從腸道菌群角度探討氧化應(yīng)激在衰弱發(fā)生中的作用

陳斯越，汪慧菁

1.上海中醫(yī)藥大學(xué)研究生院，上海201203；2.上海健康醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，上海201318；3.上海中醫(yī)藥大學(xué)，上海201203

衰弱是一種復(fù)雜的臨床疾病，一般認為衰弱是指機體儲備功能和恢復(fù)能力的下降[1]，表現(xiàn)為微弱的刺激即可引發(fā)機體強烈的反應(yīng)，且恢復(fù)時間長。根據(jù)Fried 提出的衰弱表型，判斷衰弱的典型指征包括：沒有原因的體重丟失、疲勞、肌無力（握力下降）、步速緩慢以及身體活動度降低[2]。這5 個特征中符合3 個或以上即可認定為衰弱，符合1～2個可判斷為衰弱前期，均不符合則認定為無衰弱。此外，也可以通過基于67 項健康指標測試的累計減少得分計算衰弱指數(shù)，或通過臨床衰弱登記量表來進行衰弱等級的評估[1]。

對于衰弱的發(fā)生機制目前雖有一些研究和假設(shè)，但并不明確?？赡芘c多個組織、系統(tǒng)的損傷積累有關(guān)，骨骼肌、免疫、內(nèi)分泌、血液以及心血管系統(tǒng)都參與其中[3]。衰弱在老年群體中有著較高的發(fā)生率，并增加了多種繼發(fā)疾病的易感性，給老齡化社會帶來了極大的負面影響。由于衰弱的發(fā)生機制不明，限制了對衰弱診斷、干預(yù)等方法手段的進一步研究，因此探究衰弱發(fā)生的可能機制顯得尤為重要。

本文從衰老的自由基學(xué)說出發(fā)，綜述了氧化應(yīng)激（oxidative stress, OS）導(dǎo)致衰弱發(fā)生的相關(guān)研究；從腸道菌群與OS 相互作用的角度分析了腸道菌群通過改變OS，影響衰弱發(fā)生的作用和可能機制；并提出可能用于預(yù)測衰弱的生物學(xué)指標及研究方向。

1 OS 在衰弱發(fā)生中的作用

衰弱與增齡具有明確關(guān)聯(lián)，分析增齡相關(guān)性衰老的機制對于理解衰弱有借鑒意義。上世紀50年代，Harman[4]提出了衰老的自由基學(xué)說。這一學(xué)說認為氧自由基會損害細胞成分和細胞周圍組織，造成身體機能衰退和老齡化疾病。隨后研究者發(fā)現(xiàn)了OS，即體內(nèi)氧化與抗氧化作用的平衡向氧化傾斜，導(dǎo)致中性粒細胞炎性浸潤、蛋白酶分泌增加，產(chǎn)生大量氧化中間產(chǎn)物。Vi?a 等[5]認為OS 是對機體功能造成負面影響，并導(dǎo)致衰老和疾病的重要因素。也有學(xué)者認為氧化損傷可能是由于抗氧化防御與活性氧、活性氮（reactive oxygen and nitrogen species, RONS）之間的不平衡，脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和DNA 等大分子物質(zhì)發(fā)生化學(xué)修飾[6]，對機體正常功能產(chǎn)生影響，從而誘發(fā)心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病、慢性阻塞性肺疾病或癌癥等老年疾病。

衰老的自由基學(xué)說使人們開始關(guān)注OS對衰弱造成的影響，越來越多的研究表明OS 與衰弱有關(guān)。Wu 等[7]篩選了90 例65 歲以上的志愿者，根據(jù)Fried 的衰弱表型將受試者分為衰弱組、衰弱前期組和無衰弱組。檢測受試者血清中的OS 標志物8-羥基-2’-脫氧鳥苷（serum 8-hydroxy-2’-deoxyguanosine, 8-OdG）、代謝標志物血清白蛋白含量和炎癥標志物超敏C 反應(yīng)蛋白（serum high-sensitivity C-reactive protein, hs-CRP）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)衰弱組的血清白蛋白和hs-CRP水平較其余2 組升高，8-OdG 和hs-CRP 水平隨衰弱進展而加重。

肌少癥與衰弱的發(fā)生有著密切的聯(lián)系，歐洲老年肌少癥工作組將嚴重的肌少癥定義為衰弱前期。Coto Montes等[8]發(fā)現(xiàn)肌少癥與脂質(zhì)過氧化密切相關(guān)。在200 例被確診為肌少癥但可以自理的80 歲老人中，與OS 有關(guān)的指標丙二醛（malondialdehyde, MDA）和反式-4-羥基-2 壬烯醛顯著增加，提示OS 可能可以用于肌少癥的預(yù)測。而這些指標是否可用于預(yù)測衰弱則有待于進一步研究。Serviddio 等[9]比較了衰弱患者與非衰弱個體的氧化型谷胱甘肽、腫瘤壞死因子- 、MDA 和4-羥基-2,3-壬烯醛等OS 相關(guān)指標，發(fā)現(xiàn)這些指標均顯著升高。Liu 的團隊[10]也得到了相似的研究結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)衰弱的發(fā)生比例會隨著白細胞介素-6（interleukin-6, IL-6）和異前列腺素和脂蛋白磷酸化A2 等指標的增加而增加。這些研究都表明了衰弱和OS 的關(guān)系，提示血清中的OS 相關(guān)指標可能是預(yù)測衰弱的潛在標志物。

2 腸道菌群與宿主OS 的相互作用

OS 受到體內(nèi)外多種因素的影響。腸道菌群作為一個連接體內(nèi)外的橋梁，在調(diào)節(jié)OS 中發(fā)揮了重要的作用。人體內(nèi)有超5 000 種的微生物，大部分屬于厚壁菌門擬桿菌門放線菌門和變形菌門4 個主要菌門，并組成了腸道菌群的核心群體。

腸道菌群可以影響體內(nèi)活性氧（reactive oxygen species,ROS）水平，從而影響體內(nèi)OS 狀態(tài)。多種結(jié)腸細菌如梭桿菌梭狀芽胞桿菌大腸埃希菌沙門氏菌克雷伯菌鏈球菌脫硫弧菌和腸桿菌等可將半胱氨酸的硫基轉(zhuǎn)化成硫化氫（H2S）[11]，進而轉(zhuǎn)化成硫代硫酸根（）。在腸道發(fā)生炎癥時，腸道黏膜促使硫代硫酸根氧化為連四硫酸根離子（），同時伴隨著RONS 的生成。體外實驗發(fā)現(xiàn)含有硫代硫酸的連四硫酸營養(yǎng)液可以促進沙門氏菌的增生。在厭氧和微需氧環(huán)境下，連四硫酸根可特異性促進鼠傷寒桿菌模式菌株增殖[12]。此外，也有文獻報道一些特殊的腸道菌群可引起ROS 急劇增加。乳酸桿菌是ROS 的強效誘導(dǎo)菌，可以通過某種特定的膜成分或分泌因子刺激細胞產(chǎn)生ROS[13]。幽門螺桿菌的致病機理也可能與其促進ROS 生成有關(guān)。幽門螺桿菌可誘發(fā)嚴重的白細胞組織浸潤，釋放毒力因子刺激上皮細胞產(chǎn)生ROS，分泌髓過氧化酶、趨化因子和促炎癥子，導(dǎo)致胃腸道微生物群失調(diào)，誘發(fā)非酒精性脂肪肝?。╪on-alcoholic fatty liver disease,NAFLD）等疾病。而抗氧化酶——超氧化物歧化酶（superoxidedismutase, SOD）可用于治療NAFLD。SOD 可將超氧陰離子（O-）轉(zhuǎn)化為過氧化氫（H2O2）和分子氧（O2），從而預(yù)防ROS 的積聚[14]。

與此同時，OS 也會導(dǎo)致腸道菌群紊亂。發(fā)生OS 時，腸道上皮被動擴散氧化產(chǎn)物，從而增加氧化電勢，刺激需氧菌生長，進而改變宿主細胞組成和代謝信號[15]。不僅如此，ROS 可以通過核因子B 通路刺激IL-6 和其他炎癥因子的產(chǎn)生[16]，腸道炎癥可增加兼性厭氧菌（主要是腸桿菌科），加重腸道菌群失調(diào)[17]。另外，抗生素可以通過間接影響腸道內(nèi)的OS 來改變腸道菌群的微生物豐度和多樣性，這也從一個側(cè)面為OS 影響腸道菌群提供了證據(jù)。如鏈霉素[18]可以通過消耗可產(chǎn)生丁酸鹽的梭狀芽胞桿菌來增加腸道上皮氧化物，促進需氧的沙門氏菌生長。這些研究均提示，當機體發(fā)生OS 導(dǎo)致腸道菌群紊亂時，及時調(diào)節(jié)腸道菌群可能不失為一種改善OS，并進一步預(yù)防衰弱發(fā)生的有效手段之一。

3 腸道菌群在衰弱發(fā)生中的潛在作用

隨著年齡的增長，腸道菌群的多樣性和豐度會減少，其中有害菌的增加，使可利用的短鏈脂肪酸減少，有益的共生菌減少，而這種有益菌可以抑制致病共生菌的生長，并通過類似短鏈脂肪酸的脂質(zhì)代謝物來維持腸道屏障的完整性。提示腸道菌群可能與衰弱的發(fā)生直接相關(guān)。

Rampelli 等[19]報道了衰弱個體短鏈脂肪酸的生成與排泄物中的丁酸鹽、乙酸鹽和丙酸鹽水平減低相關(guān)。利用鳥槍法檢測特定人群微生物DNA，發(fā)現(xiàn)百歲老人體內(nèi)埃希菌和瘤胃球菌表達增加，同時糞桿菌真桿菌和雙歧桿菌水平也提高。另有研究表明[20]，老年人體內(nèi)的厚壁菌門的梭菌群XIVa和柔嫩梭菌放線菌門的雙歧桿菌和變形菌數(shù)量較年輕人多。對于青年健康人群而言，由于腸道菌群冗雜的功能，個別菌群變化并不會帶來較大的負面影響。但對于老年人群，腸道菌群的上述改變則有可能導(dǎo)致衰弱。Jackson 等[21]研究了衰弱與腸道菌群成分組成之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，衰弱與梭菌（其中柔嫩梭菌占比最大）的豐度呈負相關(guān)，而與細長真桿菌和遲緩誒格特菌呈正相關(guān)。腸道菌群與衰弱的關(guān)系不僅可以通過與自然年齡的增長研究來證明，也可以通過生理學(xué)年齡來體現(xiàn)。事實上，生理學(xué)年齡與衰弱的關(guān)系更為密切，可以更好地體現(xiàn)衰弱與腸道菌群的聯(lián)系。在Maffei 等[22]的研究中，將85 例43～79歲的志愿者根據(jù)生理學(xué)年齡或?qū)嶋H年齡分為低、中、高3個年齡組，其中生理學(xué)年齡通過34 項衰弱指數(shù)值（34-item frailty index, FI34）體現(xiàn)。根據(jù)FI34值劃分的3 個年齡組腸道菌群豐富度和多樣性有著明顯差異，其中誒格特菌是影響最大瘤胃球菌和糞芽胞菌的3 個種屬。而根據(jù)實際年齡劃分的年齡3 分段腸道菌群差異并不顯著。

4 總結(jié)與展望

通過上述相關(guān)研究不難發(fā)現(xiàn)，隨著年齡的增長，腸道菌群可發(fā)生豐度及多樣性的改變。特定的腸道菌群可刺激體內(nèi)ROS 的生成，影響機體OS 水平，引起體內(nèi)生物大分子受損，可能成為衰弱的誘發(fā)因素之一。但有許多問題尚待解決：（1）衰弱是一個極為復(fù)雜的臨床表現(xiàn)，目前尚沒有統(tǒng)一的診斷標準。由于受試個體間的差異大，且衰弱涉及的機制復(fù)雜多樣，使得衰弱的研究標準普遍缺乏共識[3]，并因此衍生出各種版本的衰弱評定標準[1]。而缺乏統(tǒng)一的診斷標準可能使不同研究之間的數(shù)據(jù)可比性降低。（2）腸道菌群本身并不穩(wěn)定，受到免疫、飲食、感染和藥物等多方面的影響，其中飲食對腸道菌群的影響極大。健康食物多樣性指數(shù)與放線菌門、變形菌門和變形菌門的多樣性指數(shù)呈正相關(guān)[23]。老年人牙齒退化，食欲減退導(dǎo)致飲食結(jié)構(gòu)變化勢必會影響腸道菌群，增加了研究的不確定因素。（3）衰老與衰弱并不是完全相同的概念。根據(jù)奚興等[24]對北京683 例老人的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，無衰弱的老人有43.2%，而衰弱和衰弱前期的老人分別為11.1%和45.7%。因此建立專門的衰弱模型，并排除增齡的影響，直接研究衰弱和腸道菌群的關(guān)系，可以有助于明確菌群在衰弱發(fā)生發(fā)展中的作用及潛在機制。