腸道菌群與胰腺炎:現(xiàn)狀及未來(lái)

溫 華,李 茜,路 寧,蘇媛媛,馬培晗,張明鑫

溫華,蘇媛媛,西安醫(yī)學(xué)院 陜西省西安市 710000

溫華,李茜,路寧,蘇媛媛,張明鑫,西安醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院消化內(nèi)科 陜西省西安市 710077

馬培晗,張明鑫,陜西中醫(yī)藥大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院 陜西省咸陽(yáng)市712046

溫華,主要從事腸道菌群與消化道疾病的研究.

0 引言

健康人腸道菌群的特點(diǎn)是微生物豐富，物種多樣性高.有人把腸道菌群稱作“第二基因組”.據(jù)報(bào)道人類腸道菌群包含1013-1014個(gè)微生物，以及超過(guò)5×106個(gè)決定了腸道菌群的基因[1，2].在這種微環(huán)境中，細(xì)菌為優(yōu)勢(shì)菌，分為有害菌、中性菌及有益菌.其中厚壁菌門和擬桿菌門是主要的細(xì)菌門，占微生物總數(shù)的85%-90%，而放線菌門和變形菌門數(shù)量較少，最多占10%[3]（表1）.一般情況下，中性菌及有益菌種類比有害細(xì)菌種類多.但是，當(dāng)腸道微生態(tài)被打亂時(shí)，有害細(xì)菌就會(huì)增多，一些菌群生理功能就會(huì)相應(yīng)喪失[4，5].在這種不良環(huán)境中，腸細(xì)胞之間的緊密連接減少，導(dǎo)致粘膜屏障完整性的功能受損;這種被稱為“腸漏”的變化有時(shí)會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌移位（圖1），并在胃腸道和全身性疾病的發(fā)展中起著關(guān)鍵作用[6].近年來(lái)，人們逐漸意識(shí)到腸道菌群在人類健康和疾病中起著重要的作用，如炎癥性腸病、腸易激綜合征、阿爾茨海默病和糖尿病等疾病均跟腸道菌群有關(guān)[1-10].同理，腸道菌群對(duì)胰腺炎也有著重要的作用及影響[11]，研究者們相信腸道菌群與胰腺之間存在著一個(gè)生物交互系統(tǒng)，即“菌群-腸道-胰腺軸”[12].本文就腸道菌群與胰腺炎的相互影響，做了相關(guān)論述，希望能為這方面的研究者提供一些借鑒和思考.

1 腸道菌群與急性胰腺炎

急性胰腺炎（acute pancreatitis，AP）是腺泡內(nèi)胰蛋白酶原和其他蛋白水解酶過(guò)早激活的結(jié)果，導(dǎo)致胰腺腺泡損傷、炎癥介質(zhì)上調(diào)、細(xì)胞因子釋放、全身炎癥反應(yīng)和微循環(huán)損傷[13]，多跟暴飲暴食、膽石癥、酒精、高脂血癥、高鈣血癥及家族遺傳史等這些因素有關(guān).多項(xiàng)研究表明腸道菌群跟AP也密切相關(guān).

1.1 腸道菌群與AP密切相關(guān) Zhang等[14]研究顯示AP患者的樣本含有更多的擬桿菌和變形桿菌，而厚壁菌和放線菌較少（表1）.既往研究也發(fā)現(xiàn)AP患者腸球菌、腸桿菌等潛在致病菌含量顯著高于非感染組，而雙歧桿菌等益生菌含量顯著低于非感染組;由此可見，腸道菌群失衡可能是導(dǎo)致AP易位感染的的重要原因.盡管細(xì)菌可能不是胰腺炎的誘因，但炎癥環(huán)境可能使這些微生物進(jìn)入胰腺，并使局部和全身炎癥狀況惡化.有研究表明AP患者的淋巴結(jié)樣本、漿膜標(biāo)本、血液標(biāo)本中可以培養(yǎng)出細(xì)菌，這些細(xì)菌大多來(lái)自下消化道，其中最常見的微生物是大腸桿菌（54%）[15].

AP改變腸道菌群的機(jī)制可能是炎癥導(dǎo)致腸屏障功能受損[16]（圖1），從而增加了腸道的通透性.這可能是通過(guò)降低claudin 2/4的表達(dá)改變腸道的緊密連接來(lái)實(shí)現(xiàn)的[17].器官衰竭和更大程度壞死的AP患者中具有較多的致病菌群[18，19].Tsiotos等[20，21]研究也顯示約30%胰腺壞死的無(wú)菌病例，最終會(huì)被感染致病菌群，而且具有更高的致死率（20%-30%）.這些研究都為“腸漏”機(jī)制提供了證據(jù).

1.2 胰腺分泌抗菌肽可以抑制腸道菌群 抗微生物肽（CRAMP）是一種通過(guò)細(xì)菌膜具有抗微生物活性的蛋白質(zhì)[22，23].這種胰腺分泌的抗菌肽可以抑制腸道菌群（圖1）[24，25].Orai1是胰腺抗菌肽胞吐所需的Ca2+通道，在AP發(fā)展過(guò)程中，由于胰腺腺泡損傷或者Orai1通道的破壞導(dǎo)致胰腺分泌抗菌肽減少，可能使腸道菌群失調(diào)，有害菌群大量繁殖.而有害菌群的增多又可能通過(guò)“腸漏”及炎癥等機(jī)制反過(guò)來(lái)加重胰腺炎.

圖1 腸道菌群與胰腺炎的相關(guān)機(jī)制.AP使胰腺腺泡損傷或者Orai1通道的破壞導(dǎo)致胰腺分泌抗菌肽減少,從而使腸道變形菌和擬桿菌增加,厚壁菌和放線菌減少,有害菌的增多又可能導(dǎo)致腸道屏障受損從而形成“腸漏”.CP和AIP主要通過(guò)影響胰腺外分泌功能,從而改變腸道菌群的種類和數(shù)量,在有害菌和炎癥的刺激下使腸道屏障受損形成“腸漏”.在AIP早期,對(duì)自身抗原或分子擬態(tài)（H.pylori）的初始反應(yīng)是通過(guò)減少CD8T細(xì)胞,誘導(dǎo)產(chǎn)生IFN-γ、TNF-α等炎癥因子,補(bǔ)體系統(tǒng)的經(jīng)典通路可能被IgG免疫復(fù)合物激活,從而通過(guò)漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞產(chǎn)生IFN-α和IL-33,最終介導(dǎo)慢性纖維炎癥反應(yīng).AP:急性胰腺炎;CP:慢性胰腺炎;AIP:自身免疫性胰腺炎;H.pylori:幽門螺桿菌.

1.3 改變AP相關(guān)腸道菌群，有望改善疾病預(yù)后 日本相關(guān)指南認(rèn)為急性重癥胰腺炎（severe acute pancreatitis，SAP）及胰腺壞死者應(yīng)早期使用抗菌藥物.其依據(jù)來(lái)自一項(xiàng)臨床研究，該研究結(jié)果顯示預(yù)防用藥組顯著降低了死亡率及胰腺感染性壞死發(fā)生率[26].有研究認(rèn)為乳酸桿菌和雙歧桿菌等益生菌可能有助于維持腸道屏障功能，限制致病菌群的生長(zhǎng)[27，28].也有研究發(fā)現(xiàn)高負(fù)荷益生菌混合物可能對(duì)治療有害[29].由于目前益生菌對(duì)SAP患者的影響存在較大爭(zhēng)議，故還需要進(jìn)一步的研究予以證明.

2 腸道菌群與慢性胰腺炎

慢性胰腺炎（chronic pancreatitis，CP）是一種以胰腺腺泡、導(dǎo)管和胰島細(xì)胞持續(xù)性破壞及進(jìn)行性纖維化為主要特征的慢性炎癥性疾病，因?yàn)橐认俳Y(jié)構(gòu)的破壞從而導(dǎo)致外分泌和內(nèi)分泌功能受損[30，31].臨床表現(xiàn)主要有腹痛、胰腺外分泌功能不全和高血糖等，嚴(yán)重影響生活質(zhì)量[32]，同時(shí)CP患者也表現(xiàn)出與病原菌生長(zhǎng)相關(guān)的生物失調(diào)[33].

2.1 腸道菌群與CP的相互作用 和AP一樣，腸道菌群與CP也存在著相互影響.有研究指出CP患者腸道菌群中擬桿菌的相對(duì)豐度顯著增加，厚壁菌的相對(duì)豐度降低[34].CP通過(guò)影響胰腺外分泌功能，從而可以改變腸道菌群的種類和數(shù)量[35].腸道菌群的改變可以使腸道屏障功能受損及通透性增加，進(jìn)而促使腸道菌群移位至胰腺，進(jìn)一步加重CP[36-38]（圖1）.目前腸道菌群具體通過(guò)什么途徑進(jìn)入胰腺還不清楚，需要進(jìn)一步的研究.

2.2 胰酶替代療法可以改善CP患者的腸道菌群 胰酶替代療法（pancreatic enzyme replacement therapy，PERT）是胰腺外分泌不足（pancreatic exocrine insufficiency，PEI）治療的基石.通常認(rèn)為糞便排泄異常，脂肪瀉和體重減輕的患者是PERT的適用人群，PERT可以幫助CP患者脂肪吸收，改善患者的營(yíng)養(yǎng)狀況[39].一些研究認(rèn)為PERT可以直接改變腸道菌群，但具體機(jī)制目前仍不清楚.有研究發(fā)現(xiàn)用PERT治療的小鼠中有相對(duì)豐富的阿克曼菌（Akkermansia muciniphila）和羅伊拉桿菌（Latobacillus reuteri）.特別是阿克曼菌，在PERT組中發(fā)現(xiàn)高達(dá)58倍，，它可以通過(guò)促進(jìn)粘液厚度和緊密連接蛋白表達(dá)來(lái)增強(qiáng)腸屏障功能，從而減少“腸漏”[40，41].綜上，PERT可能有助于改善腸道菌群，從而緩解CP患者癥狀.

2.3 微生物制劑可能改善CP患者的臨床癥狀 Dos Santos等[42]發(fā)現(xiàn)使用由干酪乳桿菌、鼠李糖乳桿菌、嗜酸乳桿菌、雙歧桿菌和果寡糖組成的合生元能改變CP患者的腸道微環(huán)境，從而改善CP患者的臨床和實(shí)驗(yàn)室結(jié)果.Dylag等[43]也認(rèn)為益生元可以使雙歧桿菌增多，致病菌減少，從而維持腸道微生態(tài)[44].這提示微生物制劑可能是一種治療選擇，但其臨床相關(guān)性還需要更多的研究支持.

3 腸道菌群與自身免疫性胰腺炎

自身免疫性胰腺炎（autoimmune pancreatitis，AIP）是一種特殊類型的胰腺炎，常以梗阻性黃疸或腹痛為主要癥狀，且伴有胰腺組織淋巴漿細(xì)胞浸潤(rùn)及纖維化，治療上對(duì)類固醇激素敏感[45，46].它有兩種不同的表型，分為1型和2型.目前，1型AIP被認(rèn)為是系統(tǒng)性免疫球蛋白G4相關(guān)疾?。↖gG4-RD）的胰腺表現(xiàn)[47]，它與血清IgG4濃度升高、淋巴漿細(xì)胞浸潤(rùn)和胰腺靜脈炎有關(guān).與1型AIP不同，2型AIP只影響胰腺，血清IgG4濃度正常，組織學(xué)上表現(xiàn)為中性粒細(xì)胞炎癥[48].有研究指出AIP和CP的腸道菌群在門類水平上無(wú)明顯差異，但是卵形擬桿菌、蘆葦鏈球菌、戈登鏈球菌、乳酸發(fā)酵梭菌、拉瓦爾梭菌在CP患者中較AIP患者更常見[49]（表1）.

表1 胰腺炎患者腸道菌群的變化

3.1 腸道菌群可能與AIP相關(guān) 近期有人研究了幽門螺桿菌（Helicobacter pylori，H.pylori）感染與AIP之間的可能聯(lián)系[50-53].Guarneri等[53]提出H.pylori感染可能通過(guò)分子模擬或抗體交叉反應(yīng)在遺傳個(gè)體中引發(fā)AIP（圖1）.Frulloni等[50]研究表明H.pylori的a-碳酸酐酶（a-CA）與人類的a-碳酸酐酶-Ⅱ（a-CA-Ⅱ）以及H.pylori的纖溶酶原結(jié)合蛋白（PBP）與胰腺腺泡上皮細(xì)胞的泛素蛋白連接酶E3-n識(shí)別蛋白2存在一定同源性，同區(qū)段含有DRB1*0405的結(jié)合序，大多數(shù)AIP患者也表現(xiàn)出IgG反應(yīng)活性.同時(shí)，95%的AIP患者血清抗體PBP陽(yáng)性，這提示H.pylori與胰腺自身蛋白的分子擬態(tài)可能是AIP發(fā)病的刺激因子.所以，H.pylori感染易感人群后可能會(huì)通過(guò)分子模擬誘發(fā)異常的免疫應(yīng)答，造成嚴(yán)重的組織損傷，導(dǎo)致AIP發(fā)病.

3.2 腸道菌群的先天免疫反應(yīng)參與了AIP的發(fā)展 先天免疫激活有助于AIP和IG4相關(guān)性疾?。↖G4-RD）的發(fā)生發(fā)展[54-56].IG4-RD的特點(diǎn)是漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞（pDCs）產(chǎn)生IFN-a和IL-33，從而介導(dǎo)慢性纖維炎癥反應(yīng).有研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群失調(diào)可以通過(guò)激活pDCs，從而增加對(duì)AIP的敏感性;另外，使用廣譜抗生素可以抑制胰腺產(chǎn)生IFN-a和IL-33介導(dǎo)的血小板聚集，從而抑制AIP的發(fā)展[57].

4 未來(lái)展望

近年來(lái)已有一些關(guān)于腸道菌群與胰腺炎關(guān)系的研究報(bào)道（表2）.腸道有益菌群可以通過(guò)維持腸道完整性和調(diào)節(jié)腸道屏障通透性可以抵御病原微生物，所以理論上菌群的調(diào)節(jié)可能有助于胰腺炎和相關(guān)并發(fā)癥的治療.但目前SAP患者是否應(yīng)該使用益生菌治療尚未達(dá)成共識(shí).益生菌可能對(duì)于改善SAP的腸黏膜屏障有一定作用，但尚需進(jìn)一步臨床評(píng)價(jià)[58].另外，不同菌株的表現(xiàn)也不盡相同，因?yàn)椴煌募?xì)菌有不同的粘附位點(diǎn)和不同的免疫效果[59，60].因此，益生菌的種類可能導(dǎo)致臨床結(jié)果的差異.比如Cui等[61]發(fā)現(xiàn)類似于雙歧桿菌的益生菌可以顯著改善感染程度及減輕癥狀.而Gou等[62]認(rèn)為益生菌對(duì)預(yù)測(cè)SAP患者的臨床結(jié)局既無(wú)益處也無(wú)副作用;他們的研究還發(fā)現(xiàn)在益生菌的類型、劑量和治療時(shí)間方面存在顯著的異質(zhì)性，這可能導(dǎo)致了臨床結(jié)局的異質(zhì)性.

表2 腸道菌群與胰腺炎關(guān)系的研究

目前在不同研究中使用的益生菌類型和治療策略還有較大差異，所以在進(jìn)行臨床試驗(yàn)之前，應(yīng)考慮益生菌及其制劑的適當(dāng)劑量和治療時(shí)間.另外，考慮到一些益生菌的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)一步的臨床試驗(yàn)應(yīng)該仔細(xì)設(shè)計(jì)，以避免任何潛在的有害影響.同時(shí)，對(duì)胰腺炎相關(guān)菌群檢測(cè)技術(shù)的選擇及升級(jí)也很重要，菌群檢測(cè)常見的方法有細(xì)菌培養(yǎng)、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)技術(shù)（PCR）、基于PCR基礎(chǔ)上的16SrRNA技術(shù)、熒光原位雜交、基因芯片、宏基因組測(cè)序以及單一菌株或者人體完整菌群的移植、用免疫系統(tǒng)確認(rèn)致病原因、用機(jī)器學(xué)習(xí)等高級(jí)算法整合多組學(xué)數(shù)據(jù)等，有時(shí)候選擇合適的檢測(cè)技術(shù)及方法，往往能達(dá)到事半功倍的效果.當(dāng)然，菌群特異性改變的分析還可以利用易于收集的樣本，如根據(jù)血液、唾液和糞便等來(lái)開發(fā)出用于相應(yīng)檢測(cè)的新工具.