胃腸道疾病與菌群治療

黃子譽，左 濤，2，蘭 平，2，3

1廣東省胃腸病學(xué)研究所，廣州 510655 中山大學(xué)附屬第六醫(yī)院 2廣東省結(jié)直腸盆底疾病研究重點實驗室 3結(jié)直腸肛門外科，廣州 510655

腸道微生態(tài)是指生活在宿主腸道中數(shù)以百萬億計的微生物，包括細菌、真菌、病毒、古菌、原生生物等。腸道菌群與宿主腸道環(huán)境共同形成了復(fù)雜、動態(tài)變化的微生態(tài)系統(tǒng)，對維持宿主健康和調(diào)節(jié)宿主免疫發(fā)揮著重要作用。健康腸道菌群具有高豐富度、高多樣性、菌群功能穩(wěn)定的特點，并通過分泌細菌素或其他抗菌物質(zhì)、占據(jù)生態(tài)位、參與代謝等方式抵御病原微生物的入侵。而由于環(huán)境、營養(yǎng)、生活習(xí)慣改變以及抗生素濫用等原因?qū)е碌哪c道菌群功能紊亂，可引發(fā)消化系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等多個系統(tǒng)疾病。與此同時，腸道菌群也可作為藥物靶點或直接作為一種“藥物”，用以治療與腸道菌群紊亂密切相關(guān)的疾病。

近年來，胃腸道疾病的菌群療法進展迅速，多項研究已證實腸道菌群對胃腸道感染性疾病、炎癥性腸病、腸易激綜合征等良性疾病具有顯著治療療效。本文將梳理腸道菌群與人體胃腸道疾病的發(fā)生發(fā)展關(guān)系，并對該類疾病的腸道菌群治療手段及其效果進行總結(jié)，以期為臨床診療提供借鑒。

1 胃腸道疾病與菌群關(guān)系

1.1 胃腸道感染性疾病

胃腸道感染性疾病的發(fā)病與腸道菌群密切相關(guān)，比如艱難梭菌感染(Clostridiumdifficileinfection，CDI)和幽門螺桿菌感染。CDI可導(dǎo)致輕至重度腹瀉，并可能發(fā)展為危及生命的疾病，如偽膜性結(jié)腸炎和中毒性巨結(jié)腸[1]。艱難梭菌一般以芽孢的形式進入宿主腸道，當(dāng)宿主腸道菌群失調(diào)時，將初級膽汁酸代謝為次級膽汁酸的細菌豐度降低，過多的初級膽汁酸可加速艱難梭菌芽孢的萌發(fā)和生長[2]。艱難梭菌通過分泌毒素A(TcdA)、毒素B(TcdB)和艱難梭菌轉(zhuǎn)移酶3種毒素破壞結(jié)腸上皮細胞，導(dǎo)致炎癥和組織損傷，并形成偽膜斑塊。其中TcdA和TcdB是葡糖基轉(zhuǎn)移酶，被腸道上皮細胞內(nèi)吞后使Rho家族GTP酶糖基化失活，從而導(dǎo)致宿主細胞骨架和上皮屏障功能破壞[1]；艱難梭菌轉(zhuǎn)移酶是一種ADP-核糖基轉(zhuǎn)移酶，被內(nèi)吞進入腸道上皮細胞后不僅會解聚肌動蛋白，使細胞變圓和脫落，還會使細胞表面形成異常的微管凸起，以增強對腸道的粘附作用[3]。幽門螺桿菌感染是由幽門螺桿菌定植胃部產(chǎn)生的一種慢性感染，目前全球人群感染率約為50%[4]，大多數(shù)感染者并無明顯的臨床癥狀，但部分感染者可能發(fā)展為胃潰瘍、慢性胃炎或其他胃腸道疾病，1%～3%的感染者有發(fā)展為胃癌的風(fēng)險[5]。

1.2 炎癥性腸病

炎癥性腸病(inflammatory bowel disease，IBD)是一種主要發(fā)生在腸道的慢性疾病，包括潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis，UC)和克羅恩病(Crohn’s disease，CD)。UC是直腸近端結(jié)腸黏膜的彌漫性、持續(xù)性和非特異性炎癥。CD是一種慢性肉芽腫性炎癥，影響整個消化道，尤其是回盲部和肛周區(qū)域。研究顯示，一些特定因素與 IBD 直接相關(guān)，包括遺傳因素、腸道免疫異常以及直接由飲食或感染引起的腸道微生物群改變[6]。UC 患者腸道穩(wěn)態(tài)普遍破壞的特點是黏液層耗盡(含黏液的杯狀細胞丟失)、微生物 α 多樣性降低、細菌滲透增加和 Ig 反應(yīng)過度[7]。UC患者腸道菌群的變化為疣微菌門(Verrucomicrobia)和明串珠菌科(Leuconostocaceae，產(chǎn)乳酸、乙酸菌)豐度減少，羅氏菌屬(Roseburia)和毛螺菌科(Lachnospiraceae)比例下降，共生梭菌(Clostridiumsymbiosum)豐度增加[8]。CD患者的腸道中疣微菌科(Ruminococcaceae)和糞桿菌屬細菌(Faecalibacterium)的比例顯著下降，巴斯德氏菌科(Pasteurellaceae)和腸桿菌科(Enterobacteriaceae)豐度增加[9]。總體而言，IBD 患者腸道炎癥水平升高可能與微生物豐富度降低、產(chǎn)短鏈脂肪酸(short chain fatty acids,SCFAs)菌豐度降低、口腔典型細菌增加有關(guān)，而炎癥水平升高導(dǎo)致的腸道氧濃度增加可能會進一步促進腸道菌群的失調(diào)[9-10]。然而，目前文獻僅描述了IBD與腸道微生態(tài)失調(diào)的相關(guān)性，其因果機制尚待進一步深入研究。

1.3 腸易激綜合征

腸易激綜合征(irritable bowel syndrome,IBS)是一種常見的功能性腸病，以腹痛或腹部不適為主要癥狀，常伴有排便頻率或糞便性狀的改變。IBS患者腸道菌群多樣性降低，腸桿菌科相對豐度增加，雙歧桿菌屬(Bifidobacteria)和乳桿菌科(Lactobacillaceae)相對豐度減少，致使腸道內(nèi)丁酸鹽減少，乙酸和丙酸增多，從而導(dǎo)致腹脹、腹痛[11]。

2 胃腸道疾病的菌群治療

2.1 糞便微生物移植

糞便微生物移植(fecal microbiota transplantation,FMT)是一種通過腸鏡、口服膠囊等方式將從健康者糞便中分離出的微生物注入患者腸道中以重建腸道菌群的治療方法。FMT療法最早可追溯至我國東晉時期著名醫(yī)藥學(xué)家葛洪采用口服糞便的方法治療嚴(yán)重腹瀉[12]。

2.1.1 治療CDI

目前，F(xiàn)MT最常用于治療僅靠抗生素?zé)o法治愈的CDI或復(fù)發(fā)性CDI(recurrent CDI，rCDI)，治愈率可達85%～90%[13]。一項針對FMT用于rCDI的研究發(fā)現(xiàn)，受體在接受FMT 2周后腸道菌群多樣性增加，腸道菌群組成也接近供體[14]。另一項研究發(fā)現(xiàn)，CDI患者接受FMT后腸道中的初級膽汁酸減少，次級膽汁酸生產(chǎn)能力顯著恢復(fù)，從而抑制了艱難梭菌芽孢的萌發(fā)[15]。不久前，人體糞便提取物口服藥丸SER-109[含厚壁菌門(Firmicutes)芽孢]完成了Ⅲ期臨床試驗，評估了SER-109治療rCDI的有效性和安全性，結(jié)果顯示SER-109組的rCDI復(fù)發(fā)率顯著低于安慰劑組(分別為12%和40%)，安全性與安慰劑組相當(dāng)，SER-109攜帶的厚壁菌門不僅能夠在受試者腸道中穩(wěn)定定植，且能夠恢復(fù)菌群的膽汁酸代謝能力，提高次級膽汁酸水平[16]。此外，F(xiàn)MT能否成功治療CDI與供體糞便或受體腸道中的真菌群落有關(guān)，F(xiàn)MT成功的受體糞便中酵母菌屬(Saccharomyces)和曲霉菌屬(Aspergillus)真菌相對豐度較高，而供體糞便或受體腸道中高豐度的白色念珠菌(Candidaalbicans)均會導(dǎo)致FMT療效降低甚至失敗[17]，其中機制尚待進一步闡明。

2.1.2 治療IBD

除CDI外，目前已有大量FMT治療IBD的研究發(fā)表。Paramsothy等[18]通過腸鏡對輕至中度 UC 患者進行FMT，患者在 FMT 前使用結(jié)腸灌洗，并接受來自3～7個供體混合糞便的FMT，27%(11/41)接受FMT治療的患者和8%(3/40)接受安慰劑(等滲鹽水)的患者病情得到緩解。Costello等[19]采用相同的給藥方式，但灌腸次數(shù)更少，且在厭氧條件下保存了來自供體的糞便，結(jié)果得到了相似的研究結(jié)果，即FMT組32%(12/35)的UC患者病情緩解，而安慰劑組9%(3/34)病情緩解，表明FMT有望用于治療UC。與UC相比，采用FMT治療CD的研究較少，目前僅有1項關(guān)于FMT治療CD的隨機對照研究，受試者在口服皮質(zhì)類固醇后分別進行FMT或安慰劑治療，24周后腸鏡結(jié)果顯示，F(xiàn)MT組的臨床緩解率為50.0%(4/8)，安慰劑組則為33.3%(3/9)，差異無統(tǒng)計學(xué)意義[20]，F(xiàn)MT對CD療效仍需更大規(guī)模的隨機對照試驗進一步證實。

2.1.3 治療IBS

目前，已有數(shù)項關(guān)于FMT治療IBS的前瞻性隨機對照臨床試驗發(fā)表。Johnsen等[21]將90例以腹瀉或腹瀉+便秘為主的IBS患者按2∶1的比例隨機分配至FMT組和安慰劑組，治療3個月后結(jié)果顯示，65%的FMT組患者和43%的安慰劑組患者治療有效。Halkj?r等[22]研究了FMT膠囊與安慰劑對 IBS 患者的影響，該試驗在52例中至重度IBS患者中進行，治療3個月后，受試者糞便樣本16S擴增子測序結(jié)果顯示接受FMT膠囊組患者的腸道菌群多樣性增加，但IBS嚴(yán)重程度評分結(jié)果顯示安慰劑組患者的癥狀緩解程度更大。這表明改變腸道菌群不足以改善IBS的臨床癥狀，需要不同的研究設(shè)計和更大規(guī)模的臨床研究以檢驗 FMT在IBS中的作用。

2.2 益生菌

國際益生菌和益生元科學(xué)協(xié)會(International Scientific Association for Probiotics and Prebiotics，ISAPP)將益生菌定義為“活的微生物：當(dāng)給予足夠的量時，會對宿主健康有益”[23]。目前常用的益生菌主要有雙歧桿菌(Bifidobacterium，如B.adolescentis、B.bifidum、B.longum等)、乳桿菌(Lactobacillus，如L.acidophilus、L.casei、L.paracasei、L.rhamnosus等)和鏈球菌(Streptococcus，如S.thermophilus等)[24]。益生菌主要以抵抗病原微生物侵入(占據(jù)生態(tài)位、分泌抗菌物質(zhì)或細菌素等)[25-26]、產(chǎn)生對宿主有利的代謝物(次級膽汁酸、SCFAs等)[26-27]、調(diào)節(jié)免疫[28-29]等方式使宿主健康受益。目前市面常見的益生菌藥物主要有金雙歧(雙歧桿菌乳桿菌三聯(lián)活菌片)、思連康(雙歧桿菌四聯(lián)活菌片)、整腸生(地衣芽孢桿菌活菌膠囊)等，主要用于治療腸道菌群失調(diào)引起的急慢性腹瀉、抗生素治療無效的腹瀉及便秘。

2.2.1 治療幽門螺桿菌感染

“三聯(lián)療法”和“四聯(lián)療法”曾被認(rèn)為是根治幽門螺桿菌感染最有效的方法，但抗生素的使用會產(chǎn)生損害腸道菌群的副作用[30]，也會導(dǎo)致耐藥菌株的產(chǎn)生[31]。目前已有研究將益生菌作為治療幽門螺桿菌感染的新療法，以提高根除率及減少副作用和耐藥性的產(chǎn)生。Sykora等[32]用益生菌結(jié)合“三聯(lián)療法”與單獨“三聯(lián)療法”治療86例兒童幽門螺桿菌感染，結(jié)果顯示干酪乳桿菌L.caseiDN114001結(jié)合“三聯(lián)療法”的根除率為84.6%，且副作用較少，而單獨“三聯(lián)療法”的根除率僅為57.5%。Deguchi等[33]也有類似的發(fā)現(xiàn)，與單獨“三聯(lián)療法”相比，乳酸乳桿菌L.lactisOLL2716結(jié)合“三聯(lián)療法”治療耐克拉霉素幽門螺桿菌的根除率提高了約10%。

2.2.2 治療IBD

IBD的特征是腸道菌群失調(diào)和免疫反應(yīng)加劇，因此也相應(yīng)產(chǎn)生了諸多關(guān)于益生菌治療IBD的研究。Hegazy等[34]使用德氏乳桿菌(L.delbruekii)和發(fā)酵乳桿菌(L.fermentum)輔助柳氮磺胺吡啶治療UC，與安慰劑組和單純藥物治療組相比，治療8周后結(jié)腸中的促炎因子[如白細胞介素(interleukin，IL) -6、腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α、核因子-κB]水平下降，病變的范圍和嚴(yán)重程度有所減弱，表明用益生菌輔助治療UC具有更好的療效。雙歧桿菌的抗炎作用在另一項研究中得到證實，Imaoka等[35]用短雙岐桿菌(B.breve和B.bifidum)對UC 患者的外周血單核細胞進行體外處理后，發(fā)現(xiàn)促炎細胞因子IL-8減少。Palumbo等[36]對益生菌混合物(含有L.salivarius、L.acidophilus和B.bifidus)輔助治療UC的效果進行了評價，美沙拉嗪和益生菌混合物治療UC患者2年，其恢復(fù)時間比單獨使用美沙拉嗪組短，治療效果更好。而關(guān)于益生菌治療CD的研究則表明，益生菌能調(diào)節(jié)免疫，但并未能取得實質(zhì)療效。Generoso等[37]在一項小鼠腸梗阻模型實驗研究中，用布拉酵母菌S.boulardii補充劑降低了腸道通透性，同時檢測到血漿IL-10和腸道IgA分泌增加，表明S.boulardii具有免疫調(diào)節(jié)作用。Bourreille等[38]給予皮質(zhì)類固醇和水楊酸鹽治療的緩解期CD患者口服S.boulardii52周，與單獨使用藥物組相比，復(fù)發(fā)次數(shù)或復(fù)發(fā)平均時間無顯著差異，表明S.boulardii不能預(yù)防CD復(fù)發(fā)。一項包含75例CD緩解患者(5～21歲)的研究同樣顯示，L.rhamnosusGG與藥物(水楊酸鹽、硫唑嘌呤、6-巰基嘌呤或皮質(zhì)類固醇)聯(lián)用 2年后未能降低CD的復(fù)發(fā)率[39]。

2.2.3 治療IBS

有研究表明，某些益生菌能夠減輕IBS患者的總體癥狀，減少腹痛與腹瀉。Nobutani等[24]研究發(fā)現(xiàn)，IBS患者每天服用L.gasseriCP2305 4周后，與安慰劑組相比，IBS嚴(yán)重性指數(shù)評分顯著改善。一項隨機雙盲安慰劑對照試驗顯示，服用多種益生菌混合物(含有B.longum、B.bifidum、B.lactis、L.acidophilus、L.rhamnosus和S.thermophilus)4周的IBS患者與安慰劑組相比，IBS 癥狀明顯緩解的患者比例顯著高于安慰劑組(68.0%比37.5%)[40]。

目前，將益生菌用作預(yù)防和治療CDI的研究[41]較少，其療效仍需更多研究加以驗證?？偟膩碚f，益生菌一般用于治療腹瀉、便秘等較為輕微的癥狀，或用作輔助治療，以提高藥物療效或降低藥物副作用。

2.3 益生元

ISAPP將益生元定義為“一種可被宿主微生物選擇性利用并對宿主健康有益的底物”，常見的益生元包括菊粉、低聚葡萄糖、低聚果糖 (fructooligosaccharide，F(xiàn)OS)、乳果糖以及半乳糖和β-葡聚糖的衍生物等。益生元不會被人體胃腸道中的內(nèi)源性酶消化，故益生元能夠到達結(jié)腸，并被結(jié)腸中的微生物利用[42]。益生元可以調(diào)節(jié)腸道微生物群的平衡，促進SCFAs的產(chǎn)生[43]，SCFAs又會被結(jié)腸所吸收，調(diào)節(jié)多種免疫相關(guān)細胞(如結(jié)腸上皮細胞、巨噬細胞、中性粒細胞和樹突狀細胞)的表型與功能[44]，從而維持或改善宿主的健康。

雖然益生元被報道用于治療IBD[45]、IBS[46-47]等疾病，但目前相關(guān)研究仍然較少，且許多研究結(jié)果相互矛盾，仍需更多研究進一步證明益生元治療疾病的療效?？偟膩碚f，益生元對宿主健康具有一定的益處，但其作用效果有限，難以單獨作為藥物治療疾病。

2.4 合生元

合生元是益生菌和益生元的混合物，ISAPP將合生元定義為“由活微生物和宿主微生物選擇性利用的底物組成的混合物，可為宿主帶來健康益處”[48]。與益生菌相似，關(guān)于合生元治療疾病的研究同樣集中于治療IBD、IBS等疾病。

Steed等[49]在一項隨機、雙盲、安慰劑對照試驗中，對35例活躍期CD患者采用包含B.longum和菊粉/FOS的合生元或安慰劑治療6個月。臨床結(jié)果顯示，合生元組13例患者的病情得到改善,CD活動指數(shù)和組織學(xué)評分均降低，而黏膜IL-18、干擾素-γ和IL-1β幾乎無變化，表明合生元的攝入可有效改善活躍期CD患者的臨床癥狀。Furrie等[50]在一項隨機、雙盲、安慰劑對照試驗中，同樣采用包含B.longum和菊粉/FOS的合生元或安慰劑對18例UC患者進行為期1個月的治療，結(jié)果顯示合生元組的腸鏡評分與安慰劑組相比有所降低，β-防御素-2、3、4和TNF-α、IL-1α均顯著降低。Fujimori等[51]評估了益生菌、益生元和合生元治療UC的功效，其中益生菌組的31例患者服用B.longum，益生元組的31例患者服用洋車前子，合生元組的32例患者服用B.longum+洋車前子，4周后合生元組患者的生活質(zhì)量得到顯著改善，血清C反應(yīng)蛋白顯著降低，表明合生元治療UC的效果比單獨使用益生菌或益生元更好。

Moser等[52]探究了口服合生元OMNi-BiOTiC?[含益生元玉米淀粉、麥芽糊精、菊粉、FOS、氯化鉀、硫酸鎂以及益生菌(L.caseiW56、L.acidophilusW22、L.paracaseiW20、L.salivariusW24)、植物乳桿菌(L.plantarumW62)、L.lactisW19、乳雙歧桿菌(B.lactisW51/W52和B.bifidumW23)]對IBS患者的影響，結(jié)果顯示口服4周后，受試者胃和十二指腸黏膜的微生物多樣性增加，結(jié)腸黏膜的CD4+T細胞減少，糞便樣本中的乙酸和丁酸含量增加。Skrzydo-Radomańska 等[53]的隨機雙盲安慰劑對照試驗結(jié)果顯示，合生元制劑[含有益生菌(L.rhamnosusFloraActiveTM19070-2、L.acidophilusDSMZ 32418、B.lactisDSMZ 32269、B.longumDSMZ 32946、B.bifidumDSMZ 32403)和益生元(FOS)]治療腹瀉型IBS 8周后，患者排便不全、腸胃脹氣、疼痛、腹瀉癥狀得到顯著改善。

由于合生元中含有益生菌，因此益生菌的許多適應(yīng)證可能同樣適用于合生元，研究顯示合生元還具有輔助治療胃腸道感染性疾病(如幽門螺桿菌感染[54])等疾病的潛力。然而，同樣與益生菌相似，合生元治療疾病的功效并不如藥物，更適合用于輔助藥物治療或降低藥物副作用。

2.5 后生元

ISAPP將后生元定義為“能為宿主帶來健康益處的滅活微生物和/或其成分的制劑”，同時明確規(guī)定了后生元只能施用于宿主皮膚或黏膜表面，疫苗注射劑、純化的微生物成分或產(chǎn)物(如胞外多糖、SCFAs等)不屬于后生元[55]。與益生菌相比，后生元不會發(fā)生抗性基因轉(zhuǎn)移風(fēng)險，也不會引起菌血癥，且更易于儲存和運輸，其主要通過調(diào)節(jié)常駐微生物群[56]、增強上皮屏障功能[57]、調(diào)節(jié)局部和全身免疫反應(yīng)[58]、調(diào)節(jié)全身代謝反應(yīng)[59]以及神經(jīng)系統(tǒng)的全身性信號傳導(dǎo)[60]等方式對宿主產(chǎn)生有利影響。

后生元已被證明可用于治療幽門螺桿菌感染。Canducci等[61]采用L.acidophilusStrain LB凍干和滅活培養(yǎng)物(研究組)或“三聯(lián)療法”(對照組)分別治療幽門螺桿菌感染患者，意向性治療分析結(jié)果顯示，治療7 d后研究組的根除率為88%(52/59)，對照組的根除率為70%(42/60)。Mehling等[62]發(fā)現(xiàn)口服滅活L.reuteriDSMZ 17648 14 d后能夠減少幽門螺桿菌在胃部定植。Mullish等[63]證明腸道微生物產(chǎn)生的膽汁鹽水解酶可將初級膽汁酸代謝為次級膽汁酸并抑制艱難梭菌芽孢的萌發(fā)，rCDI小鼠口服產(chǎn)生膽汁鹽水解酶的細菌培養(yǎng)上清液后，艱難梭菌的總活菌數(shù)減少約70%，表明后生元具有治療rCDI的潛力，但仍需人體或臨床研究進一步驗證。

Andresen等[64]的一項多中心、隨機、雙盲、安慰劑對照臨床試驗評估了熱滅活B.bifidumMIMBb75治療IBS的療效，該研究共納入443例IBS患者(其中后生元組221例，安慰劑組222例)，每天口服后生元或安慰劑膠囊2顆，持續(xù)8周。結(jié)果顯示后生元組34%(74/221)的患者腹痛、腹脹和排便習(xí)慣異常等IBS癥狀得到緩解，而安慰劑組中僅19%(43/222)的患者癥狀緩解。此外，后生元組的不良事件報告率與安慰劑組相當(dāng)，表明后生元熱滅活B.bifidumMIMBb75可能是比益生菌更安全的IBS療法。

SCFAs被認(rèn)為是治療IBD的一種很有前景的輔助療法，已有臨床研究將SCFAs灌腸劑用于治療UC并取得成效[65]，雖然SCFAs不屬于后生元，但表明含有SCFAs的后生元可能具有治療IBD的潛力。

3 小結(jié)與展望

多種疾病的發(fā)生與腸道菌群息息相關(guān)，因此研究疾病狀態(tài)下腸道菌群的變化對開發(fā)新療法至關(guān)重要。然而，目前大部分研究僅描述了疾病與腸道菌群的相關(guān)性，亟待更多研究進一步闡明二者之間的分子機制和因果關(guān)系，從而指導(dǎo)臨床開展更多的微生物治療研究?？梢灶A(yù)見，采用微生物或促進微生物成長的底物對失調(diào)的腸道菌群進行改造并恢復(fù)正常腸道菌群結(jié)構(gòu)和功能將成為未來的研究熱點。目前，F(xiàn)MT、益生菌、合生元、后生元已被證實在胃腸道疾病治療中取得較大成效，同時更精細化的精準(zhǔn)組合治療手段正在不同疾病的治療中進行積極探索(包括臨床前和臨床研究)。總體而言，腸道菌群治療仍處于起步階段，仍需更多、更大規(guī)模的前瞻性試驗以驗證其治療胃腸道疾病的有效性和安全性。

作者貢獻：黃子譽負(fù)責(zé)文獻檢索及論文撰寫；蘭平、左濤共同參與論文選題和設(shè)計；左濤負(fù)責(zé)論文修訂。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突