乳糜瀉中麥膠與消化道菌群相關(guān)性研究進(jìn)展

吳星星，吳 靜，單兆偉

(1.南京中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院 消化科，江蘇 南京 210029; 2.南京大學(xué)中醫(yī)研究院 南京鼓樓醫(yī)院 南京中醫(yī)藥大學(xué)鼓樓臨床醫(yī)學(xué)院，江蘇 南京 210008)

乳糜瀉(celiac disease, CD)是一種由麥膠蛋白介導(dǎo)的慢性多器官自身免疫性疾病，主要累及兒童和成人的小腸，具有遺傳傾向。常見的發(fā)病因素主要包括：環(huán)境因素、遺傳因素、免疫失衡，因其多病因致病，故臨床癥狀亦呈多樣性[1]：主要包括腹瀉、腹脹、腹痛等腸內(nèi)癥狀及貧血、皰疹樣皮膚炎、骨質(zhì)減少、周圍神經(jīng)病變等腸外癥狀。CD主要依據(jù)血清抗肌內(nèi)膜抗體IgA-EMA或抗組織轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶抗體tTG陽性，及十二指腸病理(黏膜絨毛部分或完全萎縮、隱窩增生、上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞或漿細(xì)胞浸潤)，經(jīng)去麥膠飲食臨床癥狀緩解等綜合診斷[2]。

CD患者攜帶特定易感基因(HLA-DQ2、HLA-DQ8)，但它們的存在并不足以導(dǎo)致CD的發(fā)生，需環(huán)境因素——麥膠的參與[3]。隨著含麥膠食物消耗增加，相關(guān)自身免疫性疾病的發(fā)病率亦逐漸上升(如CD、小麥過敏性疾病)[4]。在遺傳易感個體中，麥膠是誘發(fā)CD必要條件之一。麥膠是一種主要存在于小麥、大麥、黑麥中的蛋白質(zhì)，約占小麥總蛋白的80%～85%[5]。它是一種由數(shù)百種單體、低聚物、聚合物組成的蛋白質(zhì)混合物，主要包括醇溶蛋白(gliadin)和谷蛋白(glutenin)；其中導(dǎo)致CD的主要抗原蛋白——富含谷氨酰胺和脯氨酸的醇溶蛋白，且其分解后的33肽不被人體消化酶、刷狀緣肽酶消化[6-7]。部分麥膠在口腔中被微生物蛋白酶水解，進(jìn)而降低其免疫毒性。然而大多數(shù)麥膠在胃內(nèi)由胃蛋白酶水解為高分子大肽，從胃進(jìn)入小腸內(nèi)的肽段，因其富含脯氨酸不易被完全降解，長時間滯留于腸道，增加觸發(fā)免疫反應(yīng)的機(jī)率[8-9]。腸腔內(nèi)聚集的大量免疫原性高分子肽段，主要包括免疫顯性肽段(如α-醇溶蛋白中57～89肽和33肽)和非免疫顯性肽段(如P31～P43)，分別觸發(fā)由CD4+Th1細(xì)胞介導(dǎo)的適應(yīng)性免疫反應(yīng)和由上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的固有免疫反應(yīng)，導(dǎo)致腸道上皮炎癥細(xì)胞浸潤、絨毛萎縮和隱窩增生[10]，腸上皮細(xì)胞破壞、腸道通透性增加，出現(xiàn)腹瀉、腹脹、腹痛、消瘦、皰疹性皮膚炎等多種臨床癥狀。

堅(jiān)持無麥膠飲食(gluten free diet, GFD)是有效治療CD的方法，GFD雖可明顯改善CD患者臨床癥狀，但無麥膠飲食費(fèi)用高且產(chǎn)品少，堅(jiān)持無麥膠飲食不僅給社會及財(cái)政帶來負(fù)擔(dān)，而且給患者帶來社會和心理影響[11]。飲食對腸道菌群組成和功能有很大影響，麥膠又可調(diào)節(jié)腸道菌群穩(wěn)態(tài)。除麥膠之外，消化道菌群紊亂可能是誘發(fā)CD的另一環(huán)境因素。研究證實(shí)，CD患者存在消化道菌群紊亂，且有益菌豐度及多樣性下降，致病菌增加[12-13]。本文重點(diǎn)對消化道菌群與麥膠之間相互作用，及其在乳糜瀉中的作用機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 麥膠與口腔菌群

1.1 口腔菌群

迄今為止，口腔中有1 000多種細(xì)菌分別棲息于唾液、牙齒、牙齦等不同的部位，每克牙斑約有1 011個牙斑細(xì)菌，每毫升唾液中含有108個細(xì)菌，因此使口腔成為消化道第二個微生物密集定植的場所[14-15]。最新研究表明，口腔共生菌群可增加口腔黏膜免疫功能，從而使口腔免受病原微生物入侵。例如，口腔韋榮球菌屬、鏈球菌屬促進(jìn)抗菌肽(anti-microbial peptide，AMP)產(chǎn)生，增加上皮屏障功能和黏膜厚度[16]。但另有研究發(fā)現(xiàn)，口腔微生物中的一些致病菌，不僅與齲齒、牙周炎、口腔潰瘍等口腔疾病相關(guān)[17]，而且與感染性心內(nèi)膜炎[18]、冠狀動脈粥樣硬化[19]、肺炎[20]、肥胖[21]、腸道疾病等有一定相關(guān)性?？谇痪嚎杀淮罅窟\(yùn)輸?shù)较肋h(yuǎn)端，某些口腔微生物在遺傳易感個體中可能會誘發(fā)腸道疾病，如Atarashi等[22-23]發(fā)現(xiàn)口源性克雷伯氏菌通過定植于結(jié)腸，誘導(dǎo)Th1細(xì)胞分化促進(jìn)腸黏膜炎癥反應(yīng)。

1.2 口腔菌群降低麥膠蛋白的免疫原性

目前大多數(shù)研究局限于微生物與腸道疾病之間的關(guān)系，而口腔是第一個與食物接觸的消化器官，且與消化系統(tǒng)疾病有直接關(guān)系。因此，在大量研究十二指腸菌群、結(jié)腸菌群的基礎(chǔ)上，應(yīng)當(dāng)對口腔菌群進(jìn)一步分析，完善對消化道菌群特征的描述。CD患者存在口腔菌群紊亂，例如CD患兒唾液菌群紊亂，其中擬桿菌門(卟啉單胞菌屬、牙髓卟啉單胞菌屬和南希普雷沃桿菌)、血鏈球菌的豐度平均高于健康對照組, 且放線菌門、厚壁菌門(尤其是乳酸桿菌屬、嗜熱鏈球菌)水平顯著降低[24]。進(jìn)食含麥膠食物在口腔中雖短暫停留，但唾液中菌群數(shù)量和種類明顯多于定植在胃和十二指腸內(nèi)的菌群，口腔中存在與麥膠代謝相關(guān)的菌群。國外學(xué)者發(fā)現(xiàn)，麥膠蛋白在口腔中的初步代謝可能與定植于口腔中的羅氏菌屬、放線菌屬、耐瑟氏菌屬、輕鏈球菌屬相關(guān)[25]。CD患者與健康者相比，唾液中含有豐富的能夠降解麥膠的菌群，且對麥膠的降解率較高，其中顯著增加的乳桿菌屬可能是其原因之一。另外抗蛋白酶、高免疫原性的33肽聚醇溶蛋白可被菌斑菌完全降解,以降低其免疫原性[26-27]。由此可知，麥膠代謝可能是導(dǎo)致口腔菌群紊亂的原因之一。

2 麥膠與腸道菌群

2.1 腸道菌群

消化道內(nèi)第一個微生物密集定植的場所當(dāng)屬腸道。腸道內(nèi)定居1 000多種微生物，與人體細(xì)胞比為1.3∶1。健康者腸道菌群主要包括厚壁菌門、擬桿菌門、變形菌門、放線菌門[28-29]。根據(jù)與宿主之間的相互作用，腸道菌群分為3類：益生菌(如乳酸桿菌、雙歧桿菌等)、致病菌(如梭狀芽孢菌、糞腸球菌等)、機(jī)會致病菌。健康者腸道菌群具有保護(hù)維持腸道屏障功能、促進(jìn)營養(yǎng)物質(zhì)代謝吸收、調(diào)節(jié)免疫、抗衰老、防癌和抑癌等作用[30]。菌群與宿主之間存在互利共生的關(guān)系，宿主為其提供營養(yǎng)物質(zhì)及生存微環(huán)境，菌群通過參與宿主體內(nèi)的一系列生理作用協(xié)助維持人體腸道穩(wěn)態(tài)平衡。國內(nèi)外已有大量研究表明，腸道微生物與人體之間的平衡一旦被打破，則會通過膽汁酸代謝、腦-腸軸、腸道屏障、免疫等多種途徑，導(dǎo)致肥胖、糖尿病、冠狀動脈粥樣硬化、腸易激綜合征、炎癥性腸病、乳糜瀉等多系統(tǒng)疾病的發(fā)生[31]。

2.2 麥膠蛋白直接誘導(dǎo)腸道菌群紊亂

在乳糜瀉患者中，腸道微生物與人體之間的平衡可以被麥膠打破。大量未被降解的麥膠蛋白從口腔、胃中被推送致小腸、大腸內(nèi)，為腸腔內(nèi)不同細(xì)菌提供豐富的底物，從而促進(jìn)降解麥膠蛋白細(xì)菌的繁殖，打破腸道菌群穩(wěn)態(tài)[32-33]。目前主要通過檢測十二指腸菌群豐度和多樣性，評估小腸菌群組成結(jié)構(gòu)。D'Argenio等[34]通過檢測活動性CD患者十二指腸黏膜菌群，發(fā)現(xiàn)變形菌門豐度增加，而厚壁菌門、放線菌門豐度減小，且與GFD患者及健康者相比，奈瑟氏菌屬的成員明顯多于其他兩組(P=0.03)，其中金黃奈瑟氏球菌豐度較大。Snchez E等[35]發(fā)現(xiàn)活動性CD患兒十二指腸黏膜菌群(正常含麥膠食物飲食)與GFD患兒、健康兒童相比，在門水平上，變形菌門豐度增加、厚壁菌門豐度降低；科水平中腸桿菌科、葡萄球菌科豐度增加，鏈球菌科豐度減少。在CD動物實(shí)驗(yàn)中亦發(fā)現(xiàn)腸道菌群失調(diào)，如麥膠敏感性獼猴與健康獼猴對比，發(fā)現(xiàn)麥膠敏感性獼猴的糞便菌群α多樣性及豐度降低，且在前8個細(xì)菌科水平中，鏈球菌科和乳酸菌科在麥膠敏感性獼猴中更為豐富[36]。由此推斷，未被降解的麥膠蛋白是導(dǎo)致乳糜瀉患者腸道菌群紊亂的其中一個因素。

2.3 麥膠蛋白聯(lián)合腸道菌群誘導(dǎo)腸道炎癥反應(yīng)

麥膠蛋白中的醇溶蛋白通過激活固有免疫和適應(yīng)性免疫，通過誘導(dǎo)產(chǎn)生細(xì)胞因子及趨化因子，激活腸道炎癥反應(yīng)。尤其是醇溶蛋白在小腸固有層被組織轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶去酰胺化，并與抗原呈遞細(xì)胞的HLA Ⅱ類DQ2/8分子結(jié)合，活化T細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞，分泌促炎性細(xì)胞因子；另可通過B細(xì)胞產(chǎn)生抗肌內(nèi)膜抗體、抗醇溶蛋白抗體和抗谷氨酰胺轉(zhuǎn)胺酶抗體激活適應(yīng)性免疫，從而增加腸黏膜通透性[37]。誘發(fā)CD患者腸黏膜炎癥反應(yīng)的因子中，除醇溶蛋白之外，腸道微生物亦有不可或缺的作用。眾所周知，免疫因素是CD病因之一，適應(yīng)性免疫在CD的發(fā)病機(jī)制中起重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群與適應(yīng)性免疫密切相關(guān)，腸道微生物對宿主適應(yīng)性免疫B細(xì)胞與T細(xì)胞這兩大分支有重要調(diào)控作用。腸道菌群可通過調(diào)節(jié)B細(xì)胞的應(yīng)答以促進(jìn)腸道中IgA的產(chǎn)生；也可通過調(diào)節(jié)腸道誘導(dǎo)Th17、Treg細(xì)胞的分化來維持腸道炎癥反應(yīng)與免疫耐受之間的平衡[38]。醇溶蛋白誘導(dǎo)腸道屏障功能障礙從而使腸道致病菌過度生長和易位，發(fā)生腸道微生態(tài)失衡；微生態(tài)失衡通過調(diào)節(jié)B細(xì)胞與T細(xì)途徑，激活免疫炎癥反應(yīng), 炎癥因子通過破壞腸上皮細(xì)胞，可進(jìn)一步增加腸道黏膜通透性，加重乳糜瀉[39]。CD中腸黏膜免疫反應(yīng)可能會直接破壞生物屏障，進(jìn)而影響微生物穩(wěn)態(tài)，菌群失衡作為致病因素反作用于CD，如此形成惡性循環(huán)，使炎癥持續(xù)存在。

2.4 腸道菌群促進(jìn)麥膠蛋白水解

人體缺乏能夠完全消化麥膠的蛋白酶，腸道菌群在此類蛋白質(zhì)代謝過程中的作用不容忽視。未被降解的麥膠蛋白由小腸傳輸至大腸，一旦進(jìn)入大腸則與腸道內(nèi)大量微生物密切接觸，因大腸菌群基因的多樣性，使其具有不同于人體生化途徑，從而使某些腸道微生物具有代謝麥膠蛋白能力[40]。已有學(xué)者發(fā)現(xiàn)人體腸道存在與麥膠蛋白代謝相關(guān)的菌群(如乳桿菌屬、鏈球菌屬、葡萄球菌屬、梭狀芽孢桿菌屬、雙歧桿菌屬)[41]。不僅大腸內(nèi)存在此類微生物，小腸內(nèi)亦存在代謝麥膠的微生物。Camino等[42]表明，與健康組相比，食用含麥膠飲食的CD小鼠十二指腸黏膜菌群具有較高的麥膠蛋白水解活性，且與變形菌門(包括假單胞菌)的豐度有關(guān)。Herrán等[43]通過研究健康者及CD患者分解麥膠蛋白的小腸菌群，從十二指腸黏膜中分離出隸屬于32個細(xì)菌菌種的114個菌株，其中85個菌株生長在含有麥膠作為唯一氮源的培養(yǎng)基中，31個菌株具有細(xì)胞外水解麥膠蛋白活性，27個菌株具有水解對CD患者有免疫原性的33肽活性。

3 無麥膠飲食與消化道菌群

CD患者存在消化道菌群的紊亂，但經(jīng)過GFD治療后，CD患者消化道菌群是否能得到明顯的改善？研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過GFD治療的CD患者消化道菌群仍然處于一種失衡狀態(tài)。一項(xiàng)關(guān)于兒童的研究證實(shí)，GFD患兒(n=13)，與相同數(shù)量的健康兒童相比，唾液中類桿菌屬、擬桿菌增加，放線桿菌及熱鏈球菌減少[44]。Reddel及Di Cagno等[37,45]發(fā)現(xiàn)經(jīng)過2年的GFD治療后，CD患者十二指腸黏膜菌群尚未完全恢復(fù)，且菌群豐度仍持續(xù)下降，盡管致病菌的豐度下降，但有益菌的豐度依然較低。De Palma等[46]研究表明，健康成人堅(jiān)持GFD后，雙歧桿菌屬、乳桿菌屬、糞桿菌屬豐度下降，然而腸桿菌屬豐度增加。GFD是影響腸道菌群組成的一個重要因素，GFD不僅不能完全恢復(fù)CD患者消化道菌群，還可影響健康者菌群穩(wěn)態(tài)[47]。去麥膠飲食能夠影響幾種菌群的豐度，特別是涉及碳水化合物及淀粉代謝的菌群(梭狀芽孢桿菌科)。飲食是影響菌群豐度、多樣性及功能的重要因素。在生理狀態(tài)下，飲食模式和營養(yǎng)狀況對腸道菌群均有一定影響[48-49]。在不同膳食成分中，纖維對腸道微生物和相關(guān)代謝物有積極的影響。與標(biāo)準(zhǔn)飲食相比，GFD中纖維含量較少[50-52]。因此，可以初步推斷，含少量纖維的GFD，是導(dǎo)致腸道菌群紊亂的一個因素。

4 益生菌對CD的影響

嚴(yán)格的無麥膠飲食是目前唯一有效治療CD的方法，長期GFD雖改善CD患者癥狀，但仍存在腸道菌群紊亂。目前在GFD的基礎(chǔ)上采用益生菌干預(yù)CD患者研究較少，但有限的研究結(jié)果表明益生菌制劑聯(lián)合GFD可恢復(fù)CD患者腸道菌群。研究證實(shí)，與健康者相比，CD患兒厚壁菌門與擬桿菌門的比例及放線菌門豐度下降，GFD患兒口服3個月含2種雙歧桿菌菌株(B632和BR03)的益生菌制劑，與未補(bǔ)充益生菌制劑的GFD患兒相比，厚壁菌門與擬桿菌門的比例、放線菌門下降較前增加，且與健康兒童糞便菌群組成基本相似[53]。

5 總結(jié)與展望

綜上所述，乳糜瀉、麥膠、消化道微生物三者之間存在復(fù)雜的互交關(guān)系。CD患者不僅存在腸道菌群紊亂，而且亦伴隨口腔微生物生態(tài)失調(diào)。目前研究尚未確定與CD相關(guān)的確切微生物模式，且消化道菌群失衡與CD之間的因果關(guān)系亦尚無定論。麥膠蛋白與消化道菌群作為誘發(fā)CD環(huán)境因素，兩者之間存在密切聯(lián)系。在CD腸黏膜免疫應(yīng)答過程中，麥膠蛋白與菌群發(fā)揮著協(xié)同作用，從而使腸道免疫反應(yīng)處于持續(xù)激活的狀態(tài), 引起CD的臨床癥狀。另進(jìn)食含麥膠食物為消化道菌群提供了豐富的物質(zhì)能量，進(jìn)一步導(dǎo)致菌群失調(diào)。然而，哺乳動物體內(nèi)雖缺乏消化麥膠蛋白酶，但消化道中的某些特定細(xì)菌或一些細(xì)菌代謝產(chǎn)物均可降解麥膠蛋白。一方面麥膠蛋白與菌群失衡之間存在互為因果的關(guān)系，另一方面在誘導(dǎo)CD腸道免疫應(yīng)答過程中表現(xiàn)出協(xié)同關(guān)系。

未來應(yīng)對菌群與麥膠誘導(dǎo)CD發(fā)病機(jī)制進(jìn)行深入研究, 以闡明腸道微生態(tài)、麥膠在CD發(fā)病機(jī)制中的共同作用。益生菌(特別是麥膠蛋白代謝相關(guān)的雙歧桿菌、乳酸桿菌)有望成為CD患者的輔助制劑，并盡可能減少嚴(yán)格GFD帶來的相關(guān)不良反應(yīng)。當(dāng)然，這不是絕對的預(yù)測，畢竟動物實(shí)驗(yàn)曾表明CD動物模型中腸道乳酸桿菌增加，不能排除乳酸桿菌此時并不能充當(dāng)益生菌的角色。