腸道菌群失衡在急性胰腺炎進(jìn)展中的作用及相關(guān)機(jī)制

趙傳兵，張正樂，陶京

武漢大學(xué)人民醫(yī)院胰腺外科，湖北 武漢 430060

腸道菌群是人體中最復(fù)雜和最重要的微生態(tài)系統(tǒng)，其數(shù)量達(dá)1014之多，種類達(dá)1 000余種[1]。健康機(jī)體中腸道菌群的豐度和多樣性總是保持著動態(tài)平衡，然而在病理?xiàng)l件下，機(jī)體的腸道菌群將出現(xiàn)失衡狀態(tài)。據(jù)報道，腸道菌群失衡與多種疾病密切相關(guān)，包括腸易激綜合征[2]、結(jié)腸癌[3]、阿爾茨海默病[4]、冠心病[5]和肥胖[6]。已有研究發(fā)現(xiàn)急性胰腺炎(acute pancreatitis， AP)病人出現(xiàn)腸道菌群失衡，且腸道菌群失衡可能參與胰腺炎的進(jìn)展。根據(jù)2012年亞特蘭大標(biāo)準(zhǔn)，AP可分為輕癥急性胰腺炎(mild acute pancreatitis，MAP)、中重癥急性胰腺炎(mild severe acute pancreatitis，MSAP)和重癥急性胰腺炎(severe acute pancreatitis，SAP)[7]。大部分胰腺炎病情較輕，具有自愈傾向，但仍有15%～20%的病人進(jìn)展至SAP，SAP病人死亡率極高(20%～40%)[8]。感染性胰腺壞死是后期導(dǎo)致SAP病人死亡的主要因素，而引起上述感染的細(xì)菌主要為來自腸道的機(jī)會病原菌，其中腸桿菌科和腸球菌是引起臨床胰腺感染的最常見的病原體[9-10]。有研究表明，AP早期腸道菌群的失衡可能影響腸黏膜屏障的完整性，使腸道內(nèi)致病菌通過損傷的腸黏膜釋放入血，而細(xì)菌移位可導(dǎo)致胰腺壞死感染，從而給SAP病人帶來“二次打擊”[11]。本文就AP病人腸道菌群失衡及其導(dǎo)致AP進(jìn)展的相關(guān)機(jī)制進(jìn)行綜述，以期為AP尤其SAP的治療探討一種新途徑。

一、AP腸道菌群失衡

近年來，廣大學(xué)者針對AP與腸道菌群失衡的關(guān)系進(jìn)行了一系列的動物實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)。國外研究人員先后發(fā)現(xiàn)，與健康對照組小鼠相比，急性壞死性胰腺炎(acute necrotizing pancreatitis，ANP)組小鼠腸道菌群的α多樣性降低；同時，糞便菌群的結(jié)構(gòu)與組成也出現(xiàn)了明顯的變化，如在屬水平上，ANP組的大腸埃希菌和志賀菌豐度較高，而產(chǎn)短鏈脂肪酸(short chain fatty acid，SCFA)的菌群豐度顯著降低[12-13]。此外，2020年來自于荷蘭的研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，西式喂養(yǎng)(高脂低纖維飲食)的ANP小鼠腸道內(nèi)大腸桿菌、志賀菌屬是腸道中最豐富的菌群，這與對照組健康小鼠腸道的優(yōu)勢菌群顯著不同[14]。其他研究人員在相關(guān)的臨床試驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)了類似的變化。Tan等[15]應(yīng)用變性梯度凝膠電泳(DGGE)分析76例胰腺炎病人(MAP組與SAP組)和32名健康志愿者的糞便，發(fā)現(xiàn)與健康對照組相比，AP病人腸道菌群組成發(fā)生了明顯的變化，主要表現(xiàn)在MAP組和SAP組潛在致病菌(如腸桿菌科和腸球菌)明顯增加，有益菌(如雙歧桿菌)顯著減少；且腸道菌群變化越顯著的SAP病人感染性并發(fā)癥發(fā)生率越高。但是，DGGE受靈敏度的限制，使得研究結(jié)果可能具有片面性。之后，Zhu等[16]采用16SrRNA基因擴(kuò)增子測序檢測受試者糞便菌群組成，有效規(guī)避了上述研究的不足。該研究團(tuán)隊(duì)不僅再次證明了AP病人腸道菌群結(jié)構(gòu)與多樣性明顯失衡；而且還發(fā)現(xiàn)AP嚴(yán)重程度與糞便微生物譜的改變程度呈正相關(guān)，主要表現(xiàn)在與MAP和MSAP相比，SAP中有益細(xì)菌(如雙歧桿菌)的豐度降低更明顯，提示腸道菌群失衡可能參與AP的重癥化。其他研究也有著類似的結(jié)論，即AP病人出現(xiàn)腸道菌群失衡，主要表現(xiàn)在腸道有益菌數(shù)量減少，條件性致病菌增多[17-19]。

二、腸道菌群失衡促進(jìn)AP進(jìn)展的機(jī)制

文獻(xiàn)報道，機(jī)體中正常腸道菌群具有以下功能：(1)營養(yǎng)和新陳代謝：腸道菌群產(chǎn)物SCFA(丁酸、乙酸)可為宿主提供能量，維持腸道功能，減輕炎癥[20]。(2)生物屏障：腸道共生菌(雙歧桿菌、乳酸桿菌)通過改變緊密連接蛋白和上調(diào)保護(hù)細(xì)胞橋粒的基因來促進(jìn)腸黏膜細(xì)胞的增殖[17]。(3)腸道免疫功能：腸道先天免疫和獲得性免疫發(fā)揮其生理作用需要腸道菌群的定植[21-22]。AP病人腸道菌群失衡不僅不能對機(jī)體起到有益的作用，還會進(jìn)一步促進(jìn)AP病人的病情進(jìn)展。腸道菌群可以穿過受損的腸黏膜屏障到達(dá)胰腺和體循環(huán)，導(dǎo)致感染性胰腺壞死，增加AP的死亡風(fēng)險[17，23]。

(一)腸道菌群失衡影響AP病人腸黏膜屏障功能

1.AP病人腸黏膜通透性增高、腸黏膜屏障功能障礙 Chen等[12]發(fā)現(xiàn)ANP組病人24 h和48 h血漿二胺氧化酶(DAO)和D-乳酸等腸黏膜屏障指標(biāo)明顯升高，提示腸黏膜屏障受損；且ANP 48 h組血漿DAO和D-乳酸水平顯著高于ANP 24 h組。一項(xiàng)Meta分析結(jié)果提示59%的AP病人合并有腸屏障損傷，腸黏膜通透性增加，導(dǎo)致腸道細(xì)菌移位引起感染性胰腺壞死的發(fā)生[24]。Zhu等[16]證明AP病人腸黏膜屏障受損與腸道菌群失衡密切相關(guān)，且腸道機(jī)會性致病菌如大腸桿菌、志賀菌、腸球菌與AP病人血漿中D-乳酸、DAO水平呈顯著正相關(guān)，而益生菌與D-乳酸、DAO水平則呈顯著負(fù)相關(guān)。上述研究表明AP病人腸黏膜通透性增加，腸黏膜屏障功能出現(xiàn)了障礙，且腸黏膜屏障受損可能與腸道菌群失衡存在相關(guān)關(guān)系。

2.腸道菌群失衡影響AP病人腸黏膜屏障功能的可能機(jī)制 AP病人腸道菌群失衡與腸道緊密連接蛋白(維持腸道屏障的重要蛋白質(zhì))的關(guān)系吸引了廣大學(xué)者的注意。Deng等[25]證明SAP病人緊密連接蛋白的表達(dá)明顯低于健康對照組，而Arpin蛋白的表達(dá)明顯高于健康對照組；且發(fā)現(xiàn)SAP時Arpin蛋白影響緊密連接蛋白的表達(dá)，從而影響腸黏膜屏障功能。Zhong等[26]在研究中也同樣發(fā)現(xiàn)SAP小鼠模型的腸道組織中緊密連接蛋白水平顯著降低。據(jù)文獻(xiàn)報道，腸道有益菌屬(如雙歧桿菌、乳酸桿菌)可通過上調(diào)緊密連接蛋白的表達(dá)來促進(jìn)腸黏膜細(xì)胞的增殖，進(jìn)而維持腸黏膜屏障功能[17]；而AP病人腸道有益菌屬明顯下降，故綜合以上研究，可能間接提示了AP病人腸道菌群失衡可通過降低其腸道緊密連接蛋白表達(dá)量，進(jìn)而影響其腸黏膜屏障功能。

同時，隨著SCFA的作用逐漸被探索，諸多學(xué)者認(rèn)為AP病人腸道菌群失衡可能通過影響SCFA的生成，進(jìn)而影響其腸黏膜屏障功能。參與生成SCFA的菌群主要是雙歧桿菌、乳桿菌屬、擬桿菌屬和梭桿菌屬等厭氧菌[27]。據(jù)報道，AP病人在疾病早期即存在SCFA(如丁酸，丙酸)含量降低，而SAP病人降低更顯著[12]。SCFA已被證明可以增強(qiáng)腸黏膜上皮的屏障功能，防止病原體的入侵。其相關(guān)機(jī)制如下：(1)SCFA是腸上皮細(xì)胞(IECs)的主要能量來源，SCFA可促進(jìn)IECs增殖分化，減少細(xì)胞凋亡，在維持腸黏膜機(jī)械屏障中發(fā)揮重要作用[28]。(2)SCFA可促進(jìn)抗菌肽的產(chǎn)生，增強(qiáng)黏膜免疫功能，從而增強(qiáng)腸黏膜免疫屏障[29]。(3)補(bǔ)充SCFA可增加腸跨上皮阻力，降低腸黏膜通透性，從而增強(qiáng)腸化學(xué)屏障功能[30]。(4)SCFA能降低腸道pH值，促進(jìn)益生菌生長，抑制大腸桿菌、志賀菌等病原菌的生長和定植，從而調(diào)節(jié)腸道生物屏障[31]。因此，AP病人腸道內(nèi)SCFA的減少無疑會使腸黏膜屏障的穩(wěn)定性有所下降。

然而，以上的一些研究并沒有直接將AP腸黏膜屏障功能障礙的可能分子機(jī)制與腸道菌群失衡進(jìn)行相關(guān)分析；同時，到底是何種分子機(jī)制在AP病人腸黏膜屏障功能障礙中占據(jù)主導(dǎo)地位，目前的相關(guān)研究仍較少，這也是下一步我們需要攻克的方向。

(二)腸道菌群失衡促進(jìn)AP全身炎癥反應(yīng)，增加并發(fā)癥

對于AP病人，腸黏膜屏障功能障礙的直接后果是腸道細(xì)菌移位感染。Li等[18]報道了68.8%的AP病人外周血中細(xì)菌DNA的表達(dá)，檢出率與病情嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，這些移位細(xì)菌主要是來自腸道的條件致病菌，包括腸桿菌、腸球菌等。大腸桿菌是AP感染中最常見的菌株，而同時大腸桿菌也是腸道內(nèi)的固有細(xì)菌[17-18]。腸道菌群失衡可激活免疫系統(tǒng)，導(dǎo)致大量炎性細(xì)胞因子釋放，可導(dǎo)致全身炎癥反應(yīng)綜合征和多器官功能障礙。動物研究表明，無菌小鼠與抗生素治療后的小鼠在AP誘導(dǎo)后胰腺炎癥有所減輕，而無菌小鼠移植入SAP小鼠的糞菌后胰腺炎癥反而更重[16]。臨床研究結(jié)果也支持這一結(jié)論。Tan等[15]發(fā)現(xiàn)SAP病人血清中促炎因子白細(xì)胞介素(IL)-1、IL-8和腫瘤壞死因子α的表達(dá)水平與腸道需氧菌(如腸桿菌、腸球菌)含量呈正相關(guān)，提示SAP病人腸道菌群失衡促進(jìn)發(fā)病時的全身炎性反應(yīng)。

國內(nèi)學(xué)者發(fā)現(xiàn)，無菌與抗生素治療后的AP小鼠胰腺損傷和全身炎癥得到改善，并伴有腸道NLRP3炎癥小體活性減弱；而應(yīng)用糞便菌群移植(fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT)恢復(fù)無菌小鼠和抗生素預(yù)處理小鼠腸道菌群后，其胰腺損傷和全身炎癥反而加重，且其腸道NLRP3炎癥小體活化水平增加；研究人員進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)NLRP3基因的敲除可以拮抗AP誘導(dǎo)的腸道菌群失衡，包括增加有益菌(如乳酸桿菌)的含量，并抑制致病菌屬(如志賀桿菌)的生長，進(jìn)而增強(qiáng)AP小鼠腸黏膜屏障功能，最終減輕AP，提示失衡的腸道菌群可能通過調(diào)節(jié)NLRP3活化加劇AP的病程進(jìn)展[27]。那么，有益菌屬與條件致病菌可能通過何種分子機(jī)制影響著SAP病人的炎癥反應(yīng)進(jìn)展呢？有研究證明酪酸菌對SAP的保護(hù)作用主要是通過降低腸道通透性和調(diào)節(jié)腸道微生物區(qū)系，并抑制NLRP3和TLR4信號通路介導(dǎo)的胰腺和結(jié)腸的炎癥反應(yīng)，從而減輕SAP病人的全身炎癥反應(yīng)[32]。另有學(xué)者使用大腸桿菌對小鼠進(jìn)行灌胃處理，之后誘導(dǎo)AP，結(jié)果顯示大腸桿菌可通過激活TLR4、MyD88、p38MAPK信號通路誘導(dǎo)腸黏膜屏障損傷，進(jìn)而加重AP[33]。Wan等[34]發(fā)現(xiàn)p38MAPK抑制劑對SAP的保護(hù)機(jī)制可能與改善腸道菌群失衡和減輕腸道炎癥反應(yīng)有關(guān)，間接佐證了上述MAPK信號通路在腸道菌群導(dǎo)致AP加重的機(jī)制中扮演著重要的作用。此外，Yao等[35]發(fā)現(xiàn)中藥大黃可能通過抑制Toll樣受體，修復(fù)SAP大鼠腸黏膜屏障，調(diào)節(jié)腸道菌群，從而減少SAP的嚴(yán)重并發(fā)癥，最終改善預(yù)后和轉(zhuǎn)歸。但是，以上研究報道的機(jī)制并不能清晰說明到底是何種分子在其中扮演著主要的作用，未來尚需進(jìn)一步的高質(zhì)量研究加以確定。

三、針對AP病人腸道菌群失衡的治療方法

(一)腸內(nèi)營養(yǎng)

MSAP和SAP病人通常不能耐受口服飲食，腸內(nèi)營養(yǎng)的時機(jī)取決于疾病的嚴(yán)重程度和胃腸功能的恢復(fù)。只要病人胃腸動力能耐受，建議盡早(入院后24～72 h)進(jìn)行腸內(nèi)營養(yǎng)。腸內(nèi)營養(yǎng)支持療法符合人體正常生理代謝，能維持腸道屏障功能，抑制細(xì)菌移位，減少全身炎癥反應(yīng)綜合征[36]。2017年的一項(xiàng)Meta分析證明，在SAP的危重病人中，腸內(nèi)營養(yǎng)顯示出優(yōu)于腸外營養(yǎng)的優(yōu)勢，例如降低總死亡率和多器官衰竭，而這與腸內(nèi)營養(yǎng)可以維持腸道黏膜屏障穩(wěn)定性有關(guān)[37]。

(二)抗生素

臨床研究證實(shí)，預(yù)防性使用抗生素并不能降低AP病人后期繼發(fā)感染的風(fēng)險[38-39]。此外，有學(xué)者指出預(yù)防性使用抗生素還與多重耐藥細(xì)菌和真菌超級感染的發(fā)展有關(guān)；因此，在臨床上抗生素僅被建議用于治療確診或臨床疑似繼發(fā)胰腺感染性壞死[40]。另有學(xué)者則在AP動物模型中觀察到抗生素可以通過抑制AP炎性小體的激活來改善NLRP3炎癥小體的活性，從而減輕胰腺炎[41]，該結(jié)論可能為未來抗生素治療胰腺炎帶來新啟示。

(三)益生菌

世界衛(wèi)生組織將益生菌定義為適量有益于宿主健康的活微生物。匈牙利學(xué)者首次對益生菌治療AP的療效進(jìn)行了隨機(jī)雙盲對照試驗(yàn)，結(jié)果顯示，益生菌治療組感染性胰腺壞死、胰腺膿腫等感染性并發(fā)癥的發(fā)生率明顯低于對照組，提示益生菌能在一定程度上改善AP的預(yù)后[42]。但一項(xiàng)薈萃分析證實(shí)補(bǔ)充腸道益生菌的SAP病人在需要接受外科手術(shù)病例數(shù)、住院時間以及病死率方面沒有展現(xiàn)明顯的優(yōu)勢[43]。荷蘭一團(tuán)隊(duì)在PROPATRIA研究中指出，益生菌治療不僅沒有降低感染相關(guān)并發(fā)癥的發(fā)生率，反而增加了AP病人的死亡風(fēng)險[44]。Bongaerts等[45]對PROPATRIA研究進(jìn)行重新評估，解釋了為什么益生菌可能增加病人死亡率，提出益生菌使用時間晚、劑量低以及治療前器官衰竭發(fā)生率較對照組高可能是益生菌治療組死亡率高于對照組的原因，并就未來如何降低死亡率提出了建議：SAP病人應(yīng)用益生菌的時機(jī)應(yīng)盡早且劑量需增加，同時限制多糖的攝入，從而防止腸道自身菌群過度生長。這為未來臨床上應(yīng)用益生菌治療AP提供了參考。Suez等[46]提出抗生素治療后，再使用益生菌干預(yù)不利于腸道菌群的恢復(fù)。因此，對于胰腺炎病人，尤其是SAP病人，在益生菌的使用上眾說紛紜，尚難達(dá)到統(tǒng)一的結(jié)論，仍需要通過更多的高質(zhì)量的基礎(chǔ)研究及臨床試驗(yàn)進(jìn)一步深入探討。

(四)SCFA

SCFA可以維持腸黏膜屏障，補(bǔ)充SCFA可能調(diào)節(jié)腸道菌群的失衡，進(jìn)而減輕AP。Pan等[47]發(fā)現(xiàn)丁酸可以減輕AP相關(guān)的腸道損傷，丁酸能降低血清DAO水平，降低結(jié)腸促炎細(xì)胞因子水平，改善腸屏障功能。Berg等也發(fā)現(xiàn)，給ANP小鼠注射丁酸可以調(diào)節(jié)腸道菌群，減輕胰腺壞死感染[14]。

(五)FMT

目前FMT通過調(diào)節(jié)腸道菌群治療復(fù)發(fā)性艱難梭菌感染的療效已受到廣泛認(rèn)可[48]，此外FMT在治療潰瘍型結(jié)腸炎[49]、腸易激綜合征[50]、代謝綜合征[51]等疾病中也顯示出良好的前景。但到目前為止，關(guān)于FMT在AP中的應(yīng)用文獻(xiàn)較少。荷蘭研究小組發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)MT惡化了ANP小鼠模型的狀況[14]。然而，Li等[19]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)FMT治療后，AP小鼠腸黏膜損傷得到有效緩解，炎細(xì)胞浸潤減少，分泌型IgA濃度升高，提示FMT在治療腸黏膜屏障損傷方面有一定作用。2019年《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》報告了2例病人在接受FMT后出現(xiàn)嚴(yán)重菌血癥，其中1例病人死亡[52]，該項(xiàng)研究也為FMT的危險性帶來新的思考?，F(xiàn)今的FMT技術(shù)大多是“非靶向移植”，那么“糞菌的靶向移植”是否會使AP病人獲益呢？因此仍需大樣本多中心的RCT研究及基礎(chǔ)研究來證實(shí)。

四、結(jié)論

AP病人出現(xiàn)腸道菌群失衡，表現(xiàn)在有益菌屬的下降，條件致病菌的增加；而腸道菌群失衡可通過降低緊密連接蛋白與SCFA，影響AP病人的腸黏膜屏障功能；并促進(jìn)AP病人的全身炎癥反應(yīng)，從而參與AP的病程進(jìn)展，其分子機(jī)制可能涉及NLRP3炎癥小體、p38MAPK等多種分子及相關(guān)通路。通過調(diào)節(jié)AP病人腸道菌群可能成為AP治療的一種有效方法，臨床上也有對AP病人腸道菌群失衡狀態(tài)采取的針對性治療，如腸內(nèi)營養(yǎng)、益生菌的補(bǔ)充，部分治療措施的獲益效果是明確的。故進(jìn)一步研究腸道菌群失衡在AP進(jìn)展中的作用及相關(guān)機(jī)制，可能為后續(xù)AP尤其是SAP的治療方案提供新思路。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突