腸道菌群失調與膿毒癥關系研究進展

彭海英，劉宇鵬

1.聯(lián)勤保障部隊大連康復療養(yǎng)中心 檢驗病理科，遼寧 大連 116013 ；2.聯(lián)勤保障部隊第九六七醫(yī)院 重癥醫(yī)學科，遼寧 大連 116013

膿毒癥是人體對感染反應失調導致器官功能障礙綜合征，甚至威脅生命［1］。近年來，膿毒癥的發(fā)病率、病死率均較高［2］。約30% 的重癥監(jiān)護病房患者受膿毒癥影響，而不同地域存在一定的地區(qū)差異［3］。膿毒癥可能發(fā)病于不同的年齡組，對于新生兒的危害較嚴重［4］。健康的腸道菌群環(huán)境對膿毒癥的炎癥反應可產(chǎn)生保護性影響［5］。膿毒癥早期可發(fā)生消化道菌群失調并伴胃腸黏膜屏障功能損害，隨著疾病的發(fā)展可引起或加劇某些臟器功能損害［6］。腸道菌群在膿毒癥發(fā)生、發(fā)展中的作用逐漸受到重視，本文對腸道菌群失調與膿毒癥關系的研究進展作一綜述。

1 腸道菌群失調與膿毒癥相互作用

腸道菌群失調是指由于內外環(huán)境變化引起的腸道細菌比例、數(shù)量變化以及腸道菌群移位等一系列病理狀態(tài)［7］。膿毒癥發(fā)生前關于腸道菌群變化的前瞻性研究較少，但初步結果表明，腸道菌群的多樣性低、致病性革蘭氏陰性菌和腸球菌相對豐度高的患者發(fā)生膿毒癥的風險較高［8-10］。另一項流行病學調查研究雖未直接檢測患者腸道菌群，但檢測了艱難梭狀芽胞桿菌感染，并分析廣譜抗生素對膿毒癥的影響［11］。因艱難梭狀芽胞桿菌感染和廣譜抗生素與腸道菌群失調密切相關，患有艱難梭狀芽胞桿菌感染或應用廣譜抗生素治療的患者更易發(fā)生腸道菌群失調。動物實驗研究報道，腸道菌群多樣性的降低不僅會導致膿毒癥發(fā)生，還會調節(jié)宿主對膿毒癥的反應［12］。膿毒癥出現(xiàn)時，胃腸內環(huán)境被破壞，消化道菌群總量與比例明顯改變，主要表現(xiàn)為種類的增減、單個菌株過度生長、菌群結構變化、專性厭氧菌降低而兼性厭氧菌升高、有益的共生細菌降低而機會病原細菌增多，且病原菌屬也可作為主要菌屬［13-16］。對20 例膿毒癥患兒腸道菌群進行測序分析發(fā)現(xiàn)，與健康兒童比較，膿毒癥患兒的腸道菌組多樣性明顯減少，腸道菌群腸球菌膽固醇含量明顯升高，且其膽固醇含量與血液炎癥指數(shù)呈正相關；反之，膿毒癥患兒腸道菌群雙歧球菌的膽固醇含量則明顯降低，且其膽固醇含量與血清炎癥指數(shù)呈負相關［17］。腸道菌群的高致病性革蘭陰性菌和腸球菌群的低多樣性和高豐量已被確認是誘發(fā)膿毒癥危險因素［18］。有研究報道，當膿毒癥發(fā)病時，腸道菌群α 多樣性高的小鼠存活率明顯高于α 多樣性低的小鼠［19］。當不同α 多樣性的小鼠共同飼養(yǎng)時，α 多樣性降低的小鼠存活率也可明顯提高；此外，把在膿毒癥中存活的小鼠腸道菌群移植到易感小鼠體內，可有效地提高易感小鼠的存活率［19］。這說明腸菌群與膿毒癥的發(fā)生、進展有關。然而，一項臨床研究中得出的結論卻與動物試驗不盡相同。一項隨機對照試驗探討了廣譜抗生素預處理對健康年輕男性靜脈注射脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）后的影響發(fā)現(xiàn)，雖然隨機分配廣譜抗生素的受試者腸道菌群的α 多樣性和有益菌的豐度減少，但未影響膿毒癥嚴重程度的替代標志物水平［20］。這一結果提示腸道菌群組成和多樣性對膿毒癥的影響具有一定的臨床異質性。

2 腸道菌群失調致膿毒癥發(fā)生的可能機制

膿毒癥患者腸道菌群的多樣性下降與包括需氧革蘭氏陰性菌在內的潛在致病菌相對豐度較高密切相關［8-10，15］。但腸道菌群失調導致膿毒癥的確切機制目前尚未明確，其可能機制包括以下幾點。

2.1 腸道通透性增加 腸道屏蔽主要由四部分組成，即機械性屏蔽、生化性屏蔽、免疫性屏蔽及生態(tài)性屏蔽。各個屏障既相互獨立，又相互依存，一旦屏障被破壞，就會出現(xiàn)腸道菌群失調［21］。有研究報道，膿毒癥患者小腸上皮細胞的完整性遭到破壞，而腸道共生細胞則在系統(tǒng)性炎癥和院內傳染易感性中產(chǎn)生有害影響，并給出假說，膿毒癥導致大腸菌群缺失，進而影響小腸上皮細胞完整性［22］。有研究證實，在腸道屏障功能受損的小鼠中，腸道菌群的易位降低肝硬脂酰輔酶A 去飽和-1 的活力，肝飽和與不飽和脂肪酸水平顯著下降，進而破壞紅細胞的細胞質膜流動性，顯著縮短其壽命；誘發(fā)的炎癥抑制巨噬細胞的嗜紅細胞效率以提高循環(huán)中的鐵負荷，并提高易位細胞的繁殖和生存，顯著提高小鼠的膿毒癥易感性［23］。動物試驗研究報道，膿毒癥可致小鼠消化道菌群功能失調，微生物菌群多樣性降低，以及潛在消化道致病菌的過度生長，同時，在炎癥影響下消化道屏障的損傷也可為細菌組易位創(chuàng)造條件，是疾病進展、惡化的主要推動力［24］。

2.2 短鏈脂肪酸降低 膳食纖維含量與腸道菌群多樣性關系密切，低纖維飲食可顯著降低共生腸道菌群的豐富度和多樣性。膳食纖維新陳代謝過程中常見的產(chǎn)物是短鏈脂質酸（shaort chain fatty acid，SCFAs）。SCFAs 是小腸菌組的重要代謝物質，其中，最豐富的產(chǎn)物是醋酸、丙酸和丁酸，不僅是結腸上皮細胞的重要能量源，還在免疫系統(tǒng)調節(jié)中起到不同作用［25-26］。膿毒癥中，SCFAs 的降低也被認為是腸道菌群危害膿毒癥的另一危險原因［27］。首先，SCFAs 作為大結腸蛋白質的主要能源，降低了對上皮屏障的防衛(wèi)作用及其所必需基因的正常表達；其次，SCFAs 對巨噬細胞、中性粒細胞和樹突狀細胞等先天免疫性細胞均有調節(jié)作用；其三，SCFAs 雙向調控T 細胞和B 細胞介導的抗原特異性獲得性免疫。梭形芽胞桿菌與軟嫩的梭菌形成不飽和脂肪酸丁酸鹽，并通過上調關鍵的T 細胞來調控轉錄因子叉頭框蛋白P3（recombinant forkhead box protein P3，F(xiàn)OXP3），通過影響大結腸調節(jié)T 細胞的分化，從而抑制組蛋白去乙酰化，降低核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）調節(jié)的促炎細胞因子，包括腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor α，TNF-α）和白細胞介素6（interleukin 6，IL-6）［28］。SCFAs 也可通過活化G 蛋白的偶聯(lián)接受器（如GPR41、GPR43和GPR109A）或控制組蛋白去乙酰化酶（histone deasetylases，HDACs）來調節(jié)細胞功能。

2.3 免疫應答異常 膿毒癥小鼠腸道菌群α 多樣性增加不但可改善小鼠的存活率，還可改變小鼠對膿毒癥的免疫應答。當將小鼠暴露于與膿毒癥的腸道細菌相似的環(huán)境時，存活下來的小鼠T 細胞對這些特定的細菌抗原反應增加［19］。腸道菌群除影響細胞免疫外，同樣影響體液免疫。免疫球蛋白A（immunoglobulin A，IgA）主要包括分泌型與血清型，但目前對血清型IgA 的認識較欠缺。有研究報道，在大鼠腸道中定殖某些類型的菌株后，能誘導產(chǎn)生大量IgA 的骨髓漿細胞，顯著提高血清IgA 水平，有助于大鼠對抗感染后產(chǎn)生的膿毒癥［29］。上述研究表明，腸道菌群在啟動免疫系統(tǒng)方面對膿毒癥發(fā)揮著重要的作用。但目前，臨床上關于人體腸道菌群對膿毒癥免疫調節(jié)方面的研究尚較少。有研究表明，膿毒癥患者中以致病菌增加為特征的腸道菌群失調與免疫反應旺盛存在關聯(lián)［30］。而另一項臨床研究證實，在膿毒癥患者中并未發(fā)現(xiàn)腸道菌群與免疫反應之間存在聯(lián)系［20］。鑒于免疫應答失調在膿毒癥發(fā)病中的重要性，關于腸道菌群在膿毒癥免疫應答中的作用尚待進一步研究證實。

3 益生菌與膿毒癥

膿毒癥與腸道菌組失調相關，膿毒癥越嚴重腸道菌組失調越嚴重［31-32］。有研究報道，內毒素是膿毒癥早期患者腸菌群失調的獨立危險因素，若同時發(fā)生Ⅱ度或Ⅲ度腸菌群失調，預后更為不良［33］。對輕度膿毒癥患者進行益生菌干預治療4 周后發(fā)現(xiàn)，患者菌群結構改變，糞便菌群中益生菌增加，菌群功能多樣性改善［34］。有研究報道，膿毒癥患者的腸道菌群特征可作為膿毒癥的潛在性標志物［35-36］。這提示膿毒癥發(fā)病似乎起源自腸道。當膿毒癥發(fā)病時，給予糞菌移植（fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT）能顯著改善腸道菌群失調［12］。有研究報道，植物乳桿菌和低聚果糖能將新生兒敗血癥患病率或病死率降低40%［37］。另有研究發(fā)現(xiàn)，對中重度膿毒癥危重患兒給予7 d 的益生菌產(chǎn)物如VSL3（含副干酪乳桿菌、植物乳球菌、嗜酸乳桿菌等）干預后，患兒促炎細胞激素水平降低，耐炎細菌激素水平升高，但病死率無顯著改變［38］。

4 展望

綜上所述，腸道菌群和膿毒癥間可能產(chǎn)生相互作用、互為因果，腸道菌群失調、膿毒癥惡化間存在惡性循環(huán)，但尚缺乏大樣本臨床研究。益生菌的應用為膿毒癥的防治提供新思路，但益生菌的特定種類、有效物質以及確保益生菌定植的策略仍需進一步探討研究。