腸道微生態(tài)在克羅恩病中的作用和治療展望*

李 雙 王 軒 王曉艷 唐岸柳#

中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院1(410013) 中南大學(xué)湘雅三醫(yī)院消化內(nèi)科2

克羅恩病(Crohn’s disease, CD)是一種胃腸道慢性炎性肉芽腫性疾病，臨床常表現(xiàn)為疾病緩解和復(fù)發(fā)交替。近年來，我國和亞洲其他發(fā)展中國家的CD發(fā)病率和患病率呈逐年增加趨勢[1]，因此探明CD的發(fā)病機(jī)制和治療方法顯得尤為迫切。

目前普遍認(rèn)為，遺傳、環(huán)境、免疫等因素參與CD的發(fā)生、發(fā)展。隨著對CD的深入了解，腸道微生態(tài)紊亂在CD中的作用逐漸被重視。臨床上CD患者常合并不同程度的腸道菌群失調(diào)[2]。諸多研究[3-5]表明CD患者與正常人腸道菌群存在明顯差異，提示腸道微生態(tài)改變是CD發(fā)生、發(fā)展的重要因素之一，調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)對CD有治療作用。目前，CD的治療目標(biāo)主要是誘導(dǎo)并維持緩解和預(yù)防復(fù)發(fā)。傳統(tǒng)的CD療法如免疫抑制等可導(dǎo)致多種嚴(yán)重的不良反應(yīng)和藥物耐藥性，且易引起疾病復(fù)發(fā)，對患者生理、心理和經(jīng)濟(jì)造成巨大壓力，因此亟需安全有效的CD替代療法。目前，盡管新型療法如抗腫瘤壞死因子等對CD的治療取得了一定進(jìn)展，但在臨床實踐中，CD的有效治療仍是一項艱巨挑戰(zhàn)。因此調(diào)控腸道微生態(tài)是治療CD的一項重要嘗試。本文就腸道微生態(tài)在CD中的作用和治療展望作一綜述。

一、腸道微生態(tài)和CD

1.腸道微生態(tài)及其影響因素：人類腸道微生物的數(shù)量可達(dá)1013～1014，其中細(xì)菌最為常見，占99%以上。這些微生物集體基因組所含的基因至少為宿主基因組的100倍[6]。結(jié)腸中細(xì)菌總數(shù)約為3.8×1013個，是微生物數(shù)量最多的器官[6]。各種胃腸道菌群主要屬于厚壁菌門、擬桿菌門和放線菌門，占98%以上[7]。腸道微生物的組成受個體所在環(huán)境、飲食、年齡、基因、分娩方式、抗菌藥物使用等因素的影響，在個體間存在差異，但健康個體體內(nèi)定植的腸道菌群相對穩(wěn)定[8]。

腸道菌群既受先天因素影響，亦與抗菌藥物使用、后天飲食模式等有密切關(guān)系。研究[9]發(fā)現(xiàn)，相對于未共同生活的人群，家庭成員間的腸道菌群更接近，提示腸道菌群的組成可能與生活環(huán)境有關(guān)。近來研究[10]表明，在無宮內(nèi)感染的情況下，胎便、胎盤、臍帶血、羊水等處均可測及細(xì)菌，表明腸道菌群的定植可能在子宮內(nèi)即已開始。Wong等[11]在一項出生隊列研究中對105名嬰兒(62名陰道分娩、43名剖宮產(chǎn))胎糞樣本的細(xì)菌DNA進(jìn)行了16S rRNA基因測序，發(fā)現(xiàn)剖宮產(chǎn)(相對陰道分娩)所生嬰兒的埃希菌屬相對豐度較低，提示分娩方式與嬰兒腸道微生物組成相關(guān)。Arboleya等[12]的研究發(fā)現(xiàn)，與足月兒相比，出生后一個月內(nèi)的早產(chǎn)兒擬桿菌科百分比降低，而乳桿菌科百分比升高，圍手術(shù)期包括產(chǎn)前使用抗菌藥物會導(dǎo)致新生兒腸桿菌科百分比升高，表明早產(chǎn)和圍手術(shù)期使用抗菌藥物均會影響腸道菌群的初步建立。有研究[13]認(rèn)為腸道微生物可將攝取的營養(yǎng)物質(zhì)作為其生物過程的燃料，因此宿主飲食模式的改變會影響細(xì)菌代謝，但對飲食敏感的微生物群通常僅占整個群落的一小部分。此外，不同年齡人群的腸道菌群亦會出現(xiàn)差異，腸道微生物群落組成會隨時間推移而逐漸發(fā)生變化[14]。

2.CD患者腸道微生態(tài)的變化：伴隨微生態(tài)學(xué)的發(fā)展和研究的不斷深入，目前普遍認(rèn)為腸道菌群與CD的發(fā)生、發(fā)展有關(guān)。CD患者腸道菌群結(jié)構(gòu)較正常人發(fā)生較大改變。Alam等[15]收集了9份CD患者糞便標(biāo)本、10份健康志愿者糞便標(biāo)本，采用以16S rRNA 為基礎(chǔ)的高通量測序方法進(jìn)行檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與健康志愿者相比，CD患者腸道菌群的物種豐度降低，且存在菌群群落種類和數(shù)量失衡，CD患者腸道中厚壁菌門和放線菌門豐度增加，擬桿菌數(shù)量減少2.4倍，而變形桿菌豐度增加3.8倍。He等[16]采用16S rRNA測序，比較同一組患者治療前后腸道黏膜相關(guān)菌群的組成和功能變化，結(jié)果表明活動期CD較緩解期CD的腸道菌群發(fā)生明顯變化，在誘導(dǎo)緩解后，乳桿菌、阿克曼菌等潛在有益菌數(shù)量有所增加，而梭桿菌減少。Lee等[17]從18例CD患者和9名健康對照者的腸黏膜組織中分離出大腸埃希菌菌株，進(jìn)行黏附、侵襲和存活測定，并鑒定黏附侵襲性大腸埃希菌(AIEC)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)CD患者大腸埃希菌菌株的黏附、侵襲和存活能力均顯著升高，CD患者的AIEC患病率(38.9%)顯著高于健康對照組(22.2%)。

高通量測序的發(fā)展使人類健康與UC關(guān)系的研究超越了腸道菌群，并擴(kuò)大了對真菌菌群、病毒和蠕蟲的認(rèn)識[18]。Liguori等[19]利用16S和ITS2測序技術(shù)對CD患者回腸黏膜和糞便標(biāo)本進(jìn)行分析，結(jié)果表明真菌多樣性增加，尤其以白色念珠菌、棒曲霉以及新孢子蟲的多樣性增加更為明顯。Norman等[20]對由CD和非CD對照組組成的獨立隊列進(jìn)行糞便濾液的宏基因組測序和豐度分析，發(fā)現(xiàn)有尾噬菌體(caudovirales)與微噬菌體(microviridae)間存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，CD患者有尾噬菌體顯著擴(kuò)增，此種不相稱的噬菌體豐度與CD發(fā)生相關(guān)。Ramanan等[21]的研究表明，腸道蠕蟲感染會促進(jìn)特定的有益菌群數(shù)量增加，限制致炎性菌群增殖。寄生蟲引起的腸道感染可降低小鼠發(fā)生CD的風(fēng)險。

二、腸道微生態(tài)失衡導(dǎo)致CD的可能機(jī)制

CD的發(fā)病機(jī)制尚未完全明確，目前普遍認(rèn)為與遺傳因素、環(huán)境因素、腸道微生態(tài)等密切相關(guān)。CD在易感基因的基礎(chǔ)上，由環(huán)境等因素促發(fā)體內(nèi)免疫系統(tǒng)和腸道微生態(tài)系統(tǒng)的平衡受損，從而導(dǎo)致炎癥反應(yīng)。

1.腸道微生態(tài)紊亂破壞腸黏膜屏障：正常腸道共生菌可通過抗菌保護(hù)、免疫誘導(dǎo)、保持胃腸道黏膜屏障完整性等多種途徑維持腸道微生態(tài)平衡，抵御外來病原體損害[22]。在CD患者腸道菌群中，腸道優(yōu)勢菌、益生菌(如雙歧桿菌、乳桿菌)減少，而條件致病菌(如大腸埃希菌、艱難梭菌)增加[15-16]。增多的致病菌如AIEC可直接損傷并進(jìn)入腸黏膜屏障，被巨噬細(xì)胞吞噬，但致病菌可逃脫自噬，導(dǎo)致巨噬細(xì)胞分泌高水平腫瘤壞死因子(TNF)，引起腸道炎癥以及致病菌進(jìn)一步擴(kuò)散定植，同時加速屏障功能失調(diào)[23-25]。此外，在人和小鼠CD中，長期炎癥狀態(tài)以及緊密連接蛋白破壞均會導(dǎo)致腸上皮細(xì)胞的完整性喪失，真菌可通過破壞黏膜屏障侵入宿主，從而導(dǎo)致更為嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)[26]。

2.腸道微生態(tài)影響機(jī)體免疫反應(yīng)：腸道菌群的關(guān)鍵功能除營養(yǎng)、代謝和產(chǎn)生能量外，亦包括促進(jìn)免疫系統(tǒng)的發(fā)育和成熟。正常情況下，腸道免疫系統(tǒng)對食物和細(xì)菌抗原維持一種類似耐受的局部或系統(tǒng)性無反應(yīng)狀態(tài)，一旦此種穩(wěn)態(tài)受損，黏膜接觸抗原即會引起炎癥反應(yīng)。此外，部分特定微生物會促進(jìn)不同T細(xì)胞亞群生長，影響腸道先天性免疫應(yīng)答，從而破壞腸道穩(wěn)態(tài)。動物實驗顯示，脆弱擬桿菌將其莢膜多糖A(PSA)以外膜囊泡的形式呈遞至樹突細(xì)胞，刺激CD4+FOXP3+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg細(xì)胞)產(chǎn)生白細(xì)胞介素-10(IL-10)，從而抑制炎性反應(yīng)[27]。在腸道中，F(xiàn)OXP3+Treg細(xì)胞以及分泌FOXP3+、IL-10的CD4+T細(xì)胞具有重要作用，編碼FOXP3的基因缺失或功能喪失會導(dǎo)致小鼠發(fā)生致命的炎性疾病[28]。近期研究[29]顯示，正常腸道益生菌通過多種保護(hù)性機(jī)制，如免疫調(diào)節(jié)、模式識別受體(Toll樣受體家族等)介導(dǎo)，抑制Th17細(xì)胞的活性和IL-17的產(chǎn)生。然而CD患者的Treg細(xì)胞與Th17細(xì)胞比例失衡，Th17細(xì)胞積聚，并分泌IL-17等相關(guān)炎性分子，而Treg細(xì)胞相對減少[30]。

目前真菌在CD發(fā)病中的具體作用機(jī)制尚未明確，但已有研究[31]發(fā)現(xiàn)CD與宿主抗真菌免疫有關(guān)。前已述及，CD患者存在明顯的真菌菌群失調(diào)，共生真菌對腸道免疫系統(tǒng)具有重要的調(diào)節(jié)作用，亟需更多研究深入探索真菌與CD的因果關(guān)系。

3.腸道微生態(tài)參與物質(zhì)代謝：研究[32]顯示，在小鼠模型中，通過調(diào)節(jié)微生物代謝物?；撬帷⒔M胺以及精胺的水平可改善小鼠腸道炎癥。Tang等[33]的研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群代謝產(chǎn)物短鏈脂肪酸(SCFAs)、膽汁酸等可通過影響腸道屏障功能、自主神經(jīng)、慢性炎性反應(yīng)等影響機(jī)體功能。腸道生理性細(xì)菌以膳食纖維為食，并產(chǎn)生SCFAs(主要為乙酸鹽、丙酸鹽以及丁酸鹽)。丁酸鹽是結(jié)腸細(xì)胞的主要能源，可通過抗炎作用來維持腸道穩(wěn)態(tài)[34]。在CD患者腸黏膜和糞便中，SCFAs水平降低，導(dǎo)致腸道上皮細(xì)胞增殖分化受阻，炎性反應(yīng)失控[35]。此外，腸道菌群中擬桿菌、雙歧桿菌等通過產(chǎn)生膽鹽水解酶和脫羥基反應(yīng)產(chǎn)生膽汁酸。適當(dāng)濃度的次級膽汁酸具有免疫調(diào)節(jié)作用。與健康人相比，CD患者體內(nèi)厚壁菌門豐度降低，導(dǎo)致膽汁酸含量減少，抗炎作用減弱[36]。

三、調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)在CD治療中的應(yīng)用

CD傳統(tǒng)的治療藥物主要包括氨基水楊酸制劑、糖皮質(zhì)激素、免疫抑制劑等，但傳統(tǒng)治療不良反應(yīng)多，療效不甚滿意。近年來，對腸道微生態(tài)的研究為CD的治療提供了新的思路。

1.飲食：研究[37]顯示，人體的體質(zhì)量指數(shù)、血糖、血脂、飲食結(jié)構(gòu)等均能影響腸道菌群結(jié)構(gòu)及其產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物。目前尚無明確證據(jù)證實緩解CD的具體食物因素。一項前瞻性研究[38]顯示，地中海飲食(現(xiàn)泛指希臘、西班牙等處于地中海沿岸各國以蔬菜水果、魚類、五谷雜糧、豆類和橄欖油為主的飲食風(fēng)格)能顯著降低遲發(fā)型CD的發(fā)病風(fēng)險。國內(nèi)外均有研究[39-40]提示腸內(nèi)營養(yǎng)對CD的治療具有明確療效。但飲食治療CD的具體作用機(jī)制以及飲食對CD的治療與腸道菌群改變是否有因果關(guān)系仍需進(jìn)一步研究。

2.益生菌和益生元：益生菌是特定的活性微生物，適量攝入可促進(jìn)宿主健康。益生菌與益生元合并在同一產(chǎn)品中協(xié)同作用時稱為合生元。Guslandi等[41]的研究發(fā)現(xiàn)，單獨接受美沙拉嗪治療的患者中，37.5%出現(xiàn)臨床復(fù)發(fā)，但將美沙拉嗪與益生菌布拉酵母菌聯(lián)合使用的患者僅6.25%出現(xiàn)臨床復(fù)發(fā)，推測布拉酵母菌可用于CD的維持治療。Dore等[42]對78例CD和122例潰瘍性結(jié)腸炎(UC)患者進(jìn)行了一項為期36個月的臨床觀察，結(jié)果表明持續(xù)服用益生菌的CD患者中，全身使用激素、住院治療、手術(shù)治療等不良事件的發(fā)生率減少了64%，且CD患者服用益生菌時間越長不良事件發(fā)生率越低。但Schultz等[43]的研究表明，乳桿菌GG對誘導(dǎo)或維持CD緩解未顯示出任何益處。Shen等[44]的meta分析顯示，乳桿菌GG不僅對CD無效，且服用后可能會增加復(fù)發(fā)率。

目前，將益生元或合生元用于CD治療的臨床研究較少。乳果糖可被腸道菌群無氧酵解為乳酸和乙酸，進(jìn)而促進(jìn)雙歧桿菌、乳桿菌等益生菌的生長。乳果糖的代謝產(chǎn)物還可與自由基發(fā)生反應(yīng)，從而抑制細(xì)胞炎性通路激活，減輕炎癥水平[45]。近年來，乳果糖的益生元效應(yīng)愈加受到重視。但相關(guān)研究顯示，乳果糖對CD的治療效果較UC差。Hafer等[46]對17例CD患者進(jìn)行研究，其中9例患者單獨接受標(biāo)準(zhǔn)藥物治療，8例患者在標(biāo)準(zhǔn)治療的基礎(chǔ)上聯(lián)合10 g乳果糖作為輔助治療，結(jié)果顯示4個月后接受乳果糖治療的CD患者的臨床活動指數(shù)、內(nèi)鏡評分以及免疫組化指標(biāo)均無明顯改善，因此推測口服乳果糖對CD無顯著療效。但Fujimori等[47]的研究表明，相對益生菌治療組，益生菌與益生元聯(lián)合治療組的平均組織學(xué)評分明顯改善，可作為治療活動性CD的輔助療法。

綜上所述，不同研究對益生菌、益生元治療CD的療效結(jié)果差異較大，此可能由樣本的個體差異所致。Zmora等[48]的研究發(fā)現(xiàn)，相同菌種在不同個體中可表現(xiàn)出完全不同的腸道定植情況，即人類腸道黏膜對益生菌的定植具有個體特異性，而此種特異性可能與個體腸道中固有菌群的結(jié)構(gòu)和功能相關(guān)。因此益生菌和益生元對CD患者的療效尚需進(jìn)一步探討。此外，仍需更嚴(yán)格的臨床研究明確特定益生菌菌株和益生元物質(zhì)在CD不同臨床分期、活動度分級以及分型的中最佳療效。

3.糞菌移植(fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT)：FMT是將健康人糞便中的功能菌群移植至患者胃腸道內(nèi)來重建腸道菌群的治療方法。鑒于腸道菌群在CD中的作用，F(xiàn)MT的治療策略備受關(guān)注。但目前尚缺乏相關(guān)臨床隨機(jī)對照試驗的證據(jù)。Xiang等[49]評估了FMT對CD的治療價值，治療目標(biāo)包括腹痛、腹瀉、便血、發(fā)燒、類固醇依賴性、腸瘺以及活動性肛周瘺，接受FMT后1個月發(fā)現(xiàn)分別有72.7%、61.6%、76%以及70.6%的患者腹痛、腹瀉、便血以及發(fā)燒情況獲得改善；此外，50%的類固醇依賴患者達(dá)到無類固醇緩解。Xu等[50]的研究表明，在105例CD患者中，56.19%對FMT臨床療效滿意，74.29%的患者愿意接受第2次FMT，89.52%的患者表示愿意向其他患者推薦FMT。FMT可有效重建患者腸道菌群，使其結(jié)構(gòu)逐漸向供體靠近，并保持相對穩(wěn)定，從而通過恢復(fù)腸道微生態(tài)平衡來發(fā)揮治療的作用。但需進(jìn)一步研究明確FMT在CD治療中的益處以及其能否介導(dǎo)維持長期緩解。

四、總結(jié)和展望

近年來，CD在全球的發(fā)病率呈逐漸升高趨勢，但其具體發(fā)病機(jī)制尚未明確，揭示確切發(fā)病機(jī)制具有重要意義。已有研究證實，環(huán)境等因素導(dǎo)致的腸道微生態(tài)改變與CD的發(fā)生有關(guān)；同時，CD導(dǎo)致的人體內(nèi)環(huán)境的改變亦能引起機(jī)體腸道微生態(tài)發(fā)生改變，但此過程中仍存在諸多疑問有待解答，如腸道微生態(tài)失衡與CD發(fā)病的因果關(guān)系、CD的發(fā)生是否具有特異性致病菌以及具體的免疫和分子機(jī)制等，仍需進(jìn)一步研究闡明。相關(guān)研究結(jié)果可為臨床治療提供新方向，如改變患者飲食結(jié)構(gòu)，給予益生菌、益生元、合生元以及進(jìn)行FMT治療等。進(jìn)一步揭示腸道菌群與CD的關(guān)系，可更好地促進(jìn)上述治療方法的有效應(yīng)用，如在明確CD發(fā)生、發(fā)展中起關(guān)鍵作用的微生物的基礎(chǔ)上，F(xiàn)MT可采取人工培養(yǎng)的微生物，此種標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)的藥物具有更高的安全性和可操作性。此外，通過研究腸道菌群或可提示更清晰的CD相關(guān)免疫、分子機(jī)制，尋找潛在的藥物靶點，從而促進(jìn)相關(guān)藥物的研發(fā)應(yīng)用。

綜上所述，隨著測序技術(shù)的不斷發(fā)展和完善以及腸道宏基因組計劃的開展，未來腸道微生態(tài)的研究將有助于從多個層面闡明細(xì)菌甚至真菌、病毒等在CD發(fā)病中的具體機(jī)制，可為CD患者的腸道微生態(tài)治療進(jìn)一步提供理論基礎(chǔ)。