腸道微生態(tài)在克羅恩病發(fā)病中的作用以及治療前景

樓儷泓　曾　悅　王興鵬*

上海交通大學附屬第一人民醫(yī)院國際醫(yī)療保健中心1(200080)　消化科2

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腸道微生態(tài)在克羅恩病發(fā)病中的作用以及治療前景

樓儷泓1曾悅2王興鵬2*

上海交通大學附屬第一人民醫(yī)院國際醫(yī)療保健中心1(200080)消化科2

摘要克羅恩病(CD)的致病因素和發(fā)病機制至今尚未完全闡明，目前普遍認為其由遺傳因素、免疫功能紊亂、腸道屏障功能障礙和腸道微生態(tài)改變等多因素所致。腸道微生態(tài)與CD發(fā)病的關系日益受到關注。多項證據(jù)表明CD患者存在腸道微生態(tài)改變，腸道微生態(tài)改變與CD發(fā)生相關，調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)對CD有治療作用。本文就腸道微生態(tài)與CD發(fā)病的關系以及治療前景作一綜述。

關鍵詞腸道微生態(tài)；腸道菌群；炎癥性腸病；Crohn病；治療

Role and Therapeutic Prospect of Intestinal Microecology in Crohn’s Disease

LOULihong1,ZENGYue2,WANGXingpeng2.1InternationalMedicalCareCenter,2DepartmentofGastroenterology,ShanghaiGeneralHospital,ShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai(200080)

Correspondence to: WANG Xingpeng, Email: richardwangxp@163.com

AbstractThe etiology and pathogenesis of Crohn’s disease (CD) are not fully clear, and genetic susceptibility, immunologic disorder, intestinal barrier dysfunction and intestinal microecology are considered to be involved in the pathogenic mechanism of CD. In recent years, the relationship between intestinal microecology and CD has received much attention. Several studies confirmed that the intestinal microecology in CD patients was different from that in normal person. The change of intestinal microecology was correlated with the occurrence of CD, and modulation of intestinal flora was effective in the treatment of CD. This article reviewed the relationship between intestinal microecology and CD and the therapeutic prospect of intestinal microecology for the treatment of CD.

Key wordsIntestinal Microecology;Intestinal Bacterial Flora;Inflammatory Bowel Disease;Crohn Disease;Therapy

炎癥性腸病(inflammatory bowel disease, IBD)是一種慢性消化道炎癥性疾病，主要包括潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis, UC)和克羅恩病(Crohn’s disease, CD)。IBD的病因和發(fā)病機制尚未明確，目前普遍認為其由遺傳因素、免疫功能紊亂、腸道屏障功能障礙和腸道微生態(tài)改變等多因素所致[1]。腸道微生態(tài)研究腸道正常微生物群的結(jié)構(gòu)、功能及其與宿主相互依賴和相互制約的關系，目前腸道微生態(tài)與IBD尤其是CD的關系日益受到重視。疾病時腸道微生態(tài)與宿主之間的平衡關系被打破，恢復腸道微生態(tài)的穩(wěn)定可能成為治療CD的重要方向之一。本文就腸道微生態(tài)在CD發(fā)病中的作用以及治療前景作一綜述。

一、腸道微生態(tài)的構(gòu)成、功能和影響因素

腸道微生態(tài)由腸道菌群、腸黏膜上皮和腸黏膜免疫系統(tǒng)等組成，其中腸道菌群發(fā)揮最重要的作用，而腸黏膜上皮間的緊密連接、上皮細胞分泌的黏液以及腸黏膜免疫系統(tǒng)協(xié)同構(gòu)成腸道黏膜屏障。人體胃腸道中的微生物總量超過1014，包括細菌、古細菌、真核生物、噬菌體和病毒[2]，其中細菌占99%以上，約1 000~1 150種[3]，以厚壁菌門和擬桿菌門最為常見，超過細菌總數(shù)的90%。

腸道內(nèi)大量的共生菌在調(diào)節(jié)人體代謝、免疫和生長發(fā)育過程中起重要作用。①消化和吸收：腸道菌群為宿主提供了多條生化代謝通路，能發(fā)酵不被小腸吸收的食物殘渣，為宿主和微生物本身提供能量和營養(yǎng)物質(zhì)。厚壁菌門如梭菌和雙歧桿菌分解食用纖維產(chǎn)生丁酸等短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids, SCFAs)，為腸道上皮細胞提供能量[4]。無纖維飲食和無菌環(huán)境下，SCFAs產(chǎn)生減少，導致腸道營養(yǎng)不良和腸道萎縮。②宿主免疫功能和腸道上皮屏障功能：小鼠模型證實無菌導致多種免疫發(fā)育缺陷，腸道菌群定植的時間節(jié)點對保護宿主免疫細胞群的發(fā)展有至關重要的作用[5]。腸道固有細菌和SCFAs還可影響腸道黏膜免疫與腸道菌群的交互作用，具有調(diào)節(jié)結(jié)腸內(nèi)T細胞的數(shù)量和功能、維持腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的作用[6]。③腸道微生態(tài)影響機體能量代謝，并具有一定的可傳遞性。肥胖人群和遺傳性肥胖小鼠中厚壁菌和擬桿菌增加，將肥胖小鼠的腸道菌群移植至無菌小鼠后，后者體質(zhì)量增加[7]。

影響腸道微生態(tài)的因素包括環(huán)境因素和遺傳因素。近期研究發(fā)現(xiàn)CD易感基因Nod2缺失小鼠的腸道菌群組成異常[8]；在葡聚糖硫酸鈉(DSS)誘導的結(jié)腸炎模型中，Nod2缺失小鼠的腸道菌群改變與腸道炎癥嚴重程度呈平行關系[9]；Nod2和ATG16L1變異者柔嫩梭菌減少而大腸桿菌增加，從而證實了遺傳基因?qū)δc道菌群的影響[10]。由此可見，腸道微生態(tài)可決定宿主的表型，反之宿主基因型亦影響腸道菌群組成。同時，飲食、藥物、宿主免疫狀態(tài)、心理情緒變化以及腸道生理的變化也可影響腸道微生態(tài)。

二、CD腸道微生態(tài)的變化

隨著DNA測序和數(shù)據(jù)分析技術(shù)的迅猛發(fā)展，對IBD腸道微生態(tài)的研究從對單一菌種的個體研究轉(zhuǎn)變?yōu)閷旱娜后w研究。IBD尤其是CD發(fā)生初期就存在腸道菌群失調(diào)現(xiàn)象，以厚壁菌減少和變形菌增加為代表[10]。CD患者糞便微生物的α多樣性即物種豐度減少[11]，炎癥組織中腸道菌群總體負荷量明顯減少，以厚壁菌減少最為顯著[12]，腸道優(yōu)勢菌群的穩(wěn)定性減弱。甚至有研究建議可使用直腸黏膜腸道微生態(tài)的變化來早期診斷CD[13]。

腸道微生態(tài)的改變，包括菌群組成和功能的改變均與CD密切相關。CD中腸道微生物α多樣性降低，擬桿菌和厚壁菌門減少，變形菌增多，大腸桿菌尤其是黏附侵襲性大腸桿菌在CD患者回腸活檢組織中被分離出來，梭狀芽孢桿菌、瘤胃菌(Ruminococcaceae)、雙歧桿菌和乳桿菌和柔嫩梭菌減少；SCFAs如丁酸鹽、丁酸甲酯和丙酸代謝減少，氨基酸合成減少，營養(yǎng)缺陷、氨基酸轉(zhuǎn)運、硫酸鹽轉(zhuǎn)運、氧化應激、毒素分泌和Ⅱ型分泌系統(tǒng)增加[14]。

由于目前研究多采用16S rRNA基因表達譜測序技術(shù)，故大量非細菌微生物數(shù)據(jù)被忽略，然而這些非細菌微生物如真菌、病毒、古細菌和噬菌體在胃腸道疾病的發(fā)生中起有重要作用。真菌與IBD包括CD密切相關，CD中真菌的多樣性增加[15]。腸道病毒組在CD患者中豐度增加，菌群的豐度和多樣性減少無法解釋病毒組的這一變化，病毒組的變化可能引起腸道炎癥和菌群變化[16]。但非細菌微生物與CD的關系仍有待于進一步深入研究。

三、腸道微生態(tài)改變與CD發(fā)生相關

CD的發(fā)病部位多位于與細菌接觸最多的腸道，使用廣譜抗菌藥物可改善腸道炎癥。免疫缺陷的結(jié)腸炎動物模型在無菌環(huán)境下不會發(fā)生腸道炎癥，但如重新恢復腸道菌群則可能出現(xiàn)腸道炎癥[17]。CD時，致病菌和條件致病菌相對增多，活動期患者腸道共生菌數(shù)量減少至正常的1/10，尤其是硬壁菌和擬桿菌。腸道炎癥改善與大腸桿菌/志賀桿菌的減少相關。有研究指出，耶爾森菌、普拉梭菌和假單胞菌與CD的發(fā)展有關[18]，難辨梭菌、彎曲桿菌、腺病毒、輪狀病毒和支原體與CD的復發(fā)有一定關系。鳥分枝桿菌亞種副結(jié)核桿菌(Mycobacterilumaviumsubspecies paratuberculosis, MAP)一直以來被懷疑為CD的致病菌，但依據(jù)不足。雖然CD患者體內(nèi)MAP相關的T細胞數(shù)量明顯高于UC患者，從患者體內(nèi)分離提取T細胞后可與MAP發(fā)生強烈反應。但MAP本就存在于人類食物鏈中，抗菌藥物清除MAP仍不能使CD完全緩解。真菌在CD發(fā)病中的重要性尚未明確，血清釀酒酵母菌抗體為真菌在CD發(fā)病中的作用提供了一個支持點。

保護性菌群減少導致CD發(fā)展，細菌與腸黏膜組成有一定規(guī)律的菌膜屏障結(jié)構(gòu)，能阻止病原微生物過度生長，限制其黏附于腸黏膜。擬桿菌和梭菌具有誘導Treg細胞擴散減輕腸道炎癥的作用[19]。部分腸道細菌可通過調(diào)節(jié)NF-κB減少腸黏膜炎癥，瘤胃菌、考拉桿菌和羅氏菌等產(chǎn)生的SCFAs具有誘導Treg細胞擴散的作用[19-20]，但CD患者上述細菌明顯減少。

目前研究認為腸道微生態(tài)可能通過以下一種或多種途徑參與了CD的發(fā)病：①菌群失調(diào)使腸道內(nèi)致病菌增多，致病菌分泌的腸毒素使腸黏膜通透性增高，分泌的免疫抑制性蛋白可致黏膜免疫失調(diào)，增多的致病菌還可直接侵襲、損傷腸上皮細胞，破壞腸黏膜屏障。②腸黏膜屏障功能缺陷，通透性增高，使腸腔內(nèi)的抗原、內(nèi)毒素等促炎物質(zhì)進入腸黏膜固有層，誘發(fā)異常免疫反應。腸黏膜通透性增高還可致腸道細菌及其產(chǎn)物易位，細菌產(chǎn)物進入腸肝循環(huán)，進一步損傷腸黏膜屏障。③腸道免疫功能異常，腸黏膜免疫系統(tǒng)對已發(fā)生變化的腸道菌群不能耐受。④腸道正常細菌的種類、數(shù)量和功能發(fā)生改變，影響腸上皮細胞能量代謝，導致上皮細胞受損，誘發(fā)腸道炎癥反應。⑤某種特異性致病菌感染。

四、調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)在CD治療中的作用

1. 益生菌(probiotics)：微生態(tài)制劑已成為治療IBD的一個新方向。益生菌包括乳桿菌、雙歧桿菌、其他產(chǎn)乳酸的細菌如乳球菌、鏈球菌，以及芽孢桿菌、擬桿菌、腸球菌、柔嫩梭菌和鮑氏酵母菌等非細菌性微生物。益生菌制劑的原料常源自人體，無致病性，能抵抗胃酸和腸道內(nèi)消化酶的作用。益生菌能黏附于腸黏膜表面，通過抑制細菌黏附、易位或產(chǎn)生抗菌物質(zhì)以拮抗致病菌，具有調(diào)節(jié)免疫應答、下調(diào)異常免疫反應、糾正菌群失調(diào)、穩(wěn)定腸黏膜屏障與上皮間的緊密連接以恢復黏膜屏障、改善黏膜通透性、抑制促炎因子表達等作用。然而，目前尚缺乏充足證據(jù)證明益生菌可誘導CD緩解或?qū)D活動有治療效果[21]。值得一提的是，所有得出益生菌無法預防CD復發(fā)的研究中均包含乳桿菌，而宣稱有效的實驗中均無乳桿菌參與。推測僅包含乳桿菌的益生菌無法減低CD復發(fā)風險。

2. 益生元(prebiotics)和合生元(synbiotics)：益生元包括不易消化的短鏈碳水化合物如低聚果糖、低聚半乳糖或更復雜的糖類化合物。益生菌與益生元的結(jié)合物稱為合生元。共生菌可分解代謝益生元從而降低腸腔pH值并將益生元轉(zhuǎn)變?yōu)镾CFAs[22]。體外研究和動物模型證實益生元可促進有益菌群的生長和代謝，但益生元對CD療效的臨床研究非常少、樣本小且缺乏統(tǒng)一的結(jié)果[23-24]。目前尚無關于益生元和益生菌治療CD的安全性研究，有待進一步深入探討，包括劑量反應性研究、設置研究變量如機體特性(年齡、性別、生活方式和依從性)、危險因素和疾病累及范圍等。

3. 抗菌藥物：抗菌藥物在CD并發(fā)癥如腹腔內(nèi)膿腫、肛周膿腫和瘺管的治療中起重要作用。目前缺乏廣譜抗菌藥物對活動性CD療效的評估試驗。利福昔明可減少CD治療的失敗率但不促進CD緩解，克拉霉素、利福布丁和氯法齊明治療僅能增加短期緩解率[25]。

4. 糞菌移植(fecal microbiota transplantation, FMT)：FMT即將健康個體的糞便懸液注入結(jié)腸疾病患者腸道內(nèi)。健康個體的糞便主要含雙歧桿菌、類桿菌、乳酸桿菌、腸桿菌、腸球菌，以雙歧桿菌、類桿菌和乳酸桿菌為主。多項研究表明FMT在難辨梭菌感染的治療中有效，現(xiàn)已逐漸應用于IBD的治療。1988年，首次將FMT應用于UC患者，最終取得了臨床和組織學的痊愈[26]。FMT對CD患者的療效目前正在多項臨床研究中開展，已發(fā)表的研究主要為個案報道、隊列研究和meta分析，報道總數(shù)約38例，集中于難治性和活動性CD，隨訪時間1~12個月。經(jīng)FMT治療后共8例無改善，6例改善但未緩解，其余24例臨床緩解[27-31]。FMT是近年才開展的新興治療方案，使用較局限，其作用機制、安全性和有效性還有待闡明。雖然該法簡便，但研究CD腸道微生態(tài)治療的最終目的是選擇出可腸內(nèi)給藥的細菌組成，并闡述腸道微生態(tài)對腸黏膜免疫發(fā)展的作用，以及不同細菌的不同作用，制備不同功用的腸道微生物混合劑治療包括CD在內(nèi)的IBD和其他疾病。

五、腸道微生態(tài)和CD的研究方向

未來需進一步深入研究CD的遺傳學、免疫反應和腸道微生態(tài)等。由于人體微生態(tài)的復雜性，各因素相互關聯(lián)，對CD的發(fā)病原理、微生物和微生物代謝機制以及功能的研究數(shù)據(jù)有限，需多層面地對腸道微生態(tài)和CD進行系統(tǒng)研究，包括人體微生物群落和腸道微生態(tài)與機體免疫系統(tǒng)的相互作用關系的研究。腸道微生態(tài)和CD的研究可能會進入多組學研究，以全面論述宿主與微生物的關系。屆時最佳化的標本采集、詳細的臨床資料和樣本處理顯得極為重要。研究對象應納入機體、細菌、病毒和真核生物，協(xié)變量應包括宿主的基因組、疾病活動情況、治療細節(jié)、飲食因素、年齡、性別、人種、標本類型、標本收集和抽提方式等?？舍槍S便標本、活檢或手術(shù)標本和血液標本進行一系列分析研究。如糞便標本微生物可行16S rRNA基因表達譜分析、宏基因組測序、宏轉(zhuǎn)錄組測序、代謝譜分析、單個細胞分析、病毒組DNA和RNA研究和蛋白質(zhì)組學研究，對機體可進行糞鈣衛(wèi)蛋白測定。對活檢或手術(shù)標本可針對腸道微生物行16S rRNA基因表達譜分析、分離細菌和宏基因組測序，對機體可行轉(zhuǎn)錄組學的測序和上皮細胞分析。血液標本可進行針對機體的亞硫酸鹽測序、SNP測序和血清檢查[14]。經(jīng)系統(tǒng)研究預計能進一步闡明機體與腸道微生態(tài)的相互作用，并為CD的診斷和治療發(fā)展提供新的機遇。

六、結(jié)語

綜上所述，腸道微生態(tài)在IBD包括CD的發(fā)生中起極其關鍵的作用?，F(xiàn)代分子生物學技術(shù)是一種可更好地了解CD腸道微生物特點的有力工具。隨著對CD發(fā)生過程中腸道微生態(tài)認識的不斷深入，可有助于更好地闡明其發(fā)病機制，并可能為將來對CD患者開展腸道微生態(tài)治療提供依據(jù)。

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(2015-04-27收稿；2015-05-17修回)

DOI:10.3969/j.issn.1008-7125.2016.02.012

*本文通信作者，Email: richardwangxp@163.com