腸道菌群與亞健康狀態(tài)關系的研究進展

張星星,何璇昱,楊秋玉,蔡文文,白楊,阮偉清

【提要】 亞健康狀態(tài)是從健康到疾病的過渡狀態(tài)，處于亞健康狀態(tài)者多伴有消化道癥狀，在此過程中，很可能是腸道內某些特殊菌群的異常變化促使疾病的發(fā)生。近年來，國內外已有開展關于亞健康狀態(tài)與腸道菌群關聯(lián)的研究。本文從腸道菌群與亞健康狀態(tài)的機制、消化道微生態(tài)調節(jié)劑在改善亞健康狀態(tài)中的運用等方面進行綜述，總結近年來的研究進展及熱點，為亞健康狀態(tài)的菌群治療、靶點研究奠定基礎。

亞健康狀態(tài)(sub-health status，SHS)是指人體處于健康和疾病之間的一種狀態(tài)，其臨床表現(xiàn)復雜多樣且缺乏特異性，可影響生理、心理、社會交往方面。機體雖無明確疾病，卻呈現(xiàn)活力降低、適應力不同程度減退，直接影響睡眠質量，加重身心疲勞，影響工作能力和生存質量[1]。若機體長時間處于亞健康狀態(tài)，則可發(fā)展為亞臨床狀態(tài)，進而發(fā)展為疾病狀態(tài)，如極易導致精神心理疾患，嚴重時影響壽命。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展、生活環(huán)境的變化以及生活節(jié)奏的不斷加快，越來越多的人暴露在亞健康狀態(tài)中[2]。WHO的一項預測性調查顯示全球亞健康比例已達75%，健康者只有5%[3]。調查顯示我國約80%的成年人處于亞健康狀態(tài)[4]，其中20～45歲中青年的亞健康狀況較嚴峻[5]。目前，亞健康狀態(tài)是一個不可忽視的潛在的健康威脅，亟需重視和及時干預。

腸道菌群(gut microbiome，GM)及其代謝產(chǎn)物在維持人體健康穩(wěn)態(tài)中起至關重要的作用[6]。近年來，人們逐漸把GM研究的焦點轉移到中樞神經(jīng)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)人類的精神心理健康與GM關系密切[7]。亞健康狀態(tài)是一種心身相關的機體失衡狀態(tài)，心理因素在亞健康狀態(tài)的成因及發(fā)展、轉化過程中處于核心位置[8]。目前，國內外已有針對亞健康狀態(tài)與GM的相關研究[9, 10]。本文綜述GM與亞健康狀態(tài)的關聯(lián)與最新進展，尋找關鍵菌群，及早對亞健康狀態(tài)發(fā)出預警，為亞健康狀態(tài)的菌群治療奠定基礎。

1 亞健康狀態(tài)

20世紀80年代，Berkman首次提出機體存在一種介于健康狀態(tài)和疾病狀態(tài)之間的中間狀態(tài)，WHO稱之為第三狀態(tài)[11]。在1995年北京“首屆亞健康學術研討會”上正式確定了亞健康這一名稱及概念[12]。2009年，《亞健康中醫(yī)臨床指南》[1]規(guī)范亞健康的定義為：人體處于健康和疾病之間的一種狀態(tài)。處于亞健康狀態(tài)者，不能達到健康的標準，表現(xiàn)為一定時間內的活力降低、功能和適應能力減退的癥狀，但不符合現(xiàn)代醫(yī)學有關疾病的臨床或亞臨床診斷標準。在國外的研究中，與我國研究者所稱的“亞健康”概念相對應的是“慢性疲勞綜合征(chronic fatigue syndrome，CFS)”，許軍、羅仁等人認為應把慢性疲勞綜合征歸為亞健康狀態(tài)中的一種亞型[13]。

亞健康狀態(tài)的具體表現(xiàn)是多種多樣的，主要分為軀體性亞健康狀態(tài)、心理性亞健康狀態(tài)、人際交往性亞健康狀態(tài)三種亞型[14]。軀體性亞健康狀態(tài)可表現(xiàn)為疲乏無力、肌肉及關節(jié)酸痛、頭昏頭痛、心悸胸悶、睡眠紊亂、性功能減退、怕冷怕熱、易于感冒、眼部干澀等，此外，許多處于亞健康者伴有食欲不振、腹部不適、便溏便秘；心理性亞健康狀態(tài)可表現(xiàn)為情緒低落、心煩意亂、焦躁不安、急躁易怒、恐懼膽怯、記憶力下降、注意力不能集中、精力不足、反應遲鈍等；人際交往性亞健康狀態(tài)可表現(xiàn)為不能較好地承擔相應的社會角色，工作、學習困難，不能正常地處理好人際、家庭關系，難以進行正常的社會交往等[15]。

2 GM與亞健康狀態(tài)

2.1 亞健康狀態(tài)人群的GM

亞健康人群的GM與健康人群的菌群相比有明顯差異，不僅反應在菌群的種類不同，而且同類菌群的數(shù)量也相差甚遠。Sheedy[16]基于細胞培養(yǎng)的技術，研究了CFS組與健康對照組的糞便微生物，結果發(fā)現(xiàn)CFS人群腸道中的革蘭氏陽性需氧菌明顯占優(yōu)勢，尤其腸球菌和鏈球菌明顯增加。腸球菌(Enterococcus)和鏈球菌(Streptococcus)的主要代謝產(chǎn)物是乳酸和少量的乙酸，已有報道顯示D-乳酸的升高與認知功能障礙和神經(jīng)功能缺損相關[17]，證明了CFS人群的頭痛、虛弱、認知功能障礙、疲勞、疼痛、嗜睡等癥狀可能與乳酸的增高有關。但這與通過H-NMR代謝組學測定的血乳酸減少的報道形成對比，Cortes[18]認為這是由于乳酸性酸中毒僅影響CFS的一個亞型。Fremont等[19]人使用高通量16S rRNA基因測序，研究來自比利時和挪威的CFS組和健康對照組GM的差異，發(fā)現(xiàn)不同國家各人群的GM組成不同，且CFS組的類桿菌屬(Bacteroides)均減少。Shukla[20]提出CFS人群的GM與健康對照者不同，是由于細菌從腸道向全身循環(huán)的轉運增加所致。為了驗證這一假設，他們分別收集了CFS組和對照組的極量運動前、運動后15 min、48 h、72 h的癥狀報告、血液和糞便標本。結果發(fā)現(xiàn)，CFS人群主要菌群的相對豐度增加更顯著，血液中細菌清除時間延長。Giloteaux等[21]人基于16S rRNA基因測序技術，對CSF組和健康對照組的GM及其代謝物進行分析，并檢測了血液中的炎癥標志物，結果發(fā)現(xiàn)CFS組的GM多樣性減少，主要是硬壁菌門的相對豐度和多樣性的減少。研究還發(fā)現(xiàn)促炎性菌屬的增加，抗炎性菌屬的減少，尤其是糞腸桿菌(Faecalibacterium)，血液中的血清脂肪酶(LPS)、血清脂多糖結合蛋白(LBP)、可溶性CD14(sCD14)水平升高。這一研究提示了CFS人群的胃腸道是促炎環(huán)境，這種環(huán)境可能會損壞腸上皮，從而增加微生物轉運并觸發(fā)免疫反應。

2.2 GM引起亞健康狀態(tài)的機制

近年來，研究表明GM參與腦腸軸(brain-gut axis，BGA)，在維持宿主心理健康、調控大腦功能及行為中發(fā)揮著重要作用。目前認為腦腸軸是一個雙向應答系統(tǒng)，涉及內分泌，免疫和神經(jīng)等多個系統(tǒng)的相互作用[22]。Sotzny等[23]人認為導致亞健康狀態(tài)的主要原因正是免疫系統(tǒng)失調、自主神經(jīng)系統(tǒng)和代謝的紊亂。

2.2.1 免疫系統(tǒng)

腸道作為內外物質交換的重要場所，具有豐富的免疫系統(tǒng)，大量的免疫細胞分布于腸道固有層[24]。腸道微生物可與腸黏膜細胞相互作用,誘導釋放促炎和抗炎細胞因子,當促炎細胞因子明顯多于抗炎細胞因子時,促炎細胞因子經(jīng)過血腦屏障進入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，并直接誘導炎癥反應[25]。腸道微生物還可將色氨酸代謝為色氨酸分解物,色氨酸分解物通過誘導調節(jié)T細胞分化,使細胞因子平衡向抗炎方向傾斜,從而促進免疫穩(wěn)態(tài)[26]。

CFS通常以慢性低度炎癥為特征，疲勞的嚴重程度與炎性疾病的活動相關，這與CFS的免疫學模型一致。早在2003年，Logan等[27]人就提出雙歧桿菌水平低和小腸細菌過度生長可導致CFS人群的免疫功能異常。近年來，越來越多的文獻提示CFS人群免疫功能障礙，如，傳染性單核細胞增多癥已被證明是CFS的危險因素[28]，以及該人群促炎細胞因子(脂多糖和肽聚糖)的升高，T淋巴細胞活化標記物(CD26和CD38)增加和自然殺傷細胞功能的下降[29]，這證明了免疫系統(tǒng)可能參與其中。

2.2.2 神經(jīng)系統(tǒng)

腸道與腦進行溝通的神經(jīng)途徑包括迷走神經(jīng)、神經(jīng)遞質等，腸腦軸之間的雙向通訊主要是通過迷走神經(jīng)進行的[30]，迷走神經(jīng)與腸神經(jīng)系統(tǒng)形成突觸連接，構成“腸道菌群—腸神經(jīng)—迷走神經(jīng)—腦”的信息傳遞通路，將GM失調的信息傳遞到大腦，引起機體的焦慮和抑郁等慢性應激情緒[31]。迷走神經(jīng)是植物神經(jīng)系統(tǒng)中最長的神經(jīng)，對參與呼吸的肺、心臟等器官具有副交感控制，副交感神經(jīng)長期緊張便會出現(xiàn)頭暈目眩、疲勞等癥狀[32]。

Gur[33]證明了CFS人群的自主交感神經(jīng)和副交感神經(jīng)系統(tǒng)功能失調，包括血管舒縮功能和胃腸道功能障礙，以及對疼痛和感覺刺激的敏感性增加。Wyller[34]發(fā)現(xiàn)CFS人群疲勞癥狀相關的改變與副交感神經(jīng)活動減少和交感活動增加有關，Sanae Fukuda等[35]報道，癥狀的嚴重程度取決于交感神經(jīng)過度活躍程度，這是通過表現(xiàn)狀態(tài)測試來評估的。此外，GM還產(chǎn)生γ-氨基丁酸、去甲腎上腺素、多巴胺、乙酰膽堿等神經(jīng)遞質，這些神經(jīng)遞質除調節(jié)腸道活動外，γ-氨基丁酸作為抑制性神經(jīng)遞質還經(jīng)迷走神經(jīng)上行作用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)，調節(jié)機體大腦的學習記憶功能[36]。一項小樣本研究確定了在CFS人群中特征明顯的膽堿能受體SNP(mAChM3R)，與自然殺傷細胞的改變一致[18]。

2.2.3 內分泌系統(tǒng)

下丘腦—垂體—腎上腺軸(The hypothalamic-pituitary-adrenal axis，HPA)是內分泌調節(jié)的重要組成部分，通過心理和生理壓力激活釋放皮質醇，調控腸道免疫細胞的活動和細胞因子的釋放，從而影響腸道的滲透性和屏障功能，改變GM的結構。相反，GM也能夠調節(jié)HPA軸的活動，影響應激反應相關的神經(jīng)回路和行為。Weerth[37]證明了腸道微生物群與HPA軸平行發(fā)展。

HPA失調，特別是皮質醇缺乏，可能會降低HPA激素抑制免疫系統(tǒng)的能力，使人衰弱而變得疲勞、虛弱和腹痛[38]，從而造成CFS的發(fā)生、發(fā)展。皮質醇水平降低的根本原因可能是由于晝夜變化減弱以及HPA響應度降低。Tak[39]的研究顯示，CFS人群的皮質醇水平降低，且女性比男性更明顯，這與亞健康人群中女性居多的特點一致。

2.2.4 代謝產(chǎn)物

除了GM構成的不同，還發(fā)現(xiàn)GM代謝產(chǎn)物的巨大差異，主要指短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids，SCFAs)。丁酸鹽、乙酸鹽和丙酸鹽是腸道中主要的三種SCFA，能夠降解多糖，促進腸道蠕動和保持上皮屏障的完整性，也會影響免疫和炎癥反應[40]。但SCFA，尤其是丙酸的累積，也可通過作用于神經(jīng)膠質細胞而影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)，造成認知障礙。與健康對照組相比，CFS組的SCFA總量增加，可能與類桿菌減少，梭狀芽孢桿菌增多有關。已知梭狀芽孢桿菌能從乳酸和氨基酸中生成丁酸鹽，這一過程可能是由于較高的pH值、腸道轉運減少或微生物群落中細菌種類的變化而發(fā)生的[41]。

2.3 消化道微生態(tài)調節(jié)劑在改善亞健康狀態(tài)中的運用

近年來，隨著GM通過腦腸軸影響神經(jīng)精神疾病研究的進展，益生菌也成為恢復亞健康狀態(tài)人群原有GM的潛在干預措施。Rao等[42]人將39名CFS者隨機分配到試驗組或安慰劑組，試驗組連續(xù)兩個月每日服用兩次干酪乳桿菌代田株(LactobacilluscaseistrainShirota)，兩組在干預前后提供大便樣本，并完成貝克抑郁和貝克焦慮量表。結果發(fā)現(xiàn)試驗組腸道乳酸菌和雙歧桿菌的數(shù)量均顯著增加，焦慮癥狀也明顯減少。這可能與雙歧桿菌可以提高血漿中色氨酸的水平，并改變與抑郁癥和焦慮癥相關的大腦區(qū)域中血清素和多巴胺的代謝有關。在另一項研究中，服用益生菌菌株(副干酪乳桿菌F19、嗜酸乳桿菌NCFB 1748和乳雙歧桿菌Bb12)可顯著改善神經(jīng)認知功能，但未改善疲勞和身體活動分數(shù)[43]。Groeger等[44]人給CFS人群口服6～8周嬰兒雙歧桿菌35624，結果發(fā)現(xiàn)，與安慰劑相比，試驗組血漿C反應蛋白、腫瘤壞死因子-α水平降低，該結果證明了這種微生物在胃腸道條件下具有降低全身炎癥生物標志物的能力，也間接證明了人體內GM的免疫調節(jié)作用不僅影響?zhàn)つっ庖呦到y(tǒng)，還擴展到了全身免疫系統(tǒng)。筆者認為，選擇合適種類、適宜劑量的益生菌可以改善一定的癥狀，但單獨使用益生菌并不能恢復亞健康人群的健康狀態(tài)。

綜上所述，GM失衡既可能是亞健康的結果，也可能加重亞健康狀態(tài)，從而導致疾病的發(fā)生。國內外已開展關于亞健康狀態(tài)與GM的關聯(lián)研究，但國外多關注CFS，而國內少見基于測序技術的GM和亞健康狀態(tài)相關性的報道。雖然目前基于測序技術的GM和亞健康狀態(tài)相關性的報道較少，但現(xiàn)有證據(jù)表明，亞健康狀態(tài)的人群GM及代謝物與正常人相比存在差異?，F(xiàn)有研究由于測序技術、診斷標準、納入標準、對照組的不同，導致結果相互矛盾，因此，還需要對亞健康狀態(tài)的GM及代謝物進行更多高質量的研究。隨著宏基因組學/高通量測序技術的發(fā)展，并將其成功應用于GM的分析，不僅有助于亞健康狀態(tài)的機制探討，而且可為亞健康的預警、菌群治療奠定基礎。