消化道微生物菌群與食管疾病關(guān)系的研究進展

位俊敏,李子俊

1南方醫(yī)科大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，廣州510515;2廣東省人民醫(yī)院 廣東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院

消化道微生態(tài)是人體消化道黏膜組織與消化道微生物共同組成的復(fù)雜的微生態(tài)系統(tǒng)，其功能涉及營養(yǎng)、代謝、免疫等多個方面。人類消化道微生物菌群與機體代謝、生理功能及免疫功能息息相關(guān)，包括：免疫系統(tǒng)的發(fā)育成熟；宿主細胞增殖及血管形成；抑制病原菌生長；調(diào)節(jié)腸道內(nèi)分泌功能及神經(jīng)信號傳導(dǎo)；合成維生素、神經(jīng)遞質(zhì)、類固醇激素[1]等。并且，消化道微生物菌群結(jié)構(gòu)失調(diào)會導(dǎo)致病理學(xué)改變或慢性疾病發(fā)生，如近年來已有多種研究表明，人類消化道微生物菌群組成的改變與炎癥性腸病(如克羅恩病、潰瘍性結(jié)腸炎)、腸易激綜合征、過敏、肥胖及糖尿病密切相關(guān)[2～5]。但相較于包括消化系統(tǒng)在內(nèi)的多個器官，食管疾病的菌群研究數(shù)量和質(zhì)量都存在差距，究其原因，可能主要與食管的特殊解剖位置、腺體結(jié)構(gòu)及培養(yǎng)方式有關(guān)。因此本文檢索多篇文獻，現(xiàn)就消化道微生物菌群與食管常見疾病的關(guān)系進行綜述。

1 消化道微生物菌群

19世紀70年代德國Marchesi等[6]首次提出了“微生態(tài)學(xué)”這一概念，經(jīng)過近半個世紀的發(fā)展, 微生態(tài)學(xué)已成為當(dāng)今醫(yī)學(xué)研究的熱點。消化道是人體最大的“儲菌庫”，人體消化道內(nèi)寄生著數(shù)十萬億個細菌，細菌總數(shù)相當(dāng)于人體細胞總數(shù)的數(shù)十倍，每個人的消化道微生物菌群的種類和數(shù)目都不同。盡管有著個體差異性，但人體消化道細菌主要由四類菌組成，分別是革蘭陽性厚壁菌門、放線菌門、革蘭陰性擬桿菌門和放線菌門，它們占消化道菌群總數(shù)的99%以上。傳統(tǒng)微生物培養(yǎng)方法表明正常人食管內(nèi)是無菌的，或只是過路菌，而這些過路菌是通過吞咽或是通過胃食管反流而來。近年來隨著高通量測序技術(shù)的發(fā)展，Pei等[7]使用16s rRNA測序技術(shù)對4例正常成人的食管菌群進行檢測，發(fā)現(xiàn)在門水平上食管菌群與口腔菌群組成大致相同，主要由厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門、變形菌門、梭桿菌門和TM7共6種門類及95種細菌組成。其中常見的菌屬是鏈球菌屬(39%)、普氏菌屬(17%)和韋榮球菌屬(14%)。Norder等[8]利用食管活檢及活檢刷中的樣本培養(yǎng)出了23種菌屬，主要菌屬為鏈球菌屬、奈瑟氏球菌屬、嗜血桿菌屬和普氏菌屬，其中鏈球菌屬檢出率為95%～98%。Yang等[9]應(yīng)用相同的測序技術(shù)檢測了健康人、食管炎和Barrett食管患者的遠端食管菌群，比較發(fā)現(xiàn)食管微生物菌群分為兩類，即正常食管食管菌群以鏈球菌為主，食管炎和巴雷特食管以革蘭陰性厭氧菌為主。由于胃酸、膽汁作用等因素影響，胃內(nèi)細菌數(shù)量低于101～3cfu/mL，主要由乳酸桿菌和鏈球菌構(gòu)成；小腸細菌數(shù)量為104～7cfu/mL，以厚壁菌門和放線菌為主；而結(jié)腸中細菌數(shù)量高達1010～13cfu/mL，其中豐度相對較高是厚壁菌門、擬桿菌、放線菌，豐度相對較低有梭桿菌、龐微菌門，還有少量如梭狀芽孢桿菌和葡萄球菌等潛在致病性的細菌[10]。

2 消化道微生物菌群與食管鱗癌

食管癌是人類常見的消化道惡性腫瘤之一，是腫瘤相關(guān)性死亡的第六大病因[11]。在我國，鱗癌是食管癌最常見的組織學(xué)類型，比例超過90%[12]。食管鱗癌的病因尚未清楚，既往認為與飲酒、吸煙、熱飲等生活習(xí)慣有關(guān)。近年來由于微生態(tài)學(xué)研究的進展，關(guān)于細菌與腫瘤關(guān)系已成為研究的熱點[13,14]。

Yu等[15]研究證明，食管微生物菌群相對豐度與食管鱗狀上皮異型增生呈負相關(guān)，他們認為食管微生物菌群豐富度較低的個體更容易導(dǎo)致食管鱗狀上皮異型增生。另一項使用16s rDNA技術(shù)的研究表明，相對于健康對照組而言，食管鱗狀上皮異型增生和食管鱗狀細胞癌患者胃體微生物菌群在梭狀菌和厚壁菌中富集，提示胃微生物菌群失調(diào)參與了食管鱗狀上皮異型增生向鱗狀細胞癌的發(fā)展[16]。Gao等[17]研究證明，食管鱗狀細胞癌患者癌組織及癌旁正常組織存在牙齦卟啉單胞菌的感染，而健康對照組食管黏膜無感染，提示該菌在食管鱗癌中有致病作用。牙齦卟啉單胞菌的存在與食管鱗癌的嚴重程度(即癌細胞分化和轉(zhuǎn)移)呈正相關(guān)，且臨床預(yù)后差。因此，牙齦卟啉單胞菌可作為食管鱗癌的生物標志物。Kensuke等[18]研究也證明，食管鱗癌組織中具核梭桿菌DNA表達陽性者與腫瘤分期及食管鱗癌相關(guān)生存率存在顯著的聯(lián)系(具核梭桿菌表達陽性食管鱗癌患者生存率與具核梭桿菌表達陰性患者相比明顯下降)，但與年齡、性別、吸煙史、飲酒史、組織分型、腫瘤位置及術(shù)前治療無關(guān)。該研究還表明具核梭桿菌可能通過激活趨化因子如CCL20來推動腫瘤的發(fā)展，這說明食管鱗癌組織中具核梭桿菌或許可以作為食管癌預(yù)后的生物標志物。

3 消化道微生物菌群與食管腺癌

最新的流行病學(xué)調(diào)查顯示，食管腺癌的發(fā)病率在近30年內(nèi)增長了4倍左右，其發(fā)病率隨著胃食管反流、巴雷特食管及肥胖發(fā)病率的增加而增高[19]。歐美國家食管癌類型以腺癌為主，5年生存率約17%，且確診時大多已處于晚期，而巴雷特食管是內(nèi)鏡下可以識別的早期病變，可能伴隨著早期異型增生或食管腺癌[20]。

與食管腺癌相關(guān)的微生物菌群報道甚少。Blackett等[21]使用16s RNA測序技術(shù)分別對胃食管反流病組、巴雷特食管組、食管腺癌組及健康對照組的食管組織進行菌群分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，食管腺癌組的微生物菌群與健康對照組食管微生物菌群更相似。與巴雷特食管組相比，食管腺癌組和健康對照組中的雙歧桿菌、擬桿菌、梭桿菌、維氏菌、葡萄球菌和乳酸桿菌的相對豐度增加，彎曲桿菌的相對豐度下降。而Eliott等[22]比較食管腺癌組和正常對照組組織的微生物菌群發(fā)現(xiàn)，食管腺癌組織中的微生物菌群多樣性降低，發(fā)酵乳酸桿菌的相對豐度增加，而且大約一半的食管腺癌的發(fā)生與乳酸桿菌目中的某個物種相關(guān)。Sawada等[23]在食管空腸吻合術(shù)大鼠模型微生物菌群的改變是否影響食管腺癌的發(fā)病率的研究中發(fā)現(xiàn)，抗生素組的乳酸桿菌比例降低，而梭菌的比例升高。然而，改變的微生物菌群并不影響食管腺癌的發(fā)病率。Zaidi等[24]通過對比大鼠食管腺癌模型及食管腺癌患者和非食管腺癌患者組織中的微生物菌群發(fā)現(xiàn)，大腸桿菌在食管腺癌組織中含量豐富。來自大鼠食管腺癌模型的腫瘤組織各種Toll樣受體(TLR1-3、6、7、9)表達也顯著上調(diào)，這些受體可能在識別細菌和對細菌做出反應(yīng)等方面起到關(guān)鍵作用。Peters等[25]在研究食管腺癌和食管鱗癌口腔菌群的差異及其與預(yù)后的關(guān)系中發(fā)現(xiàn)，口腔中的福賽斯坦納菌與食管腺癌發(fā)生的高風(fēng)險相關(guān)，此外，他們還發(fā)現(xiàn)奈瑟菌和肺炎鏈球菌的消失與食管腺癌發(fā)生的低風(fēng)險相關(guān)，能合成類胡蘿卜素的細菌能夠防范食管腺癌的發(fā)生。

由此可見，消化道微生物菌群與食管癌密切相關(guān)，了解消化道微生物菌群變化對不同類型食管癌及食管癌發(fā)生發(fā)展過程中不同環(huán)節(jié)的影響，將為食管癌的診斷、預(yù)防和治療提供新的可能性。

4 消化道微生物菌群與胃食管反流病

胃食管反流病包括三種類型：非糜爛反流病、反流性食管炎和巴雷特食管。胃食管反流病的發(fā)病因素主要是食管抗反流屏障功能障礙如食管下段括約肌功能異常、食管蠕動障礙、食管黏膜損傷、胃內(nèi)壓力升高、胃排空延遲等，而多個學(xué)者研究表明消化道微生物菌群作為一種環(huán)境因素，通過多種途徑參與了胃食管反流病的病理生理過程。

Itay等[26]使用16s rRNA基因焦磷酸測序技術(shù)研究有胃燒灼感但食管黏膜正常的患者與食管黏膜異常患者(即反流性食管炎患者或巴雷特食管患者)的胃液或食管黏膜組織微生物菌群是否存在差異，結(jié)果表明，與食管炎或巴雷特食管患者相比，有胃燒灼感但食管黏膜正常的患者胃液細菌組成有顯著差異，但食管黏膜組織微生物菌群差異性相對較小。值得注意的是，食管炎和巴雷特食管患者胃液中的腸桿菌科細菌含量明顯增加。Blackett等[21]發(fā)現(xiàn)，與健康對照組相比，在反流性食管炎組和巴雷特食管組中，除了彎曲桿菌外，其他所有屬的細菌數(shù)量都顯著減少，彎曲桿菌在反流性食管炎組和巴雷特食管組定居的數(shù)量明顯增加。Yang等[9]使用16s rRNA測序技術(shù)對正常食管、食管炎和巴雷特食管遠端黏膜微生物菌群組成進行分析，結(jié)果表明食管微生物菌群可以分為兩類。Ⅰ型微生物菌群為革蘭陽性需氧菌，多由厚壁菌門組成，主要為鏈球菌屬，集中分布在正常食管。Ⅱ型微生物菌群中含有較高比例的革蘭陰性厭氧菌/微需氧菌，包括擬桿菌門、變形菌門、梭菌門、螺旋體門，主要為韋榮球菌屬、普氏菌屬、嗜血桿菌屬等，與食管炎和巴雷特食管相關(guān)。

19世紀80年代， Marshall等[27]首次從胃黏膜組織中分離出幽門螺桿菌，從此開啟了幽門螺桿菌相關(guān)胃腸道疾病研究的新篇章。近年來，幽門螺桿菌感染及其根除與胃食管反流病的發(fā)病關(guān)系成為研究熱點。有研究對反流性食管炎與幽門螺桿菌感染的關(guān)系進行探討，該研究對88例內(nèi)鏡下診斷為反流性食管炎患者和對照組88例輕度慢性胃炎患者進行快速尿素酶試驗及碳14呼氣試驗，對比兩組幽門螺桿菌感染情況，結(jié)果顯示反流性食管炎患者幽門螺桿菌感染的陽性率低于對照組，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。該研究還按照第十屆洛杉磯國際消化會議提出的內(nèi)鏡分級標準將88例反流性食管炎分為LA-A、LA-B組及LA-C、LA-D組，結(jié)果表明LA-A、LA-B組幽門螺桿菌感染的陽性率高于LA-C、D組，該研究提示幽門螺桿菌是反流性食管炎的保護性因素[28]。

5 消化道微生物菌群與嗜酸性粒細胞性食管炎

嗜酸性粒細胞性食管炎是一種以嗜酸性粒細胞浸潤為主的慢性食管炎，是一種局限于食管的免疫或抗原介導(dǎo)的疾病。最新的研究提示嗜酸性粒細胞食管炎患者食管微生物菌群的改變可能是影響其發(fā)病的重要因素之一。

Benitez等[29]研究發(fā)現(xiàn)，與對照組(非嗜酸性粒細胞性食管炎)相比，嗜酸性粒細胞性食管炎患者食管微生物菌群有顯著性差異，后者變形菌門(奈瑟菌屬和棒狀桿菌屬)的相對豐度更高，而對照組奇異菌屬和鏈球菌屬相對豐度更高。同時研究還發(fā)現(xiàn)飲食干預(yù)不會引起嗜酸性粒細胞性食管炎患者總體微生物菌群的改變，但是有時食物的再次攝入可能會增高顆粒鏈球菌屬和彎曲菌屬相對豐度。Harris等[30]對70例兒童及成年人的食管黏膜樣本(包括11例未接受治療的活躍期嗜酸性粒細胞性食管炎患者、26例接受治療并處于緩解期的嗜酸性粒細胞性食管炎患者、8例胃食管反流病患者和25例健康對照組)進行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與健康對照者相比，無論治療狀況或食管黏膜嗜酸性粒細胞增多程度如何，嗜酸性粒細胞性食管炎患者的食管細菌負荷量菌增加，而且未經(jīng)治療的嗜酸性粒細胞性食管炎患者食管黏膜中嗜血桿菌數(shù)量顯著增加。

綜上所述，消化道微生物菌群與常見食管疾病的發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切，然而疾病發(fā)生發(fā)展是多因素、多階段、多基因共同參與的結(jié)果。消化道微生物菌群與食管疾病的關(guān)系值得進一步研究，可能為疾病的治療提供新的靶點，或許有助于人類更好地利用消化道微生物菌群治療疾病。