益生菌在放射治疗诱导肠道损伤中的保护作用及机制

文章来源：肿瘤代谢与营养电子杂志

范铭，杨家林，李涛（四川省肿瘤医院·研究所，四川省癌症防治中心放疗科；电子科技大学医学院，成都 610041）

摘要：益生菌是一些活的微生物，在适当摄入的情况下，可以为宿主带来健康获益。它们可以作为药物或食物补充剂被摄入，用于帮助保持人体内消化道微生物环境平衡。益生菌可以帮助维持人体自稳，增强体质，从而减少肿瘤治疗过程中产生的不良反应。目前的研究表明，益生菌可以通过激活抗凋亡通路AKT，活化COX-2途径抑制炎症反应，保护肠黏膜屏障，改善细菌移位，调节肠道微环境等机制保护和减轻放疗诱导的肠道损伤。众多临床试验虽然在采用的益生菌制剂类型、菌群种类、活菌浓度以及研究方式上各不相同，但大多数研究均发现及肯定了益生菌在预防盆腔放疗中肠道不良反应中的重要作用。随着肿瘤综合治疗手段不断进步，患者生存时间不断延长，近年来关于如何减轻治疗过程中及治疗后的不良反应，舒缓治疗带来的痛苦，改善患者治疗的体验，提高生存质量成为日益瞩目的热点，未来的研究应着眼于优化菌群配置以及在免疫力低下人群中使用的安全性等方面。

 

关键词：益生菌；放射治疗；腹泻；机制

Abstract: Probiotics are live microorganisms which confer a health benefit on the host when administered in adequate amounts. They can be ingested as medications or dietary supplements to help maintain a balance in the microbial environment of the digestive tract. Probiotics can help maintain homeostatic, enhance physical fitness, thereby reducing the adverse effects caused by anti-cancer treatments. Recent studies have shown that probiotics can protect and alleviate radiation-induced intestinal damage by activating anti-apoptotic pathway AKT, activating COX-2 pathway to inhibit inflammatory reaction, protecting intestinal barrier, improving bacterial translocation and regulating intestinal micro-environment. Although relevant clinical trials of probiotics varied in the type of bacteria species, the concentration of live bacteria, and research methods, most of them demonstrated that probiotics could prevent radiation induced intestinal adverse effects. With the continuous improvement of comprehensive treatment of cancer, the survival time of patients has been prolonged. In recent years, how to alleviate the adverse reactions during and after treatment, alleviate the pain caused by treatment, and improve the quality of life has become increasingly prominent. Future research should focus on optimizing the flora configuration and addressing the safety on immunocom promised patients.

Key words: Probiotics; Radiotherapy; Diarrhea; Mechanism

在肿瘤的综合治疗中，除了常见的外科手术、放射治疗、化疗之外，约有80%的患者还接受了补充支持治疗，包括运用维他命、矿物质、中草药及其他饮食疗法等[1]。其中比较常见的补充支持治疗之一即服用益生菌。根据世界卫生组织的定义，益生菌是一些活的微生物，在适当摄入的情况下，可以为宿主带来健康获益[2]。它们可以作为药物或食物补充剂被摄入，用于帮助保持人体内消化道微生物环境平衡。益生菌可以帮助维持人体自稳，增强体质，从而减少肿瘤治疗过程中产生的不良反应。在接受腹盆腔放射治疗的患者中，由于放射线对肠道组织的损伤作用，可导致急性或慢性放射性肠炎，患者表现为腹痛、腹泻等症状，严重影响了患者治疗的依从性和生活质量。随着肿瘤综合治疗手段不断进步，患者生存时间不断延长，近年来关于如何减轻治疗过程中及治疗后的不良反应、舒缓治疗带来的痛苦、改善患者治疗的体验、提高生存质量成为日益瞩目的热点。益生菌由于其低廉的价格、使用的便捷及良好的用户体验，越来越受到医学界的关注。本文主要通过回顾目前已知的临床前试验及临床试验的结果，对益生菌在盆腔放射治疗中的肠道保护作用及机制进行初步的总结和探讨。

1 临床前研究

放射线诱导的肠道损伤主要与肠道蠕动功能下降、上皮细胞死亡、细菌过度生长以及炎症反应有关[3, 4]，可分为早期和晚期两个阶段。早期放射性肠炎是由于肠道功能上皮面积减少、肠壁水肿、黏膜脱落导致的，由于肠道对胆盐吸收障碍，使得过多的水和电解质进入结肠，因此患者主要表现为腹泻。晚期放射性肠炎在放疗后数月乃至数年才发生，其主要原因是血管损伤引起的黏膜萎缩、狭窄、浆膜破坏，临床常表现腹泻、腹痛、便血等症状。临床前的研究发现，益生菌可以通过激活抗凋亡通路AKT，活化COX-2途径抑制炎症反应等保护肠黏膜屏障，调节肠道菌群，改善细菌移位，从而减轻放疗诱导的肠道损伤。自从上世纪八十年代，人们发现益生菌可以改善放疗相关腹泻反应后，关于益生菌在调节肠道微环境、减少放疗导致的肠道不良反应的研究即有开展。早在1987年，Dong MY等人[5]就发现，对于接受全身放疗的小鼠饲喂乳杆菌可以减少肠道细菌菌血症及死亡。Summers RW等人[6]发现，通过X线照射狗的小肠后，前列腺素E2等浓度变可导致异常的肠道复合运动（migrating motor complex，MMC）。Husebye E等人[7]发现异常的肠道复合运动使得肠道菌群尤其是革兰阴性菌过度繁殖，是严重的晚期放射性肠病的重要发病机制。早期的研究虽然提供了一定的直接或间接证据支持益生菌在放射性肠炎中的保护作用，但由于使用模型、研究终点及照射剂量、方式的不统一以及未能深入揭露机制，有一定的局限性。2005年发表于美国科学院院报的论文，发现了在无菌的肠道环境中，小肠细胞对于放射性诱导的致死性肠炎更有抵抗力[8]，从而揭示了肠道微生物在放射性肠道损伤中扮演的重要角色。

至此之后，关于肠道菌群、益生菌与放射线诱导的肠道不良反应之间的作用和机制有大量的研究与假设学说。一项在大鼠上进行的动物实验发现，接受益生菌的大鼠与未接受组相比，在接受放疗后，绒毛高度、黏膜厚度、杯状细胞数量等指标均与正常肠道组织相似，而未接受益生菌的大鼠则在放疗后出现绒毛高度增加，黏膜增厚，杯状细胞减少等显著异常[9]。另一项基于大鼠的试验则显示，将雄性Wistar大鼠随机分为标准均衡饮食组，标准饮食加益生菌组以及标准饮食加灭活益生菌组，对3组进行20Gy的腹部照射后，与添加益生菌组相比，标准饮食组及服用灭活益生菌组大鼠体内内毒素水平显著升高，且这两组大鼠肠系膜淋巴结及门静脉中更易分离出细菌标本。该实验还发现，益生菌与肠道细菌移位密切相关，未接受益生菌治疗组血培养中主要检出以革兰阴性菌为主，而接受益生菌组革兰氏阳性菌更为常见[10]。

益生菌在放射性肠黏膜炎中的保护机制主要与激活抗凋亡通路AKT，活化COX-2途径抑制炎症反应，保护肠黏膜屏障等有关。Yan F等[11,12]进行的一些体外实验发现，益生菌通过其本身以及分泌的P40蛋白，可以激活抗凋亡的AKT通路，同时抑制预凋亡通路P35/MAPK，从而抑制TNF-alpha导致的肠道上皮细胞凋亡。无独有偶，Tessner TG等人[13]也发现，具有抗炎作用的PGE2可以通过激活AKT通路，从而减少放疗导致的肠道上皮细胞凋亡，另一项研究也发现，在放疗前给予鼠李糖乳杆菌GG（lactobacillus rhamnosus GG，LGG），可以有效的延长杯状细胞的寿命，而这一现象在MyD88、TRL-2、COX-2基因敲除的鼠中则并未出现，提示LGG的保护作用与这些途径相关。研究还发现，虽然LGG并没有显著提高PGE2和COX-2 mRNA的表达水平，但却可以使得COX-2阳性的间充质干细胞由绒毛向基底区域位移，从而减少杯状细胞的死亡，减轻放疗引起的肠道黏膜炎[14]。此外，有研究表明，益生菌可以有效的减少细菌及TNF-α，INF-γ等细胞因子引起的肠道上皮细胞屏障的损伤，同时益生菌分泌的蛋白可以通过MAP激酶依赖途径保护肠道上皮之间的紧密连接，从而保护肠道屏障[15-17]。

2 临床研究

2.1 益生菌用于预防放射性肠道损伤  迄今为止，已经有许多临床研究着眼于益生菌在盆腔放射治疗中的肠道保护作用。表1列举了近年来一些关于益生菌预防放射线所致的肠道损伤的临床试验。

表1 益生菌预防放射性肠道损伤的相关临床试验

　注：CFU，colony forming unit，菌落形成单位

Note: CFU, colony forming unit

2.1.1 改善腹泻发生及严重程度  早在上世纪80年代，一项纳入24名接受盆腔放射治疗的宫颈癌及尿道肿瘤患者的初步研究显示，摄入嗜酸乳杆菌活菌的试验组与对照组相比，放疗相关性腹泻的发生得到明显改善，但由于摄入过多的乳果糖作为益生菌的基质，试验组发生肠胀气的概率也有所增加[18]。虽然该实验取得阳性的结果，但其样本量不足，实验设计欠合理等方面仍饱受诟病。另一项随机，双盲的研究采用干酪乳杆菌DN-114001作为益生菌源。85名被诊断为宫颈癌或子宫内膜癌的患者接受了45~50Gy的盆腔放射治疗，在治疗前被随机分为益生菌组或安慰剂组，患者运用Bristol量表对肠蠕动情况及粪便性状进行记录，由专人对腹泻程度每周进行评分记录。结果显示，使用益生菌可以增加粪便稠度，但并不能减少2度以上的腹泻的发生[19]。这项研究虽然采用可信度较高的随机双盲设计，但其较少的样本量，相对低浓度的益生菌含量以及混杂的治疗方式，都使得人们对其最终取得的阴性结果产生疑问。意大利学者进行的一项随机、双盲、安慰剂对照研究纳入了482名接受术后辅助放疗的乙状结肠，直肠及宫颈癌患者，随机分配为接受高效益生菌组和对照组。与既往的研究不同的是，该研究采用的是VS3配方益生菌，含有来自不同菌种的乳杆菌、双歧杆菌和嗜热链球菌。研究发现，安慰剂组中有51.8%的患者发生放疗相关性腹泻，显著高于益生菌组的31.6%，并且达到统计学差异，不仅如此，安慰剂组患者发生3至4级严重腹泻的概率也显著高于益生菌组[20]。2009年发表的一项荟萃分析纳入了共计632例患者，结果显示，使用益生菌与对照组相比，并不能有效预防放疗诱导性腹泻的发生[21]。但研究者同时也指出，这可能是由于纳入试验数目及样本量较少以及统计学的异质性导致的。2014年加拿大进行的一项三期随机、双盲、对照研究纳入229例接受盆腔放射治疗的患者，随机分为安慰剂组，标准剂量组和高剂量组。标准剂量组接受每日两次Bifila（一种由嗜酸乳杆菌LAC-361和长双歧杆菌BB-536组成的复合益生菌制剂）治疗，包含十三亿菌落形成单位，高剂量组则接受每日3次Bifila治疗，包含一百亿菌落形成单位。结果显示，标准剂量的Bifila在放疗结束时可有效的减少放疗诱导的2至4度腹泻的发生，亚组分析提示，在放疗前接受过盆腔手术的患者中，这一优势更加显著[22]。意大利进行的一项采用含有锌、益生元、益生菌和维生素的复合营养补充制剂Dixentil预防盆腔放疗相关肠道疾病的Ⅱ期研究最近发表了结果分析，其结果显示，使用该制剂后，35%的患者出现1~2级放射性肠炎，没有患者发生3级以上的放射性肠炎。该研究也为益生菌制剂的选用提供更多的选择[23]。2017年最新的一项荟萃分析结果显示，使用益生菌与安慰剂相比，可有效减少放疗相关腹泻的发生[24]。

2.1.2 减少抗腹泻药物使用  意大利学者的研究发现，益生菌的使用可以明显减少排便次数，延迟洛哌丁胺介入的时间。泰国学者采用乳酸杆菌加双歧杆菌活菌预防接受盆腔放疗的宫颈癌患者在治疗期间发生的腹泻，共计63例患者入组，结果也显示，益生菌可以显著减少放疗诱导的腹泻的发生以及抗腹泻药物的使用[25]。2013年的一项荟萃分析则纳入了6项益生菌对比安慰剂的临床试验，共计904名患者，汇总分析的结果仍然强烈的倾向于使用益生菌可以减少腹泻的发生（OR=0.44，95% CI 0.21~0.92），并且研究还发现，虽然没有达到统计学差异，但使用益生菌可以减少洛哌丁胺的使用[26]。

2.2 益生菌用于治疗放射性肠道损伤  目前大多数临床试验均围绕益生菌对于放射性肠道损伤的预防作用展开研究，而关于采用益生菌治疗放射性肠炎的研究则非常稀少。匈牙利进行的一项招募了206人的随机、双盲、安慰剂对照研究发现，在接受术后盆腔放疗的患者中，对于需要药物介入的腹泻患者，在用药同时使用一周额外的鼠李糖乳杆菌与安慰剂相比，似乎有一定趋势可以改善放疗相关性腹泻的严重程度，但并未取得统计学的差异。但研究者同时指出，使用益生菌可以有效改善患者对腹泻程度和大便性状的自我评分，这也提示使用益生菌可能一定程度上改善患者的自觉症状，从而增加治疗的依从性[27]，但相关作用仍需更多临床试验数据支持。

综上所述，益生菌可以通过激活抗凋亡通路AKT，活化COX-2途径抑制炎症反应，保护肠黏膜屏障，改善细菌移位等方面保护和减轻放疗诱导的肠道损伤。众多的临床试验虽然在采用的益生菌制剂类型、菌群种类、活菌浓度以及研究方式上各不相同，但大多数研究均发现及肯定了益生菌在预防盆腔放疗中肠道不良反应中的作用。在治疗肠道不良反应中的作用尚需更多证据支持。结合现有的证据，笔者认为，预防性使用益生菌时，应当保障一定的活性浓度，采用混合菌群治疗可能优于单一菌种。同时由于益生菌是活菌制剂，对于免疫缺陷的患者，应慎重考虑应用的安全性，充分评估风险与获益。未来的研究应着眼于优化菌群配置以及在免疫力低下人群中使用的安全性等方面。