2025年1月2日，香港中文大学于君团队在《Nature Microbiology》（IF=20.5）在线发表题为“Gut–liver translocation of pathogen Klebsiellapneumoniae promotes hepatocellular carcinoma in mice”的研究论文，该研究发现病原体肺炎克雷伯氏菌的肠-肝易位促进小鼠肝细胞癌。研究背景
肝细胞癌（HCC）是导致癌症相关死亡的主要原因之一，其发病过程包括肝脏炎症、纤维化、肝硬化和HCC本身。除了宿主因素，肠道菌群失调也被认为在HCC的发病机制中扮演着重要角色。近期研究发现肿瘤内存在微生物群，它们能够促进肿瘤发生并改变免疫微环境，但目前对于肠道和肝内微生物在HCC发病中的具体功能尚不明确。肠道微生物群通过肠 - 肝轴来调节肝脏稳态，肠道屏障是防止有害肠道病原体及其产物入侵的第一道防线，肠道通透性增加可能会使肠道微生物转移到肝脏。无菌小鼠因Toll样受体4（TLR4）激活减少而HCC进展延迟，这表明肠道菌群失调可能与肝癌的发生有关。研究内容
本研究主要探讨了肝细胞癌（HCC）相关肠道菌群失调在促进HCC发生发展中的作用及机制，并寻找潜在的治疗策略。
1 研究者将HCC患者、肝硬化（LC）患者和健康供体的粪便微生物菌群移植（FMT）到经二乙基亚硝胺（DEN）注射的无菌（GFD）小鼠和特定病原体自由（SPF）小鼠体内。2 16S rRNA测序显示，从健康供体到LC再到HCC患者的粪便样本中，微生物多样性逐渐降低，肺炎克雷伯菌（K. pneumoniae）在HCC患者粪便样本中高度富集。3 HCC - FMT的小鼠相较于其他组，肿瘤最大直径、肿瘤数量和肿瘤负荷均显著增加，表明与HCC相关的微生物促进了肿瘤的发生。4 免疫组化结果显示，HCC - FMT诱导了肝细胞增殖，同时与LC - FMT和HD - FMT相比，HCC - FMT和LC - FMT均诱导了肝脏炎症，增加了促炎性T辅助细胞1（TH1）和TH17细胞，减少了抗炎性TH2细胞，并且纤维化标志物也有所增加。5 癌症通路PCR阵列和炎症反应及自身免疫PCR阵列显示，HCC - FMT上调了与细胞增殖、血管生成、胚胎发育、上皮 - 间质转化和抗凋亡相关的基因，增加了促炎反应和淋巴细胞趋化相关基因的表达。6 研究者将HCC患者和健康供体的粪便微生物菌群移植到未经DEN注射的无菌小鼠体内，7 HCC - FMT的小鼠出现了肝脏结节，而HD - FMT和PBS组的小鼠则没有，且HCC - FMT组小鼠的肝细胞增殖、肝脏炎症和肝纤维化标志物均有所增加。7 癌症通路PCR阵列和炎症反应及自身免疫PCR阵列结果也显示，HCC - FMT上调了相关基因，增加了促炎反应和淋巴细胞趋化相关基因的表达，表明HCC - FMT可自发诱导小鼠的肝脏炎症、纤维化和异型增生。8 HCC - FMT增加了无菌小鼠对500 kDa FITC - 右旋糖酐的肠道通透性，透射电子显微镜（TEM）确认了HCC - FMT导致的结肠细胞间连接异常，肠道黏液层变薄，紧密连接标记物表达下调，细菌更容易侵入黏膜固有层和黏膜肌层，从而诱导结肠炎症。9 研究还发现，HCC - FMT破坏了肠道屏障功能，促进了肠道微生物向肝脏的易位，特别是肺炎克雷伯菌在HCC - FMT组小鼠的肝脏中富集。通过对HCC患者和LC患者的肝脏组织样本进行分析，发现与LC患者相比，HCC患者的肝脏组织中细菌富集，且肺炎克雷伯菌在HCC患者的肝脏微生物群中占主导地位。10 研究还发现，HCC患者粪便中肺炎克雷伯菌的增加与HCC患者的总生存率和无进展生存率呈负相关。研究者选取了5种在HCC - FMT处理小鼠肝脏组织中富集的革兰氏阴性菌（肺炎克雷伯菌、拟杆菌、阴沟肠杆菌、大肠杆菌和奇异变形杆菌），分别灌胃给无菌小鼠。只有肺炎克雷伯菌增加了肠道通透性，并以活菌形式易位到肝脏，破坏了结肠细胞间连接，减少了结肠黏液层厚度，下调了紧密连接蛋白的表达，并增加了细菌侵入黏膜固有层和黏膜肌层，表明肺炎克雷伯菌是破坏肠道屏障、促进其易位到肝脏的驱动菌。11 研究还发现，肺炎克雷伯菌通过促进巨噬细胞介导的胶原酶活性来启动肠道屏障破坏，进而促进其最终易位到肝脏。12 肺炎克雷伯菌促进小鼠的癌前病变和HCC，研究者将肺炎克雷伯菌灌胃给无菌小鼠，结果表明单菌定植的肺炎克雷伯菌足以使其易位到肝脏，并且肺炎克雷伯菌诱导的胶原酶活性破坏了肠道屏障功能。
13 关键的是，肺炎克雷伯菌灌胃的无菌小鼠出现了异型增生，而大肠杆菌或PBS灌胃的小鼠则没有，肺炎克雷伯菌还诱导了肝细胞增殖、纤维损伤以及致癌和促炎信号。此外，肺炎克雷伯菌在SPF小鼠和DEN注射的SPF小鼠中也再现了其促肿瘤作用，并破坏了肠道屏障完整性，易位到肝脏。
14 研究者进一步探讨了肺炎克雷伯菌在HCC中的分子机制，发现肺炎克雷伯菌的表面蛋白PBP1B与HCC细胞上的TLR4结合并激活TLR4信号通路，从而促进HCC的发生发展。
图1.HCC 患者的胎儿微生物群在接受 DEN 治疗的无菌和 SPF 小鼠中促进 HCC。图2. 肝细胞癌（HCC）患者的粪便菌群会损害无菌小鼠（无论是否接受DEN处理）的肠道屏障功能，并促进细菌向肝脏易位。图3. 活菌，尤其是肺炎克雷伯菌，在肝细胞癌（HCC）患者的肿瘤组织中富集。图4. 肺炎克雷伯菌通过提高结肠巨噬细胞介导的MMP-2/-9活性引发肠道屏障功能障碍。图5. 肺炎克雷伯菌在无菌小鼠和SPF（特定病原体无）小鼠中均能促进癌前病变和肝细胞癌的发生。
图6. 肺炎克雷伯菌通过其表面蛋白PBP1B与肝细胞癌细胞上的TLR4结合并激活TLR4来促进肝细胞癌的发生。
结论与意义：
总之，该研究建立了HCC相关肠道菌群失调与肝癌发生之间的因果联系。HCC菌群失调破坏了肠道屏障功能，并通过肠 - 肝轴促进了活的、致病细菌的易位。确定了肺炎克雷伯菌是一种肠道病原体，它启动了肠道屏障功能障碍并易位到肝脏，在那里通过PBP1B - TLR4轴加剧了HCC的发展（补充图17）。针对肺炎克雷伯菌是一种HCC预防和治疗的策略。本研究中使用的DEN诱导的HCC小鼠模型并非完美的肿瘤模型，可能并不能很好地反映人类疾病。于君，1963年2月出生，中国香港人，肠胃道肿瘤专家，欧洲科学院外籍院士、中国医学科学院学部委员，香港中文大学医学院助理院长（内地事务）、消化疾病研究所所长、卓敏内科及药物治疗学讲座教授、消化疾病研究国家重点实验室主任，中山大学附属第一医院精准医学研究院名誉院长。于君于1994年取得同济医科大学医学博士学位（消化内科学）；1998年-2002年先后在德国德累斯顿大学和香港中文大学从事博士后研究工作；2003年-2005年在澳大利亚悉尼大学任高级研究员；2005年回到香港中文大学医学院，在内科及药物治疗学系从事研究工作；2019年获颁“全球肠道微生态研究十大科学家” ；2022年当选为中国医学科学院学部委员，同年获得中国工程院光华工程科技奖；2023年当选为欧洲科学院外籍院士。
