糞菌移植治療艱難梭菌感染機(jī)制研究進(jìn)展

吳曉敏， 仝巧云， 劉 文

作者單位： 三峽大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，三峽大學(xué)消化疾病研究所，湖北宜昌 443003。

艱難梭菌是醫(yī)院環(huán)境中抗生素相關(guān)性腹瀉的主要病原體，濫用抗生素將降低內(nèi)源性腸道菌群的定植抗性，易發(fā)生艱難梭菌感染（Clostridium difficileinfection，CDI）。艱難梭菌主要通過分泌毒素A、毒素B及二元毒素導(dǎo)致腸黏膜炎癥和艱難梭菌相關(guān)性腹瀉（Clostridium difficile-associated diarrhea，CDAD）。CDAD隨著其發(fā)病率、復(fù)發(fā)率及病死率不斷增加，遂成為世界范圍內(nèi)廣受關(guān)注的一個新的公共衛(wèi)生問題。CDI一線治療推薦萬古霉素，但是隨著復(fù)發(fā)次數(shù)增多，抗生素治愈率卻逐漸降低[1]，糞菌移植（fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT）的初現(xiàn)成效和巨大潛力為治療CDI帶來了新的曙光。目前循證醫(yī)學(xué)證據(jù)已證明FMT治療CDI安全有效，但是FMT治療CDI作用機(jī)制尚未完全明確，結(jié)合近年來宏基因組學(xué)、代謝組學(xué)和微生物治療的基礎(chǔ)研究，下文主要闡述FMT治療CDI的機(jī)制研究進(jìn)展。

1 FMT治療CDI臨床療效及指南共識

目前，多項研究已經(jīng)證明FMT是復(fù)發(fā)性和難治性CDI的成功治療方法，近年來，評價FMT對復(fù)發(fā)性CDI患者的療效和安全性的證據(jù)越來越多。Quraishi等[2]薈萃分析研究表明，F(xiàn)MT在治療復(fù)發(fā)性和難治性CDI方面比萬古霉素更有效（RR：0.23，95%CI：0.07～0.80），臨床有效率為92%（95%CI：89%～94%）。Moayyedi等[3]分析包括10個隨機(jī)對照試驗，共657例CDAD患者，結(jié)果顯示FMT比安慰劑或萬古霉素治療明顯更有效（RR：0.41，95%CI：0.22～0.74）。FMT具有良好的耐受性和安全性，在臨床對照試驗中尚未報告與FMT相關(guān)的嚴(yán)重不良事件[4]。2013年美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）剛開始對FMT的潛在風(fēng)險充滿擔(dān)憂，聲明把FMT按試驗性新藥批準(zhǔn)流程一樣要從嚴(yán)管理，但經(jīng)過“FMT監(jiān)管法規(guī)和科學(xué)問題公開研討會”后，考慮采取“酌情權(quán)”臨時政策對CDI患者在標(biāo)準(zhǔn)治療無效而使用FMT進(jìn)行監(jiān)管；同年FMT治療復(fù)發(fā)性CDI首次被寫入美國胃腸病學(xué)會臨床指南[5]。2017年歐洲《糞菌移植臨床應(yīng)用和操作共識報告》[6]指出復(fù)發(fā)性CDI患者經(jīng)至少2次標(biāo)準(zhǔn)治療未獲持續(xù)治愈，應(yīng)考慮 FMT（證據(jù)等級高，推薦等級100%）；在嚴(yán)重和嚴(yán)重復(fù)雜CDI中，F(xiàn)MT 可考慮作為早期抗菌治療失敗后全結(jié)腸切除術(shù)的替代治療（證據(jù)等級中等，推薦等級100%）。由美國感染病學(xué)會和美國醫(yī)療保健流行病學(xué)協(xié)會發(fā)表于2018年的《成人和兒童艱難梭菌感染的臨床實(shí)踐指南》[7]強(qiáng)烈推薦FMT用于第二次CDI并經(jīng)抗生素治療效果不佳時。中華預(yù)防醫(yī)學(xué)會微生態(tài)學(xué)分會兒科微生態(tài)學(xué)組于2016年制定《關(guān)于兒童糞菌移植技術(shù)規(guī)范的共識》[8]，推薦FMT應(yīng)用于復(fù)發(fā)性艱難梭菌腸炎 （定義為至少2次標(biāo)準(zhǔn)化治療后未達(dá)到持久治愈）以及早期抗菌藥物治療失效的嚴(yán)重或伴隨嚴(yán)重并發(fā)癥的艱難梭菌腸炎，在選擇全結(jié)腸切除前考慮FMT。

2 FMT治療CDI機(jī)制

2.1 恢復(fù)腸道菌群豐富度和多樣性

腸道菌群是一種復(fù)雜多樣的微生物群落，以共生的方式與人類共同進(jìn)化，健康的腸道微生物群主要以厚壁菌門及擬桿菌門為主。通過16S rRNA基因測序和宏基因組學(xué)方法對CDI患者的糞便進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)患者糞便中的微生物多樣性與豐富度降低，如厚壁菌門和擬桿菌門數(shù)量減少，變形桿菌門和放線菌門的數(shù)量增多，微生物多樣性的降低與復(fù)發(fā)性CDI有關(guān)[9]。使用抗生素是發(fā)生CDI的主要危險因素，抗生素抑制艱難梭菌生長的同時，也抑制了正常腸道菌群的生長，引起腸道菌群生態(tài)紊亂并降低了定植抗性，導(dǎo)致CDI復(fù)發(fā)。在一系列接受FMT治療的復(fù)發(fā)性CDI患者中，F(xiàn)MT治療后16周，接受者的腸道菌群多樣性上升，多次FMT治療后甚至與健康供者相似，厚壁菌門和擬桿菌門水平升高，變形桿菌水平降低，并可持續(xù)維持正常菌群結(jié)構(gòu)，厚壁菌門和擬桿菌門水平的恢復(fù)對維持正常腸道微生態(tài)具有重要的作用[10]。

2.2 增加短鏈脂肪酸（SCFA）的產(chǎn)生

腸道菌群發(fā)酵碳水化合物及降解纖維素可生成SCFA，SCFA具有抑菌抗炎、維持腸上皮屏障完整性及免疫調(diào)節(jié)等功能，起到對艱難梭菌等病原體定植抵抗的作用[11]。Dutta等[12]的一項研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)MT增加了糞便微生物群的多樣性，并增加了產(chǎn)丁酸鹽菌群的比例，使腸道丁酸鹽的水平升高。SCFA中尤其是為結(jié)腸上皮細(xì)胞提供主要能量的丁酸鹽似乎發(fā)揮著更重要的作用，丁酸鹽通過誘導(dǎo)腸道上皮緊密連接蛋白的表達(dá)來調(diào)節(jié)黏膜屏障的完整性，抑制組蛋白去乙?；緩郊昂艘蜃覰F-κB活化，增加一磷酸腺苷和黏蛋白的產(chǎn)生從而保護(hù)腸黏膜屏障[13]；SCFA可刺激腸上皮細(xì)胞分泌抗菌肽，可促進(jìn)中性粒細(xì)胞募聚和吞噬作用，還能通過抑制促炎細(xì)胞因子的信號通路，降低環(huán)氧合酶和過氧化物酶的表達(dá)，從而減輕腸道炎性反 應(yīng)[14]。

2.3 恢復(fù)膽汁酸鹽代謝水平

腸道中不同膽汁酸鹽的水平可通過直接調(diào)節(jié)艱難梭菌發(fā)芽和生長來影響其定植。結(jié)合型膽汁酸鹽如甘氨膽酸、甘氨鵝脫氧膽酸、?；悄懰岷团；敲撗跄懰嵊筛闻K合成以幫助分解、消化和吸收小腸中的脂質(zhì)。雖然大部分膽汁酸鹽在回腸中被重新吸收并被肝臟循環(huán)利用，但約5%膽汁酸鹽進(jìn)入大腸，通過細(xì)菌膽汁酸鹽水解酶解離出氨基酸以產(chǎn)生膽酸和鵝脫氧膽酸；這些膽汁酸鹽可以通過細(xì)菌7-羥基類固醇脫氫酶進(jìn)一步修飾形成次級膽汁酸鹽：脫氧膽酸鹽和石膽酸鹽[15]。盡管各種細(xì)菌都能夠解離結(jié)合型膽汁酸鹽，但只有少數(shù)腸道細(xì)菌可以合成次級膽汁酸鹽；鵝脫氧膽酸抑制艱難梭菌的萌發(fā)，而牛磺膽酸、甘氨膽酸和膽酸均促進(jìn)艱難梭菌萌發(fā)[16]。腸道內(nèi)不同膽汁酸鹽的水平對艱難梭菌萌發(fā)和生長發(fā)揮良好的控制作用，抗生素的使用導(dǎo)致膽汁酸鹽水平朝著有利于艱難梭菌萌發(fā)和生長的方向發(fā)生改變，CDI患者初級膽汁酸鹽水平較高，次級膽汁酸鹽水平較低[17]。Weingarden等[18]報道FMT治療后的次級膽汁酸鹽與移植前糞便樣本相比有所增加，多次FMT治療后甚至可以恢復(fù)至健康供體水平從而抑制艱難梭菌生長繁殖。

2.4 競爭腸道內(nèi)營養(yǎng)素

共生細(xì)菌被認(rèn)為通過占據(jù)可被艱難梭菌利用的營養(yǎng)生態(tài)位提供定植抗性?？股亻L期使用導(dǎo)致腸道中特定代謝功能的細(xì)菌受到抑制或消除，腸道營養(yǎng)物質(zhì)和代謝物的水平繼而發(fā)生很大變化，這種變化反過來有利于艱難梭菌的生長[19]。抗生素治療的CDI小鼠表現(xiàn)出腸道中碳水化合物、唾液酸及琥珀酸鹽的含量升高，從而促進(jìn)艱難梭菌的生長[20]。FMT治療后增加的有益菌群與艱難梭菌競爭腸內(nèi)營養(yǎng)素以抑制其毒素的合成或直接致其死亡。其中擬桿菌門具有很強(qiáng)的降解腸內(nèi)多糖、纖維素的作用，促進(jìn)宿主吸收營養(yǎng)物質(zhì)，與其他有益菌一起競爭腸內(nèi)營養(yǎng)素，創(chuàng)造不利于艱難梭菌生長的營養(yǎng)環(huán)境[21]。

2.5 提高腸道屏障功能與調(diào)節(jié)宿主免疫

通過FMT恢復(fù)腸道菌群生物多樣性與豐富度，來提高腸道屏障功能與調(diào)節(jié)機(jī)體免疫以抵御CDI和減輕炎性反應(yīng)。腸道屏障由上皮屏障、化學(xué)屏障、生物屏障和免疫屏障四大屏障組成。FMT治療后有益菌群產(chǎn)生的SCFA為腸黏膜細(xì)胞提供能量并有助于降低腸道黏膜通透性，以修復(fù)腸道上皮屏障；有益菌的定植和菌膜形成不僅恢復(fù)腸道的生物屏障，還能促進(jìn)上皮細(xì)胞合成黏蛋白MUC2、抗菌肽和防御素生成釋放及降低腸腔pH值幫助修復(fù) CDI 患者的腸道化學(xué)屏障[22]。FMT治療后擬桿菌門中脆弱擬桿菌及厚壁菌門中普拉梭桿菌豐富度的上升可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（Treg）上調(diào)，進(jìn)而刺激Treg產(chǎn)生 IL-10 起到抗炎作用；FMT治療后菌群多樣性恢復(fù)可以激活腸道B淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的體液免疫反應(yīng)，通過Toll樣受體途徑誘導(dǎo)分泌型IgA（secretory immunoglobulin A，sIgA）的合成增加[23]。SCFA可以調(diào)節(jié)宿主的細(xì)胞免疫和體液免疫，SCFA可通過G蛋白偶聯(lián)受體途徑和抑制組蛋白脫乙酰酶途徑來調(diào)節(jié)T細(xì)胞功能，并誘導(dǎo)B細(xì)胞產(chǎn)生sIgA[24]，sIgA與艱難梭菌結(jié)合從而減輕黏膜免疫炎性反應(yīng)并抑制艱難梭菌過度生長。

3 結(jié)語

FMT通過施用來自健康供體的糞便制劑重建健康的腸道微生物群為基礎(chǔ)來恢復(fù)對CDI的定植抗性和宿主免疫，具體機(jī)制包括恢復(fù)腸道菌群豐富度和多樣性、增加SCFA的產(chǎn)生、恢復(fù)膽汁酸鹽代謝水平、競爭腸道內(nèi)營養(yǎng)素和提高腸道屏障動能與調(diào)節(jié)宿主免疫等方面。在FMT治療CDI的機(jī)制探究中了解FMT具體機(jī)制及某些特定菌株的功效，有益于為將來合理設(shè)計“配方菌群”和開發(fā)出“靶向細(xì)菌”提供理論依據(jù)。目前微生物治療機(jī)制研究仍處于初級階段，隨著腸道微生物組計劃的開展，更加標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化的研究模式有助于推動微生物治療基礎(chǔ)研究的發(fā)展。