒素仍然在控制厌氧微生物环境的范围内。同样，健康的一个主要考虑因素是限制侵入性病原体的局部和全身传播。
从用钙材料管理口腔环境可以明显看出，下颌前切牙上的斑块沉积快速愈合和减少。对口腔黏膜和牙周组织进行长期钙治疗的患者会显著减少牙菌斑和牙石。
考虑到梭杆菌的两个最主要的聚集地，口腔和结肠，那么未来继续研究钙材料应该是价值的。这种病原体比预期的更容易控制，至少在口腔和下消化道的炎症和感染的早期阶段是如此。
声明：关于药物、诊断和治疗方法的部分中提供的信息仅供医疗专业人员交流使用，并非使用说明。
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谷禾健康
胰腺癌是致命的癌症之一，其特点是：
难发现（发现多为晚期），病程短，发展恶化速度快，中位生存期为3-6个月，正所谓 “无声杀手”。
胰腺癌为什么难发现？这要从胰腺癌的位置说起。
胰腺位于人体后腹部深处，被胃、肝等层层围绕，且体积小，胰腺癌早期几乎没有不适。普通检查手段较难发现。
随着胰腺肿瘤的生长，出现的许多症状看起来与其他疾病的症状很像，比如：发冷和出汗、发热、腹胀、腹泻、恶心、疲劳、食欲不振、不明原因体重减轻、上背部或上腹部疼痛、手臂或腿部肿胀、黄疸迹象等。这就容易导致误诊。
胰腺癌的发病率近年来呈快速上升的趋势，死亡率排在首位，因此也被称为“癌中之王”。
胰腺癌的诊断难，治愈也难，应对胰腺癌治疗这样的难题，科学界在不断努力中。
胰腺癌独特的免疫抑制微环境是免疫治疗面临的最大障碍，而微生物群的改变也被认为是塑造肿瘤局部微环境并影响免疫治疗的重要因素。
科学家发现微生物群在调节代谢和免疫反应中起着关键作用。通过维持相对健康的微生物群类型，提高胰腺癌化疗药物和免疫治疗的有效性，为胰腺癌患者带来新的希望。
接下来，本文详细列举口腔、肠道和胰腺微生物群在胰腺癌发展中的作用的关键信息，讨论不同类型的微生物群，它们在调节药物代谢、耐药性、免疫反应和胰腺癌治疗潜力中的潜在作用，以及相关预防措施。
图源：知易社
一般说的胰腺癌主要是指胰腺导管腺癌，简称PDAC，下同：
从临床和解剖学的角度来看，胰腺与肠道微生物群没有直接的物理联系，因此胰腺被认为是无菌组织。但微生物可以通过消化道中的胆管迁移到胰腺。
Pandya Gouri,et al., Semin Cancer Biol, 2021
许多研究表明，口腔、胃肠道、粪便和器官特异性(胰腺)微生物群的组成与PDAC高度相关。
PDAC的口腔、唾液、舌苔微生物群
口腔和唾液微生物群组成的改变与PDAC的风险相关。最近的研究表明，口腔中参与PDAC肿瘤发生的主要致病菌有：
牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonas gingivalis)、梭杆菌（Fusobacterium）、缓症链球菌(Streptococcus mitis )、长奈瑟氏球菌(Neisseria elongata ).
牙龈卟啉单胞菌和Aggregatibacter actinomycetemcomitans 与胰腺癌高风险之间的相关性，表明口腔微生物群可能是导致PDAC肿瘤发生的危险因素。据推测，牙龈卟啉单胞菌可能分泌肽基精氨酸脱亚胺酶，通过引起KRAS和TP53基因突变来降解精氨酸代谢。
唾液微生物群
在胰腺癌患者的唾液样本中，与健康对照组相比，PDAC患者的长奈瑟氏球菌和缓症链球菌的水平明显降低，而Granulicatella adiacens的水平明显升高。
——作为预测胰腺癌的非侵入性生物标志物
在区分PDAC病患者和健康个体时，长奈瑟氏球菌和缓症链球菌的组合显示出96.4%的敏感性和82.1%的特异性。这项研究的结果表明，唾液微生物群可以作为预测胰腺癌的非侵入性生物标志物。
有研究对胰腺癌患者的唾液样本进行了微生物鉴定，发现纤毛菌Leptotrichia的丰度较高，而卟啉单胞菌和奈瑟氏球菌的比例相对较低。因此，唾液中纤毛菌Leptotrichia与卟啉单胞菌的显著高比率(L/P比率)可用作PDAC的预测标记。
口腔微生物组
PDAC和对照组在相关类群的平均相对比例上观察到差异。
PDAC患者 ：高水平的厚壁菌门和相关类群，包括：乳杆菌科(Lactobacillales)、嗜热链球菌(Bacillli Streptococcus thermophilus)、链球菌科(Streptococcaceae)
对照组：具有相对较高水平的变形菌和相关分类群，包括：γ变形菌(Gammaproteobacteria)、巴氏杆菌科(Pasteurellaceae)、副流感嗜血杆菌(Haemophilus parainfluenzae)；β变形菌(Betaproteobacteria)，奈瑟氏球菌(Neisseria)，黄奈瑟氏球菌(Neisseria flaviscen)
舌苔微生物群
胰头癌患者优势菌群如下：梭杆菌属Fusobacterium, 纤毛菌属Leptotrichia, 放线菌属Actinomyces, 罗氏杆菌属Rothia, 奇异菌属Atopobium, 棒状杆菌Corynebacterium, 莫拉氏菌属Moraxella, 消化链球菌属Peptostreptococcus, 产线菌属Filifactor, Oribacterium,坦纳菌属Tannerella
对照组优势菌群如下：嗜血杆菌Haemophilus, 卟啉单胞菌属Porphyromonas,Paraprevotella
在健康对照组和胰头癌患者中分别观察到嗜血杆菌、卟啉单胞菌和纤毛杆菌、梭杆菌的富集量有显著差异。
类似地，在胰头癌患者中观察到链球菌和罗氏菌属相对较高的富集，而在肝癌患者中SR1的相对丰度较高。因此，SR1和链球菌可用于区分肝癌和胰头癌。
*SR1：SR1 genera incertae sedis
对PDAC与微生物群的变化在多样性和组成方面的关联研究非常有限。需要在一个大队列中进一步的调查证实这些发现，从而得出确切的结论。
PDAC的胃肠道微生物群
——肠道微生物群可以直接影响胰腺微环境
给WT小鼠口服荧光标记的粪肠球菌Enterococcus faecalis，有趣的是，在这些小鼠的胰腺中观察到荧光，这表明细菌从肠道向胰腺迁移。
在另一项研究中，将抗生素混合物口服给药于PDAC、结肠癌和黑色素瘤的小鼠模型，观察到在所有受试模型中肠道微生物群的减少显著减弱了肿瘤的生长。
几个小组观察到，吸烟是胰腺癌的一个关键风险因素，可导致微生物群的显著变化，特别是在人类的肠道中。吸烟者肠道中厚壁菌门和放线菌门的减少，梭菌门、拟杆菌门、变形菌门的数量显著增加。
——胰腺癌患者和健康对照者粪便样本显著差异
微生物谱分析 （胰腺癌患者粪便样本，基于属水平的线性鉴别分析）
显著富集普雷沃菌属(Prevotella)、韦荣球菌属(Veillonella)、肠杆菌属(Enterobacter)、克雷伯氏菌属(Klebsiella)、哈氏菌属(Hallella)、月形单胞菌属(Selenomonas)、Cronobacter spp.
显著减少双歧杆菌属(Bifidobacterium)、芽孢杆菌属(Gemmiger)、梭状芽孢杆菌属(Clostridium IV)、Coprococcus、经黏液真杆菌属(Blautia)、Flavonifractor、丁酸球菌属(Butyricicoccus)、厌氧菌属(Anaerostipes)、Dorea spp.
这种粪便微生物群组成的显著差异表明，胰腺癌的胃肠道微生物是独一无二的。此外，本研究的数据表明，与脂多糖(LPS)生产、类异戊二烯和亮氨酸的生物合成相关的微生物有显著的富集/定殖，而已观察到产丁酸菌和益生菌的减少。
16S rRNA测序分析
分析PDAC患者和对照的粪便标本微生物群，观察到不同的优势菌：
PDAC患者：变形菌门(Proteobacteria)，互养菌门(Synergistetes)，广古菌门(Euryarchaeota)，Akkermansia，韦荣氏菌科Veillonellaceae，Odoribacter
健康肠道：Clostridiacea，瘤胃球菌科，Ruminococcaceae，毛螺科Lachnospiraceae
除此之外，幽门螺杆菌感染和胰腺癌之间也呈正相关。在胃癌(69%)和胰腺癌(65%)患者的血液样本中，幽门螺杆菌感染率异常高。Meta分析和前瞻性队列研究表明，幽门螺杆菌感染的患者患胰腺癌的风险明显较高。然而，为了明确解决幽门螺杆菌在PDAC的影响，需要进行更多的人群和动物研究。
PDAC的胰腺微生物群
过去几十年科学家一直认为，在胰腺中存在蛋白酶，且胰腺环境是高碱性的，那么微生物无法生存。
胰腺中存在细菌，PDAC患者细菌更多
用16S rRNA基因特异性PCR对胰腺囊肿液体标本进行分析，发现优势菌：氨基酸球菌属Acidaminococcus, 埃希氏杆菌属Escherichia, 拟杆菌属Bacteroides, 志贺氏杆菌Shigella。这表明胰腺囊液可能是微生物群分析的良好来源。
最近，对PDAC样本进行的16S rRNA荧光探针和qPCR实验都证实，与正常人相比，PDAC患者的胰腺组织中存在细菌(约为正常人的1000倍)。
PDAC的标本中的主要菌
对人类PDAC肿瘤标本进行16S rRNA测序，发现了13个不同的门。
PDAC患者：变形菌门 (45 %)；拟杆菌门(31 %)；厚壁菌门 (22 %)；放线菌门 (1%)；假长双歧杆菌Bifidobacterium;
·pseudolongum【Kras(G12D)介导的胰腺癌小鼠模型】；假单胞菌属 Pseudomonas；Elizabethkingia；梭杆菌 Fusobacterium
对照组：乳酸菌 Lactobacillus
梭杆菌——预后生物标志物
PDAC肿瘤内梭杆菌Fusobacterium的定殖与PDAC患者的预后更差相关。这项研究的结果表明，梭杆菌属可以作为PDAC的预后生物标志物。
耐药患者的组织标本中 γ -变形菌定植
从耐受”吉西他滨”的PDAC中获得的组织标本中，γ-变形菌门Gammaproteobacteria定植，表明γ -变形菌可能干扰吉西他滨的代谢，并产生耐药性。
男女患者菌群差异
男性和女性患者之间微生物群组成的差异，各自的主导菌群如下：
男性患者：A. ebreus，Acinetobacter baumannii
女性患者：Geobacillus kaustophilus HTA426 ，Escherichia coli 55989
吸烟与非吸烟差距
此外，吸烟PDAC患者与非吸烟PDAC患者的对比，鲍曼不动杆菌A. baumannii 和M. hyopneumoniae高度富集，且与不良临床结果相关。这些微生物显示出富集的致癌信号和抑制肿瘤和免疫信号。
胰腺癌转移相关菌群
胰腺组织中微生物群的丰度与患者的转移和总生存率相关。M. hyopneumoniae、Sitophilus zeamais、宋内志贺菌Shigella sonnei、肠道沙门氏菌Salmonella enteric的高丰度与转移呈正相关。
更具体地说，Acidovorax ebreus与PDAC患者的转移和高肿瘤分级相关。
长期、短期生存的菌群不同
对长期和短期生存的PDAC患者的肿瘤标本进行了16S rRNA测序，肿瘤内微生物群：
PDAC长期生存者：多样性高；以下菌丰富：Pseudoxanthomonas, Saccharopolyspora, Bacillus clausii, Streptomyces
PDAC短期生存者：拟杆菌，梭状芽孢杆菌
上述数据表明，确定微生物群进入胰腺的机制以及这些微生物与胰腺癌的进展和转移之间的关系还有很大的研究空间。
宿主和微生物群形成共生关系。宿主可以通过其遗传、饮食摄入和生活方式影响微生物群的组成和生物量，而微生物群可以通过分泌微生物代谢物、代谢营养物、合成维生素和消化酶来影响宿主。
细菌成分及其代谢物可以渗透到宿主的体循环中，并被运输到发挥激素样作用的部位。这些生物活性代谢物调节宿主中的信号转导，以调节基因表达调节中涉及的各种途径。
代谢物对肿瘤的发生有促进和抑制作用
丁酸盐、乙酸盐和丙酸盐是主要的短链脂肪酸(SCFAs)，由结肠中的粪肠球菌、双歧杆菌和梭状芽孢杆菌 等细菌产生，可发挥抗癌作用。
短链脂肪酸通过与游离脂肪酸受体(FFAR2/FFAR3)结合发挥作用，游离脂肪酸受体通常在癌细胞、基质细胞和肠细胞上表达，刺激G蛋白偶联受体，通过激活致癌途径(包括PDAC的AKT、ERK、mTOR和STAT3)促进肿瘤生长和转移。
对微生物代谢物在PDAC和胰腺中刺激FFAR2/3的作用的理解需要进一步详细研究。
改变的微生物群在PDAC免疫反应调节中的作用
Pandya Gouri,et al., Semin Cancer Biol, 2021
体外研究表明，丁酸盐可以减少PDAC细胞的增殖，同时诱导它们向分泌表型分化。
此外，透明质酸与丁酸盐的共轭物显示出在PDAC细胞中诱导细胞抑制作用。据报道，丙戊酸(一种合成SCFA)结合5-FU对PDAC细胞有抑制细胞生长的作用。
PDAC患者多胺代谢失调
在PDAC患者中，益生菌和产丁酸的细菌被大量抑制。细菌可以合成多种多胺，如腐胺、精胺、亚精胺和尸胺。据报道，在PDAC患者中，多胺代谢严重失调。在小鼠模型和患者血清样本中，多胺均上调，并随着肿瘤的进展而进一步增多。
微生物代谢物可作为非侵入性生物标志物
罗伊乳酸杆菌Lactobacillus reuteri 在4个月大的KPC（K-rasLSL.G12D; p53R172 H/+; Pdx1-Cre）小鼠肿瘤标本(K-rasLSL)中定殖。罗伊乳酸杆菌参与多胺代谢。与2个月大的KPC鼠血清标本相比，4个月大的KPC鼠血清标本中多胺的浓度显著高。这些结果表明，微生物代谢物可被开发并用作潜在的非侵入性生物标志物，用于PDAC病的诊断，尤其是在肿瘤变得可见和明显之前的早期阶段。
脂多糖是与炎症、代谢性疾病和胰腺癌相关的关键因素
在PDAC患者中，脂多糖存在于高度富集的革兰氏阴性菌的细胞壁上。
脂多糖与线粒体的代谢重编程有关，从而有助于糖酵解、活性氧和炎症导致肿瘤发生。
脂多糖如何导致免疫抑制？
脂多糖可以有效地与免疫细胞上的toll样受体相互作用，并募集MyD88/TRIF分子来刺激NF-κB和MAPK信号产生炎性细胞因子，从而导致免疫抑制。
代谢产物——脱氧胆酸(DCA)
一些肠道相关细菌代谢原始胆汁并形成脱氧胆酸(DCA)。DCA通过与TGR5 (G蛋白偶联的细胞表面BA受体)结合发挥作用，TGR5反过来刺激PDAC细胞中的EGFR、MAPK和STAT3信号，并进一步导致细胞周期的进展。
代谢产物——熊去氧胆酸
与此相反，熊去氧胆酸通过抑制PDAC细胞系上皮细胞向间充质细胞的转化而显示出抗癌作用。
γ -变形菌科合成酶将化疗药代谢成不活跃形式
肿瘤内细菌属γ -变形菌科，能够合成胞苷脱氨酶(CDD)，该酶能有效地将化疗药物吉西他滨代谢成2′,2′-difluorodeoxyuridine(不活跃的形式)。
说到化疗药物，为什么同样的药物治疗，有些人有效，有些人无效？这与微生物会有什么样的联系？
我们将在接下来的章节详细阐述。
肠道微生物群在改变癌症治疗中药物治疗的疗效方面发挥着既定的关键作用。当然，化疗药物也会使肠道微生物群失调。
二十多年来，吉西他滨单独和/或与化疗剂/药物联合用于治疗PDAC病患者。
引起化疗耐药性——猪支原体
人皮肤成纤维细胞中猪支原体(Mycoplasma hyorhinis)的存在，在体外和小鼠模型中导致了对吉西他滨的抗性，其中它被代谢为其非活性和脱氨代谢物，名为2’，2’-二氟脱氧尿苷。
引起化疗耐药性——γ – 变形菌
除此之外，γ – 变形菌能够通过表达胞苷脱氨酶(CDD)的长形式灭活吉西他滨。分析113个PDAC患者组织样本时，86个样本(76%)显示了γ – 变形菌的存在。
在结肠癌小鼠模型中，γ – 变形菌诱导的吉西他滨耐药可通过联合应用环丙沙星抗生素逆转。表明这种耐药是可逆的。
引起化疗耐药性——大肠杆菌
大肠杆菌可导致几种药物如克拉屈滨、吉西他滨、CB1954、氟达拉滨的原始化学结构发生改变。
在体外和体内小鼠模型中，非致病性大肠杆菌菌株引起了对吉西他滨治疗的化学抗性。
改变微生物群——更好的抗癌效果
最近，FOLFRNOX已被用于针对PDAC患者的多中心试验。结果报告了比吉西他滨更好的长期生存率。在这些试验中，患者腹泻和恶心的发生率很高。表明药物可以改变微生物群以产生更好的抗癌效果。
其他代谢疾病与胰腺癌的相关性
另一方面，肥胖、2型糖尿病和胰腺癌病例增加之间有很强的联系。
在KC小鼠中，高脂肪热量饮食(HFCD)显示完整腺泡的丧失和胰腺上皮内瘤形成的发展。此外，在小鼠模型中，高脂肪热量饮食显示出明显的微生物群组成变化，特别是梭状芽胞杆菌。
二甲双胍对这些小鼠的治疗与KC小鼠中PDAC的抑制相关，Akkermansia的定植显著增加，梭状芽胞杆菌的丰度显著减少。二甲双胍通过降低循环中脂多糖的水平来促使HFCD-KC小鼠模型的肠道菌群失调。这可以进一步抑制胰腺中M1巨噬细胞的脂多糖依赖性极化，从而抑制上皮内瘤的形成。
药物联合益生菌抗癌
吉西他滨与益生菌联合给药后，随着波形蛋白和Ki-67表达的抑制，上皮内瘤PanIN的形成明显减少。
鼠伤寒沙门氏菌与吉西他滨和贝伐单抗的组合在PDAC异种移植模型中产生了协同抗肿瘤作用。
肠道微生物群在调节化疗反应、将药物代谢成非活性形式，甚至对某些药物产生化学抗性方面起着不可避免的作用，越来越多的临床研究证明了微生物群对化疗的影响。这为癌症患者的治疗目的操控肠道菌群提供了基础。
免疫系统和微生物群之间的健康互动对于健康的生活方式和身体稳态至关重要。微生物群的失调会导致全身炎症和细菌代谢物介导的免疫反应，这可能进一步促进免疫调节，从而促使癌症发生和发展。
在胰腺癌的发展过程中，已经观察到胰腺组织内的微生物群和免疫细胞之间存在复杂的关系。癌症免疫可以通过微生物群的存在来改变。
菌群与胰腺癌发生的关系
Thomas R M, et al.,Nature Reviews Gastroenterology & Hepatology, 2019
详见： 微生物，或许是下一个癌中之王（胰腺癌）诊断和干预治疗的新出路
微生物群对免疫系统的影响
当粘膜内层受到任何损伤时，微生物往往会进入肠道固有层，然后迁移到远处的淋巴器官，激活宿主免疫系统。PDAC肿瘤微环境基本上与免疫细胞交织在一起，其中免疫细胞与某些炎症因子一起负责促进肿瘤发生、免疫细胞浸润和疾病进展。
微生物衍生产物或代谢物，如脂蛋白、脂多糖、脂肽、单链或双链DNA，甚至CpG DNA可以有效地结合PPRs以激活TLRs，TLRs通过抑制胰腺癌的免疫反应在炎症和肿瘤发生过程中起关键作用。这与NF-κB和MAPK信号通路的激活有关，导致产生促进肿瘤的细胞因子和其他促炎分子，从而导致癌症的发展。
假长双歧杆菌促进肿瘤发生（TLRs）
假长双歧杆菌Bifidobacterium pseudolongum在肠道和肿瘤区域高度占优势，通过TLR介导的信号传导促进侵袭性肿瘤发生，TLR4和TLR7在PDAC的肿瘤微环境中特别强有力地表达。有研究显示，刺激TLRs会导致胰腺炎，并与K-ras协同促进胰腺癌在动物模型中的发展。
TLR7在人和鼠胰腺癌标本中有强有力的表达，并显示出刺激MAPK、NF-κB、STAT3和Notch信号以增强致癌作用。TLR7阻断可以通过阻止以上通路刺激，从而抑制胰腺癌。
肠道微生物群影响抗癌免疫治疗反应
肠道微生物群(脆弱双歧杆菌、双歧杆菌)的组成通过阻断CTLA-4和PD-1影响抗癌免疫治疗反应。
PDAC肿瘤微环境的产生在小鼠模型中具有免疫抑制作用，这归因于特定的肠道和胰腺内微生物。这也证明了随着免疫治疗抗性的增强，癌症进展的增强。
此外，微小核糖核酸与PDAC患者的生长、血管生成、化疗耐药性和转移增加有关。已知某些微生物如幽门螺杆菌和鼠伤寒沙门氏菌也能调节上述微小核糖核酸的表达，而这些微小核糖核酸又能调节宿主的免疫反应。
这表明肠道微生物群控制宿主免疫反应，从而提高免疫疗法的有效性，并在与PDAC相关的癌症领域具有巨大的意义。
微生物具有巨大的潜力，可用于设计不同的治疗方法，以对抗疾病的发展和进展。更具体地说，新出现的证据表明，微生物可能导致人类对恶性肿瘤的易感性，也可能影响对治疗的反应，还可能影响治疗相关的毒性。
用有益菌如拟杆菌和伯克霍尔德氏菌Burkholderiales恢复肠道提高了CTLA-4封闭的治疗效果。
双歧杆菌的存在增强了PDL-1阻断的抗癌潜力。
因此，微生物群的保护和恢复对改善治疗效果至关重要。
粪便微生物群移植(FMT)是一种直接有效的方法。肿瘤小鼠接受了来自短期生存期PDAC患者、长期生存期无疾病证据(LTS-NED)和健康对照组的粪便微生物群，发现肿瘤生长明显减少。这表明，在PDAC鼠模型中，来自长期存活者的FMT比来自短期存活者或没有PDAC的那些接受FMT的人对肿瘤有更好的保护作用。
此外，FMT在应对化疗的副作用方面显示出潜力，化疗会导致其他恶性肿瘤如转移性肾细胞癌的腹泻。这表明，用益生菌恢复肠道是一种可行的方法，可以与其他治疗方案一起使用，并且在治疗癌症方面可能非常有效。
目前这些研究探索了微生物群的多样性和组成，以及患者的菌群失调，与健康人的差异等，尽管还需要做深入研究，但这个方向的探索对于癌症治疗无疑是很有希望的。
虽然说没有完全避免胰腺癌的特定方法，但以下方法可以降低风险：
■ 戒烟
可避免的最重要的风险因素，戒烟有助于降低患胰腺癌风险
■ 维持正常体重
如果你现在正处于超重或肥胖阶段，减肥有助于降低胰腺癌风险；适当进行锻炼
■ 健康饮食
加工过的红肉和含糖饮料也可能增加患胰腺癌的风险。美国癌症协会建议遵循包括大量水果、蔬菜和全谷物在内的健康饮食模式，并限制或避免红肉和加工肉类、含糖饮料和高度加工食品
■ 不酗酒
大量饮酒与胰腺癌有关，也可能患上慢性胰腺炎，后期有发展成为胰腺癌的风险
■ 避免使用工作场所化学品
工作场所中的某些化学品会增加患胰腺癌和其他癌症的风险
■ 进行肠道菌群检测
维持一个相对健康的肠道菌群，监测健康状态，降低胰腺癌的风险
微生物组是一个新兴的前沿领域，它为胰腺癌的诊断、预后和转移的新生物标志物等提供了新的方向。
微生物治疗的个性化在于每个个体微生物群具有独特性，微生物群又与日常饮食，生活习惯，慢性病等息息相关，通过这些方式的改变使菌群维持或恢复到相对健康的状态，这对于胰腺癌及其他癌症的预防、治疗具有重大意义。
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