炎癥性腸病與腸道微生態(tài)

胡 彤，龐 智，3

1. 南京醫(yī)科大學(xué)附屬蘇州醫(yī)院北區(qū)消化內(nèi)科（江蘇蘇州 215008）

2. 蘇州市立醫(yī)院北區(qū)消化內(nèi)科（江蘇蘇州 215008）

3. 蘇州市消化系疾病與營養(yǎng)研究中心（江蘇蘇州 215008）

炎癥性腸病（inflammatory bowel disease，IBD）是一種病因尚不明確的慢性非特異性腸道炎癥性疾病，主要包括克羅恩?。–rohn's disease，CD）和潰瘍性結(jié)腸炎（ulcerative colitis，UC）兩個亞型。目前研究認為IBD的發(fā)生發(fā)展是環(huán)境、微生態(tài)和免疫介導(dǎo)因子在遺傳易感宿主中相互作用的結(jié)果。鑒于IBD患者腸道微生態(tài)發(fā)生了改變，且參與了IBD的發(fā)病，本研究就腸道微生態(tài)在IBD中生理作用及診療價值進行介紹。

1 炎癥性腸病與腸道微生態(tài)

人體腸道微生態(tài)主要由超過100萬億個不同的微生物組成，包括細菌、真菌、病毒和寄生蟲等。腸道微生物所包含的基因是宿主基因組的100多倍[1]。腸道細菌群主要分為厚壁菌門、擬桿菌門、變形菌門和放線菌門，健康成人以厚壁菌門和擬桿菌門為主[2]。整個胃腸道的細菌數(shù)量也存在差異，結(jié)腸菌種的數(shù)量和多樣性均高于胃和小腸[3]。

IBD患者腸道微生態(tài)變化主要表現(xiàn)為菌群失調(diào)，包括菌群多樣性，以及種類和豐度發(fā)生改變。與健康人群相比，IBD患者腸道菌群中占主導(dǎo)的厚壁菌門和擬桿菌門的豐度減少，而變形菌門和放線菌門的占比相應(yīng)增加[4-5]?；?6s測序技術(shù)，Gevers等對未接受治療的CD患者的研究顯示，消除藥物對微生態(tài)的混淆效應(yīng)后，CD患者腸黏膜中巴氏桿菌、韋榮球菌、奈瑟菌和梭桿菌的數(shù)量增加，擬桿菌、糞桿菌、瘤胃球菌和糞腸球菌的豐度減少[6]。CD與UC患者的腸道微生物組成也存在差異，與UC患者相比，CD患者腸道微生物中有益的糞桿菌、甲烷短桿菌和顫螺旋菌豐度減少[7]。此外，本團隊前期研究發(fā)現(xiàn)IBD患者腸道微生態(tài)中真菌的菌群結(jié)構(gòu)也發(fā)生了改變[8]。

IBD患者腸道微生態(tài)的改變可能與疾病活動度、治療方式等有關(guān)。Halfvarson等對128名受試者進行了2年的隨訪，研究發(fā)現(xiàn)，IBD患者的微生物構(gòu)成較健康對照組隨時間的波動更大，其中回腸CD患者與健康對照組的偏差最大，微生物群的波動與因病加強用藥存在一定相關(guān)性[7]。此外，Yilmaz等研究顯示，與未經(jīng)手術(shù)治療的CD患者相比，小腸切除術(shù)后的CD患者腸道微生物中副擬桿菌和梭狀芽胞桿菌減少、腸桿菌增加，進一步研究顯示毛螺菌和瘤胃球菌的紊亂與CD患者抗腫瘤壞死因子-α（抗TNF-α）治療的不良反應(yīng)和術(shù)后疾病復(fù)發(fā)有關(guān)[9]。

2 腸道微生態(tài)在炎癥性腸病發(fā)病中的作用

腸道微生態(tài)參與IBD的許多生理過程，包括消化與代謝功能、上皮屏障的調(diào)節(jié)、宿主免疫系統(tǒng)的發(fā)育和調(diào)節(jié)等。

2.1 消化與代謝

腸道微生態(tài)參與了消化與代謝的過程，產(chǎn)生多種氨基酸、維生素，并進行膽汁的轉(zhuǎn)化[10]。短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFAs）是由人類無法自然消化的膳食植物纖維發(fā)酵產(chǎn)生，主要包括乙酸、丙酸、丁酸，是結(jié)腸上皮的能量來源，其在調(diào)節(jié)腸道免疫穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮關(guān)鍵作用[11-12]。SCFAs可能通過G蛋白偶聯(lián)受體（G protein-coupled receptors，GPCRs）激活細胞產(chǎn)生趨化因子和細胞因子，調(diào)節(jié)保護性免疫和組織炎癥[13]。Lloyd-Price等研究分析了132名IBD患者的黏膜、血液和糞便樣本，發(fā)現(xiàn)兼性厭氧菌增加、專性厭氧菌減少，其代謝物SCFAs水平降低，促進了腸道炎癥進展[14]。琥珀酸是三羧酸循環(huán)中間體，是重要的促炎因子，是巨噬細胞對脂多糖反應(yīng)的關(guān)鍵介質(zhì)[15]。Laserna-Mendieta等研究顯示，與健康對照組相比，IBD患者腸道組織及糞便中琥珀酸水平相對增加，從腸道微生態(tài)的角度來看，利用琥珀酸的考拉桿菌在UC和CD患者中的含量均低于健康個體[16]。此外，膽汁酸是脂肪吸收和消化所需的乳化劑，膽汁酸的缺乏可能促進炎癥反應(yīng)，并導(dǎo)致潛在有害細菌的繁殖[10]。多項研究發(fā)現(xiàn)UC和CD患者厚壁菌門及瘤胃球菌減少，進而出現(xiàn)膽汁酸吸收不良和繼發(fā)性膽汁酸缺乏，最終導(dǎo)致持續(xù)腹瀉癥狀[17-18]。

2.2 腸道屏障

腸道微生態(tài)與宿主之間形成腸道黏膜屏障，表現(xiàn)為腸上皮內(nèi)的黏液雙分子層和細胞連接，形成包含微生物群的物理屏障。此外，抗菌肽的分泌，如潘氏細胞、杯狀細胞等產(chǎn)生的防御素，形成了抗微生物入侵的化學(xué)屏障[19-20]。核苷酸結(jié)合寡聚域2（nucleotide oligomerization domain 2，NOD2）作為細胞內(nèi)細菌防御因子在腸上皮細胞中表達，有助于對共生微生物的免疫應(yīng)答。NOD2突變可能導(dǎo)致黏液層出現(xiàn)缺陷、屏障破壞及抗菌肽的減少進而使致病菌擴張[21]。腸道細菌產(chǎn)生的SCFAs，特別是丁酸，可誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T細胞（regulatory T cell，Treg）的發(fā)育，促進杯狀細胞產(chǎn)生黏液，從而加強黏膜屏障[22]，而目前研究表明，IBD患者腸道微生態(tài)中產(chǎn)生丁酸的細菌，如普拉梭菌、 瘤胃球菌、羅氏菌和梭狀芽胞桿菌的數(shù)量減少[23]。鏈球菌芽孢產(chǎn)生的吲哚代謝產(chǎn)物，如吲哚丙烯酸（indoleacrylic acid，IA）可增強腸上皮屏障功能，減輕炎癥反應(yīng)，而IBD患者腸道中IA的生物合成減少，可能導(dǎo)致屏障功能障礙[24]。由此可見，腸道微生態(tài)在腸黏膜屏障中扮演了重要的角色。

2.3 宿主免疫

腸道微生態(tài)在宿主免疫系統(tǒng)的成熟中起著重要作用。T細胞參與炎癥和局部免疫反應(yīng)，其中Treg是炎癥的負性調(diào)節(jié)因子，而腸道中脆弱類桿菌和梭狀芽胞桿菌可刺激Treg的分化[25]。動物模型顯示，無菌環(huán)境可預(yù)防基因易感小鼠結(jié)腸炎的發(fā)生，而無菌小鼠經(jīng)IBD患者糞便微生物定植后，腸道Th17細胞數(shù)量增加、Treg數(shù)量減少，為探索人類腸道微生態(tài)的發(fā)病機制提供了參考[26]。特異性大腸桿菌，如黏附性侵襲性大腸桿菌（adhesive-invasive escherichia coli，AIEC） 在巨噬細胞中具有復(fù)制能力，可逃避免疫細胞的殺傷，引發(fā)炎癥級聯(lián)反應(yīng)[27]，除直接影響自噬機制外，還可抑制自噬過程，使其在細胞內(nèi)存活和生長。AIEC在巨噬細胞內(nèi)的持續(xù)復(fù)制導(dǎo)致高水平的TNF-α分泌，但不誘導(dǎo)細胞死亡，促使腸道炎癥進展和AIEC過度定植[28]。上述研究表明，腸道微生態(tài)是免疫系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，其變化與IBD的發(fā)病相關(guān)。

3 腸道微生態(tài)在炎癥性腸病診療中的應(yīng)用

3.1 診斷

隨著基因組學(xué)的快速發(fā)展，許多研究發(fā)現(xiàn)，某些特定細菌群落的多樣性和豐度變化可用于IBD的診斷。Lopez-Siles等研究顯示，IBD患者普拉梭菌豐度顯著低于健康對照組，普拉梭菌與大腸桿菌結(jié)合分析可鑒別結(jié)腸CD和回結(jié)腸CD[29]。Vatn等研究也發(fā)現(xiàn)，與非CD患者相比，CD患者糞便樣本中普拉梭菌、消化鏈球菌科、糞厭氧棒桿菌、甲烷短桿菌、克里斯滕森菌、埃希氏桿菌的豐度增加，可用于鑒別CD患者[30]。此外，普拉梭菌、布勞特氏菌、糞球菌、龐大真桿菌和大腸桿菌也被認為可能是診斷IBD的生物標志物[31]。

腸道微生態(tài)對IBD患者疾病活動的評估也具有一定的價值。本團隊既往研究發(fā)現(xiàn)，CD患者具核梭桿菌檢出率和豐度顯著升高，可能與腸道炎癥活動有關(guān)[32]。He等研究顯示，與健康對照組相比，UC患者糞便樣本微生物群多樣性較低，尤其在活動期[33]?；顒悠赨C患者變形菌門的豐度顯著高于緩解期患者，而厚壁菌門的豐度則相反?？死撞⒛c球菌和嗜血桿菌在活動期UC患者中較高，而羅氏菌、布魯氏菌和糞桿菌在緩解期UC患者中較高。另有研究通過分析輕、中、重度活動IBD患者的糞便微生物群，發(fā)現(xiàn)放線菌門和變形菌門相對增加而厚壁菌門減少，且與IBD的嚴重程度密切相關(guān)[34]。

3.2 治療

3.2.1 飲食

飲食的改變可能導(dǎo)致腸道微生態(tài)多樣性減少及功能受損，同時還與IBD的發(fā)生風(fēng)險有關(guān)。以大量紅肉等為基礎(chǔ)的西式飲食會導(dǎo)致嗜膽菌屬和擬桿菌等耐膽汁細菌增加，而厚壁菌門數(shù)量減少，增加IBD的發(fā)病風(fēng)險，而植物性飲食可使厚壁菌門的數(shù)量增加[35]。一項納入52例IBD患者的研究發(fā)現(xiàn)，低可發(fā)酵低聚糖、雙糖、單糖和多元醇飲食的患者普拉梭菌的豐度顯著低于對照組，腸道癥狀緩解率高于對照組[36]。Laura等分析了173種飲食因素與1 425名受試者腸道微生態(tài)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)快餐、加工肉類、軟飲料和焦糖與梭狀芽胞桿菌、瘤胃球菌和厚壁菌門的豐度呈正相關(guān)，其可能通過產(chǎn)生內(nèi)毒素和誘導(dǎo)Th17細胞，導(dǎo)致腸道通透性改變和腸道炎癥發(fā)生，并提出長期進食豆類、蔬菜、水果和堅果，增加植物性食物、低脂發(fā)酵乳制品和魚類的攝入，減少烈性酒、加工過的高脂肪肉類和軟飲料的攝入，有可能通過改變腸道微生態(tài)從而阻止腸道炎癥的發(fā)生[37]。然而，也有研究指出，減少紅肉和加工肉類的攝入并未降低CD的發(fā)病率[38]。由于混雜因素和患者依從性的影響， 飲食在IBD治療中的作用尚需大樣本、多中心的隨機對照試驗加以驗證。

3.2.2 益生菌

益生菌可有效調(diào)節(jié)腸道菌群失衡，改善微生態(tài)環(huán)境，增強腸道黏膜屏障功能，調(diào)節(jié)局部和全身免疫反應(yīng)，為IBD等疾病的治療提供新的選擇[39]。雙歧桿菌、乳酸桿菌、VSL#3益生菌等已被廣泛應(yīng)用于臨床治療。與安慰劑相比，益生菌（短雙歧桿菌、雙歧桿菌和嗜酸乳桿菌）治療患者在臨床緩解指數(shù)和組織學(xué)評分方面的變化均提示疾病顯著改善[40]。益生菌雞尾酒療法在治療IBD上有著巨大的潛力，8種益生菌的混合物VSL#3可通過抑制HMGB1的釋放，阻斷HMGB1介導(dǎo)的腸道屏障功能障礙，改善結(jié)腸炎小鼠模型的腸道炎癥和糞便微生態(tài)失衡[41]。一項Meta分析指出益生菌可誘導(dǎo)及維持IBD緩解，降低UC疾病活動指數(shù)，補充益生菌可增加IBD患者腸道內(nèi)有益菌群（尤其是雙歧桿菌）的數(shù)量，使用1010～1012cfu/d的益生菌劑量可能是緩解IBD的參考范圍[42]。

3.2.3 糞菌移植

糞菌移植（fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT）是一種基于腸道微生態(tài)調(diào)節(jié)的治療方式，通過將健康人群糞便中的功能性細菌移植到患者的胃腸道中來重建腸道菌群，是目前公認的難辨梭狀芽胞桿菌感染的治療手段，為IBD的治療帶來了新的思路[43]。FMT可增加SCFAs的產(chǎn)生，有助于維持腸上皮屏障完整性，降低腸道通透性和疾病嚴重程度[44]。FMT還可通過抑制Th1分化、T細胞活性、白細胞黏附和炎癥因子的產(chǎn)生以恢復(fù)免疫失調(diào)[45]。Tan等研究發(fā)現(xiàn)FMT組患者治療8周后在總體臨床或內(nèi)鏡緩解率方面均顯著高于安慰劑組（37% vs. 18%，P＜0.05）[46]。Sood等對129例接受FMT治療的活動期UC患者隨訪22周，其中101例患者可耐受FMT規(guī)律治療[47]。此外，腹部不適、腹脹和低熱是FMT術(shù)后最常見的短期不良事件，長期不良事件包括蕁麻疹、關(guān)節(jié)炎、關(guān)節(jié)痛、抑郁、部分感音神經(jīng)性聽力損失和過敏性支氣管炎。但FMT治療尚無供體選擇、治療流程等標準。

3.2.4 生物制劑

腸道微生態(tài)的改變可能預(yù)測生物制劑臨床治療IBD的效果。一項抗TNF治療CD患者的研究發(fā)現(xiàn)，失應(yīng)答患者腸黏膜中瘤胃球菌增加，而應(yīng)答組患者霍氏真桿菌、挑剔真桿菌、埃希氏菌的數(shù)量增加，且產(chǎn)丁酸菌豐度較失應(yīng)答組提高[48]。David等也提出結(jié)合史密斯側(cè)盤菌、嗜粘蛋白阿克曼菌、普拉梭菌的相對豐度可預(yù)測活動性IBD患者對抗TNF-α治療的反應(yīng)[49]。另一項維得利珠單抗治療IBD的前瞻性研究中，有應(yīng)答的CD患者腸道菌群α多樣性顯著升高，治療前糞便中羅氏菌、伯克霍爾德菌增多的CD患者療效更好，在獲得緩解患者的基線樣本中，包括支鏈氨基酸合成在內(nèi)的13條通路顯著富集[50]。此外，普拉梭菌基線水平升高可預(yù)測IBD患者對英夫利昔單抗和烏司奴單抗治療的應(yīng)答，而對抗TNF藥物和烏司奴單抗治療應(yīng)答的患者在治療后普拉梭菌增加[51]。因此，微生態(tài)的變化可以作為對生物制劑療效反應(yīng)的標志。

4 結(jié)語

隨著我國IBD發(fā)病率的逐漸升高，腸道微生態(tài)在IBD診療中的價值受到越來越多的關(guān)注。目前人們對腸道微生態(tài)在IBD領(lǐng)域的研究尚處于初始階段，臨床應(yīng)用尚需進一步的探索。