腸道菌群與慢性內(nèi)臟痛的相關(guān)性研究

盛淑婷， 魏子白， 楊長青

長治醫(yī)學(xué)院附屬和平醫(yī)院消化科，山西 長治 046000

慢性內(nèi)臟痛(chronic visceral pain，CVP)的臨床發(fā)病率高達(dá)20%[1]，常見于腸易激綜合征(irritable bowel syndrome，IBS)、炎癥性腸病等疾病。IBS是臨床上最常見的胃腸功能紊亂之一，全球發(fā)病率為10%～25%[2]，其典型表現(xiàn)為伴隨排便習(xí)慣及糞便性狀改變的腹痛。所以，本文以IBS為主探討腸道菌群在其腹痛發(fā)病機(jī)制中所起的作用。

1 應(yīng)激誘導(dǎo)的腸道菌群失衡與CVP的相關(guān)研究

機(jī)體的應(yīng)激反應(yīng)主要通過“下丘腦-垂體-腎上腺軸(HPA)”和“下丘腦-自主神經(jīng)系統(tǒng)軸(HANS)”調(diào)節(jié)。研究表明，長期壓力刺激可使疼痛感知途徑敏化，使糖皮質(zhì)激素負(fù)反饋調(diào)節(jié)減弱，破壞腦相關(guān)區(qū)域糖皮質(zhì)激素受體表達(dá)，促進(jìn)IBS的前反饋，加重IBS癥狀，而調(diào)節(jié)微生物群可以影響應(yīng)激系統(tǒng)的發(fā)育和降低應(yīng)激水平[3-5]。

通過對孕期大鼠應(yīng)激干預(yù)及新生期大鼠母嬰分離模型研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)前和出生后的應(yīng)激均可影響腸道菌群的定植和平衡，特別是羅伊氏乳桿菌的減少，影響結(jié)直腸擴(kuò)張(colorectal distention，CRD)壓力依賴性傳入神經(jīng)纖維的放電活動，降低直腸對壓力的敏感性[6]。

利用細(xì)菌標(biāo)記對小鼠盲腸菌群研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)激能增加小鼠血液中IL-1和單核細(xì)胞趨化蛋白-1的水平，IL-1通過激活淋巴細(xì)胞，參與炎癥反應(yīng)，增加腸壁的通透性，導(dǎo)致細(xì)菌及其產(chǎn)物移位[7]，同時刺激腸黏膜神經(jīng)感受器，通過腸神經(jīng)系統(tǒng)傳入脊髓中樞，反饋調(diào)節(jié)大腦對炎癥刺激的反應(yīng)[8]。

IBS患者腸動力反應(yīng)過強(qiáng)、感覺閾值降低及精神障礙與5-HT濃度有關(guān)。而腸道菌群可通過提高腸上皮細(xì)胞的合成能力，促進(jìn)色氨酸羥化酶-1(tryptophan hydroxylase 1，TPH-1)的表達(dá)及5-HT的合成[9]。TPH-1介導(dǎo)腸嗜鉻細(xì)胞(enterochromaffin cells，ECs)中5-HT的合成，并調(diào)節(jié)結(jié)腸和血清中5-HT的水平。體內(nèi)95%的5-HT來源于ECs，其中90%儲存于ECs中，10%存在于腸神經(jīng)系統(tǒng)。外周血中5-HT的失調(diào)與IBS、心血管疾病等有關(guān)。研究[10]發(fā)現(xiàn),來自腸道的土著孢子形成菌(indigenous spore-forming bacteria，SP)的代謝產(chǎn)物能夠促進(jìn)宿主胃腸道中5-HT的生物合成，并影響胃腸動力和血小板功能。5-HT釋放后激活5-HT1P受體啟動蠕動反射，在此基礎(chǔ)上5-HT4受體激活后可促進(jìn)相關(guān)神經(jīng)末梢的遞質(zhì)釋放，Ach和P物質(zhì)產(chǎn)生增加，導(dǎo)致平滑肌收縮。

2 抗生素誘導(dǎo)的腸道菌群失衡與CVP的相關(guān)研究

抗生素是一類能干擾其他細(xì)胞發(fā)育功能的刺激性代謝產(chǎn)物。研究[11]發(fā)現(xiàn)，長期使用抗生素可改變腸道菌群的組成，增加腸道炎性細(xì)胞活性，導(dǎo)致內(nèi)臟高敏感及中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)的永久性改變。實(shí)驗證明，動物在早年接觸抗生素后，會在其成年期發(fā)展為內(nèi)臟超敏反應(yīng)[12]，而成年期的抗生素治療會減弱由乙酸或辣椒素引發(fā)的內(nèi)臟疼痛相關(guān)反應(yīng)[13]，也可增加其對CRD的敏感性。

研究發(fā)現(xiàn)，多達(dá)84%的IBS患者存在小腸細(xì)菌過度生長，新霉素可以改善這種現(xiàn)象，但只有25%的有效率，利福昔明對IBS患者小腸細(xì)菌過度生長的根除率高達(dá)70%，是唯一被證實(shí)在IBS治療中斷后仍持續(xù)獲益的抗生素，其口服23～48 h內(nèi)，可以有效提高旅行者腹瀉患者腸道內(nèi)的優(yōu)勢菌群，特別是乳桿菌類，如：嗜酸乳桿菌、詹石氏乳桿菌等細(xì)菌。研究發(fā)現(xiàn)，慢性避水應(yīng)激和重復(fù)壓力刺激可以誘導(dǎo)大鼠出現(xiàn)內(nèi)臟高敏反應(yīng)[14]，并伴有黏膜炎癥和屏障功能受損，利福昔明可以改變回腸細(xì)菌群落的組成(乳酸桿菌屬成為優(yōu)勢菌種)，下調(diào)NF-κB介導(dǎo)的促炎因子的表達(dá)，降低致病菌對腸黏膜的黏附，防止黏膜炎癥、腸道屏障功能障礙和對慢性應(yīng)激反應(yīng)的內(nèi)臟痛覺過敏[15]。

抗生素也可直接作用于神經(jīng)系統(tǒng)，影響腸-腦信號的傳遞，改變內(nèi)臟敏感性。如克拉霉素可以拮抗突觸后膜上γ-氨基丁酸受體，增加大鼠神經(jīng)元的興奮性。林可類抗生素可通過調(diào)節(jié)結(jié)腸上皮細(xì)胞離子轉(zhuǎn)運(yùn)，抑制膽堿能神經(jīng)傳遞。紅霉素可減少P物質(zhì)和ACh的釋放，抑制豚鼠小腸肌間神經(jīng)叢活性。另外，研究[16]發(fā)現(xiàn)刺激瞬時受體電位香草酸受體1(transient receptor potential vanilloid 1，TRPV1)可誘導(dǎo)過量Ca2+內(nèi)流，導(dǎo)致感覺功能缺失和傳導(dǎo)遞質(zhì)枯竭，改善IBS患者的腹痛癥狀。而新霉素可拮抗TRPV1，以非殺菌的方式抑制內(nèi)臟高敏感。

3 益生菌與CVP的相關(guān)研究

益生菌在IBS治療中的療效是肯定的，但機(jī)制尚不清楚，可能與抑制促炎細(xì)胞因子和氧化應(yīng)激有關(guān)。研究[17]表明，益生菌通過阿片類藥物和大麻素受體促進(jìn)腸上皮細(xì)胞分泌組胺、白三烯、腎上腺素、γ-氨基丁酸等，通過腸道微生物信號感受機(jī)制、腸神經(jīng)系統(tǒng)，最終影響感知疼痛和胃腸功能的CNS，可使CRD的疼痛閾值提高20%。

研究發(fā)現(xiàn)，益生菌混合物(VSL#3)可抑制新生期大鼠母嬰分離引起內(nèi)臟超敏反應(yīng)[18]，逆轉(zhuǎn)TPH-1基因的上調(diào)，減少5-HT、白介素等炎癥介質(zhì)的釋放，降低內(nèi)臟敏感性。同樣的益生菌混合物在預(yù)防性給予大鼠時，可以預(yù)防結(jié)腸內(nèi)乙酸注射所致炎癥誘發(fā)的內(nèi)臟超敏反應(yīng)[19]。

此外，腸道屏障功能的破壞可能是引起內(nèi)臟痛的另一種機(jī)制。實(shí)驗發(fā)現(xiàn)，鼠李糖乳桿菌CNCM I-3690可通過恢復(fù)腸道屏障完整性并增加緊密連接蛋白、閉合蛋白和上皮細(xì)胞鈣黏蛋白的水平，保護(hù)腸道屏障[20]。雙歧桿菌可通過調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)的表達(dá)，產(chǎn)生有機(jī)酸競爭性地黏附于黏膜和上皮，改變腸道菌群，增加雙歧桿菌和乳酸菌的比例，也可通過促進(jìn)緊密連接蛋白Claudin-1、Occludin的表達(dá)，抑制促炎性細(xì)胞因子IL-6和IL-7的表達(dá)，降低縱行肌條間ACh的收縮反應(yīng)性，加強(qiáng)腸道上皮屏障功能[21]。

4 微生物-腸-腦軸與CVP的相關(guān)研究

內(nèi)臟疼痛和不適的感知機(jī)制復(fù)雜，包括外周感覺神經(jīng)的敏化，以及CNS內(nèi)丘腦和皮質(zhì)激素的信號通路失調(diào)。微生物-腸-腦軸是由腦、自主神經(jīng)系統(tǒng)、腺體、腸道、免疫細(xì)胞和胃腸微生物群組成的動態(tài)平衡結(jié)構(gòu)，以復(fù)雜的多向通信維持體內(nèi)平衡并抵抗外來因素對系統(tǒng)的擾動[22]。因此，與疼痛表現(xiàn)和感知相關(guān)的中樞和外周通路均與該軸的失衡有關(guān)。

研究[23]表明，腸道菌群可通過神經(jīng)、內(nèi)分泌和免疫途徑與CNS交流，影響大腦的功能和行為，且個體的微生物群組成可影響他們對焦慮和抑郁癥的易感性。無菌動物與正常有菌動物相比，海馬中5-HT及其主要代謝產(chǎn)物5-羥吲哚乙酸濃度升高，血漿中色氨酸(5-HT的前體)濃度增加，表明微生物群可以通過體液途徑影響CNS中5-HT傳遞。用檸檬酸桿菌感染小鼠發(fā)現(xiàn)，血清皮質(zhì)酮水平降低，小鼠焦慮樣行為增加，認(rèn)知功能障礙。人類IBS和動物模型腦功能成像研究發(fā)現(xiàn)，前扣帶回及前庭和下丘腦皮層對內(nèi)臟疼痛和壓力刺激的反應(yīng)增強(qiáng) 。

研究[24]發(fā)現(xiàn)，外周傳入的敏化在IBS的發(fā)病機(jī)制中起著關(guān)鍵作用，外周致敏涉及的受體有很多，包括TRPV家族、PAR、膽囊收縮素受體、血清素受體、大麻素受體及一些離子通道如ATP-門控離子通道、電壓門控鈉和鈣通道和酸敏感離子通道等。 證據(jù)表明，涉及內(nèi)臟痛覺的中樞或外周機(jī)制可能受到腸道菌群的影響，如乳酸桿菌和雙歧桿菌屬可以減輕應(yīng)激和IBS引起的內(nèi)臟疼痛[25]、大鼠攝入嬰兒雙歧桿菌35624會增加疼痛閾值和減少CRD后的疼痛行為[22]、嗜酸乳桿菌可通過誘導(dǎo)大麻素2受體和μ-阿片樣物質(zhì)1受體在結(jié)腸上皮中的表達(dá)，降低大鼠內(nèi)臟的超敏反應(yīng)。

5 總結(jié)與展望

腸道菌群可通過影響內(nèi)臟高敏感影響CVP的發(fā)生、發(fā)展。臨床上通過改善腸道菌群來治療IBS等疾病的方法也取得了一定的效果。但CVP的機(jī)制仍不明確，可能與NOX1、大麻素受體及囊泡谷氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)體基因的表達(dá)有關(guān)。相信隨著研究的深入，CVP的機(jī)制會更加明確，治療也會更加具有針對性。