肠道菌群失衡竟成肝癌“帮凶”？Nature子刊：肺炎克雷伯菌是“致癌黑手”！

如何有效遏制肝细胞癌的高复发率和有限的治疗选择？当前的治疗手段存在诸多局限性，难以解决根本。最近，一项研究探讨了肠道菌群失衡与肝癌之间的关系，有望为临床带来新的治疗策略和潜在靶点。

01▼肠道菌群失衡与肝癌：一个未解之谜，肺炎克雷伯菌或成关键推手

肝细胞癌（HCC）病理生理机制复杂，涉及多阶段的肝脏病变，包括炎症、纤维化、肝硬化及最终的恶性转化。目前常用的治疗方法如手术切除、肝移植和局部区域治疗等均存在局限性，例如手术切除和肝移植受限于供体器官的短缺和高复发率，而局部区域治疗如经动脉化疗栓塞（TACE）在某些患者中可能因肝功能不全或合并症而无法实施。此外，系统性治疗在晚期HCC中的疗效有限，且常伴随严重副作用。

肠道与肝脏之间通过肠-肝轴进行双向交流，这一轴在维持肝脏稳态中发挥着至关重要的作用。肠道微生物群通过产生代谢产物和免疫调节因子，影响肝脏的炎症反应和纤维化过程。当肠道菌群失调时，有害菌的增加可能导致肠道屏障功能受损，促进细菌及其产物移位至肝脏，进而加剧肝脏炎症和纤维化，最终促进HCC的发展。尽管已有研究揭示了肠道菌群与HCC之间的关联，但具体的分子机制尚未明确。

2025年1月，香港中文大学于君教授团队在Nature Microbiology杂志发表了一篇题为“Gut–liver translocation of pathogen Klebsiella pneumoniae promotes hepatocellular carcinoma in mice”的研究，通过系统地研究肠道微生物群在HCC中的作用，特别是探讨特定病原体如肺炎克雷伯菌（K. pneumoniae）如何通过肠-肝轴促进HCC的发展，不仅揭示了肠道菌群失衡与HCC之间的直接联系，还详细探讨了特定病原体在HCC发展中的作用机制。

02▼从肠道到肝脏：病原菌移位的探索之旅，精心设计的实验揭开真相

本研究是一项系统性实验，旨在探究肠道菌群失衡在肝细胞癌（HCC）发生中的作用及其潜在机制。研究者从HCC患者和健康志愿者中收集粪便样本，通过粪菌移植（FMT）技术将这些样本移植到无菌小鼠和特定病原体自由（SPF）小鼠中，以评估肠道菌群对肝脏病理变化的影响。将实验动物分为HCC-FMT组、健康供体FMT组和空白对照组，每组小鼠均接受或不接受致癌物二乙基亚硝胺（DEN）处理，以模拟HCC的发生过程。主要评价指标包括小鼠肝脏病理学变化、肠道屏障功能、细菌移位情况以及肝脏中细菌的定植情况。次要评价指标则涉及炎症反应、纤维化程度和肿瘤相关基因表达等。

03▼肠道菌群失衡引发肝癌：肺炎克雷伯菌的“罪证”确凿，关键数据揭示其致癌机制

肠道屏障功能受损与细菌移位

研究结果显示，HCC-FMT小鼠的肠道屏障功能显著受损，经DEN处理和无DEN处理的HCC-FMT小鼠肠道通透性均显著增加（P均＜0.005）。透射电子显微镜（TEM）观察显示，HCC-FMT小鼠结肠细胞间的紧密连接消失，黏附连接增宽，导致肠道屏障功能受损。此外，HCC-FMT小鼠结肠黏液层厚度减少，紧密连接蛋白（如CLD3、CLD1和E-cadherin）表达下调，进一步加剧了细菌向肠黏膜固有层和肌层的浸润（图1）。

图1 HCC-FMT组小鼠结肠细胞间紧密连接消失，黏附连接增宽

这些变化导致HCC-FMT小鼠肝脏中活细菌的检出率显著增加，几乎所有的HCC-FMT小鼠肝脏样本在厌氧和需氧培养中均呈阳性，而HD-FMT组和PBS组则大多为阴性（P＜0.0001）。荧光原位杂交（FISH）检测也证实了这一结果，HCC-FMT小鼠肝脏中细菌检出率显著高于其他组（图2）。

图2 HCC-FMT组小鼠肝脏中活细菌的检出率显著增加

肺炎克雷伯菌的富集与致癌作用

通过对HCC-FMT小鼠肝脏组织的细菌培养和16S rRNA测序，研究发现K. pneumoniae是HCC-FMT组肝脏中富集最多的细菌，其次是Enterococcus faecalis、Proteus mirabilis等。此外，HCC-FMT小鼠肝脏中K. pneumoniae的数量显著高于HD-FMT组和PBS组（P＜0.0001）。进一步的单菌定植实验表明，K. pneumoniae单菌定植小鼠（GF/KP）的肝脏病理学变化与HCC-FMT小鼠相似，表现为肝脏炎症、纤维化和异型增生。其中，GF/KP小鼠肝脏中K. pneumoniae的检出率为80%，而GF/EC（大肠杆菌）小鼠和PBS组均为0%（P＜0.0001，图3）。这些结果表明，K. pneumoniae在HCC-FMT小鼠肝脏中的富集与其致癌作用密切相关。

注：c. 16S rRNA测序显示K. pneumoniae在HCC患者肝脏中的富集；d. 绝对定量qPCR显示K. pneumoniae的数量增加。

图3 HCC患者肝脏组织中活细菌的富集，特别是K. pneumoniae

K. pneumoniae的分子机制

通过扫描电子显微镜（SEM）和TEM观察，发现K. pneumoniae能够附着在HCC细胞表面，细胞附着实验也证实了这一结果。此外，研究发现K. pneumoniae的热处理上清液（KPCM）对HCC细胞的增殖无显著影响，但与HCC细胞共培养的K. pneumoniae能够促进HCC细胞的增殖和克隆形成。

进一步的分子机制研究发现，K. pneumoniae的表面蛋白PBP1B能够与HCC细胞上的TLR4结合，激活TLR4信号通路，从而促进HCC细胞的增殖和致癌信号的激活（图4）。数据显示，PBP1B与TLR4的结合亲和力为0.269 nM，且PBP1B能够显著增加TLR4、MyD88、p-P65和PCNA的蛋白表达水平（P＜0.0001）。TLR4抑制剂（TLR4-IN-C34）能够阻断PBP1B诱导的HCC细胞增殖（P＜0.0001），表明TLR4是K. pneumoniae促进HCC的关键靶点。

注：e. GST拉下实验，显示PBP1B与TLR4的结合；f. 表面等离子共振（SPR）实验，显示PBP1B与TLR4的结合亲和力；g. 分子对接分析，显示PBP1B与TLR4的结合位点。

图4 K. pneumoniae通过其表面蛋白PBP1B与TLR4结合并激活TLR4信号通路，促进HCC

  K. pneumoniae的致癌作用验证为了进一步验证K. pneumoniae的致癌作用，研究者进行了K. pneumoniae单菌定植实验。结果显示，K. pneumoniae单菌定植小鼠（GF/KP）的肝脏病理学变化与HCC-FMT小鼠相似，表现为肝脏炎症、纤维化和异型增生。具体数据表明，GF/KP小鼠肝脏中K. pneumoniae的检出率为80%，而GF/EC（大肠杆菌）小鼠和PBS组均为0%（P＜0.0001）。此外，GF/KP小鼠的肝脏中检测到显著的炎症细胞浸润和纤维化标志物表达增加。这些结果进一步证实了K. pneumoniae在HCC中的致癌作用。

04▼总结

本研究通过系统的实验设计和多组学分析，揭示了肠道菌群失衡在肝细胞癌发生中的重要作用，特别是肺炎克雷伯菌的促癌机制。这一发现不仅为理解肠道菌群与HCC的关系提供了新的视角，还为未来的治疗策略提供了新的靶点。展望未来，基于肠道菌群的干预措施，如益生菌疗法或特定病原菌的靶向治疗，可能为HCC的预防和治疗提供新的途径。同时，深入研究肠道菌群与HCC的分子机制，有望开发出更有效的诊断标志物和治疗手段。

参考文献

WANG X, FANG Y, LIANG W, et al. Gut-liver translocation of pathogen Klebsiella pneumoniae promotes hepatocellular carcinoma in mice[J]. Nat Microbiol, 2025, 10(1):169-184. DOI: 10.1038/s41564-024-01890-9.

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