益生菌治療炎性腸病的研究進(jìn)展

楊敏琪，張吉翔綜述 董衛(wèi)國審校

炎性腸病(inflammatory bowel disease,IBD)是一組病因尚未闡明的慢性非特異性腸道炎性疾病，包括潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis,UC)和克羅恩病(Crohn’s disease，CD)。UC主要為局限于黏膜和黏膜下層的連續(xù)性炎性反應(yīng)，病變多自直腸開始，可累及全結(jié)腸甚至末段回腸；CD則為節(jié)段性的肉芽腫性炎性反應(yīng)，可累及消化道任何部位，但多常見于末段回腸和鄰近結(jié)腸。IBD的傳統(tǒng)治療方法包括氨基水楊酸制劑、糖皮質(zhì)激素、免疫抑制劑、生物制劑等，都可抑制腸道炎性反應(yīng)，但存在價(jià)格高、安全性低、不良反應(yīng)明顯、治療作用有限等缺點(diǎn)。近年來，越來越多的研究人員注意到益生菌在治療IBD中的顯著作用。本文就腸道菌群與IBD的關(guān)系、益生菌在IBD治療中的臨床應(yīng)用及其作用機(jī)制作一綜述。

1 腸道菌群與IBD

1.1 腸道菌群 人體腸道微生物群由10萬億～100萬億微生物組成，其數(shù)量約為人體細(xì)胞的10倍[1]。腸道菌群種類多達(dá)1 000余種，主要分為厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門、變形菌門[2]，其中擬桿菌門和厚壁菌門為優(yōu)勢(shì)菌門。在消化道的不同部位，細(xì)菌的種類和數(shù)量均存在差異，從胃到結(jié)腸，細(xì)菌的數(shù)量逐漸增加，結(jié)腸的細(xì)菌數(shù)量約為1012CFU/ml，以厚壁菌門和擬桿菌門為主[3]。近年來，腸道菌群被認(rèn)為是一種“內(nèi)分泌器官”，它們?cè)诰S持腸道正常生理活動(dòng)中發(fā)揮重要作用，包括營養(yǎng)代謝、促進(jìn)機(jī)體免疫系統(tǒng)的成熟、參與腦—腸軸調(diào)節(jié)等功能；其與機(jī)體為相互依存的共生關(guān)系。研究表明，吸煙、飲食、抗生素的使用及情緒的變化等因素均可作用于腸道菌群，引起有益菌的豐度下降，致病菌的豐度升高，從而引起腸道炎性反應(yīng)[4]。

1.2 菌群與IBD 許多研究表明，IBD的發(fā)病機(jī)制為在環(huán)境、遺傳、飲食、腸道菌群等因素的作用下，啟動(dòng)了腸道免疫反應(yīng)，破壞腸道免疫穩(wěn)態(tài)[5-6]，進(jìn)而引起腸道慢性炎性反應(yīng)。近年來，腸道菌群與IBD的關(guān)系越來越受到重視。一些動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，在腸道無菌的條件下，遺傳易感小鼠不會(huì)發(fā)生腸道炎性反應(yīng)；此外，IBD最好發(fā)于腸道細(xì)菌數(shù)量最多的部位，且在腸道細(xì)菌數(shù)量最多和豐富度最大的部位疾病活動(dòng)最明顯[7]；抗生素治療可在一定程度上使IBD患者獲得臨床改善[8]；益生菌、糞菌移植(faecal microbiota transplantation,FMT)等調(diào)節(jié)腸道菌群的方式也被證明是安全且有效的方法[9]。以上均可說明腸道菌群與IBD發(fā)病的相關(guān)性，但腸道菌群與IBD之間并非簡(jiǎn)單的因果關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，IBD患者存在不同程度的腸道菌群失調(diào)，主要表現(xiàn)為總體微生物多樣性降低，腸道有益細(xì)菌數(shù)量減少，致病細(xì)菌數(shù)量增多[6, 10]。IBD患者腸道菌群中，厚壁菌門豐度減少，而變形菌門，包括大腸桿菌豐度增加[5]。一項(xiàng)研究表明，病變部位不同的患者，其腸道菌群存在差異；有研究表明，疾病活動(dòng)度越高的患者，其腸道中腸桿菌數(shù)目也越多，但未發(fā)現(xiàn)UC患者疾病活動(dòng)度指數(shù)與腸道菌群間有明顯關(guān)聯(lián)；此外，病程較長的IBD患者的腸道菌群中變形桿菌的豐度增加[11]，即IBD患者的病變部位、疾病活動(dòng)度及病程等均可在一定程度上影響腸道菌群。綜上所述，腸道菌群與IBD關(guān)系密切且相互影響。因此，治療腸道菌群失調(diào)越來越成為IBD綜合治療中不可或缺的角色。

2 益生菌在IBD治療中的臨床應(yīng)用

根據(jù)國際益生菌和益生元科學(xué)學(xué)會(huì)(ISAPP)發(fā)表的共識(shí)聲明，益生菌是指“當(dāng)施以足夠量時(shí)對(duì)宿主健康有益的活的微生物”[12]。益生菌種類繁多，人體內(nèi)就有超過400種。從目前已報(bào)道的益生菌來看，大致可分為以下5類：乳桿菌類，如干酪乳桿菌、植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌等；雙歧桿菌類，如長雙歧桿菌、短雙歧桿菌等；芽孢桿菌類，如布拉地芽孢桿菌、丁酸梭狀芽孢桿菌等；鏈球菌屬：如嗜熱鏈球菌；腸球菌屬，如耐久腸球菌、糞腸球菌等[13]。已有大量研究證實(shí)，益生菌在緩解或治療IBD中起到重要作用。有研究表明，益生菌可提升腸道黏膜自身預(yù)防機(jī)制，且可拮抗致病菌的致病作用，還可以控制炎性因子的釋放及短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)腸道菌群[14]。

2.1 益生菌作用于UC 大量臨床研究表明，益生菌及其制劑對(duì)于UC患者的活動(dòng)期誘導(dǎo)臨床緩解和緩解期預(yù)防復(fù)發(fā)均有一定作用[15]。日本的一項(xiàng)多中心試驗(yàn)結(jié)果顯示，長雙歧桿菌可有效促進(jìn)輕至中度活動(dòng)性UC患者的臨床緩解[16]。乳酸桿菌GG在緩解UC效果方面與美沙拉嗪差異無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但在延緩UC復(fù)發(fā)方面則更有優(yōu)勢(shì)[17]。一項(xiàng)研究評(píng)估了不同條件下益生菌對(duì)IBD患者的療效，結(jié)果顯示不同益生菌在不同條件下對(duì)UC患者均有明顯療效[18]。VSL#3是一種益生菌混合物，其已被證實(shí)可減輕腸道炎性反應(yīng)及促進(jìn)腸黏膜修復(fù)[19]。Akkermansia 菌是一種屬于疣狀結(jié)腸菌門的益生菌，對(duì)宿主腸道炎性反應(yīng)有著顯著的緩解或治療作用，已有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)其可顯著改善葡聚糖硫酸鈉(DSS)誘導(dǎo)的急性結(jié)腸炎小鼠的癥狀[20]，未來有望成為治療UC的有效制劑。但目前益生菌在維持UC患者的臨床緩解方面尚未顯示出明顯優(yōu)勢(shì)[21]。

2.2 益生菌作用于CD 有研究表明，益生菌對(duì)于CD活動(dòng)期的治療及緩解期的維持方面未有明確優(yōu)勢(shì)[22]。一項(xiàng)對(duì)照試驗(yàn)表明，布拉迪酵母菌可使CD患者的腸道屏障功能得到一定程度的改善[23]。研究發(fā)現(xiàn)，給CD患者補(bǔ)充可產(chǎn)生丁酸鹽的細(xì)菌可增加患者腸上皮屏障的完整性[24]。CD患者在接受回腸切除術(shù)和回結(jié)腸吻合術(shù)后30 d內(nèi)接受VSL#3治療，其90 d和365 d內(nèi)鏡復(fù)發(fā)率及結(jié)腸黏膜促炎細(xì)胞因子水平均降低，早期使用VSL#3治療能獲得更好的療效[25]。在一項(xiàng)研究中，將61例CD患者隨機(jī)分為2組，分別給予益生菌補(bǔ)充劑及安慰劑，結(jié)果顯示2組患者之間的黏膜炎性標(biāo)志物水平及臨床疾病活動(dòng)度沒有明顯差異，亦未觀察到嚴(yán)重的不良反應(yīng)[8]。益生菌對(duì)于CD是否具有治療作用仍存在爭(zhēng)議，需要進(jìn)一步的研究來證實(shí)。

3 益生菌治療IBD的作用機(jī)制

隨著對(duì)益生菌的研究越來越深入，其緩解或治療IBD的機(jī)制也逐漸被揭示出來。其在IBD中的作用機(jī)制如下。

3.1 調(diào)節(jié)腸道菌群 腸道菌群失調(diào)是促進(jìn)IBD發(fā)生與發(fā)展的一個(gè)重要因素，研究發(fā)現(xiàn)，益生菌能夠通過Toll樣受體促進(jìn)Th1細(xì)胞分化，進(jìn)而改變黏膜免疫系統(tǒng)，增強(qiáng)腸道保護(hù)功能，增加腸道菌群多樣性[7]。有研究表明，植物乳桿菌Q7的細(xì)胞外囊泡(EV)可調(diào)節(jié)腸道微生物群，增加腸道中乳酸桿菌、雙歧桿菌等有益細(xì)菌的豐度并降低變形桿菌等有害細(xì)菌的豐度[26]。益生菌還可通過競(jìng)爭(zhēng)營養(yǎng)、拮抗等方式與腸道微生物群相互作用，降低致病菌活性，以及產(chǎn)生某些抑菌性物質(zhì)，如有機(jī)酸，直接抑制病原菌的生長[27]。上述研究表明，益生菌可以通過調(diào)節(jié)腸道菌群影響IBD的發(fā)生和發(fā)展。

3.2 調(diào)節(jié)腸道免疫，減輕腸道炎性反應(yīng) 宿主與腸道菌群之間的互利共生關(guān)系被破壞，腸道免疫穩(wěn)態(tài)被破壞，可導(dǎo)致IBD的發(fā)生。免疫和炎性反應(yīng)需要細(xì)胞因子的參與，IL-6是一個(gè)關(guān)鍵的炎性反應(yīng)因子，其水平在IBD中升高[28]；TNF-α是IBD的重要調(diào)節(jié)因子，也是調(diào)節(jié)腸上皮細(xì)胞增殖和凋亡的主要因子；IL-10可限制并最終終止T細(xì)胞對(duì)微生物病原體的過度反應(yīng)，以防止慢性炎性反應(yīng)和組織損傷。梭狀芽胞桿菌屬會(huì)影響結(jié)腸中上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞(IELs)的積累并增加Treg細(xì)胞的數(shù)量，從而抑制炎性細(xì)胞因子(TNF-α、IL-12、IFN-γ、IL-1β和IL-6)的表達(dá)，并上調(diào)抑制性細(xì)胞因子(IL-10)的表達(dá)，此外，丁酸梭菌產(chǎn)生的丁酸鹽可以通過抑制組蛋白去乙?；?HDAC)直接促進(jìn)Tregs的分化[29-30]。研究表明，DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠應(yīng)用Q7-EV下調(diào)了Toll樣受體4(TLR4)及MyD88基因表達(dá)，與配體結(jié)合后，MyD88依賴性信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)可能導(dǎo)致NF-κB的磷酸化，從而調(diào)節(jié)IL-1β、IL-6和TNF-α轉(zhuǎn)錄因子的水平，即Q7-EV通過調(diào)節(jié)TLR4-MyD88-NF-κB途徑改善了結(jié)腸炎[26]。一項(xiàng)評(píng)估了不同益生菌在二硝基苯磺酸(DNBS)結(jié)腸炎模型中的抗炎作用的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，IL-1β和TNF-α與miR-155和miR-223之間存在正相關(guān)性，EcN能夠顯著降低miR-155和miR-223的上調(diào)表達(dá)[31]。最近有證據(jù)表明，益生菌可以通過調(diào)節(jié)樹突狀細(xì)胞(DC)的成熟和產(chǎn)生耐受性DC(tolDC)來影響免疫調(diào)節(jié)，反過來又可能抑制炎性反應(yīng)。脆弱雙歧桿菌衍生的外膜囊泡(OMV)的多糖A(PSA)能夠通過影響DC來改善DSS誘導(dǎo)的小鼠的結(jié)腸炎[32]。綜上，益生菌及其代謝產(chǎn)物可通過多種途徑調(diào)節(jié)腸道免疫功能，減輕腸道炎性反應(yīng)。

3.3 增加機(jī)體抗氧化能力 氧化應(yīng)激在IBD相關(guān)組織損傷中起重要作用。氧化系統(tǒng)主要包括產(chǎn)生過量的ROS，可誘發(fā)氧化應(yīng)激，引起脂質(zhì)過氧化，導(dǎo)致結(jié)腸黏膜損傷[33]。SOD是一種重要的過氧化物分解酶，其可以抑制腸道中的脂質(zhì)過氧化，并通過降低氧自由基的水平來穩(wěn)定細(xì)胞膜[34]。植物乳桿菌ZS62通過改善腸道氧化應(yīng)激對(duì)DSS誘導(dǎo)的IBD發(fā)揮緩解作用，其可促進(jìn)GSH-Px的產(chǎn)生并催化H2O2的分解，從而消除過氧化應(yīng)激產(chǎn)物，防止ROS介導(dǎo)的細(xì)胞損傷，同時(shí)可以通過增加體內(nèi)T-SOD、Cu/Zn SOD和Mn SOD的水平來清除自由基[35]。Nrf2信號(hào)通路在細(xì)胞抗氧化防御中起著至關(guān)重要的作用，在生理?xiàng)l件下，細(xì)胞質(zhì)蛋白伴侶Keap1與Nrf2相互作用以保持靜止?fàn)顟B(tài)。在發(fā)生氧化應(yīng)激時(shí)，Nrf2能夠從Keap1中逸出并轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核并誘導(dǎo)一系列抗氧化酶(SOD、CAT和GSH)基因的轉(zhuǎn)錄，布拉氏酵母菌可促進(jìn)Nrf2信號(hào)傳導(dǎo)激活，減輕氧化應(yīng)激導(dǎo)致的結(jié)腸損傷[36]。總之，上述研究證實(shí)了益生菌在增加腸道抗氧化應(yīng)激能力中的重要作用。

3.4 降低腸道通透性，增強(qiáng)腸道屏障功能 腸道屏障由單層柱狀上皮細(xì)胞組成，這些細(xì)胞由緊密連接蛋白(TJP)連接，包括occludin、ZO-1、claudin等。分泌蛋白黏蛋白-2(MUC-2)也是結(jié)腸中保護(hù)性黏液層的主要成分。UC中TJP復(fù)雜性受損和TJP的下調(diào)可能是導(dǎo)致腸屏障功能障礙的重要機(jī)制[37]。研究表明，雙歧桿菌可上調(diào)ZO-1、MUC-2、Claudin-3和E Cadherin-1 這4種TJP的水平[38]，植物乳桿菌-12也通過上調(diào)MUC-2表達(dá)來增強(qiáng)腸道屏障功能[39]。在DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠中，MUC-2水平與Akkermansia菌豐度呈正相關(guān)，可通過補(bǔ)充Akkermansia菌增加結(jié)腸黏液層厚度，加強(qiáng)結(jié)腸黏膜屏障[20]。短鏈脂肪酸(SCFAs)是腸道微生物的代謝產(chǎn)物，包括乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽等，具有緩解炎性反應(yīng)、保護(hù)腸道屏障功能、維持上皮完整性等重要作用。丁酸梭菌可以通過丁酸激酶(buk)途徑產(chǎn)生丁酸鹽，這可能是其發(fā)揮腸上皮保護(hù)作用的機(jī)制之一[30]。另一項(xiàng)研究表明，在急性腸道損傷后，IL-17A可以通過調(diào)節(jié)TJP水平來降低腸道通透性并保持屏障完整性[40]。有研究證實(shí)，丁酸梭菌588(CBM 588)顯著促進(jìn)了結(jié)腸固有層(cLP)中產(chǎn)生IL-17A的γδT細(xì)胞和CD4細(xì)胞的擴(kuò)增，這有助于保持腸道上皮屏障的完整性[37]。綜上所述，益生菌可通過上調(diào)TJP水平、增加腸道黏液層厚度等方式發(fā)揮其腸道保護(hù)作用來緩解或治療IBD。

4 總結(jié)與展望

越來越多的研究證實(shí)益生菌在調(diào)節(jié)腸道菌群、調(diào)節(jié)腸道免疫，減輕腸道炎性反應(yīng)、增加機(jī)體抗氧化能力、降低腸道通透性、增強(qiáng)腸道屏障功能等方面發(fā)揮重要作用，益生菌或可成為緩解或治療IBD的新手段。但目前仍有很多問題需要解決，如益生菌的給藥劑量、給藥間隔及療程等，且其不良反應(yīng)尚存在爭(zhēng)議，未來需要更多的臨床試驗(yàn)進(jìn)行進(jìn)一步探究。