普拉梭菌在腸道疾病中的研究進(jìn)展

王靜靜綜述，季國(guó)忠，崔伯塔審校

0 引 言

人體腸道中定植著大量復(fù)雜微生物群落，古細(xì)菌和細(xì)菌是其主要組成部分，這些細(xì)菌調(diào)控黏膜免疫系統(tǒng)構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的功能模式和免疫體系來(lái)維持腸道菌群與宿主協(xié)同作用［1-2］。人類微生物群通過(guò)與宿主共生而起作用并提供營(yíng)養(yǎng)并參與異生和藥物代謝。這樣，影響菌群的分子和化合物可以修改微生物群性質(zhì)，從而產(chǎn)生有利或不利的健康影響［3-4］。目前越來(lái)越多研究發(fā)現(xiàn)腸道微生態(tài)失衡與一些疾病的發(fā)生、發(fā)病密切相關(guān)?，F(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道腸道菌群紊亂與結(jié)腸癌［5］、非炎癥性腸病、炎癥性腸病、肥胖、糖尿病、自閉癥及哮喘等疾病密切相關(guān)［6-10］。普拉梭菌（Faecalibacterium prausnitzii，F(xiàn).prausnitzii）是健康個(gè)體腸道常見(jiàn)的厭氧共生菌之一，越來(lái)越多研究表明其與多種腸道疾病有著密切的聯(lián)系。本文就目前F.prausnitzii在腸道疾病中的研究進(jìn)展作一綜述。

1 F.prausnitzii

F.prausnitzii屬厚壁菌門(mén)柔嫩梭菌屬，革蘭陰性菌，為嚴(yán)格厭氧菌，是一種分布范圍很廣的細(xì)菌，在部分嚙齒類動(dòng)物和哺乳動(dòng)物腸道中含量較高，在健康人類腸道中含量更為豐富，約占糞便中微生物5%，某些人群中可高達(dá)15%。最初，F(xiàn).prausnitzii被歸類為Fusobacterium屬，但研究發(fā)現(xiàn)F.prausnitzii的16S rRNA基因序列與Fusobacterium屬其他細(xì)菌的序列相似度小于77%，同源性較低，因此，2002年Ducan等［11］提議將其列為一個(gè)新種，將這種形態(tài)呈桿狀，無(wú)芽胞和非運(yùn)動(dòng)性革蘭陰性細(xì)菌名為Faecalibacterium prausnitzii，目前F.prausnitzii是 Faecalibacterium屬中唯一的菌種。在腸道微生物分子生態(tài)研究中，研究者根據(jù)F.prausnitzii的16S rRNA基因序列把它劃分為Clostridium cluster IV成員，是該類群中的優(yōu)勢(shì)菌種，約占類群64%。F.prausnitzii作為健康人腸道共生菌一個(gè)重要組成部分對(duì)人類健康發(fā)揮重要的作用［12］。在過(guò)去幾年里，研究者們通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)F.prausnitzii在健康人群和腸道疾病患者之間分布存在較大差異，并且通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證F.prausnitzii及其上清對(duì)腸道黏膜保護(hù)及維護(hù)腸道菌群穩(wěn)定起到了重要作用［13-14］。甚至，有人提出可通過(guò)對(duì)糞便中F.prausnitzii菌群數(shù)量的快速檢測(cè)來(lái)發(fā)現(xiàn)腸道早期病變，將F.prausnitzii作為腸道疾病診斷和預(yù)后的生物標(biāo)志物，從而達(dá)到提前預(yù)防、早期治療的目的。

2 普拉梭菌與炎癥性腸病（inflammatory bowel disease，IBD）

IBD是一種病因及發(fā)病機(jī)制尚未明確的慢性腸道炎癥性疾病，包括潰瘍性結(jié)腸炎（ulcerative colitis，UC）和克羅恩病（Crohn′s disease，CD）。IBD 發(fā)病率存在著明顯的地域、種族差異，部分地區(qū)存在性別差異。隨著生活方式的西化和診斷技術(shù)的不斷提升，近年來(lái)我國(guó)潰瘍性結(jié)腸炎的發(fā)病率也在不斷增加［15］。研究發(fā)現(xiàn)，IBD的發(fā)生發(fā)展與遺傳、免疫、環(huán)境、腸道菌群等因素密切相關(guān)，各因素之間交互作用導(dǎo)致IBD一系列病理變化和臨床表現(xiàn)［16］。F.prausnitzii是腸道含量豐富的益生菌，F(xiàn)rank等［17］、Sokol等［6］、Jia等［18］通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)相較于健康人，IBD患者糞便中F.prausnitzii數(shù)量下降，且Sokol等［6］發(fā)現(xiàn)，普拉梭菌減少與IBD患者病變程度呈正相關(guān)。

2.1 普拉梭菌與腸道黏膜屏障

2.1.1 普拉梭菌可上調(diào)TJ蛋白表達(dá)降低腸道黏膜的通透性腸黏膜屏障構(gòu)成了宿主防御的第一道防線，并且對(duì)維持黏膜穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。研究表明，IBD患者存在腸道黏膜通透性增加的病理改變。Carlsson等［19］和Martin等［20］則均發(fā)現(xiàn)F.prausnitzii能夠改善IBD小鼠腸道通透性，減輕腸道水腫，從而增強(qiáng)腸黏膜屏障功能。環(huán)繞黏膜上皮細(xì)胞頂側(cè)的TJ蛋白是維持腸上皮屏障功能的重要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，是決定腸上皮細(xì)胞間通透性的重要因素［21］，Laval等［22］的實(shí)驗(yàn)表明，F(xiàn).prausnitzii具有上調(diào)TJ蛋白表達(dá)從而促進(jìn)腸黏膜屏障修復(fù)的作用。

2.1.2 普拉梭菌可以構(gòu)建上皮厭氧屏障保護(hù)腸黏膜研究報(bào)道，Ulluwishewa等［23］人利用活的F.prausnitzii成功構(gòu)建了一種頂端厭氧模型，并在與Caco-2細(xì)胞共培養(yǎng)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)該頂端厭氧模型能夠保護(hù)Caco-2細(xì)胞的正常生長(zhǎng)，因此Ulluwishewa研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為活普拉梭菌頂端厭氧模型可能存在腸黏膜保護(hù)作用。Maier等［24］在Ulluwishewa的研究基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)F.prausnitzii這種保護(hù)腸黏膜的作用與腸上皮中Toll樣受體2（toll-like receptor2，TLR2）和TLR2/6活化有關(guān)，并且Eva Maier猜測(cè)可能是由于F.prausnitzii的某種代謝物激活了腸上皮中TLR2和TLR2/6，維持了腸上皮細(xì)胞免疫與耐受的穩(wěn)態(tài)。

2.2 普拉梭菌可以產(chǎn)丁酸減輕腸道炎癥哺乳動(dòng)物大腸中厭氧微生物可發(fā)酵纖維素產(chǎn)生大量的短鏈脂肪酸（short chain fatty acid，SCFA），包括乙酸、丙酸和丁酸等。這些SCFA能夠?yàn)榻Y(jié)腸提供能量，其中丁酸是腸黏膜細(xì)胞的主要能量來(lái)源［25］。產(chǎn)丁酸菌主要存在于盲腸和結(jié)腸，主要屬梭菌屬、真桿菌屬和梭桿菌屬。F.prausnitzii是腸道中主要產(chǎn)丁酸的益生菌［19］。人腸道細(xì)胞體外研究表明，丁酸可促進(jìn)腸黏膜修復(fù)及其功能恢復(fù)，調(diào)控氧化應(yīng)激反應(yīng)并且能抑制炎癥細(xì)胞因子形成，從而起到抗炎癥作用［26］。革蘭陰性菌的脂多糖可誘導(dǎo)人單核細(xì)胞分泌白細(xì)胞介素1（interleukin，IL-1）、腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor α，TNF-α），干擾素γ（interferon-γ，IFN-γ）等促炎因子，Cox等［27］則發(fā)現(xiàn)丁酸可以通過(guò)與G蛋白耦聯(lián)受體43（G-protein coupled receptor，GPR43）結(jié)合，抑制脂多糖這一功能，且丁酸濃度越高，其對(duì)炎癥因子抑制作用越強(qiáng)，從而起到抗炎作用。也有研究證明［28］，丁酸可抑制NF-kB信號(hào)通路，使IL-1β、IL-6、TNF-α等炎性因子表達(dá)下降，抑制腸道炎癥。而且丁酸作為F.prausnitzii重要產(chǎn)物之一，也是F.prausnitzii上清抗炎的主要成分。張敏等［29］、Zhou等［30］通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，F(xiàn).prausnitzii產(chǎn)生并分泌在上清中的丁酸鹽不僅能夠維持Th17/Treg平衡，而且能夠通過(guò)抑制人組蛋白去乙?；?（Histone deacetylase 1，HDAC1）來(lái)促進(jìn)叉頭樣轉(zhuǎn)錄因子P3（Forkhead Box P3 ，F(xiàn)oxp3）表達(dá)和阻斷下游的IL-6/STAT3/IL-17途徑，減輕腸道炎癥反應(yīng)，同時(shí)研究者們發(fā)現(xiàn)F.prausnitzii及其產(chǎn)物能夠通過(guò)抑制NLPR3炎癥小體的功能來(lái)減輕結(jié)腸炎大鼠結(jié)腸炎癥程度，其中機(jī)制可能與降低IL-18水平有關(guān)。Miquel等［31］研究認(rèn)為水楊酸作為F.prausnitzii代謝產(chǎn)物之一能夠抑制IL-8細(xì)胞因子釋放，發(fā)揮與F.prausnitzii上清和丁酸鹽相似的抗炎作用。Quévrain等［32］及Breyner等［33］最近在F.prausnitzii的上清中分離出一種相對(duì)分子質(zhì)量為15 000大小的小分子蛋白，將其命名為蛋白微生物抗炎分子（microbial antiinflammatory molecule，MAM），這種分離出來(lái)的抗炎分子能夠抑制腸上皮細(xì)胞中NF-kB通路，并可減輕由二硝基苯磺酸誘導(dǎo)的小鼠腸道炎癥反應(yīng)。上述的研究成果為炎癥性腸病的臨床治療提供了新的方法和思路。

2.3 其他機(jī)制腸道菌群平衡對(duì)正常腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定起重要作用，F(xiàn).prausnitzii作為腸道內(nèi)重要共生菌之一，具有競(jìng)爭(zhēng)性抑制致病菌及減少致病菌定植作用。Hill等［34］通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察到 F.prausnitzii與其他益生菌可與病原微生物競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以及競(jìng)爭(zhēng)與腸道上皮結(jié)合位點(diǎn)，從而抑制病原微生物等的生存及其在腸道上皮定植，但其機(jī)制并未完全闡述清楚。

3 普拉梭菌與結(jié)直腸癌

結(jié)直腸癌是常見(jiàn)的消化道惡性腫瘤，在胃腸道腫瘤疾病中排名第2位［35］，截止2014年結(jié)直腸癌發(fā)病率居我國(guó)惡性腫瘤第3位，病死率位居全國(guó)惡性腫瘤的第4位［36］。隨著人們生活方式、飲食習(xí)慣的改變及其他危險(xiǎn)因素增加，結(jié)直腸癌發(fā)病率呈上升趨勢(shì)。

Lopez-Siles等［37］通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，較于健康人群而言，結(jié)直腸癌患者腸道黏膜及糞便中F.prausnitzii含量明顯減少。在正常腸組織中，丁酸誘導(dǎo)腸上皮細(xì)胞增殖，但在結(jié)直腸癌組織中，丁酸鹽可通過(guò)使組蛋白超乙?；瘉?lái)抑制腫瘤生長(zhǎng)和誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡［38］。但目前F.prausnitzii與結(jié)直腸癌關(guān)系機(jī)制研究尚缺乏，有待于進(jìn)一步研究證明。

4 普拉梭菌與功能性腸病

功能性胃腸?。╢unctional gastrointestinal disease，F(xiàn)GIDs）是一組功能性胃腸道疾病，是生理、精神心理和社會(huì)因素相互作用而產(chǎn)生的消化系統(tǒng)疾病。腸易激綜合癥（irritable bowel syndrome，IBS）是功能性腸病中常見(jiàn)類型，是一組持續(xù)或間歇發(fā)作，以腹痛、腹脹、排便習(xí)慣和（或）大便性狀改變?yōu)榕R床表現(xiàn)，而缺乏胃腸道結(jié)構(gòu)和生化異常的腸道功能紊亂性疾病，目前臨床缺乏有效的治療措施［39］。有文獻(xiàn)報(bào)道，菌群失調(diào)與IBS發(fā)生存在密切聯(lián)系［40］，Liu等［41］綜合分析了13篇文獻(xiàn)中360名IBS患者及268名健康對(duì)照者的菌群，發(fā)現(xiàn)IBS患者較健康對(duì)照著者糞便中乳酸桿菌、雙歧桿菌及F.prausnitzii量明顯減少，特別是在以腹瀉為主的IBS中。且研究發(fā)現(xiàn)低級(jí)別腸道炎癥反應(yīng)參與了IBS病理生理過(guò)程，Miquel等［42］通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，F(xiàn).prausnitzii通過(guò)增加IBS患者腸上皮細(xì)胞中水閘蛋白-2（claudin-2）的表達(dá)強(qiáng)化腸上皮屏障，抑制了IBS患者腸道微炎癥，為IBS臨床治療提供了新的思路。

5 普拉梭菌與其他腸道疾病

F.prausnitzii在慢性自發(fā)性腹瀉、乳糜泄、急性闌尾炎、腸道神經(jīng)內(nèi)分泌腫瘤的患者腸道或糞便中含量較健康人群均有明顯下降［43-44］，但其具體的機(jī)制暫不明確，仍需要進(jìn)一步探索研究。

6 結(jié) 語(yǔ)

炎癥性腸病的傳統(tǒng)治療方法包括氨基水楊酸制劑、糖皮質(zhì)激素、抗生素及免疫制劑等，但存在著價(jià)格高、安全性低、療效差、無(wú)根治作用、病情易反復(fù)等缺陷，因此，迫切需要探索出相較于傳統(tǒng)治療更加安全有效的療法。腸道微生態(tài)作為人體的一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，其穩(wěn)定維系著人體對(duì)部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的正常消化吸收、機(jī)體免疫反應(yīng)等功能。近年來(lái)，隨著微生態(tài)學(xué)、遺傳學(xué)及免疫學(xué)研究的不斷進(jìn)展，微生物制劑—益生菌作用于炎癥性腸病的臨床療效逐漸被發(fā)掘，有望成為炎癥性腸病臨床治療的一大突破口。F.prausnitzii作為腸道第二大益生菌，現(xiàn)有研究結(jié)果表明F.prausnitzii在健康人群和腸道疾病患者中分布存在明顯差異，且F.prausnitzii可通過(guò)上調(diào)TJ蛋白、產(chǎn)生SCFA等來(lái)抑制腸道炎癥，維護(hù)腸黏膜的穩(wěn)定，為腸道疾病的診斷和預(yù)后提供了新的方法和思路，也為腸道疾病的治療帶來(lái)了新的希望。目前有關(guān)F.prausnitzii的機(jī)制研究大多集中在F.prausnitzii與其上清抗炎機(jī)制的研究，在結(jié)直腸癌等其他腸道疾病中機(jī)制研究較為欠缺，仍需要進(jìn)一步探索。