消化道微生物菌群與胃食管反流病相關(guān)研究進(jìn)展*

戴 璐，汪 怡，薛建國 綜述，劉 菊 審校

江蘇省昆山市中醫(yī)醫(yī)院：1.檢驗(yàn)科；2.藥學(xué)部；3.治未病科，江蘇昆山 215300

胃食管反流病(GERD)作為一種常見的消化系統(tǒng)疾病，是指胃十二指腸內(nèi)容物反流進(jìn)食管引起一系列不適癥狀，其主要表現(xiàn)為胸骨后燒灼感(燒心)或胃內(nèi)容物反流到喉嚨上部感覺反酸，可進(jìn)一步發(fā)展為Barrett食管甚至食管癌[1]。肥胖、吸煙、遺傳及精神因素是GERD的危險因素。常見GERD患者食管和胃之間的瓣膜即食管下括約肌功能異常，其具體發(fā)病機(jī)制仍未明確。19世紀(jì)80年代人們首次關(guān)注微生物在人類疾病中的作用。消化道微生物菌群作為人體最復(fù)雜的微生物群落之一，為宿主提供代謝、免疫和保護(hù)功能，對人類健康起著至關(guān)重要的作用[2]。消化道微生物菌群與宿主相互作用而維持平衡，失衡則會引起疾病發(fā)生。近年來國內(nèi)外學(xué)者開始研究消化道微生物菌群對GERD發(fā)生、發(fā)展的影響，本文對二者間相關(guān)的研究進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)。

1 消化道微生物菌群與GERD

人體消化道包括口腔、咽喉、食管、胃、小腸、大腸和直腸等。本文將主要介紹GERD患者口腔、食管、胃和腸道微生物菌落情況變化(表1)，為GERD發(fā)生機(jī)制提供理論基礎(chǔ)。

表1 GERD患者消化道微生物系統(tǒng)菌群變化情況

1.1口腔微生物與GERD 口腔內(nèi)有豐富的微生物群，包括幾百到幾千種不同物種，主要的定植菌為兼性厭氧菌，如鏈球菌和放線菌。口腔微生物多樣性失調(diào)可以局部或系統(tǒng)影響宿主穩(wěn)態(tài)平衡導(dǎo)致疾病[3-4]。少量研究顯示口腔微生物改變與GERD相關(guān)。LINNETT等[5]研究GERD患兒口腔健康問題時發(fā)現(xiàn)，相對于健康兒童，GERD患兒口腔變形鏈球菌增多。變形鏈球菌是口腔常見定植菌，也是一種產(chǎn)酸微生物，可能與GERD的發(fā)生相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，GERD患者口腔硝酸鹽還原酶活性高于健康人，且喂養(yǎng)高亞硝酸鹽食物的GERD小鼠模型更易進(jìn)展為食管炎，提示口腔微生物的硝酸鹽還原酶將硝酸鹽轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，進(jìn)一步促進(jìn)了GERD的發(fā)生、發(fā)展[6-7]。為了研究GERD患者口腔微生物種屬類別，ZIGANSHINA等[8]通過16SRNA檢測出GERD患者及健康人唾液中的主要菌群種屬均為鏈球菌屬、普氏菌屬、卟啉單胞菌屬、韋榮球菌屬、奈瑟菌屬、嗜血桿菌屬、梭桿菌屬、羅氏菌屬和纖毛菌屬；GERD患者唾液中放線菌屬、奇異菌屬、韋榮球菌屬及纖毛菌屬等明顯增加，卟啉單胞菌屬、球菌屬、消化鏈球菌屬和奈瑟菌屬相對下降?？谇晃⑸锉容^復(fù)雜，其與GERD間作用的研究相對較少，仍有待進(jìn)一步研究。

1.2食管微生物與GERD 前期學(xué)者研究認(rèn)為食管是無菌的，存在的細(xì)菌大多數(shù)被認(rèn)為是從口咽向胃腸轉(zhuǎn)移殘存的。所以相對于腸道微生物而言，食管微生物研究甚少。另外食管標(biāo)本獲取的難度也使得其研究具有一定的困難。近十幾年來，研究者采用多種非培養(yǎng)技術(shù)檢測通過食管活檢或食管刷取等方式采集的標(biāo)本中的微生物組成情況[9]。PEI等[10]學(xué)者第一次利用16S rDNA PCR技術(shù)檢測4例健康成人的食管活檢標(biāo)本細(xì)菌群，包括6個門：厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門、變形菌門、梭桿菌門和TM7；而在41個屬種中主要的是鏈球菌屬(39%)、普氏菌屬(17%)、韋榮球菌屬(14%)，大部分食管細(xì)菌群與上游口腔細(xì)菌群相似。YANG等[11]運(yùn)用16SrRNA基因檢測12例健康成人食管活檢標(biāo)本，菌群以鏈球菌屬為主，與前者結(jié)果一致。另外，YANG等[11]的研究還發(fā)現(xiàn)，食管微生物群可分為2型：Ⅰ型，食管菌群以革蘭陽性鏈球菌屬為主，常見于健康人；Ⅱ型，食管菌群向革蘭陰性厭氧菌/微需氧菌轉(zhuǎn)化，革蘭陰性厭氧菌/微需氧菌包括韋榮球菌屬、普雷沃菌屬、嗜血桿菌屬、奈瑟菌屬和梭桿菌屬，主要與GERD相關(guān)。通過菌群分析，Ⅰ型食管菌群革蘭陰性細(xì)菌占14.9%，Ⅱ型食管菌群革蘭陰性細(xì)菌占比高達(dá)53.4%。日本學(xué)者通過16S rDNA PCR技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，GERD患者和健康成人食管細(xì)菌種屬在門和屬水平存在一定差異，GERD患者食管菌群共有6個門：變形菌門(43%)、厚壁菌門(33%)、擬桿菌門(10%)、梭桿菌門(10%)、放線菌門(2%)和TM7(2%)，但與PEI等的研究不同，正常食管菌群中未見梭桿菌門[12]。HARRIS等[13]分別收集嗜酸細(xì)胞性食管炎患者37例、GERD患者8例及健康人25例的食管黏膜分泌物進(jìn)行微生物分析，結(jié)果顯示服用質(zhì)子泵抑制劑的GERD患者食管鏈球菌屬明顯減少。YU等[14]研究發(fā)現(xiàn)，相較于健康人，GERD患者食管微生物種類和多樣性下降，擬桿菌門、普雷沃菌屬、幽門螺桿菌屬和莫拉菌屬下降。由此看出，GERD患者食管微生物種類相對于正常食管發(fā)生一定變化，其與GERD發(fā)生機(jī)制之間的聯(lián)系有待進(jìn)一步研究。

1.3胃內(nèi)微生物與GERD 由于胃內(nèi)含有胃酸和消化酶，胃內(nèi)曾被認(rèn)為是無菌的。但國內(nèi)外多項研究表明胃內(nèi)有獨(dú)立的微生物群，且與口腔和食管微生物完全不同[15]。健康人胃內(nèi)菌群主要包括5個門：梭桿菌門、放線菌門、擬桿菌門、厚壁菌門和變形菌門；從屬水平看主要包括奈瑟菌屬、普雷沃菌屬和鏈球菌屬等[16-18]。幽門螺桿菌(Hp)作為胃內(nèi)特殊的菌群，在GERD發(fā)生、發(fā)展機(jī)制研究中的結(jié)論各不相同。Hp感染常位于胃體部和胃竇部，可導(dǎo)致胃炎、胃潰瘍及十二指腸潰瘍，且可替代胃內(nèi)優(yōu)勢菌群改變胃內(nèi)微生態(tài)[15]。胃炎的部位不同，與GERD的相關(guān)性也不同。胃體部胃炎引起胃酸分泌降低，胃竇部感染往往引起胃酸分泌增多，胃酸分泌與GERD的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。YALAKI等[19]研究發(fā)現(xiàn)胃體部胃炎與GERD發(fā)生呈負(fù)相關(guān)。胃酸分泌降低是Hp感染抑制GERD發(fā)生、發(fā)展的常見機(jī)制，相對而言，胃酸分泌增高是Hp感染促進(jìn)GERD發(fā)生、發(fā)展的常見機(jī)制[20]。GERD最新臨床診斷治療指南指出，質(zhì)子泵抑制劑可作為GERD治療的首選藥物[21]。由此可見，Hp與GERD的相關(guān)機(jī)制有待進(jìn)一步深入研究。

1.4腸道微生物與GERD 人類腸道定植約1013～1014個微生物，包括厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門、變形菌門、梭桿菌門和螺旋菌門，絕大多數(shù)屬于厚壁菌門和擬桿菌門[22]。腸道菌群所含的基因組是人類基因組的150倍。大量研究表明腸道菌群與炎癥、代謝紊亂等多種疾病相關(guān)，其中腸道菌群與GERD有著或多或少的聯(lián)系。KIM等[23]招募糜爛性食管炎患者和健康人，通過食管胃十二指腸鏡檢查和乳果糖氫呼氣試驗(yàn)對比發(fā)現(xiàn)糜爛性食管炎患者具有更高的小腸細(xì)菌過度生長(SIBO)，說明SIBO可能與糜爛性食管炎相關(guān)。姚佳等[24]研究發(fā)現(xiàn)，反流性食管炎患者常伴隨SIBO，SIBO可加重消化道動力障礙。另外，GEORGE等[25]發(fā)現(xiàn)39%的胃癱患者SIBO陽性，但近期CALDERON等[26]報道胃排空延遲與SIBO無關(guān)。值得一提的是，肥胖是GERD發(fā)生的危險因素之一[27]，而肥胖與腸道菌群密切相關(guān)。多項研究支持腸道微生物變化與肥胖及其并發(fā)癥(包括胰島素抵抗和非酒精性脂肪肝)之間的關(guān)系[28-29]。研究表明，肥胖小鼠腸道細(xì)菌豐度降低，且厚壁菌門比例相對增多[29]。腸道菌群與GERD發(fā)生機(jī)制密切相關(guān)，但目前研究還很表淺，值得深入探索腸道菌群與宿主發(fā)生GERD的關(guān)系。

2 GERD發(fā)生機(jī)制與消化道微生物菌群作用探討

2.1食管裂孔疝(HH) 滑動性HH是一種常見內(nèi)鏡特征，發(fā)病率隨年齡增長而增高。腹腔內(nèi)壓力增高、肥胖、懷孕或排便緊張均能導(dǎo)致疝的形成。國外學(xué)者首次提出GERD依賴于HH存在而發(fā)生，HH可以通過多種機(jī)制改變胃食管交界處功能，包括：(1)膈括約肌斷裂；(2)食管下括約肌(LES)壓力降低；(3)食管清除酸功能障礙[30]。MANES等[31]發(fā)現(xiàn)Hp感染可以保護(hù)HH>2 cm的患者，避免進(jìn)展為GERD導(dǎo)致無癥狀疝。另一項研究表明，Hp被根除后，HH患者更易于向GERD發(fā)展[32]。因此，Hp感染可能是HH患者GERD發(fā)病率低的主要原因。

2.2LES松弛 LES是食管肌束統(tǒng)稱，其在抗反流中作為重要屏障。LES松弛是HH患者和健康人反流的主要原因，在GERD發(fā)生機(jī)制中具有重要作用[33]。已證實(shí)GERD患者食管內(nèi)菌群逐漸向革蘭陰性菌轉(zhuǎn)化。FAN等[34]構(gòu)建脂多糖(LPS)感染的膿毒血癥小鼠模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)括約肌釋放誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)和神經(jīng)元型一氧化氮合酶(nNOS)引起LES收縮障礙，且LPS引起的功能障礙作用可被iNOS抑制劑阻斷。其他研究也同樣證明內(nèi)毒素通過增加一氧化氮(NO)的產(chǎn)生來引起LES松弛[35-36]。另外，有一項橫斷面研究表明，LES松弛可能是一種局部炎癥和自身免疫相關(guān)的表現(xiàn)[37]。由此可見，消化道微生物系統(tǒng)菌群與LES松弛密切相關(guān)。

2.3食管清除障礙 胃內(nèi)容物反流進(jìn)入食管后，主要通過食管蠕動機(jī)械清除和唾液碳酸氫鹽化學(xué)清除，使pH值正常。食管炎患者食管酸清除障礙，31%的GERD患者食管運(yùn)動異常。盡管仍不清楚兩者之間的因果關(guān)系，但GERD患者普遍存在食管運(yùn)動障礙。SIBO可以引起腸道炎癥和免疫反應(yīng)，導(dǎo)致腸道功能障礙。GARGUS等[38]收集8份食管活檢組織進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)，GERD患者上皮肌成纖維細(xì)胞增加和促炎通路激活，且人食管肌成纖維細(xì)胞經(jīng)酸和LPS刺激，激活Toll樣受體4(TLR4)，從而激活下游核轉(zhuǎn)錄因子(NF)-κB炎癥通路，促進(jìn)白細(xì)胞介素(IL)-6和IL-8分泌。劉菊等[39]通過檢測反流性食管炎模型大鼠食管組織及外周血相關(guān)促炎因子表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)反流性食管炎模型大鼠食管組織中IL-18、環(huán)氧合酶(COX)-2、iNOS表達(dá)水平及外周血中IL-18、IL-6、腫瘤壞死因子(TNF)-α水平均明顯高于健康大鼠。此外，NADATANI等[40]培養(yǎng)Barrett食管上皮細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)LPS同時啟動和激活NOD樣受體蛋白3(NLRP3)炎性小體，導(dǎo)致促炎細(xì)胞因子的分泌和細(xì)胞凋亡，提示食管微生物群可能有助于炎癥介導(dǎo)的Barrett食管癌變。劉亞婷等[41]研究發(fā)現(xiàn)反流性食管炎小鼠模型食管黏膜損傷程度及食管組織TLR4、NF-κB表達(dá)水平與血清LPS水平呈正相關(guān)。由此可見，消化道系統(tǒng)微生物參與炎癥過程及免疫應(yīng)答，與GERD的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。

2.4胃排空延遲 胃排空延遲是GERD的發(fā)病機(jī)制之一，而消化道微生物系統(tǒng)轉(zhuǎn)變對胃延遲排空具有影響作用。INADA等[42]構(gòu)建LPS感染小鼠模型，研究發(fā)現(xiàn)LPS刺激小鼠胃腸道分泌iNOS和TNF-α從而引起胃排空延遲，加重胃排空障礙，從而促進(jìn)GERD發(fā)生。另外，一項研究表明LPS可以促進(jìn)胃腸道細(xì)胞表達(dá)COX-2導(dǎo)致胃排空延遲[43]。YUAN等[44]觀察研究LPS感染小鼠模型，發(fā)現(xiàn)促腎上腺皮質(zhì)激素釋放因子受體2型(CRF2)廣泛存在于小鼠胃細(xì)胞內(nèi)，并與LPS引起的胃運(yùn)動障礙相關(guān)。由此可見，Ⅱ型細(xì)菌以革蘭陰性菌為主，其可能通過引起胃功能障礙，導(dǎo)致胃排空延遲，從而促進(jìn)GERD發(fā)生。Hp作為胃腸道重要的病原菌，對胃延遲排空也有一定的影響。OKUMURA等[45]首次提出Hp可以抑制胃排空導(dǎo)致胃排空延遲。ZHANG等[46]認(rèn)為治療Hp感染可以改善胃排空延遲癥狀，但腸道內(nèi)細(xì)菌含量會影響慢性Hp感染引起的胃腸道病理生理改變治療后的恢復(fù)速度[47]。同樣地，有研究表明Hp通過降低胃組織干細(xì)胞因子表達(dá)來減少Cajal間質(zhì)細(xì)胞導(dǎo)致胃排空延遲，胃排空延遲也是GERD的病因之一[48]。然而一部分學(xué)者認(rèn)為Hp與胃延遲排空并無相關(guān)性[49]。

3 小結(jié)與展望

綜上所述，消化道微生物系統(tǒng)在GERD中起重要作用。消化道微生物系統(tǒng)向Ⅱ型細(xì)菌轉(zhuǎn)變，其中革蘭陰性菌比例增高，可通過促進(jìn)HH形成、松弛LES、引起食管清除障礙及胃排空延遲導(dǎo)致GERD的發(fā)生，也可以通過慢性炎癥逐步向腫瘤轉(zhuǎn)化，這一過程主要通過LPS/iNOS/TLR4/NF-κB通路機(jī)制導(dǎo)致疾病發(fā)生。但消化道微生物系統(tǒng)種類數(shù)量龐大，微生物間及宿主相互之間作用復(fù)雜，GERD發(fā)病機(jī)制尚不明確，消化道微生物系統(tǒng)與GERD之間的機(jī)制探索不夠深入，所以未來有待進(jìn)一步研究兩者之間聯(lián)系。總而言之，消化道微生物系統(tǒng)可以作為GERD的標(biāo)志物，并作為其新的臨床治療靶點(diǎn)，通過檢測及調(diào)整消化道微生物系統(tǒng)來提示和治愈GERD成為可能。