腸道微生物對腸神經(jīng)膠質(zhì)細胞影響的研究進展

胡美 楊小蘭 崔德軍

?綜述?

腸道微生物對腸神經(jīng)膠質(zhì)細胞影響的研究進展

胡美 楊小蘭 崔德軍

腸道微生物種類繁多，對腸神經(jīng)系統(tǒng)起著重要作用。尤其是腸道微生物可影響人類腸神經(jīng)系統(tǒng)中的腸神經(jīng)膠質(zhì)細胞功能。近年來大量研究表明，腸道微生物在腸神經(jīng)膠質(zhì)細胞的發(fā)生、發(fā)展以及免疫功能中發(fā)揮著重要作用。這將有望為治療相關(guān)腸道疾病提供新方法。本文就目前腸道微生物對腸神經(jīng)膠質(zhì)細胞影響的研究現(xiàn)狀做一綜述。

消化系統(tǒng)； 腸道微生物； 腸神經(jīng)系統(tǒng)； 腸神經(jīng)膠質(zhì)細胞

人類腸道中寄居著大量的微生物，與人類健康的關(guān)系逐漸被認識，對健康的影響及其在疾病中的作用已成為研究熱點。正常情況下，腸道微生物保持著相對穩(wěn)定狀態(tài)，通過影響腸道的免疫和黏膜屏障作用，維持腸道的穩(wěn)態(tài)。腸神經(jīng)膠質(zhì)細胞（enteric glial cells，ECGs）是腸神經(jīng)系統(tǒng)（enteric nervous system，ENS）中除神經(jīng)元外另一個重要的組成部分，除對腸神經(jīng)元的營養(yǎng)、保護、支持作用外，還有調(diào)節(jié)腸道黏膜屏障完整性的作用，對維持腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定也有重要影響。目前研究表明，腸道微生物與ENS之間有相互影響。但腸道微生物對ENS中ECGs的影響尚存在爭議?，F(xiàn)結(jié)合國內(nèi)外文獻，就腸道微生物對ECGs影響進行綜述。

一、腸道微生物

人類胃腸道微生物系統(tǒng)非常復雜，在嬰兒出生時即開始建立。單從細菌層面來說，從食管到直腸末端，所寄居的腸道菌群不同。由于胃內(nèi)酸性環(huán)境的影響，除了幽門螺桿菌外，大多數(shù)是耐酸性的需氧或兼性厭氧菌，如鏈球菌、葡萄球菌、念珠菌和乳酸桿菌等。由于膽堿的作用，十二指腸的微生物相對較少，主要菌種與胃內(nèi)的相似，包括葡萄球菌、鏈球菌和乳酸桿菌等。小腸細菌主要有乳酸桿菌和雙歧桿菌，為小腸的優(yōu)勢菌群，其次為消化球菌、腸桿菌、小梭菌和葡萄球菌。小腸前段細菌少，后段數(shù)量逐漸增加。在盲腸和結(jié)腸，細菌濃度迅速增加，優(yōu)勢菌為厭氧菌，主要的菌種是擬桿菌、雙歧桿菌以及厭氧的革蘭氏陽性球菌。很多外在因素都會影響正常的腸道微生物群，如分娩方式、嬰兒和成年時期飲食及抗菌素的使用等。研究表明長期使用抗菌素將可能導致正常健康人腸道微生物的變化和耐藥基因的水平轉(zhuǎn)移，這可能會導致生物多藥耐藥基因庫的產(chǎn)生［1］。作為人體重要“器官”之一，正常的腸道微生物應該是無致病性的，與胃腸道組織結(jié)構(gòu)處于共生關(guān)系，參與營養(yǎng)物質(zhì)、藥物的代謝、阻礙病原微生物的定植和腸黏膜屏障作用，維持宿主的健康平衡狀態(tài)［2］。腸道微生物還有一個重要作用是調(diào)節(jié)腸道蠕動功能。例如，將無菌動物與傳統(tǒng)生長的動物相比，無菌動物表現(xiàn)出胃排空延遲，腸蠕動減少，神經(jīng)遞質(zhì)的表達減少［3］。隨著基因測序技術(shù)和生物信息學的發(fā)展，學者們逐漸發(fā)現(xiàn)腸道微生物的眾多功能以及微生物和宿主之間的相互影響。發(fā)現(xiàn)腸道微生物可能除與消化系統(tǒng)的疾病如炎癥性腸病、腸易激綜合征等疾病的發(fā)病機制相關(guān)之外，還與心腦血管疾病、呼吸系統(tǒng)疾病、腎臟疾病、內(nèi)分泌代謝性疾病和神經(jīng)精神性疾病有關(guān)，其研究正在不斷的深入［4］。

二、腸神經(jīng)膠質(zhì)細胞

ENS是胃腸道神經(jīng)元的集合，主要由腸神經(jīng)元和ECGs組成。ENS在胃腸功能的神經(jīng)調(diào)節(jié)中起主要作用，可獨立地進行信息傳遞和程序處理，因而被稱為“腸腦”。除了調(diào)節(jié)胃腸動力、內(nèi)外分泌功能、胃腸蠕動功能、血流和免疫、維持腸上皮功能外，ENS還是一個重要的節(jié)點，與大腦相互聯(lián)系形成雙向的腦腸信號軸。ECGs來自于神經(jīng)外胚層，主要分布于腸黏膜下層和腸肌間神經(jīng)節(jié)叢。在形態(tài)學上，ECGs類似于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的星形膠質(zhì)細胞，包裹腸神經(jīng)元并將軸突延伸到腸黏膜內(nèi)，對腸神經(jīng)元細胞有營養(yǎng)和保護功能。功能上，EGCs除了營養(yǎng)和保護腸神經(jīng)元外，ECGs對腸上皮屏障的穩(wěn)定性和完整性發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，ECG的缺失會導致腸黏膜完整性喪失，通透性增加，產(chǎn)生腸道炎癥、出血及壞死等表現(xiàn)［5］。敲除EGCs會導致腸黏膜上皮屏障破壞，EGCs敲除模型小鼠會發(fā)生致命性的空回腸炎［6］。腸上皮屏障阻止微生物通過黏膜擴散。ECGs緊接腸上皮細胞，也可以通過釋放重要的調(diào)節(jié)物質(zhì)影響腸道的通透性，直接參與調(diào)節(jié)腸上皮屏障功能。與星形膠質(zhì)細胞類似，ECGs也表達特定的標記物，包括膠質(zhì)纖維酸性蛋白、S100B，SOX8/9/10等，通常被用來追蹤識別人體腸內(nèi)的ECGs［7］。其中，膠質(zhì)纖維酸性蛋白的表達是通過細胞分化、炎癥和損傷調(diào)節(jié)，表達此蛋白的水平與EGCs的功能狀態(tài)相匹配［8］。S100B是S100蛋白家族的一種易擴散性蛋白質(zhì)，具有調(diào)節(jié)神經(jīng)元形態(tài)、生長和凋亡的作用，在人體腸道的S100蛋白家族中，只有S100B蛋白是專門由EGCs表達的［9］。EGCs還可表達誘導型一氧化氮合酶和L-精氨酸，有效抑制一氧化氮的產(chǎn)生，從而可以早期抗病毒、殺滅細菌［10］。EGCs可以與腸神經(jīng)元細胞一起作用分泌多種神經(jīng)營養(yǎng)素和營養(yǎng)因子，包括膠質(zhì)細胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子、神經(jīng)生長因子、神經(jīng)營養(yǎng)因子、P物質(zhì)、甘丙肽及生長抑素等。

三、腸道微生物對EGCs的影響

（一）腸道微生物與EGCs發(fā)育過程的關(guān)系

ENS的發(fā)育是在胚胎發(fā)育期間形成的，可持續(xù)到產(chǎn)后的幾周，最后達成一個完整的神經(jīng)膠質(zhì)通路［11］。由于胎盤屏障的存在，最初認為胚胎發(fā)育是在無菌的環(huán)境中進行的。然而這個假設(shè)最近受到了挑戰(zhàn)。已有研究發(fā)現(xiàn)在小鼠和人類體內(nèi)，存在低濃度的胎盤特異性微生物［12］。說明ENS的發(fā)育過程并不是在完全無菌的胚胎內(nèi)進行。在對動物的研究中發(fā)現(xiàn)，出生后，腸腔就定植有一定數(shù)量的微生物。由于其分娩方式、喂養(yǎng)方式和母親飲食的不同，其寄居的微生物種類和構(gòu)成并不相同。出生后微生物在腸道內(nèi)經(jīng)過不斷的擴增和發(fā)育，最后達到了成人水平［13］。有學者發(fā)現(xiàn)，腸道微生物在腸腔內(nèi)成熟與適應的過程與宿主免疫系統(tǒng)相平行，兩者之間相互依賴和交叉調(diào)節(jié)［14］。出生后，ENS暴露于復雜的微生物環(huán)境中，微生物代謝產(chǎn)物是如何影響生后ENS的發(fā)展是未知的。有學者對ECGs與腸道微生物的發(fā)育過程的關(guān)系進行了研究發(fā)現(xiàn)ECGs的一個亞群，黏膜下ECGs（the mucosa ECGs， mEGCs）的產(chǎn)生是一個逐漸發(fā)展過程與腸道微生物的成熟相平行［15］。

（二）腸道微生物與EGCs免疫功能的相互作用

ECGs參與體內(nèi)免疫反應［16］。EGCs可以與免疫效應細胞、腸內(nèi)分泌細胞、上皮細胞和血管集成一個從神經(jīng)元到其它細胞結(jié)合反應的雙向信號通路，可以認為是腸內(nèi)抵抗侵入的微生物的免疫系統(tǒng)重要組成部分。EGCs在免疫刺激下可表達細胞因子IL-1β、IL-6和TNF-α［17］。然而免疫細胞分泌的細胞因子也可反作用于EGCs。例如IL-1β還可作用于EGCs本身抑制其增生［18］。近期研究發(fā)現(xiàn)炎性細胞因子可直接激活EGCs表達MHCⅡ，有效增加S100B和膠質(zhì)纖維酸性蛋白的表達及一氧化氮的釋放，促使EGCs增殖［19］。腸道共生微生物通過Toll樣受體2（toll-like receptor 2， TLR2）信號通路調(diào)節(jié)ENS的完整性及其功能來對腸道穩(wěn)態(tài)進行微調(diào)［20］。其中，TLR2為TLR家族成員，能通過識別病原相關(guān)的分子模式及某些內(nèi)源性配體，引發(fā)信號轉(zhuǎn)導并導致炎癥介質(zhì)的釋放，在天然免疫防御中起重要作用。TLR2作為ENS中，特別是ECGs中表達的微生物模式識別受體。將可能是決定腸道微生物是否直接或間接通過一種中間的細胞或物質(zhì)控制膠質(zhì)細胞的動力學，這一機制還有待深入的研究。

（三）腸道微生物對小鼠mEGCs的影響

研究表明，mEGCs除了保護神經(jīng)元細胞的功能外，其在腸黏膜中維持腸上皮屏障和調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)中有重要作用［21］。mEGCs位于緊接腸上皮細胞，有高度再生和重塑特性，正如腸上皮和黏膜免疫系統(tǒng)一樣，引起學者們廣泛關(guān)注。mEGCs發(fā)展和平衡問題提醒人們重新認識微生物對多種胃腸道中的組織和功能的新影響。發(fā)現(xiàn)mECGs的發(fā)育與腸道微生物的建立和成熟同步后，腸道微生物是如何影響mEGCs？Kabouridis等進行了動物實驗［15］。實驗中通過比較常規(guī)傳統(tǒng)喂養(yǎng)的小鼠和無菌環(huán)境中成年小鼠腸內(nèi)mEGCs的差異。發(fā)現(xiàn)無菌小鼠mEGCs的數(shù)量明顯的減少。然后為進一步表明腸道微生物對EGCs的影響，常規(guī)使用微生物制劑飼養(yǎng)無菌小鼠。發(fā)現(xiàn)與無菌小鼠相比，其mEGCs的平均數(shù)量是增加的。從而得出這正常mEGCs的發(fā)展過程與腸道微生物密切相關(guān)。用抗菌素喂養(yǎng)后，小鼠mEGCs數(shù)量又減少。隨后再次利用譜系追蹤實驗來證明腸道微生物在維持新的EGCs的不斷增殖是必需的。

（四）腸道微生物影響EGCs的可能機制

腸黏膜最容易受腸道微生物的侵入，特別是腸黏膜屏障破壞時，包括感染病原微生物及過度的免疫反應。通常宿主能通過模式識別受體感知微生物的存在。模式識別受體作為固有免疫的一部分，在抵抗病原微生物的過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用［22］。其亞組TLRs在維持腸道微生物及宿主的共生關(guān)系中發(fā)揮重要的作用［23］。其中EGCs表達的TLR3和TLR7能夠識別病毒RNA，TLR4可識別革蘭氏陰性菌的脂多糖［24］。表明腸道微生物對EGCs的影響可能通過TLRs信號通路相互反應。另外，腸道微生物對EGCs的影響可能是通過誘導其表達某些分子而實現(xiàn)相互反應的。研究發(fā)現(xiàn)革蘭陰性桿菌的脂多糖與腸肌叢ECGs之間反應時發(fā)現(xiàn)，脂多糖能促進腸肌叢ECGs分泌IL-1β，產(chǎn)生一系列的炎癥反應以此來改變ENS的功能導致腸道炎癥［25］。粘連性的侵襲性大腸桿菌能夠激活人類的EGCs并誘導其表達cFox及MHC II。它通過激活人類ECGs的TLR/S100B-RAGE依賴的iNOS-NO信號通路，導致S100B從人類的ECGs釋放，S100B再導致一氧化氮（nitric oxide，NO）釋放，表達在人類EGCs上，腸內(nèi)膠質(zhì)衍生的S100蛋白在人類EGCs的反應下可以通過TLR/S100B-RAGE依賴的iNOS-NO信號通路集成細菌產(chǎn)物信號去觸發(fā)腸內(nèi)固有的免疫［26］。

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綜上，大量實驗表明腸道微生物對宿主有調(diào)節(jié)作用，包括這“腦腸軸”。EGCs能表達微生物的模式識別受體，差異性應答不同微生物的刺激。EGCs可能是腸道菌群的主要靶細胞，在控制腸道微生物動力學，EGCs是直接或是中間作用細胞是未知的。腸道不同位置分布的EGCs代表了不同亞群，具備不同功能。腸道微生物對ECGs的發(fā)育、更新、轉(zhuǎn)移有影響。其確切的機制還須進一步研究。盡管EGCs功能尚未完全明確，但其在腸道功能中的作用日益受到關(guān)注。腸道微生物與EGCs將作為消化道疾病發(fā)病機制研究的重要方向。目前還須對它們各自的結(jié)構(gòu)和功能以及相互作用進行更深入的研究，為胃腸道疾病提供新的研究角度和治療策略。

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Research progress of intestinal microbiota′s effect on enteric glial cells

Hu Mei, Yang Xiaolan, Cui Dejun. Department of Gastroenterology, The Affiliated People′s Hospital of Guizhou Medical University, Guiyang 550002, China
< class="emphasis_italic">Corresponding author: Cui Dejun, Email: hxcuidj@163.com

Cui Dejun, Email: hxcuidj@163.com

Intestinal microbiota, which is composed of deverse microorganism, plays an important role in enteric nervous system, particularly in the enteric glial cells. Recently, numerous researches have shown that intestinal microbiota plays a critical role in the occurrence, development and immunologic function of enteric glial cells. This fi nding will provide a new way for the treatment of intestinal disorders. In this paper, we provide a brief review of the current researches about the effects of intestinal microbiota on the enteric glial cells.

Digestive system; Intestinal microbiota; Enteric nervous system; Enteric glial cells

2016-10-03）

（本文編輯：楊明）

10.3877/cma.j.issn.2095-3224.2017.01.012

貴州省科技支撐計劃資助項目［黔科合SY字（2013）3030號］

550002 貴州醫(yī)科大學附屬人民醫(yī)院消化科

崔德軍，Email：hxcuidj@163.com

胡美, 楊小蘭, 崔德軍. 腸道微生物對腸神經(jīng)膠質(zhì)細胞影響的研究進展[J/CD].中華結(jié)直腸疾病電子雜志, 2017, 6(1): 56-59.