上尿路尿路上皮癌（Upper Tract Urothelial Carcinoma, UTUC）是一种起源于肾盂和输尿管上皮的高度恶性肿瘤，占所有尿路上皮癌的5%-10%。中国人群的UTUC流行病学特征与西方显著不同，可能与接触含马兜铃酸的草药或食物有关，具有地理特异性。尽管根治性肾输尿管切除术是主要治疗手段，但术后3年和5年生存率分别仅为75.6%和60.2%，约16%的患者经历膀胱癌复发，表明现有诊断和治疗策略亟需突破。
近年来，人体微生物组（Human Microbiota, HM）研宄为癌症发病机制和治疗提供了新视角。肠道微生物通过代谢物（如短链脂肪酸）、免疫调节（如T细胞分化）和炎症反应调节（如NF-κB通路）等机制影响化疗药物（如铂类）和免疫疗法（如CpG寡核苷酸）的疗效。在泌尿系统肿瘤领域，微生物组的作用逐渐受到关注。一些膀胱癌相关研宄表明，患者尿菌中Acinetobacter spp.和Bacillus spp.的丰度显著升高，而健康人群则以Serratia spp.和Proteus spp.为主。然而，关于肾盂癌的微生物组研宄仍存在空白，仅少数论文推测尿菌可能通过以下途径参与UTUC发展：马兜铃酸代谢激活（如肠道菌介导的马兜铃酸I→马兜铃酸-内酰胺-DNA加合物形成）；慢性炎症驱动（如菌群失调导致TLR4/MyD88信号通路持续激活）；免疫微环境重塑（如菌群代谢物影响PD-1/PD-L1轴表达）。本文旨在系统综述UTUC微生物组的最新研宄进展。健康人群的肾盂输尿管微生物组以共生菌为主，典型菌属包括Lactobacillus（乳酸杆菌）：通过分泌乳酸和过氧化氢（H2O2）维持局部酸性环境并抑制病原体定植。其S层蛋白（如SlpA/SlpB）可增强与上皮细胞的粘附，并通过激活PPAR-γ通路抑制炎症反应。Streptococcus（链球菌）：部分菌株可通过竞争性抑制病原体粘附位点维持生态平衡。Corynebacterium（棒状杆菌）：通过调节Toll样受体（TLR）信号通路促进免疫耐受，如抑制IL-1β和TNF-α的过度释放。这些共生菌通过代谢物（如短链脂肪酸）和免疫调节（如增强Treg细胞活性）维持局部免疫稳态。尿微生物组与上尿路具有解剖连续性，但肾盂微生物多样性显著低于膀胱，且形成与膀胱微生物组差异的条件主要包括：尿流率：肾盂尿流较快限制微生物定植，而膀胱尿滞留时间较长有利于菌群增殖；pH波动：肾盂尿pH受肾小管重吸收影响较大，可能抑制部分菌群生长；代谢环境：膀胱尿中较高浓度的葡萄糖和尿素为Lactobacillus等共生菌提供生长底物。常见富集菌属包括Escherichia coli（大肠杆菌）：其亚型可产生Shiga毒素（Stx），毒素产生菌株（如STEC）通过Stx2亚型切割宿主细胞核糖体28S RNA，抑制蛋白质合成并诱导凋亡，导致肾小管上皮损伤。粘附因子模式：LEE致病岛编码的intimin蛋白介导细菌与宿主细胞紧密粘附，促进炎症反应。Enterococcus faecalis（粪肠球菌）：通过甘油磷酸氧化酶（GPO）产生活性氧（ROS），激活NF-κB通路上调IL-8和TNF-α表达，诱导氧化应激；Esp蛋白促进生物膜形成，增强抗生素耐药性和持续感染。Klebsiella pneumoniae（肺炎克雷伯菌）：释放脂多糖（LPS）通过TLR4激活巨噬细胞，分泌IL-6和IL-1β，抑制NLRP3炎性体导致慢性炎症；分泌蛋白酶降解紧密连接蛋白（如occludin），增加跨细胞 permeability，破坏上皮屏障。某些环境菌群缺失可能导致UTUC发生。例如，共生菌Lactobacillus crispatus丰度降低与屏障功能受损相关，其缺失导致H2O2和乳酸分泌减少，局部pH升高促进病原菌（如E. coli）增殖；S层蛋白（SlpB）缺失损害粘附，减弱对上皮细胞的保护作用。促肿瘤相关菌属增加：膀胱癌患者尿菌中Acinetobacter、Anaerococcus和Sphingobacterium丰度显著升高；链球菌属在某些尿路上皮癌患者中显著富集，可能与肿瘤发生相关；Fusobacterium spp.（如具核梭杆菌）被推测为潜在促肿瘤病原体，可能通过调节肿瘤免疫微环境促进癌症进展。保护性菌属减少：膀胱癌患者Serratia、Proteus和Roseomonas丰度降低，可能具有肿瘤抑制作用。微生物组通过多维机制驱动UTUC发展，涉及基因毒性损伤、免疫调节失衡和代谢重编程等关键生物过程。3.1.1 大肠杆菌分泌colibactin诱导DNA双链断裂
携带pks基因岛的colibactin产生型大肠杆菌（pks+ E. coli）通过其基因毒素colibactin直接攻击宿主DNA。colibactin含两个环丙烷弹头结构，与DNA形成烷化加合物，导致DNA链间交联（ICLs）。这种交联在DNA复制过程中触发双链断裂（DSBs），激活p53依赖性DNA损伤反应（DDR），持续损伤导致p53突变和基因组不稳定性。动物实验显示，感染pks+ E. coli的小鼠结肠上皮中检测到特定腺嘌呤-colibactin加合物，交联水平与肿瘤进展呈正相关。此外，colibactin通过抑制DNA修复蛋白FANCD2活性使修复缺陷加剧，导致突变积累。亚硝胺（如NNK、NNAL）经细胞色素P450代谢活化生成烷基重氮离子，与DNA碱基（如鸟嘌呤）共价结合形成加合物，如O6-甲基鸟嘌呤。此类损伤导致错配修复失败和尿路上皮细胞点突变，尤其引起RAS等癌基因激活。同时，慢性尿路感染患者尿中亚硝胺水平升高，其代谢物通过优先烷化线粒体DNA导致氧化应激和线粒体功能障碍，进一步促进尿路上皮恶性转化。微生物组通过代谢物、免疫调节分子和与宿主免疫系统相互作用显著影响UTUC免疫微环境。B7-H4（B7同源物4）过表达是B7家族重要免疫抑制分子，在UTUC中高表达，通过抑制效应T细胞功能促进肿瘤免疫逃逸。研宄发现B7-H4通过UTUC肿瘤微环境中的糖酵解代谢重编程增强免疫抑制信号，导致CD8+ T细胞功能耗竭。B7-H4表达与UTUC临床分期和不良预后显著相关，提示其作为潜在治疗靶点的价值。PD-1/PD-L1轴的双向调节：微生物代谢物如短链脂肪酸（SCFAs）和次级胆汁酸可通过调节树突状细胞（DC）功能间接影响PD-L1表达。例如，双歧杆菌通过降低肿瘤微环境胆固醇水平减少肿瘤细胞表面PD-L1表达，从而增强CD8+ T细胞抗肿瘤活性。然而，某些微生物代谢物（如色氨酸分解产物）可能通过激活AhR受体上调PD-L1，创建免疫抑制环境。尿菌通过代谢物（如吲哚-3-丙酸，IPA）调节免疫检查点表达。IPA上调Tcf7基因并增强CD8+ T细胞浸润，提高PD-1/PD-L1抑制剂疗效。此外，UTUC中高FGFR3表达的肿瘤常呈现“免疫冷”微环境，对免疫检查点抑制剂（ICIs）反应较差，而低FGFR3表达但CD8+ T细胞丰富的患者对ICIs更敏感，这可能与微生物组驱动的免疫激活相关。色氨酸代谢与AhR通路激活：肠道微生物将色氨酸代谢为犬尿氨酸等产物，通过激活芳香烃受体（AhR）抑制CD8+ T细胞增殖并促进调节性T细胞（Tregs）分化。AhR信号还诱导IDO1（吲哚胺2,3-双加氧酶1）表达，加剧色氨酸耗竭，创建免疫抑制微环境。在UTUC中，IDO1高表达与Foxp3+ Treg浸润增加和患者不良预后相关。胆汁酸与NKT细胞调节：肠道微生物将初级胆汁酸转化为次级胆汁酸（如脱氧胆酸），通过抑制肝窦内皮细胞CXCL16表达减少CXCR6+自然杀伤T细胞（NKT）招募，削弱肝脏和局部肿瘤的免疫监视功能。胆汁酸代谢异常可能与UTUC患者肿瘤肝转移风险升高相关。短链脂肪酸（SCFAs）的双重角色：SCFAs（如丁酸、丙酸）通过抑制组蛋白去乙酰化酶（HDAC）调节T细胞分化：一方面促进Treg分化维持免疫耐受，另一方面增强CD8+ T细胞记忆功能。在UTUC中，SCFAs浓度梯度可能决定免疫微环境极化方向。T细胞亚群调节：一方面，微生物代谢物（如犬尿氨酸）通过AhR信号通路诱导CD8+ T细胞耗竭，同时上调TIM-3、LAG-3等抑制受体表达；另一方面，SCFAs和AhR配体促进Treg分化，抑制抗肿瘤免疫反应。UTUC患者肿瘤组织中Treg比率升高与PD-1抑制剂耐药相关。巨噬细胞极化与NK细胞功能：微生物来源的脂多糖（LPS）通过TLR4/NF-κB通路诱导M2型巨噬细胞极化，分泌IL-10和TGF-β，促进肿瘤血管生成和免疫抑制。双歧杆菌通过增加肠道通透性促进NK细胞浸润肿瘤组织，增强细胞毒性。然而，UTUC中B7-H4高表达也可能抑制NK细胞激活。
三级淋巴结构（TLS）动态：转移灶中CD3+和CD8+ T细胞浸润增加及TLS形成与免疫疗法反应相关。微生物组可能通过调节趋化因子（如CXCL13）促进TLS形成，但具体机制仍需进一步验证。微生物组通过代谢重编程影响UTUC的机制涉及多层级代谢调节，包括直接调节肿瘤细胞能量代谢、通过代谢物重塑肿瘤微环境、表观遗传修饰和宿主免疫调节。糖酵解和乳酸代谢增强：肿瘤细胞普遍存在“Warburg效应”，即优先通过糖酵解而非氧化磷酸化供能。微生物组通过以下途径加剧这一代谢特征：乳酸生产和利用：某些共生菌（如肠道或尿路乳酸杆菌）和病原菌（如具核梭杆菌）通过糖酵解产生乳酸，直接为肿瘤细胞提供能量底物；微生物代谢物（如丁酸盐）可诱导肿瘤细胞中乳酸 dehydrogenase（LDH）和α-羟丁酸 dehydrogenase（α-HBDH）表达，促进乳酸生产和代谢循环。α-HBDH调节在代谢重编程中起作用：α-HBDH是LDH同工酶之一，其水平升高与UTUC患者不良预后显著相关。该酶可能通过催化α-酮丁酸转化为α-羟丁酸，促进肿瘤细胞在缺氧环境中的适应性代谢过程，同时释放乳酸进一步酸化微环境，促进侵袭和免疫逃逸。微生物代谢物在肿瘤进展中显示双向角色，取决于浓度、菌群组成和宿主环境。具体而言，短链脂肪酸（SCFAs）如丁酸盐可抑制组蛋白去乙酰化酶（HDACs），在许多情境中发挥抗炎和抗肿瘤作用；然而在高浓度或特定条件下，丁酸盐也可能激活NF-κB等促炎通路，潜在促进肿瘤进展。多胺：某些细菌（如脆弱拟杆菌）产生的多胺（如亚精胺）可能激活mTOR通路，促进肿瘤细胞增殖过程。硫化氢（H2S）：硫酸盐还原菌产生的H2S通过诱导DNA损伤和抑制线粒体呼吸链促进基因组不稳定性，进一步影响代谢重编程。临床研宄发现UTUC患者血清α-HBDH水平升高与肿瘤分期（TNM）、病理分级和淋巴结转移显著相关（P<0.05），是独立预后因素（HR=1.36-2.04），表明α-HBDH水平可能具有明确相关性。机制可能包括微生物-宿主代谢互作：肠道或尿路病原菌（如E. coli）通过诱导局部炎症反应激活STAT3通路，上调LDH/α-HBDH表达促进乳酸积累和肿瘤细胞侵袭；代谢物反馈调节过程：高乳酸环境进一步富集耐酸菌（如乳酸杆菌），形成正反馈循环，持续驱动糖酵解和α-HBDH活性，进而影响代谢重编程过程、肿瘤分期（TNM）、病理分级和淋巴结转移。上尿路尿路上皮癌（UTUC）是一种高侵袭性肿瘤，早期诊断困难，复发率高且预后差，现有非侵入性诊断方法（如尿细胞学）敏感性不足。近年来，人体微生物组研宄为UTUC诊断治疗提供了新方向，包括尿微生物标记物（如E. coli特异性基因簇）与循环肿瘤DNA（ctDNA）检测结合增强诊断敏感性，以及肠道菌群多样性指数（如Simpson指数）与化疗反应率和复发风险关联。尿微生物标记物在UTUC诊断中的潜在价值：E. coli特异性基因簇的生物功能相关价值。例如，E. coli的f9鞭毛基因簇（如f9A、f9G）在低温（20°C）促进生物膜形成，其粘附蛋白对Galb1-3GlcNAc糖基化具有特异性，可能通过粘附尿路上皮细胞参与UTUC。此外，其S菌毛（sfa）和F1C菌毛（foc）基因簇在致病性E. coli中高度保守，可能通过介导细菌定植和免疫逃逸影响UTUC进展。诊断方面，检测尿中E. coli特异性基因簇表达水平可识别与UTUC相关的致病菌感染，从而辅助诊断。例如，f9基因簇检测可与尿DNA测序技术结合，提高对UTUC相关感染的敏感性。ctDNA检测技术的突破在UTUC诊断过程中也具有价值。例如基因突变和甲基化标记：UTUC患者尿ctDNA中检测到TERT启动子突变（如C228T、C250T）和FGFR3突变（如S249C）的比例分别为39.3%和16.1%，与尿细胞学检测结合可将敏感性提高至78.6%，特异性提高至96%。因此，尿微生物标记物（如E. coli基因簇）与ctDNA联合应用可从多维度捕获肿瘤和微生物组信息，为疾病诊断和预后提供一定价值。人体微生物组在UTUC预后中也具有价值，可作为预后标志物评估疾病预后和疗效。肠道菌群多样性指数（Simpson指数）与化疗反应率方面：高肠道菌群多样性（高Simpson指数）与化疗反应率正相关。例如，高多样性患者中特定菌群（如Limosum真杆菌）丰度增加可能通过调节免疫反应（如增强TH17细胞活性）提高环磷酰胺等化疗药物疗效。作用机制是肠道菌群通过代谢物（如短链脂肪酸）调节肿瘤微环境并增强药物渗透性；同时某些菌株（如Limosum双歧杆菌）可通过激活树突状细胞和CD8+ T细胞促进免疫检查点抑制剂疗效。低细菌多样性（低Simpson指数）可能与UTUC复发风险相关。低Simpson指数（低菌群多样性）患者术后复发风险显著更高。UTUC术后复发患者肠道菌群中致病菌（如Escherichia-Shigella）丰度增加，益生菌（如Bifidobacterium）丰度减少。一项脓毒症休克患者研宄显示低Shannon多样性指数（<3.0）与死亡率升高相关（OR=2.04），表明菌群失衡可能通过慢性炎症促进肿瘤复发。在UTUC中，低多样性患者5年生存率显著低于高多样性患者（44.07% vs. 81.82%），提示低Simpson指数可能与UTUC复发风险相关。抗生素靶向治疗：colibactin产生型E. coli（pks+ E. coli）通过其基因毒素colibactin诱导DNA损伤，形成DNA链间交联（ICLs）和双链断裂（DSBs）。此类损伤触发同源重组修复（HR）机制，导致肿瘤细胞对奥沙利铂等铂类药物耐药。铂类药物本身通过形成DNA加合物发挥细胞毒性，增强的HR修复可能降低其疗效。此外，colibactin诱导的氧化应激和脂代谢异常可能进一步促进肿瘤微环境免疫抑制和化疗耐药。例如，在结直肠癌模型中，清除colibactin产生型E. coli减少DNA损伤修复相关基因（如ATM、FANCD2）激活，从而恢复对铂类药物敏感性。在UTUC中，仍需开发针对pks+ E. coli的选择性抗生素或噬菌体疗法，避免广谱抗生素破坏共生菌群；同时需要开发耐药性监测治疗策略，因为长期使用抗生素可能加速耐药菌进化，需要动态监测联合微生物组。益生菌干预：Lactobacillus reuteri（罗伊氏乳杆菌）在恢复Th1/Th2平衡中的免疫调节作用不容忽视。L. reuteri通过分泌代谢物（如短链脂肪酸、维生素B12）和调节树突状细胞功能促进Th1型细胞因子（IFN-γ、IL-12）分泌并抑制Th2型细胞因子（IL-4、IL-10），从而逆转肿瘤微环境中的Th2偏倚，在免疫稳态中起调节作用。它还分泌抗菌物质，其产生的reuterin（广谱抗菌剂）可抑制致病菌定植，对菌群结构产生重塑作用。动物模型中发现补充L. reuter可显著增加CD8+ T细胞浸润和IFN-γ水平，从而抑制肿瘤生长。然而，益生菌干预治疗仍存在一些挑战，不同益生菌菌株间存在特异性差异，不同L. reuteri菌株的免疫调节作用不同，需要筛选高活性菌株以进一步提高疗效。UTUC诊断的金标准仍是术中和术后专业病理诊断。抗生素干预可能导致病原体耐药和破坏人体自身菌群。因此，必须承认抗生素干预等措施会影响人体微生物菌群。 consequently，应保持对抗生素使用与人体微生物菌群关系的全面和整体评估。上尿路样本获取困难，UTUC样本中微生物丰度极低，第二代测序（NGS）易受污染影响结果分析。同时，现有研宄多局限于细菌菌群组成分析，缺乏代谢组学与转录组学的整合。此外，因果机制仍未知，菌群变化是癌症驱动因素还是伴随现象仍需进一步验证。UTUC研宄存在一定局限性：首先，UTUC低发病率使大规模队列研宄更难开展；其次，存在很大异质性干扰，不同病因（如吸烟等）引起的UTUC可能伴随不同的菌群间特征。液相色谱-质谱（LC-MS）分析发现UTUC患者尿中代谢物（如色氨酸衍生物）与健康人群和膀胱癌患者显著不同，这使得UTUC不同于其他尿路上皮癌。目前缺乏大规模试验验证基于微生物组的生物标志物或工程益生菌在尿路上皮癌中的应用，因此这一挑战仍需在未来研宄中验证和确认。临床转化方面，UTUC诊断标志物的开发同时具有价值。基因突变和甲基化方面：尿DNA中TERT启动子突变、FGFR3突变和NRN1基因甲基化被证实为UTUC潜在标志物，联合检测敏感性94%，特异性93%。血清中miR-664a-3p和miR-423-5p等miRNAs可区分UTUC患者与健康对照，AUC值超过0.8，被认为具有良好的诊断能力。未来，可推动跨种族多中心研宄，纳入亚洲、欧洲和美国等不同人群，并结合饮食、抗生素使用和遗传背景（如Lynch综合征）进行分层分析，以明确微生物组的种族特异性。可进一步开发多组学整合模型，结合微生物组、代谢组和基因组数据构建UTUC早期诊断和预后预测模型。例如，基于肠道菌群的随机森林模型在胰腺癌研宄中AUC为0.97，提示在UTUC中类似策略的可行性。同时，构建UTUC动物和体外模型在UTUC研宄中变得重要。肠道菌群代谢产生的吲哚衍生物（如硫酸吲哚酚）通过激活芳香烃受体（AhR）促进肾盂微环境炎症反应和氧化应激，对UTUC进展产生一定影响。需要进一步深入探索双向肠-肾轴调节，研宄肠道菌群代谢物如何通过循环系统影响肾盂免疫微环境，并筛选关键调节节点作为治疗靶点。可开发双功能益生菌，如同时表达抗癌分子（如免疫检查点抑制剂）和降解尿毒素的酶，或使用CRISPR技术精确编辑致癌细菌的毒力基因。为更好验证UTUC中提出的微生物组驱动机制，建立疾病特异性实验系统至关重要。3D生物打印泌尿系统癌症模型的最新进展为肿瘤-微生物组互作的更生理相关研宄提供了新机会。此外，免疫疗法进展，特别是过继细胞转移策略，为检查点阻断通路（如PD-1/PD-L1和B7-H4）提供了机制见解，这些通路在微生物组调节的免疫抑制背景下被广泛讨论。同样，缺乏纵向和多组学研宄；难以确定微生物组变化的因果关系；缺乏UTUC特异性线粒体或类器官模型，这些应成为微生物组和临床疾病研宄的关注和解决重点。UTUC发病机制与微生物组密切相关，机制涉及多种生物过程。致病菌介导的基因毒性：colibactin产生型E. coli通过诱导DNA双链断裂和烷化损伤导致基因组不稳定性；亚硝胺代谢物通过线粒体功能障碍促进恶性转化。免疫微环境失衡：微生物代谢物（如犬尿氨酸、次级胆汁酸）通过AhR通路和免疫检查点调节抑制CD8+ T细胞功能并促进Treg分化，创建免疫抑制微环境；B7-H4过表达进一步加剧免疫逃逸。代谢重编程方面：微生物组通过增强糖酵解、乳酸积累和α-HBDH活性驱动肿瘤细胞代谢适应，并与临床分期和不良预后相关。诊断治疗方面，尿微生物标记物与ctDNA联合检测可增强UTUC早期诊断的敏感性和特异性；肠道菌群多样性指数和特定菌属（如Bifidobacterium）丰度为UTUC预后评估和化疗疗效提供了新方向。然而，当前研宄面临样本量不足、因果机制未知和多种技术限制等挑战。未来需要通过多中心队列研宄、多组学整合（如微生物组-代谢组-基因组）、肠-肾轴双向调节关系和靶向干预策略（如益生菌疗法、CRISPR编辑致病菌）深入探索机制，进一步推动临床转化。人体微生物组研宄为UTUC精准诊断和治疗开辟了新思路，但其临床应用仍需进一步验证和优化。
