编者按：
2020 年 12 月 21 日，国内著名英文期刊 Protein & Cell 与热心肠研究院合作，成功举办了“Protein & Cell 人类微生物组专刊线上论坛”活动。今天我们特别整理发布来自上海市第六人民医院转化医学中心助理研究员郑晓皎的演讲视频及图文实录，希望能助你涨知识。
各位专家，各位老师大家好。我是来自上海交通大学附属第六人民医院转化医学中心贾伟教授团队的郑小皎。今天感谢 Protein&Cell 杂志对我们研究的认可，让我有机会和大家一起探讨消化系统肿瘤和肠道菌群的话题。
我们知道结直肠癌和肝癌无论在世界范围还是在中国范围内，都有极高的发病率和致死率。这两大恶性肿瘤共同的发病因素包括了遗传、病毒感染、长期不良的生活习惯比如酗酒、吸烟、高脂高糖饮食等等。
现在大量的报道支持了肠道菌群的调控是和结直肠癌和肝癌的发展密切相关。当肠道菌群的结构发生病理性的改变时会诱发肠道的炎症，这可能是肠癌和肝癌共同的幕后推手。
就此，我们就在 Protein&Cell 杂志上总结了肠癌和肝癌发展过程当中肠道菌群的变化，特别指出了肠道菌群和炎症的相关性，总结了哪些菌是促炎的，哪些菌是抗炎的。
我们知道肝脏和肠道本身在解剖结构和生物学功能上都有着极其密切的联系。肠道里的物质会经由门静脉到达肝脏，经过肝脏的加工代谢，又通过胆囊、胆管排入十二指肠，十二指肠里的部分物质又会重新回到肝脏，以此形成了肝肠循环。
在正常情况下，肠道和肝脏是人体抵御外界有毒有害物质的两大器官。但是当人体受到损害，肠道菌群发生紊乱，肠道会产生大量的炎症反应，使得肠屏障功能下降，肠道里的物质大量涌入肝脏，诱导了肝脏的免疫炎症反应，使得器官受损，产生了癌症。
已经报道的和结直肠癌相关的菌群，最典型的包括了具核梭杆菌、携带 pks 的大肠杆菌、脆弱拟杆菌和硫代谢相关的菌。
和肝癌相关的菌群，正如我们刚刚说的，主要是由于肠道通透性的增加导致了肠渗漏，那么细菌相关的物质就涌入了肝脏。这些物质包括了肠道菌的碎片，比如革兰氏阴性菌产生的 LPS、革兰氏阳性菌产生的 LTA，另外有肠道菌的有害代谢物比如 TMAO、胆汁酸。
下面我将具体就肠道菌和胆汁酸和大家做展开的探讨。
我们知道胆汁酸是人体胆汁的重要成分，在人体内发挥着消化脂肪、吸收的功能。现在越来越多的报道显示，胆汁酸是人体重要的信号分子，在各个器官发生着重要的作用。
我们正常人的胆汁酸池大约是 3~5 克，每天进行着 8~12 次的肝肠循环，其中有 95%的胆汁酸参与循环代谢，剩余 5%会通过粪便和尿液排出体外。所以肝脏每天就负责合成这 5%的胆酸，来维持胆汁酸池的稳定性。
在肝脏里是以胆固醇为原料，经过肝酶的步步代谢，最终合成了结合型的初级胆汁酸排入肠道。肠道中的胆汁酸经过肠道菌群的多步代谢，构成了胆汁酸谱的丰富多样性。
那么我们来具体看一下，胆汁酸是如何经过肠道菌群代谢的。
结合型的胆汁酸进入肠道以后，首先由富含胆盐水解酶的肠道菌，将结合型的胆汁酸代谢成非结合型的胆汁酸，这些富含胆盐水解酶的菌群包括了有拟杆菌、梭菌、乳酸杆菌、双歧杆菌、李斯特菌等等。
进一步，肠道菌群对胆汁酸骨架结构上的，主要是 7 位，也有 3 位、6 位、12 位上的羟基进行修饰，进行脱羟基、脱氢、异构化等功能，最终形成了次级胆汁酸。参与这些代谢的菌群包括了拟杆菌、梭菌、埃希氏菌、瘤胃球菌等等。
接下来我和大家简单介绍一下胆汁酸诱发结直肠癌的机制。
胆汁酸，特别是次级胆汁酸，由于它的脂溶性，能够和细胞膜结合释放花生四烯酸，促进 ROS（活性氧） 的产生，诱导 DNA 损伤。
另外胆汁酸还可以介导炎症反应，还可以通过一系列的信号传导，促进肿瘤的增殖、抑制肿瘤细胞的凋亡。
类似的，胆汁酸也可以引起肝癌，也是通过和 ROS 有关的 DNA 损伤、炎症反应、肿瘤细胞的增殖、抑制凋亡有关的机制。
在这里特别值得指出的是，胆汁酸在肝脏里的重要核受体 FXR 在肝病的发生过程当中是低表达的。
由于 FXR 受体本身调控着肝脏胆汁酸的合成和转运，所以当 FXR 低表达时，它对肝脏胆汁酸合成的负反馈调节下降了。所以肝脏的胆汁酸大量的合成。
另外一方面，由门静脉进入肝脏的胆汁酸转运体是高表达的，而胆汁酸出肝脏的两条途径——进入胆囊和进入循环系统的两大转运体是低表达的。
综合下来我们可以看到，胆汁酸在肝内的合成增加、入肝增加，而出肝的两扇大门被关闭，所以造成了胆汁酸在肝脏里的大量蓄积，诱发了炎症、DNA 损伤，最终导致肝癌。
下面想和大家分享一下我们课题组有关消化道肿瘤方面的一些研究进展。
首先是肝癌。在肝癌方面，我们利用了一种 STAM 的肝病小鼠模型。在这个模型中，能依次诱导出脂肪性肝炎、纤维化，最终导致肝癌。
我们在小鼠出生的第 2 天给小鼠注射链脲霉素。第4周开始，给小鼠饲喂高脂饲料。在这样的小鼠模型中，第 7 到第 8 周左右就会出现 NASH（非酒精性脂肪肝炎），在第 16~20 周会出现肝癌。
我们发现，在肝病进展的过程当中，肠道菌群发生了剧烈的变化。特别是两种革兰氏阴性的拟杆菌和一种瘤胃球菌，在模型组显著的升高。
这些菌的变化能介导 LPS 的产生，使得肝脏发生炎症。另外一方面，它们还可以参与胆汁酸的代谢。所以在模型组里，肝脏的胆汁酸是显著的升高的。
另外我们还有一个高脂诱导肥胖的小鼠模型。我们在这个模型中发现，当小鼠饲喂高脂饲料到达 58 周的时候，有部分的小鼠出现了肝脏肿瘤。
因此我们去比较了出现肝脏肿瘤和没有出现肝脏肿瘤两组小鼠的肝脏的胆汁酸，发现在肿瘤组，肝脏的胆汁酸是显著高于没有肿瘤的，可见胆汁酸和肝癌的重要的密切的联系。
因此，我们把降低肝脏的胆汁酸作为治疗肝癌的一个途径。我们给小鼠用了一种药，叫消胆胺。
消胆胺在临床上是治疗高脂血症的，它其实是一个阴离子树脂，可以结合体内的胆汁酸，促进胆汁酸的排泄。在我们的研究中发现，给予 STAM 小鼠模型饲喂消胆胺以后，肝内的胆汁酸是显著的下降。同时也观察到了肝肿瘤得到了缓解。
此外，我们还对大量的临床的肝病样本进行了代谢组学的检测。我们发现，用少量的临床指标或者是少量的代谢物的指标去构建模型，可以很好的去对肝癌、肝病进行诊断。可以告诉你，你是否得了肝病、是否有肝硬化以及你肝纤维化的分级。
这样的模型，我们和目前临床已经公认的模型去比较，发现它的灵敏度和特异性都是优于目前的模型的。基于这些模型，我们构建了肝脏健康评估的平台，只要输入这些已知的指标，就能告诉你你的肝脏状态是如何的，给出评分。我们也希望这样的模型，在临床上得到应用。
接下来是胃癌相关的正在进行的一个研究。
在临床上，十二指肠胃反流是胃癌发生的独立因素。所以我们试图去探究十二指肠胃反流和胃癌发生的相关性。
我们在临床上收集了正常人、反流病人以及胃癌病人的胃液，进行了代谢物和肠道菌群的检测。
我们发现在代谢物层面上，总胆汁酸——特别是结合型的胆汁酸，在反流组和胃癌病人中是显著升高的。
在菌群方面，我们观察到了反流组和胃癌组的 LPS 功能的菌是显著上升的。同时我们也观察到了一系列的菌种，比如 Pm 菌，在反流组和胃癌组有特异性的升高。
我们接着进行了细胞和机制的实验，发现结合型胆汁酸——特别是 TDCA， 和 LPS 能够显著的促进细胞的增殖和细胞克隆的形成。
这样的发现，我们同时在正常的胃上皮细胞和胃癌细胞中都得到了观察。
在机制方面的研究，我们发现，TDCA 和 LPS 能够促进胃上皮细胞的 IL-6/JAK-STAT3 的信号通路，以此促进胃癌的发生。
接着我们在细胞实验里面加入了隐丹参酮。隐丹参酮是一种从丹参中分离得到的，具有抗菌、抗炎效果的单体。也有文献报道，它是具有抑制 STAT3 磷酸化的效果。所以我们将其加入细胞中后，果然也观察到了隐丹参酮能够抑制 TDCA 和 LPS 激动的 STAT3 的磷酸化，发挥潜在的对于胃癌治疗的效果。
这项研究的动物实验还在进行中，但是我们已经观察到了初步的效果，比如 TDCA 和 LPS 能够促进胃内的白介素-6 的生成，促进胃癌的发生。刚刚提到的产 LPS 的 Pm 菌，能够促进体内白介素-6 的生成和胃癌的发生。
此外我们还造了小鼠的胃肠吻合手术去模拟十二指肠反流的现象，并在这个模型中给小鼠服用了隐丹参酮，我们也期待着能看到隐丹参酮对于胃癌的缓解效果。
最后我想和大家分享一下我在研究过程当中和肠道菌群相识、相知的一些有趣的小故事。
追溯到 2008 年，在我读博的第一年，中国当时爆发了一个震惊世界的丑闻，就是三鹿毒奶粉事件。
当时以三鹿奶粉公司为首的一系列的婴幼儿奶粉厂家，它们为了非法的牟利，在婴幼儿奶粉中加入了三聚氰胺这样一个化学物质。当时服用这个奶粉的孩子波及到了中国数万的儿童。这些儿童有出现肾衰竭、肾积水、肾结石甚至有死亡的案例。
我们当时试图运用代谢组学的手段去探究三聚氰胺致肾毒性的机理。我们惊讶的发现，在波动的代谢物中，有大于 60%的代谢物都指向了肠道菌群代谢。由此展开了我对于肠道菌群的学习和研究。
在进一步的抽丝剥茧的过程当中，我们果然发现了三聚氰胺的肾毒性是和肠道菌群代谢有密切的关系。它本身是一个毒性比较低的物质，只有当它和它本身的代谢物三聚氰酸在肾小管里结合，就能形成大分子的网状的晶体结构，阻塞肾小管，形成肾结石。而当这样一个代谢功能被抑制的时候，三聚氰胺的肾毒性会大大的下降。
接着我们就针对肠道菌群开展了一系列的研究，发觉肠道菌群是和代谢性疾病密切相关。
当时我身边也有很多注重健康、爱美的朋友，在尝试用饮食调节的方式来改善自己的生活，比方说他们尝试轻断食、尝试辟谷。
所以我们在小鼠模型中不但造了高脂饮食诱导的小鼠模型，还制造了能量限制、近似辟谷的小鼠模型，确实观察到了肠道菌群发生了很大的波动。在代谢物中，特别有一类胆汁酸类的物质波动异常的明显，和饮食非常相关。
此外，我们还在生活中观察到一个现象，就是大家有没有注意到我们经常吃的猪肉和猪肝，虽然猪很胖，但是猪肝很少像鹅肝一样会有脂肪肝的现象。
我们也去诱导猪发生糖尿病，给猪饲喂高脂高糖饲料超过半年。但是猪虽然胖，但是它的血糖始终维持在一个很稳定的状态。因此我们就很好奇，到底猪体内是一个怎样强大的机制去维持着它的血糖稳定，是不是和肠道菌群和胆酸有关。那么这样强大的机制是不是能为我们人所用呢？
所以我们就对猪和人的肠道菌群以及代谢谱进行了检测。我们惊讶的发现，在猪体内有一类胆汁酸，我们称之为猪胆酸系列，它能达到猪总胆酸的70%以上。而这类胆酸在人里面是非常低的。
更有趣的是，这类胆酸在糖尿病人中和正常人相比是显著的下降的。所以我们就把这类胆酸进行了后续的一系列分子机制的研究，发觉果然猪胆酸能够刺激肠道 L 细胞分泌 GLP-1 来调控血糖。
我们也把这类物质去饲喂了糖尿病小鼠的模型，也发现了有很好的治疗糖尿病的效果。我想这类物质以后也可能是治疗糖尿病的潜在的分子。
以上就是我和肠道菌群相知、相识的故事，我想这就是肠道菌群研究的魅力，虽然它好像很复杂，深不可测，但是它又非常接地气的存在于我们生活的方方面面，促使着我们去探究它，去揭开它的神秘面纱。
以上就是我今天的汇报。以上所有的工作都离不开贾伟教授团队所有师生的辛勤和努力。也感谢合作团队予以的指导和帮助。最后感谢大家今天的聆听，谢谢！
