腸道微生態(tài)介導(dǎo)慢性疾病發(fā)生發(fā)展和干預(yù)策略

秦環(huán)龍 沈通一 馬延磊 楊永志 石忱長 高仁元 陳啟儀 田宏亮 黃林生 尹 芳

人體腸道內(nèi)定植的細(xì)菌高達(dá)1 000種，總量達(dá)100萬億之多。在生命進(jìn)程當(dāng)中，人體微生態(tài)系統(tǒng)中的微生物種群的數(shù)量和比例會(huì)發(fā)生改變，進(jìn)而對機(jī)體生理功能變化產(chǎn)生重要影響。流行病學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，腸道微生態(tài)與慢性腸道共病的發(fā)生密切相關(guān)。腸道菌群失衡除了導(dǎo)致消化道疾病之外，與心腦血管疾病、肥胖、糖尿病、自身免疫病、癌癥等發(fā)生和發(fā)展亦緊密相關(guān)。近年來，全世界肥胖、便秘、炎癥性腸病(IBD)和結(jié)直腸癌(CRC)等腸道慢性疾病呈高速增長趨勢，引起醫(yī)學(xué)界特別重視的是，便秘可誘發(fā)CRC、阿爾茲海默病(AD)等心腦血管疾病，甚至導(dǎo)致死亡。隨著人們生活節(jié)奏的加快和飲食結(jié)構(gòu)的改變，慢性功能性便秘已成為一種常見疾病，具有多種危害，如加重心腦血管疾病和直腸肛門疾病病情、增加CRC罹患風(fēng)險(xiǎn)等，目前的藥物治療具有諸多局限性，易引發(fā)并發(fā)癥。隨著對慢性功能性便秘與腸道微生態(tài)關(guān)系研究的深入，慢性功能性便秘的微生態(tài)治療已成為治療的一個(gè)重要方向。

腸道菌群失衡與疾病發(fā)生的關(guān)系引起科學(xué)界的廣泛關(guān)注。目前，腸道慢性共病面臨前期診療體系不完善，不能有效實(shí)現(xiàn)疾病的早發(fā)現(xiàn)、早治療，無法有效改善預(yù)后的難題。因此，為尋找腸道慢性疾病早期診斷的有效方法并提高治療效果，減輕患者的痛苦，本項(xiàng)目組重點(diǎn)關(guān)注腸道微生態(tài)與肥胖、高脂飲食、慢性便秘、腸屏障損傷和CRC發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系，通過一系列基礎(chǔ)和臨床研究揭示其中關(guān)鍵作用機(jī)制，發(fā)現(xiàn)具有潛在臨床慢性共病檢測的生物靶標(biāo)，已有多項(xiàng)創(chuàng)新性發(fā)現(xiàn)，為進(jìn)一步從腸道微生態(tài)角度探究慢性腸道共病提供了一種全新的思路,同時(shí)也為尋求治療肥胖、便秘、CRC等慢性共病開拓了新的視野。

1 慢性疾病患者腸道菌群的改變

1.1 肥胖患者與健康人群腸道菌群差異巨大 與健康人群相比，肥胖患者腸道菌群中有益菌，包括雙歧桿菌屬、抗炎性糞腸桿菌屬(Faecalibacterium)、產(chǎn)丁酸的瘤胃菌科(Ruminococcaceae)都顯著減少；而芽孢桿菌屬(Bacillus)和其他潛在機(jī)會(huì)性致病菌如梭菌屬(Fusobacterium)、埃希-志賀菌屬(Escherichia-Shigella)顯著增多。此外，體重介于健康與肥胖之間的超重人群，其腸道菌群結(jié)構(gòu)改變頻率介于健康人與肥胖者之間，表明與肥胖相關(guān)的腸道菌群結(jié)構(gòu)隨著肥胖的進(jìn)程發(fā)生規(guī)律性變化。

1.2 高脂飲食與健康人群的腸道菌群存在巨大差異 與健康人群相比，高脂飲食人群腸道菌普氏菌屬(Prevotella)、營養(yǎng)缺陷菌屬(Abiotrophia)豐度的差異顯著。對社區(qū)中高脂飲食人群進(jìn)行微生態(tài)法干預(yù)(在飲食中添加益生菌的同時(shí)進(jìn)行膳食干預(yù))，發(fā)現(xiàn)能有效改變高脂飲食人群糞便的多樣性、結(jié)構(gòu)和豐度，表現(xiàn)為干預(yù)后腸道菌群多樣性提高，某些潛在致病菌的豐度降低，包括擬桿菌屬(Bacteroides)、梭菌屬、假單胞菌(Pseudomonas)等，有益菌的豐度增高，如普氏菌、普氏糞桿菌(Faecalibacteriumprausnitzii)、糞球菌屬(Coprococcus)和吉米菌屬(Gemmiger)等。

1.3 發(fā)現(xiàn)CRC不同發(fā)展階段患者腸道菌群的規(guī)律性變化 通過對CRC、腺瘤患者和正常對照組人群的糞便樣本菌群進(jìn)行全面測序分析，發(fā)現(xiàn)CRC和腺瘤患者特異性的菌群譜：在門水平，腺瘤組的厚壁菌門和放線菌門豐度顯著降低，變形菌門和梭桿菌門豐度逐漸增高；屬水平鑒定發(fā)現(xiàn)67種細(xì)菌顯著變化。CRC組的厚壁菌門和放線菌門的豐度較正常對照組顯著降低，變形菌門、擬桿菌門和梭桿菌門的比例均顯著低于正常對照組。屬水平上CRC組共有 148 種細(xì)菌發(fā)生顯著變化。本項(xiàng)目組發(fā)現(xiàn)具有規(guī)律性增加特征的中國CRC患者腸道“核心菌群”——具核梭桿菌(Fusobacteriumnucleatum)。

1.4 發(fā)現(xiàn)慢性便秘患者腸道菌群的規(guī)律性變化 收集同濟(jì)大學(xué)附屬第十人民醫(yī)院微生態(tài)門診診斷為慢性便秘患者的糞便樣本，進(jìn)行16S rRNA菌群測序、宏基因組測序和組學(xué)分析后發(fā)現(xiàn)，與健康人群相比，便秘人群Prevotella-9菌屬的豐度較低，埃希-志賀菌屬豐度較高，雙歧桿菌屬中的齒雙歧桿菌(Bifidobacteriumdentium)豐度在健康人群中富集，而青春雙歧桿菌(Bifidobacteriumadolescentis)和動(dòng)物雙歧桿菌(Bifidobacteriumanimalis)在便秘人群中高度富集。乳酸桿菌屬的乳雙歧桿菌(Lactobacillusoris)和羅伊乳桿菌(Lactobacillusreuteri)在健康人群中富集。經(jīng)微生態(tài)制劑治療后，糞腸桿菌屬、Prevotella-9菌屬、罕見小球菌屬(Subdoligranulum)、芽孢桿菌屬等10種菌屬豐度較治療前增高，擬桿菌、副桿菌屬(Parabacteroides)、Alistipes、埃希-志賀菌屬、布勞特菌屬(Blautia)、毛螺菌屬(Lachnoclostridium)、考拉桿菌屬(Phascolarctobacterium)等11種菌屬豐度較治療前降低。確定慢性便秘患者核心菌群為埃希-志賀菌屬、芽孢桿菌、乳酸鏈球菌(Lactococcus)和糞腸桿菌。

2 腸道微生態(tài)針對不同的慢性共病干預(yù)措施和手段

腸道微生態(tài)治療作為近些年興起的一種新的治療方法，在各種腸道內(nèi)外疾病中逐漸顯露出重要性，微生態(tài)干預(yù)的目標(biāo)是重新構(gòu)建患者的腸道微生態(tài)系統(tǒng)，恢復(fù)腸道菌群的多樣性，最終使原先腸道內(nèi)的紊亂菌群達(dá)到平衡。本項(xiàng)目組綜合應(yīng)用菌群移植、益生菌、益生元、營養(yǎng)支持和外科干預(yù)等特色技術(shù)，實(shí)現(xiàn)腸道內(nèi)外疾病的有效治療，系統(tǒng)性地提出腸道微生態(tài)治療的理念和方法，開辟腸道微生態(tài)治療復(fù)雜腸道功能疾病的新模式。建立國內(nèi)?？苹穆员忝卦\治中心，制定慢性便秘患者的疾病評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和階梯、分級治療策略，降低傳統(tǒng)瀉劑依賴性，開創(chuàng)我國利用腸道微生態(tài)治療腸動(dòng)力障礙疾病的新局面。率先對頑固型便秘患者開展糞菌移植治療，其臨床改善率和緩解率均遠(yuǎn)超常規(guī)保守治療。本項(xiàng)目組開展了國際上首個(gè)臨床高質(zhì)量隨機(jī)對照試驗(yàn)，證實(shí)糞菌移植可改善慢性便秘，3個(gè)月后便秘臨床改善率約為50%，臨床緩解率約為37.5%，治療過程中和隨訪期間均未出現(xiàn)嚴(yán)重并發(fā)癥。對359例慢傳輸型住院便秘患者進(jìn)行糞菌移植治療，在糞菌移植后第12周，每周排便次數(shù)由1.5次增至4.3次；臨床治愈率為40.2%，臨床改善率為60.5%，結(jié)腸傳輸時(shí)間由76.8 h縮短至64.2 h。在門診對800余例慢性便秘患者予以益生菌保健品(商品名為合生元)治療1個(gè)月，其中100例治療達(dá)3個(gè)月以上，隨訪發(fā)現(xiàn)微生態(tài)治療的臨床有效率(表現(xiàn)為排便次數(shù)增加)達(dá)到40%，并減少并發(fā)癥(腹脹、食欲不振等)的發(fā)生。53例慢性便秘患者服用合生元3個(gè)月后，排便次數(shù)較治療前顯著增加，腹脹、食欲不振癥狀和焦慮情緒明顯緩解，瀉劑依賴性發(fā)生率顯著降低，在治療過程中無不良反應(yīng)發(fā)生。

為進(jìn)一步在腸道微生態(tài)相關(guān)慢性疾病治療上取得更大的進(jìn)展和突破，在秦環(huán)龍教授的積極推進(jìn)下，由同濟(jì)大學(xué)附屬第十人民醫(yī)院牽頭，聯(lián)合上海市普陀區(qū)人民醫(yī)院和上海交通大學(xué)附屬第六人民醫(yī)院的醫(yī)學(xué)專家，在上海市普陀區(qū)人民醫(yī)院建立國內(nèi)第1個(gè)腸功能康復(fù)?？疲⒂?018年10月成為新一輪上海市醫(yī)學(xué)重點(diǎn)?？啤c功能康復(fù)?？?。主要針對與微生態(tài)相關(guān)的慢性疾病進(jìn)行治療，初步探索出對于微生態(tài)相關(guān)慢性疾病應(yīng)用益生菌移植、腸內(nèi)外營養(yǎng)和藥物聯(lián)合的治療方案，治療有效率達(dá)85%以上。

3 取得的成果

本項(xiàng)目先后得到同濟(jì)大學(xué)先導(dǎo)項(xiàng)目、上海市級醫(yī)院新興前沿技術(shù)聯(lián)合攻關(guān)項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金面上和重點(diǎn)項(xiàng)目、國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃的資助，資助金額近千萬元。本項(xiàng)目發(fā)表SCI收錄論文20余篇，最高影響因子(IF)為20.77，IF>10的論文4篇，1篇被評為ClinicalMedicine學(xué)術(shù)領(lǐng)域年高引最優(yōu)秀前1%論文；獲國家發(fā)明專利1項(xiàng)；主編專著2部(含我國第1部腸屏障專著)。研究成果參加國內(nèi)外會(huì)議交流百余次，被全國十多所三級甲等醫(yī)院應(yīng)用。本項(xiàng)目促進(jìn)了胃腸學(xué)與微生態(tài)學(xué)交叉學(xué)科的發(fā)展，極大地提升了我國在慢性腸道疾病領(lǐng)域的研究水平和國際影響力。