腸道菌群與骨質(zhì)疏松癥中西醫(yī)研究進(jìn)展

趙進(jìn)東 余嬋娟 陸瑞敏 張文錦 劉蒙蒙 張璐 尤良震 劉劍 舒儀瓊 方朝暉*

1.安徽中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院內(nèi)分泌科,安徽 合肥 2300312.安徽省中醫(yī)藥科學(xué)院中醫(yī)藥糖尿病防治研究所，安徽 合肥 2300123.新安醫(yī)學(xué)教育部重點實驗室，安徽 合肥 230038

近年來有研究[1-3]指出，特定的微生物可通過釋放小分子物質(zhì)、免疫系統(tǒng)、礦物質(zhì)吸收等幾個方面影響機(jī)體的健康狀態(tài)，腸道菌群在促進(jìn)骨健康、抑制骨鈣丟失等方面發(fā)揮了一定的調(diào)控作用?，F(xiàn)就近幾年中西醫(yī)有關(guān)腸道菌群與骨質(zhì)疏松癥相關(guān)的臨床與實驗研究作一綜述。

1 腸道菌群與骨質(zhì)疏松癥

腸道菌群是一個復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，人體腸道中定植著約1000余種微生物，由約3500余種細(xì)菌構(gòu)成[4]。腸道穩(wěn)態(tài)是腸道菌群與機(jī)體間建立的一個動態(tài)平衡，受外部環(huán)境、飲食結(jié)構(gòu)和機(jī)體生活方式等因素影響。骨質(zhì)疏松癥是一種以骨量減少、骨組織微結(jié)構(gòu)被破壞、骨脆性增加和易于骨折為特征的代謝性骨病，嚴(yán)重影響患者的生存質(zhì)量。王飆等[5]分別收集了7例骨質(zhì)疏松癥患者與健康對照組的糞便樣本,結(jié)果顯示骨質(zhì)疏松癥組和健康對照組的腸道菌群種類及數(shù)量相比具有顯著差異，如在骨質(zhì)疏松癥患者組中的酸桿菌門、芽單胞菌門、厭氧繩菌科、優(yōu)桿菌等腸道菌群所占比例明顯高于健康對照組。然而該研究的樣本量小，有待進(jìn)一步開展更大樣本量的臨床研究，以期更好的說明腸道菌群與骨質(zhì)疏松癥之間的關(guān)系。

Li 等[6]將10 周齡的雌性C57BL/6 L小鼠經(jīng)亮丙瑞林藥物干預(yù)10周，誘導(dǎo)雌激素缺乏，并將小鼠造為骨質(zhì)疏松癥模型，研究結(jié)果顯示無特定病原體和腸道菌定植小鼠中的促破骨細(xì)胞形成因子明顯高于無菌鼠，且骨小梁體積分?jǐn)?shù)值明顯低于無菌鼠。結(jié)論提示在無菌鼠中，雌激素缺乏不會誘發(fā)骨小梁稀疏、細(xì)小，在雌激素缺乏所誘導(dǎo)的骨丟失中，動態(tài)平衡的腸道細(xì)菌有利于促進(jìn)骨代謝。人體中的腸道菌群在新生兒、嬰幼兒、兒童、青年、中年、老年等不同年齡段的分布不同，當(dāng)處于絕經(jīng)后階段，女性腸道菌群的構(gòu)成會發(fā)生改變，從而對機(jī)體骨量的流失產(chǎn)生影響。因此，絕經(jīng)后女性腸道菌群的紊亂會明顯增加雌激素缺乏引起的骨量下降的風(fēng)險，導(dǎo)致骨質(zhì)疏松癥發(fā)生[7]。

有研究顯示經(jīng)亮丙瑞林干預(yù)的正常小鼠骨髓中腫瘤壞死因子α(TNF-α)+CD4+T細(xì)胞與TNF-α+CD8+T細(xì)胞明顯增加，而在缺乏腸道菌群的小鼠骨髓中則變化不明顯。這提示腸道菌群能通過調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)來應(yīng)答體內(nèi)雌激素缺乏[8]。TNF-α和白介素 1 阻滯治療可以降低早期絕經(jīng)后婦女骨吸收標(biāo)志物的水平[9]。賈小玥等[10]報道了CD4+T細(xì)胞和TNF-α等促進(jìn)破骨細(xì)胞生成因子是機(jī)體腸道菌介導(dǎo)絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥骨吸收的關(guān)鍵因素。Li 等[8]報道了缺乏腸道菌群的小鼠比正常小鼠的椎骨及股骨遠(yuǎn)端的松質(zhì)骨與皮質(zhì)骨體積均增高。Sjogren等[11]發(fā)現(xiàn)缺乏腸道菌群的小鼠股骨遠(yuǎn)端骨密度要比正常小鼠提高約40%，其作用機(jī)制可能是因為缺乏腸道菌群小鼠的破骨細(xì)胞較正常小鼠少，而成骨細(xì)胞數(shù)沒有太大差異，無菌小鼠的骨量增加是由于骨吸收速度減少和骨量丟失減少有關(guān)。提示腸道微生物通過對破骨細(xì)胞數(shù)量的調(diào)節(jié)影響機(jī)體的骨密度。并發(fā)現(xiàn)無菌小鼠骨骼中溶骨性細(xì)胞因子白介素 6和TNF-α的 mRNA 表達(dá)量顯著減少，推測無菌小鼠生成的破骨細(xì)胞減少極有可能是通過調(diào)節(jié)了免疫細(xì)胞、免疫分子等實現(xiàn)的[12]。

Hilmi等[13]的研究顯示炎性腸病能通過炎性因子促進(jìn)破骨細(xì)胞的活性，促進(jìn)破骨細(xì)胞分化成熟而導(dǎo)致骨量丟失增加，可見炎性腸病在骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生發(fā)展中的影響也較大[14]。另一方面炎性腸病患者，因小腸絨毛發(fā)揮吸收的功能被破壞，也成為導(dǎo)致骨質(zhì)疏松癥發(fā)生的危險因素[15]。

多年來，無論是在動物模型或人體，人們認(rèn)識到對骨質(zhì)的密度和強度的調(diào)節(jié)有可能是腸道中的微生物通過吸收鈣的關(guān)鍵骨鹽來實現(xiàn)的[3]。McCabe 等[16]將15周齡C57BL/6 L小鼠用羅伊氏乳桿菌灌胃4周，發(fā)現(xiàn)該益生菌可改善健康雄性小鼠股骨遠(yuǎn)端干骺區(qū)和腰椎的骨小梁形態(tài)參數(shù)，而對健康雌性小鼠影響不明顯，說明羅伊氏乳桿菌對機(jī)體骨的影響與雌激素有一定的關(guān)系。益生菌有可能是通過激活體內(nèi)雌激素的方式影響鈣磷的吸收代謝，從而對骨代謝發(fā)揮正性調(diào)節(jié)作用，防止骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生。而成年雌性機(jī)體內(nèi)雌激素相對充足，故羅伊氏乳桿菌對成年雌性機(jī)體的作用不敏感。Ohlsson等[17]研究結(jié)果顯示，腸道菌群可促進(jìn)骨鈣的形成和減少骨質(zhì)流失，從而促進(jìn)骨代謝。

雖然斑馬魚與哺乳動物的骨骼存在一定的差異，但是兩者之間關(guān)于骨骼發(fā)育方面的相關(guān)基因高度保守，進(jìn)而斑馬魚也作為骨骼研究的重要模型之一。將鼠李糖乳桿菌添加至正常斑馬魚微生物群落能夠刺激其胰島素樣生長因子，進(jìn)而使斑馬魚骨架鈣化加快[18]。

綜上所述，說明腸道菌群與骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生發(fā)展有著密切的聯(lián)系。

2 基于腸道菌群治療骨質(zhì)疏松癥的臨床研究

McCab等[16]研究發(fā)現(xiàn)，羅伊氏乳桿菌能夠有效抑制人單核細(xì)胞系TNF-α的產(chǎn)生，通過刺激免疫調(diào)節(jié)反應(yīng)從而減輕人類腸道炎癥的作用，有助于改善骨代謝功能。Whisner等[19]以青少年女性為臨床試驗的人群口服低聚半乳糖干預(yù)3周后，發(fā)現(xiàn)低聚半乳糖能夠使人體內(nèi)鈣的吸收增加及明顯提高人腸道菌群中的雙歧桿菌屬的比例。Abrams等[20]的研究結(jié)果顯示，在青少年階段口服菊粉型果聚糖1年，這組人群的骨密度比未攝入組高約50%。推測骨密度的增加可能是因為菊粉型果聚糖提高了機(jī)體對鈣的吸收。健康的青少年女性被隨機(jī)分為3組，分別服用劑量為0、10、20 g的可溶性玉米纖維4周，研究結(jié)果顯示服用可溶性玉米纖維兩組鈣的吸收顯著增加，且糞便微生物群落的多樣性有顯著差異。其中，副擬桿菌屬隨著可溶性玉米纖維劑量的增加而增加，且有統(tǒng)計學(xué)意義。并發(fā)現(xiàn)鈣的吸收與梭狀芽胞桿菌屬、未分化的梭菌屬成正相關(guān)[21]。

乳酸桿菌等組成的微生態(tài)制劑可對克羅恩病和潰瘍性結(jié)腸炎起到有效的治療作用[22-23]，同時研究結(jié)果[24]顯示此制劑可通過降低骨吸收，參與維持骨量和骨強度，從而預(yù)防炎癥性腸病合并骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生，可能是通過調(diào)節(jié)了乳桿菌和雙歧桿菌而起到保護(hù)作用。

中醫(yī)文獻(xiàn)將骨質(zhì)疏松癥歸為“骨痹”、“骨枯”等范疇。中醫(yī)藥防治骨質(zhì)疏松癥在臨床及實驗研究中均取得了一定的進(jìn)展。在骨質(zhì)疏松癥的臨床治療中，具有補肝腎、強筋骨作用的淫羊藿經(jīng)常會被應(yīng)用。從現(xiàn)代醫(yī)學(xué)角度觀察，淫羊藿可顯著升高I 型前膠原羧基末端前肽的水平，起到類雌激素的作用，從而影響骨代謝及骨改建。Wu等[25]的研究報道了人腸道細(xì)菌對淫羊藿苷的生物轉(zhuǎn)化，發(fā)現(xiàn)鏈球菌屬、腸球菌屬、布勞特氏菌屬與淫羊藿在體內(nèi)的代謝有關(guān)，這可能是淫羊藿通過發(fā)揮調(diào)節(jié)上述菌屬而實現(xiàn)防治骨質(zhì)疏松癥作用的靶點之一。此外，對于腸道菌群調(diào)控骨質(zhì)疏松癥的研究可能是未來糞便類藏藥復(fù)方制劑(如十味黑冰片散、十味鷲糞散)的臨床療效評價及作用機(jī)制探究的新思路[26]。

3 基于腸道菌群治療骨質(zhì)疏松癥的實驗研究

Britton等[24]將 12周齡Balb/c小鼠分為假手術(shù)對照組和卵巢切除術(shù)組，兩組均給予羅伊氏乳桿菌治療4周，研究結(jié)果顯示羅伊氏乳桿菌可阻止卵巢切除術(shù)組小鼠股骨和椎骨骨松質(zhì)的吸收，其骨小梁體積分?jǐn)?shù)值和假手術(shù)對照組相近，且骨小梁的厚度、數(shù)量間隙有改善。將乳酸乳球菌滅活后灌胃給衰老的小鼠模型1個月，發(fā)現(xiàn)小鼠骨質(zhì)疏松癥的發(fā)展進(jìn)程明顯加快[27]。Britton等[24]研究發(fā)現(xiàn)瑞特乳酸菌能減少因卵巢切除導(dǎo)致雌激素下降所引起的骨質(zhì)疏松癥小鼠的海綿骨骨密度下降，接受瑞特乳酸菌治療的小鼠破骨細(xì)胞的骨吸收標(biāo)志物和活化劑以及破骨細(xì)胞明顯降低。同時可以抑制骨髓CD4+T淋巴細(xì)胞的增加?？梢姡鹛厝樗峋梢酝ㄟ^直接或間接的方式抑制破骨細(xì)胞形成，實現(xiàn)骨質(zhì)疏松癥的干預(yù)，是一種減少絕經(jīng)后骨量丟失的簡單、經(jīng)濟(jì)且有效的方法。

給去卵巢小鼠喂食低聚果糖和菊粉能夠增加小鼠血漿和骨中鈣的含量，同時骨鈣素也升高。電子顯微鏡下顯示低聚果糖和菊粉能夠減輕骨量丟失，證明了補充低聚果糖和菊粉能夠預(yù)防骨量丟失并改善骨骼形成[28]。菊粉不僅能增加雄性Wistar大鼠的鈣吸收，還能顯著增加全身骨礦物質(zhì)含量及全身骨密度[29]。雄性Wistar大鼠喂食低聚果糖與正常對照組相比，能夠增加鈣和鎂的吸收，且大鼠股骨頸干骺端的骨小梁體積和骨量也顯著增加，骨表面每個區(qū)域中的礦物質(zhì)濃度(Ca，P和Mg)也同時增加[30]。Weave 等[31]發(fā)現(xiàn)，低聚半乳糖能夠增加腸道中雙歧桿菌的比例并提高大鼠骨量。胃切除后，因鈣吸收不良可誘發(fā)骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生。Shiga等[32]用低聚果糖或二果糖酐III干預(yù)全胃切除的雄性大鼠28 d，結(jié)果顯示鈣吸收增加，作為骨吸收標(biāo)志物的尿脫氧吡啶啉受到了抑制。說明低聚果糖或二果糖酐III能減少胃切除術(shù)后的骨量丟失，從而預(yù)防骨質(zhì)疏松癥的發(fā)生。

Sadeghi等[33]研究將雛雞隨機(jī)分為正常對照組及感染腸炎沙門氏菌組，喂食枯草芽孢桿菌，在21 d時發(fā)現(xiàn)枯草芽孢桿菌可以使由腸炎沙門氏菌感染導(dǎo)致的雛雞脛骨鈣含量及骨中灰分含量增加。但隨著喂食時間的延長，到42 d時這種作用表現(xiàn)的不是很明顯，具體原因還不是很清楚。

黃月等[34]研究發(fā)現(xiàn)糖皮質(zhì)性骨質(zhì)疏松癥模型大鼠經(jīng)骨疏丹干預(yù)后，其尿液中的 N2-琥珀酰-L-鳥氨酸、苯酚硫酸鹽、甲酚硫酸鹽、馬尿酸等指標(biāo)得到了顯著改善，這些指標(biāo)均為腸道菌群代謝物，說明骨疏丹能改善骨質(zhì)疏松癥大鼠體內(nèi)的腸道菌群代謝，從而發(fā)揮治療骨質(zhì)疏松癥的目的?；谘C醫(yī)學(xué)的研究顯示，仙靈骨葆膠囊用于預(yù)防和治療骨質(zhì)疏松癥的安全性和有效性是確切的。口服仙靈骨葆膠囊后其多組分在腸道菌群的作用下，發(fā)生了糖苷類化合物(包括異戊烯基黃酮醇苷、香豆素苷、環(huán)烯醚萜苷和皂苷)的脫糖基代謝，引起結(jié)構(gòu)的改變，形成具有新活性的成分，并使雙歧桿菌、乳酸桿菌和嗜熱鏈球菌數(shù)目顯著增多，這是其治療骨質(zhì)疏松癥的作用機(jī)制之一[35]。

4 展望

越來越多的實驗與臨床研究表明，機(jī)體腸道菌群的動態(tài)平衡所發(fā)揮的功能與骨質(zhì)疏松癥的關(guān)系密切，相關(guān)作用機(jī)制也在不斷地研究中被闡釋說明，主要是通過直接或間接的作用影響機(jī)體破骨細(xì)胞的生成，發(fā)揮對骨量的調(diào)控作用。對于改善腸道菌群的生物制劑在有關(guān)骨質(zhì)疏松癥的臨床與實驗治療中，其有效性、安全性等得到了肯定，將為骨質(zhì)疏松癥的防治提供新的作用靶點。但腸道菌群與骨質(zhì)疏松癥的相關(guān)研究還處于早期階段，該領(lǐng)域仍有許多未知點需要大量研究以進(jìn)一步詮釋，如對有關(guān)腸道菌群介導(dǎo)機(jī)體的免疫細(xì)胞、炎癥因子、代謝產(chǎn)物等相關(guān)的基因、信號傳導(dǎo)不是很清楚。雖然腸道菌群對骨代謝具有一定的調(diào)節(jié)作用，仍不確定在機(jī)體生長的何種階段進(jìn)行干預(yù)所取得的效果為最佳。目前尚無大樣本、多中心的有關(guān)骨質(zhì)疏松癥患者腸道菌群多樣性的信息分析。還需進(jìn)一步深入研究，才能為骨質(zhì)疏松癥與腸道菌群之間的關(guān)系提供更多理論及實驗依據(jù)。

中醫(yī)藥作為我國具有獨特優(yōu)勢的醫(yī)療資源，在防治骨質(zhì)疏松癥領(lǐng)域有其理論依據(jù)與臨床經(jīng)驗。大量研究顯示[36-37]，中醫(yī)藥具有輔助有益菌生長，抑制有害菌的雙向調(diào)節(jié)作用，從而促進(jìn)紊亂的腸道菌群復(fù)歸于動態(tài)平衡。因體質(zhì)或其他影響因素，導(dǎo)致腸道菌群在不同的個體中差異明顯。中藥有效成分的生物利用度在不同人群中也有差異，這就需要找出對中藥具有特異性的菌屬，從而提高臨床療效。然而，基于腸道菌群開展中醫(yī)藥防治骨質(zhì)疏松癥的研究尚少，期待加強多學(xué)科合作，以便為該研究方向提供新的相關(guān)證據(jù)。