膀胱癌是泌尿系统的常见恶性肿瘤，我国的膀胱癌发病率和病死率一直处于较高水平。过去人们普遍认为膀胱是无菌环境，但目前已发现膀胱中存在共生的微生物，并且尿液中微生物和其代谢产物可能参与多种泌尿系统疾病如膀胱癌的发生和发展。同时，微生物及其成分制品如卡介苗在治疗膀胱癌方面也占有重要地位。该文就尿路微生物与膀胱癌的发生、发展和治疗的相关研究进展进行综述，旨在为膀胱癌的早诊早治、防控及预后评估提供新思路。
引用本文： 李登雄, 白云金, 唐寅, 韩平. 尿路微生物与膀胱癌的相关性研究进展. 华西医学, 2021, 36(7): 986-989. doi: 10.7507/1002-0179.201908051 复制
膀胱癌是临床上最为常见的泌尿系统恶性肿瘤之一，具有易复发和易进展的特点。膀胱癌居中国男性泌尿生殖系统恶性肿瘤发病率第 2 位和恶性肿瘤发病率第 7 位[1]。膀胱一直被认为是无菌器官，但是近年来，随着 16S 核糖体 DNA 高通量测序以及增强量化尿液培养技术的广泛应用，越来越多的证据表明，正常人的膀胱内也存在常驻微生物[2-3]。尿路微生物的种类和数量的改变及其代谢产物都可能与膀胱癌的发生、复发以及进展相关，并且尿路微生物可能作为区分高危膀胱癌患者的标志之一[4-6]。同时，微生物及其成分制品如卡介苗，通过改变尿路微生物内环境以及人体免疫状态，可达到治疗膀胱癌的目的[7]。卡介苗通过诱发膀胱壁的炎症和肉芽肿形成（包括巨噬细胞的聚集）、启动天然免疫应答以及随后激活有效的辅助性 T 细胞 1 细胞免疫应答，治疗高危非肌层浸润性膀胱癌[8]。本文就膀胱癌的发生、发展及其治疗与尿路微生物相关性的研究现状及进展作一综述，以期为膀胱癌的早诊早治、防控以及预后评估提供新思路。
1 尿路微生物与膀胱癌的发生和发展
研究显示，通过影响人体局部及系统免疫，胃肠道内菌群对人体肿瘤的形成和发展有很重要的作用[9]，而尿路微生物群也可能在调节膀胱炎症反应、微生物代谢产物的基因毒性和致癌性、膀胱癌的形成中发挥作用。目前膀胱血吸虫病、炎症和膀胱癌风险之间的关系已经得到广泛认同，特别是慢性血吸虫膀胱感染与膀胱鳞状细胞癌的发展之间[10-11]。有趣的是，研究人员发现尿路微生物群可能会影响血吸虫病引起的膀胱癌，Adebayo 等[12]研究了 70 例受试者的尿样，发现一些细菌如梭杆菌、鞘氨酸杆菌和肠球菌能将泌尿系统血吸虫病引起的膀胱病变与单独的泌尿系统血吸虫病感染和健康者区分开来。此外，膀胱内能够介导 N-亚硝胺产生的菌群也被认为有助于血吸虫病诱发膀胱癌[13-14]。Xu 等[15]通过对比 8 例膀胱癌患者和 6 例健康对照者尿液的菌群，发现膀胱癌患者的链球菌属丰度更高，认为链球菌属可能与膀胱癌的发生相关。Bučević Popović等[16]的研究比较了 12 例膀胱癌患者和 11 例健康对照者的尿液菌群，结果显示在菌群多样性和菌群组成方面没有显著差异；然而，在数量方面，膀胱癌组中与结直肠癌相关的梭杆菌属明显更多，另一项研究也得到了类似结果[17]。此外，Bučević Popović等[16]还同时分析了 42 个膀胱癌组织的菌群特征，在 11 个组织标本中发现梭杆菌属的核酸片段，这进一步说明了梭杆菌属在膀胱癌的发生中起重要作用。两项分别来自匈牙利和意大利的研究同样比较了患者的尿液和癌组织标本的菌群特征，发现尿液标本与肿瘤组织标本的菌群特征不存在差异，提示尿液菌群可以很好地代表肿瘤组织的细菌环境[18-19]。张桂豪等[20]收集了 26 例男性非肌层浸润性膀胱癌患者和 18 例健康男性对照者的清洁中段尿进行测序对比，结果显示肿瘤组尿液菌群丰度明显高于对照组，其中红色杆菌属、鞘酯杆菌属、不动杆菌属、气单胞菌属和芽孢杆菌属的相对丰度明显高于对照组。之后的研究对比了 31 例膀胱癌患者（包括 26 例非肌层浸润性膀胱癌患者和 5 例肌层浸润性膀胱癌患者）与对照组 18 例健康者的尿液微生物，同样发现前者的细菌丰度比后者多，同时前者尿液标本中厌氧球菌属、不动杆菌属、红色杆菌属、肉杆菌属、芽孢杆菌属丰度明显比后者多；更重要的是，根据欧洲癌症研究与治疗组织的评分系统[21]，在分析不同危险度膀胱癌的菌群差异时，发现复发高危组尿液中 6 种菌属（草螺菌、孪生球菌属、拟杆菌属、紫杆菌属、粪杆菌属、气单胞菌属）和进展高危组尿液中 4 种菌属（草螺菌属、紫杆菌属、粪杆菌属、栖大理石菌属）的丰度分别较复发低危组和进展低危组显著增高，表明这些菌群可能作为风险分层的潜在生物标志物[22]。而另一项研究也显示，在非肌层浸润性膀胱癌患者中，复发组与无复发组的菌属丰度存在显著差异，其中复发组的芽孢杆菌属丰度相比无复发组明显升高[5]。Oresta 等[23]报道膀胱癌患者中韦荣球菌属和棒状杆菌属的丰度显著增加，瘤胃球菌属的丰度明显减少，且随着膀胱癌病理分期的上升，韦荣球菌属和棒状杆菌属的丰度进一步上升，而瘤胃球菌属的丰度进一步减少。此外，还有实验显示厌氧球菌可诱导细胞外基质的炎症和重塑[24]。因此，有研究者提出了细胞外基质、微生物群和炎症相互作用可能在膀胱癌的发生和预后中起关键作用[25]。
然而，尽管近几年的研究均发现膀胱癌患者与正常人尿液菌群存在明显差异[5, 15-17]，但是各个研究之间却存在分歧。如 Xu 等[15]的研究显示，链球菌属在膀胱癌组明显升高，但部分研究者却发现梭杆菌属在膀胱癌组明显增多[16-17]。Bučević Popović等[16]报道称在菌群多样性和菌群群组成方面，膀胱癌组和对照组相比没有显著差异，然而这一结果却与后续 2 项研究结果不一致[5, 17]。这些试验结果的差异可能是多方面因素导致的：首先，由于取样方法的局限性，为了减少有创和侵入性操作，试验尿液的收集多使用采集清洁中段尿的方法，此方法收集的尿液易被污染[26]，可能导致数据偏差；其次，男女之间的尿菌群组成是不同的，最近一项研究通过对膀胱癌患者和健康者的尿液和配对膀胱组织进行了分析，明确了尿液和膀胱组织中不同性别的微生物群差异[19]。
2 尿路微生物与膀胱癌的治疗
尿路微生物不仅与膀胱癌的发生和发展有关，还与膀胱癌的治疗也密不可分。卡介苗作为一种治疗高危非肌层浸润性膀胱癌的重要手段，在膀胱癌治疗中的应用早已超过了 40 年的历史，其显著改善了非肌层浸润性膀胱癌患者的预后。然而，卡介苗治疗对一部分膀胱癌患者无效。因此，预测膀胱癌患者的卡介苗治疗效果对于选择用药和预测预后至关重要[27]。在最近的一项研究中，研究人员检测了 31 例接受卡介苗治疗患者的尿液微生物特征，结果显示，在复发的患者中，变形杆菌的丰度明显更高，乳酸菌的丰度低于未复发患者[28]，提示对于卡介苗治疗是否应答，尿路微生物或许可能作为一种新的预测指标。
除了卡介苗以外，研究人员也在不断寻找新的治疗方案。鼠李糖乳酸杆菌 GG 型菌株是乳酸杆菌属的一种细菌，Seow 等[29]的研究中，研究者向健康大鼠膀胱内灌注鼠李糖乳酸杆菌 GG 型菌株，另一实验组灌注卡介苗，分析显示，鼠李糖乳酸杆菌 GG 型菌株可短暂提高 γ 干扰素诱导蛋白-10、白细胞介素-16、Fcε 受体和白细胞介素 1-受体 2 等趋化因子的表达，同时还能够像卡介苗一样在膀胱和引流淋巴结聚集自然杀伤细胞。在下一步的实验中，Seow 等[30]对种植有膀胱癌的实验小鼠采用卡介苗膀胱灌注和口服鼠李糖乳酸杆菌 GG 型菌株进行治疗，结果显示，鼠李糖乳酸杆菌 GG 型菌株能将淋巴细胞趋化因子 1 上调到健康膀胱的水平，并且能在肿瘤部位聚集大量的中性粒细胞和巨噬细胞，对比卡介苗 77% 的治愈率，鼠李糖乳酸杆菌 GG 型菌株的治愈率达到了 89%，而未行任何治疗组的治愈率仅 20%。尽管实验还未到达临床阶段，但鼠李糖乳酸杆菌 GG 型菌株的发现为寻找新的膀胱癌治疗方法以及认识细菌与膀胱癌的关系提供了重要的参考。
3 小结与展望
综上所述，随着各种新技术和新方法的不断出现，以往的观念正在被打破，即使曾经被认为是无菌的泌尿系统，也被发现存在常驻微生物。研究已显示膀胱癌与尿路微生物之间存在密切关联[4]。然而，就目前而言，膀胱癌及尿路微生物之间的具体相关性机制尚未完全清楚，样本获取的方法尚未规范化和标准化，试验的质量也有待提高，未来仍需要进行更规范、更高质量的基础和临床研究来确定这些特定尿路微生物的作用及其作为新兴生物标志物开发的潜力，以期提供研究微生物相关预防措施及膀胱癌治疗方法的新思路。
膀胱癌是临床上最为常见的泌尿系统恶性肿瘤之一，具有易复发和易进展的特点。膀胱癌居中国男性泌尿生殖系统恶性肿瘤发病率第 2 位和恶性肿瘤发病率第 7 位[1]。膀胱一直被认为是无菌器官，但是近年来，随着 16S 核糖体 DNA 高通量测序以及增强量化尿液培养技术的广泛应用，越来越多的证据表明，正常人的膀胱内也存在常驻微生物[2-3]。尿路微生物的种类和数量的改变及其代谢产物都可能与膀胱癌的发生、复发以及进展相关，并且尿路微生物可能作为区分高危膀胱癌患者的标志之一[4-6]。同时，微生物及其成分制品如卡介苗，通过改变尿路微生物内环境以及人体免疫状态，可达到治疗膀胱癌的目的[7]。卡介苗通过诱发膀胱壁的炎症和肉芽肿形成（包括巨噬细胞的聚集）、启动天然免疫应答以及随后激活有效的辅助性 T 细胞 1 细胞免疫应答，治疗高危非肌层浸润性膀胱癌[8]。本文就膀胱癌的发生、发展及其治疗与尿路微生物相关性的研究现状及进展作一综述，以期为膀胱癌的早诊早治、防控以及预后评估提供新思路。
1 尿路微生物与膀胱癌的发生和发展
研究显示，通过影响人体局部及系统免疫，胃肠道内菌群对人体肿瘤的形成和发展有很重要的作用[9]，而尿路微生物群也可能在调节膀胱炎症反应、微生物代谢产物的基因毒性和致癌性、膀胱癌的形成中发挥作用。目前膀胱血吸虫病、炎症和膀胱癌风险之间的关系已经得到广泛认同，特别是慢性血吸虫膀胱感染与膀胱鳞状细胞癌的发展之间[10-11]。有趣的是，研究人员发现尿路微生物群可能会影响血吸虫病引起的膀胱癌，Adebayo 等[12]研究了 70 例受试者的尿样，发现一些细菌如梭杆菌、鞘氨酸杆菌和肠球菌能将泌尿系统血吸虫病引起的膀胱病变与单独的泌尿系统血吸虫病感染和健康者区分开来。此外，膀胱内能够介导 N-亚硝胺产生的菌群也被认为有助于血吸虫病诱发膀胱癌[13-14]。Xu 等[15]通过对比 8 例膀胱癌患者和 6 例健康对照者尿液的菌群，发现膀胱癌患者的链球菌属丰度更高，认为链球菌属可能与膀胱癌的发生相关。Bučević Popović等[16]的研究比较了 12 例膀胱癌患者和 11 例健康对照者的尿液菌群，结果显示在菌群多样性和菌群组成方面没有显著差异；然而，在数量方面，膀胱癌组中与结直肠癌相关的梭杆菌属明显更多，另一项研究也得到了类似结果[17]。此外，Bučević Popović等[16]还同时分析了 42 个膀胱癌组织的菌群特征，在 11 个组织标本中发现梭杆菌属的核酸片段，这进一步说明了梭杆菌属在膀胱癌的发生中起重要作用。两项分别来自匈牙利和意大利的研究同样比较了患者的尿液和癌组织标本的菌群特征，发现尿液标本与肿瘤组织标本的菌群特征不存在差异，提示尿液菌群可以很好地代表肿瘤组织的细菌环境[18-19]。张桂豪等[20]收集了 26 例男性非肌层浸润性膀胱癌患者和 18 例健康男性对照者的清洁中段尿进行测序对比，结果显示肿瘤组尿液菌群丰度明显高于对照组，其中红色杆菌属、鞘酯杆菌属、不动杆菌属、气单胞菌属和芽孢杆菌属的相对丰度明显高于对照组。之后的研究对比了 31 例膀胱癌患者（包括 26 例非肌层浸润性膀胱癌患者和 5 例肌层浸润性膀胱癌患者）与对照组 18 例健康者的尿液微生物，同样发现前者的细菌丰度比后者多，同时前者尿液标本中厌氧球菌属、不动杆菌属、红色杆菌属、肉杆菌属、芽孢杆菌属丰度明显比后者多；更重要的是，根据欧洲癌症研究与治疗组织的评分系统[21]，在分析不同危险度膀胱癌的菌群差异时，发现复发高危组尿液中 6 种菌属（草螺菌、孪生球菌属、拟杆菌属、紫杆菌属、粪杆菌属、气单胞菌属）和进展高危组尿液中 4 种菌属（草螺菌属、紫杆菌属、粪杆菌属、栖大理石菌属）的丰度分别较复发低危组和进展低危组显著增高，表明这些菌群可能作为风险分层的潜在生物标志物[22]。而另一项研究也显示，在非肌层浸润性膀胱癌患者中，复发组与无复发组的菌属丰度存在显著差异，其中复发组的芽孢杆菌属丰度相比无复发组明显升高[5]。Oresta 等[23]报道膀胱癌患者中韦荣球菌属和棒状杆菌属的丰度显著增加，瘤胃球菌属的丰度明显减少，且随着膀胱癌病理分期的上升，韦荣球菌属和棒状杆菌属的丰度进一步上升，而瘤胃球菌属的丰度进一步减少。此外，还有实验显示厌氧球菌可诱导细胞外基质的炎症和重塑[24]。因此，有研究者提出了细胞外基质、微生物群和炎症相互作用可能在膀胱癌的发生和预后中起关键作用[25]。
然而，尽管近几年的研究均发现膀胱癌患者与正常人尿液菌群存在明显差异[5, 15-17]，但是各个研究之间却存在分歧。如 Xu 等[15]的研究显示，链球菌属在膀胱癌组明显升高，但部分研究者却发现梭杆菌属在膀胱癌组明显增多[16-17]。Bučević Popović等[16]报道称在菌群多样性和菌群群组成方面，膀胱癌组和对照组相比没有显著差异，然而这一结果却与后续 2 项研究结果不一致[5, 17]。这些试验结果的差异可能是多方面因素导致的：首先，由于取样方法的局限性，为了减少有创和侵入性操作，试验尿液的收集多使用采集清洁中段尿的方法，此方法收集的尿液易被污染[26]，可能导致数据偏差；其次，男女之间的尿菌群组成是不同的，最近一项研究通过对膀胱癌患者和健康者的尿液和配对膀胱组织进行了分析，明确了尿液和膀胱组织中不同性别的微生物群差异[19]。
2 尿路微生物与膀胱癌的治疗
尿路微生物不仅与膀胱癌的发生和发展有关，还与膀胱癌的治疗也密不可分。卡介苗作为一种治疗高危非肌层浸润性膀胱癌的重要手段，在膀胱癌治疗中的应用早已超过了 40 年的历史，其显著改善了非肌层浸润性膀胱癌患者的预后。然而，卡介苗治疗对一部分膀胱癌患者无效。因此，预测膀胱癌患者的卡介苗治疗效果对于选择用药和预测预后至关重要[27]。在最近的一项研究中，研究人员检测了 31 例接受卡介苗治疗患者的尿液微生物特征，结果显示，在复发的患者中，变形杆菌的丰度明显更高，乳酸菌的丰度低于未复发患者[28]，提示对于卡介苗治疗是否应答，尿路微生物或许可能作为一种新的预测指标。
除了卡介苗以外，研究人员也在不断寻找新的治疗方案。鼠李糖乳酸杆菌 GG 型菌株是乳酸杆菌属的一种细菌，Seow 等[29]的研究中，研究者向健康大鼠膀胱内灌注鼠李糖乳酸杆菌 GG 型菌株，另一实验组灌注卡介苗，分析显示，鼠李糖乳酸杆菌 GG 型菌株可短暂提高 γ 干扰素诱导蛋白-10、白细胞介素-16、Fcε 受体和白细胞介素 1-受体 2 等趋化因子的表达，同时还能够像卡介苗一样在膀胱和引流淋巴结聚集自然杀伤细胞。在下一步的实验中，Seow 等[30]对种植有膀胱癌的实验小鼠采用卡介苗膀胱灌注和口服鼠李糖乳酸杆菌 GG 型菌株进行治疗，结果显示，鼠李糖乳酸杆菌 GG 型菌株能将淋巴细胞趋化因子 1 上调到健康膀胱的水平，并且能在肿瘤部位聚集大量的中性粒细胞和巨噬细胞，对比卡介苗 77% 的治愈率，鼠李糖乳酸杆菌 GG 型菌株的治愈率达到了 89%，而未行任何治疗组的治愈率仅 20%。尽管实验还未到达临床阶段，但鼠李糖乳酸杆菌 GG 型菌株的发现为寻找新的膀胱癌治疗方法以及认识细菌与膀胱癌的关系提供了重要的参考。
3 小结与展望
综上所述，随着各种新技术和新方法的不断出现，以往的观念正在被打破，即使曾经被认为是无菌的泌尿系统，也被发现存在常驻微生物。研究已显示膀胱癌与尿路微生物之间存在密切关联[4]。然而，就目前而言，膀胱癌及尿路微生物之间的具体相关性机制尚未完全清楚，样本获取的方法尚未规范化和标准化，试验的质量也有待提高，未来仍需要进行更规范、更高质量的基础和临床研究来确定这些特定尿路微生物的作用及其作为新兴生物标志物开发的潜力，以期提供研究微生物相关预防措施及膀胱癌治疗方法的新思路。