腸道菌群在脊髓損傷診治中的研究進(jìn)展

周孝敏 王強(qiáng) 李卓倫 魚麗萍

1陜西中醫(yī)藥大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院（陜西咸陽(yáng)712000）；2陜西中醫(yī)藥大學(xué)（陜西咸陽(yáng)712046）；3咸陽(yáng)市第一人民醫(yī)院（陜西咸陽(yáng)712099）

腸道菌群指主要存在于結(jié)腸、胃和小腸內(nèi)的細(xì)菌、古細(xì)菌、病毒和真核微生物，又稱腸道微生物群。過(guò)去認(rèn)為腸道菌群數(shù)量約是人體細(xì)胞數(shù)的10 倍，最近研究發(fā)現(xiàn)他們數(shù)量約為1∶1［1］。大量研究表明腸道微生物群對(duì)免疫系統(tǒng)、新陳代謝、甚至各器官的發(fā)育都至關(guān)重要，腸道菌群紊亂與人體多種疾病的發(fā)生、發(fā)展相關(guān)［2］。出生后腸道菌群便發(fā)生定植，腸道菌群的建立主要分為三個(gè)階段，每個(gè)階段都以不同微生物的優(yōu)勢(shì)為特征，其穩(wěn)定階段不是一成不變而是保持一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡［3］，同時(shí)其存在個(gè)體間差異，主要與飲食結(jié)構(gòu)、性別、年齡、種族以及抗生素的使用等相關(guān)［4-5］。

脊髓損傷（spinal cord injury，SCI）是指由于墜落、車禍等因素導(dǎo)致的一種毀滅性的中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷，除了致死致殘外，還常導(dǎo)致各種各樣的并發(fā)癥，嚴(yán)重降低患者后期生活質(zhì)量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球每年約有100 萬(wàn)新病例，2 700 萬(wàn)患者患有脊髓損傷后遺癥［6］，每個(gè)脊髓損傷患者平均每年花費(fèi)約72 047 美元［7］。脊髓損傷主要包括原發(fā)損傷與繼發(fā)損傷［8］，繼發(fā)損傷病理機(jī)制復(fù)雜多樣，包括慢性缺血缺氧、過(guò)度氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)以及神經(jīng)退行性改變等［9-10］。多種病理機(jī)制相互交織常引起SCI 患者發(fā)生全身變化，全身變化常涉及腸道菌群的變化。了解脊髓損傷后腸道菌群的變化，有助于深入了解繼發(fā)性損傷的機(jī)制，促進(jìn)對(duì)SCI 的進(jìn)一步治療。

隨著不斷研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群與多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)病變相關(guān)［11］。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床研究均發(fā)現(xiàn)，脊髓損傷會(huì)打破腸道菌群的穩(wěn)態(tài)，進(jìn)而影響SCI 后期的功能恢復(fù)［12-13］。近年來(lái)，大量研究提示腸道菌群不僅可以作為脊髓損傷的生物標(biāo)志物，而且還可以作為SCI 的治療靶點(diǎn)。本文以此為著眼點(diǎn)展開(kāi)綜述，為將來(lái)腸道菌群在脊髓損傷的臨床診治及進(jìn)一步研究提供一定參考。

1 SCI 的腸道菌群特征

腸道菌群形成了一個(gè)復(fù)雜而相對(duì)穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，這對(duì)維持人體健康至關(guān)重要。腸道菌群的這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生紊亂常導(dǎo)致或加劇疾病。2016年GUNGOR 等［14］首次將SCI 神經(jīng)源性腸功能障礙患者與健康受試者的腸道菌群運(yùn)用16S rDNA 高通量測(cè)序發(fā)現(xiàn)，與健康組相比，上運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元性（UMN）腸功能障礙組羅氏菌屬（Roseburia）、假丁酸弧菌屬（Pseudobutyrivibrio）、小桿菌屬（Dialister）和巨單胞菌屬（Megamonas）菌總數(shù)顯著降低；（UMN）腸功能障礙組（Marvinbryantia）菌屬的菌總數(shù)明顯低于下運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元性（LMN）腸功能障礙組；LMN腸功能障礙組羅氏菌屬、假丁酸弧菌屬和巨單胞菌屬菌總數(shù)明顯低于健康組。這提示脊髓損傷導(dǎo)致腸道菌群紊亂且代謝產(chǎn)生丁酸鹽的有益菌群減少。同年，KIGERL 等［12］在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)上也得出相似結(jié)論，即創(chuàng)傷性脊髓損傷會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的腸道菌群失調(diào)，延緩運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)。最近RONG 等［15］通過(guò)體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)結(jié)合也證實(shí)，SCI 小鼠表現(xiàn)出明顯的腸道菌群紊亂，且其會(huì)導(dǎo)致促炎因子升高，加重脊髓損傷，在腸道-中樞神經(jīng)系統(tǒng)之間形成一個(gè)惡性循環(huán)。

ZHANG 等［16］進(jìn)一步研究SCI 患者與腸道菌群多樣性發(fā)現(xiàn)，SCI 組患者與健康對(duì)照組間腸道菌群在Alpha 和Beta 多樣性上均存在明顯差異。然而，最近一項(xiàng)研究［17］提示SCI 組與對(duì)照組之間腸道菌群只在Beta 多樣性存在顯著差異。這與之前ZHANG 等［16］結(jié)論存在一定的不同，可能是由于前一項(xiàng)研究納入對(duì)象全為男性等因素所致。雖然目前不同研究結(jié)果之間存在一定的差異，但目前臨床和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)均提示，脊髓損傷會(huì)導(dǎo)致腸道菌群紊亂，而菌群的紊亂也影響著SCI 的進(jìn)展。

2 腸道菌群對(duì)SCI 的生物標(biāo)志作用

2.1 SCI 嚴(yán)重程度的生物標(biāo)志物 目前SCI 患者病情嚴(yán)重程度和預(yù)后判斷的方法主要依靠美國(guó)脊髓損傷協(xié)會(huì)（the American Spinal Injuries Association，ASIA）評(píng)分［18］、神經(jīng)系統(tǒng)體格檢查以及影像學(xué)檢查。但ASIA 評(píng)分受到許多限制，如：脊髓休克期、患者昏迷狀態(tài)下均難以執(zhí)行評(píng)估，同時(shí)存在主觀性強(qiáng)以及費(fèi)時(shí)等缺點(diǎn)。而連續(xù)的影像學(xué)檢查對(duì)大多數(shù)患者是難以實(shí)現(xiàn)的。因此，臨床工作中需尋找易于檢測(cè)且具有特異性的標(biāo)志物來(lái)評(píng)估SCI患者病情和臨床預(yù)后。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群與SCI 的嚴(yán)重程度、病變節(jié)段以及一些血清學(xué)標(biāo)志物都密切相關(guān)。因此，腸道菌群對(duì)于SCI 是一個(gè)不錯(cuò)的候選標(biāo)志物。

ZHANG 等［16］分別納入四肢癱瘓、截癱的創(chuàng)傷性脊髓損傷男性患者和健康男性，并收集他們的新鮮糞便標(biāo)本。通過(guò)對(duì)16S rRNA 的V3-V4 區(qū)測(cè)序檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，SCI 組腸道菌群的多樣性減少，其結(jié)構(gòu)組成與健康男性組有所不同。其中SCI 組的韋榮氏球菌科（Veillonellaceae）和普雷沃氏菌科（Prevotellaceae）豐度增加，擬桿菌科（Bacteroidaceae）和擬桿菌屬（Bacteroides）豐度下降。四肢癱組的擬桿菌科、擬桿菌屬、氨基酸球菌科（Acidaminococcaceae）、布勞特氏菌屬（Blautia）、紫單胞菌科（Porphyromonadaceae）、酪酸桿菌（Lachnoclostridium）的豐度明顯高于健康男性組。這提示不同節(jié)段脊髓損傷導(dǎo)致不同的菌群紊亂。隨后關(guān)于脊髓損傷程度與腸道菌群之間的相關(guān)性逐漸受到大家關(guān)注。YU等［19］將完全性胸段脊髓損傷（CTSCI）患者、不完全性胸段脊髓損傷（ITSCI）患者和健康患者進(jìn)行對(duì)比分析腸道微生物的多樣性和組成。結(jié)果顯示，CTSCI患者的平均神經(jīng)源性腸（NBD）評(píng)分高于ITSCI 患者；SCI 組腸道微生物群多樣性減少，且隨著損傷程度的增加，Alpha 多樣性逐漸減少；CTSCI 患者與健康組之間差異也比ITSCI 與健康組之間差異更顯著。這提示，這些特征的腸道微生物可以作為腸道功能、完全性脊髓損傷和不完全性脊髓損傷之間的生物標(biāo)志物。同年，BAZZOCCHI 等［20］對(duì)不同節(jié)段、不同病因以及不同性別的SCI 患者研究發(fā)現(xiàn)，脊髓損傷后急性期（≤60 d）患者的腸道菌群發(fā)生顯著失調(diào)，表現(xiàn)為潛在的致病性、促炎性和粘液降解菌群的增加，以及代謝產(chǎn)生短鏈脂肪酸（SCFAs）的菌群減少。相比下，脊髓損傷越嚴(yán)重的患者表現(xiàn)出越嚴(yán)重的腸道微生物群紊亂［20］。DU等［21］對(duì)完全消除了交感神經(jīng)張力的T4 節(jié)段和部分消除了交感神經(jīng)張力的T10 節(jié)段脊髓損傷小鼠模型收集糞便進(jìn)行宏基因組測(cè)序提示，SCI 小鼠模型表現(xiàn)出有益的菌群和噬菌體相對(duì)豐度減少，而致病的菌群和噬菌體增加。雖然所有SCI 小鼠的微生物組都發(fā)生了變化，但一些菌群紊亂程度與損傷節(jié)段的高度成正相關(guān)。這些臨床和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)均提示脊髓損傷會(huì)導(dǎo)致相應(yīng)的腸道微生物群紊亂，且腸道菌群紊亂可作為脊髓損傷嚴(yán)重程度、病變節(jié)段的標(biāo)志物。

2.2 并發(fā)癥的生物標(biāo)志物 脊髓損傷除了直接導(dǎo)致的損傷平面以下感覺(jué)、運(yùn)動(dòng)以及自主神經(jīng)功能障礙外，常伴隨著多種共病，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量。然而目前臨床上缺乏具有特異性的早期診斷標(biāo)志物來(lái)防治并發(fā)癥的發(fā)生、發(fā)展。由于腸道菌群紊亂與SCI 之間的相關(guān)性，其有望作為早期診斷的一項(xiàng)生物標(biāo)志物。O′CONNOR 等［22］通過(guò)動(dòng)物模型研究發(fā)現(xiàn)，脊髓損傷后腸道菌群在科、屬和種水平上均發(fā)生顯著變化，腸道菌群的紊亂導(dǎo)致腸道通透性增加，使患者更容易患共病。

隨后更進(jìn)一步研究也證實(shí)腸道菌群紊亂與SCI 相應(yīng)并發(fā)癥密切相關(guān)。對(duì)創(chuàng)傷性頸段脊髓損傷（TCSCI）男性患者糞便微生物分析顯示，TCSCI患者的腸道微生物群多樣性降低。同時(shí)，TCSCI 患者顯示出與脂質(zhì)代謝相關(guān)的血清生物標(biāo)志物的改變。其中厚壁菌門（Firmicutes）起積極作用，而疣微梭菌（Verrucomicrobia）對(duì)脂質(zhì)代謝有負(fù)面影響（P＜0.05）。在屬水平上，擬桿菌（Bacteroides）和布勞特氏菌屬（Blautia）在患者中明顯高于健康受試者，并與脂質(zhì)代謝相關(guān)（P＜0.05）。這提示脂質(zhì)代謝標(biāo)志物相關(guān)的糞桿菌、巨單胞菌和普雷沃氏菌可能作為診斷TCSCI 患者脂質(zhì)代謝紊亂早期生物標(biāo)志物［23］。LI 等［24］對(duì)急性脊髓損傷（A-SCI）患者、長(zhǎng)期脊髓損傷（L-SCI）患者分別在損傷后7 天和18年后分別采集糞便樣本與健康人對(duì)照分析發(fā)現(xiàn)，與健康對(duì)照組相比，SCI 組的微生物組具有與代謝綜合征、炎癥性腸病、抑郁癥等相關(guān)的微生物組特征；而與A-SCI 和對(duì)照組相比，L-SCI 具有與體力活動(dòng)減少相關(guān)的菌群特征。這提示腸道菌群可作為脊髓損傷后短期和長(zhǎng)期并發(fā)癥的診斷標(biāo)志物。最近有研究也發(fā)現(xiàn)脊髓損傷后腸道菌群紊亂與心腦血管疾病相關(guān)的吲哚硫酸酯和苯乙酰谷氨酰胺明顯升高［25］。目前關(guān)于腸道菌群與脊髓損傷并發(fā)癥相關(guān)的研究之間從納入對(duì)象到結(jié)論之間都不盡相同，但均提示腸道菌群紊亂與SCI 相關(guān)的并發(fā)癥的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，需進(jìn)一步找到相應(yīng)并發(fā)癥的特征性菌群以期作為早期診斷相應(yīng)并發(fā)癥的特異性標(biāo)志物。

3 腸道菌群作為SCI 治療靶點(diǎn)

目前脊髓損傷的治療主要包括手術(shù)減壓、藥物治療及康復(fù)訓(xùn)練等。然而，這些方法目前臨床療效仍十分有限，迫切需要聯(lián)合其他更有效的方法來(lái)治療脊髓損傷［26］。隨著腸道菌群在SCI 中的特殊作用被不斷發(fā)現(xiàn)，將為腸道菌群作為SCI 治療靶點(diǎn)帶來(lái)新的方向和希望。

3.1 糞便移植 JING 等［27］將未損傷小鼠的糞便移植（FMT）給SCI 小鼠發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)MT 可促進(jìn)SCI 小鼠的功能恢復(fù)，增強(qiáng)腸道屏障完整性和胃腸道運(yùn)動(dòng)。高通量測(cè)序顯示，SCI 小鼠糞便樣本中厚壁菌門減少，F(xiàn)MT 顯著重塑了腸道微生物群。同時(shí)，F(xiàn)MT 處理的SCI 小鼠的SCFAs 增加，這與腸道通透性和運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)相關(guān)。SCHMIDT 等［28］也證實(shí)糞便移植治療可以預(yù)防脊髓損傷引起的生態(tài)失調(diào)和焦慮樣行為的發(fā)展；但FMT 治療并不影響病變的大小和運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)，這與JING 等［30］研究結(jié)果之間存在差異。隨后該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究供體本身狀態(tài)是否會(huì)影響脊髓損傷后FMT 的療效，發(fā)現(xiàn)本身具有焦慮行為的大鼠作為FMT 供體不僅不能防止SCI 引起的腸道微生物群變化，而且還增加了受體大鼠的腸道通透性和焦慮樣行為［29］。這些研究提示，糞便移植為脊髓損傷的治療帶來(lái)了新的方向，但考慮糞便移植治療時(shí)，首先考慮受體安全之外，更優(yōu)的供體選擇對(duì)于提高FMT 的成功至關(guān)重要。在未來(lái)的工作應(yīng)研究是否需要特定的菌群以及最佳的治療時(shí)間和劑量等。

3.2 藥物 除了直接糞便移植，通過(guò)藥物調(diào)節(jié)腸道菌群紊亂也被證實(shí)對(duì)SCI 康復(fù)有一定效果。通過(guò)腹腔注射褪黑素給胸段脊髓挫傷小鼠可調(diào)節(jié)腸道菌群的組成，使梭狀芽孢桿菌相對(duì)豐度降低，乳酸桿菌和乳酸菌相對(duì)豐度增加，同時(shí)可改善脊髓損傷后腸道屏障的完整性、上調(diào)緊密連接成分、改善胃腸道運(yùn)動(dòng)，并降低IL-17、IFN-γ 和單核細(xì)胞趨化蛋白（MCP）-1 等促炎因子的表達(dá)水平，以減輕腸道炎癥，促進(jìn)運(yùn)動(dòng)恢復(fù)［30］。國(guó)內(nèi)學(xué)者李鵬飛［31］運(yùn)用高烏甲素治療SCI 大鼠模型發(fā)現(xiàn)，高烏甲素通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群，促進(jìn)有益菌的生長(zhǎng)來(lái)調(diào)節(jié)“菌群-腸-腦軸”的平衡，促進(jìn)損傷脊髓的修復(fù)。鄭蘇陽(yáng)［32］通過(guò)脊髓康干預(yù)C57BL∕6 脊髓損傷模型，同樣提示，脊髓康通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群促進(jìn)血漿中SCFAs 含量升高，調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞的活化，從而促進(jìn)SCI 導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)［32］。SCHMIDT 等［33］用二甲胺四環(huán)素干預(yù)SCI 小鼠發(fā)現(xiàn)，二甲胺四環(huán)素對(duì)腸道菌群多樣性、組成和功能都有顯著的影響，同時(shí)證明這些影響可促進(jìn)脊髓損傷后的焦慮狀態(tài)的恢復(fù)，但不能促進(jìn)運(yùn)動(dòng)恢復(fù)也不改變病變大小。這些研究均證實(shí)腸道菌群是治療脊髓損傷的重要靶點(diǎn)。

4 小結(jié)與展望

綜上，多項(xiàng)臨床和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)都從不同角度對(duì)腸道菌群與脊髓損傷展開(kāi)研究，雖然研究結(jié)果之間存在一定的差異，但總體上均提示，脊髓損傷會(huì)導(dǎo)致腸道菌群發(fā)生顯著變化，進(jìn)而在菌群-腸-腦軸之間形成惡性循環(huán)，影響SCI 后期恢復(fù)。同時(shí)，腸道菌群的紊亂對(duì)于SCI 的嚴(yán)重程度、病變節(jié)段以及多種并發(fā)癥具有生物標(biāo)志作用，也證實(shí)通過(guò)糞便移植、藥物等來(lái)糾正腸道菌群的紊亂可以促進(jìn)部分功能恢復(fù)。但仍缺乏更直接的證據(jù)闡明腸道菌群紊亂對(duì)SCI 以及相關(guān)并發(fā)癥的具體影響機(jī)制。腸道菌群本身受到很多因素的影響，所以在未來(lái)需更大樣本、多中心的臨床研究和更均一化的基礎(chǔ)研究來(lái)進(jìn)行更深層次的研究，找到更特異性的預(yù)測(cè)脊髓損傷嚴(yán)重程度以及并發(fā)癥相關(guān)的特定腸道菌群，為SCI 的治療和并發(fā)癥的預(yù)防提供更精準(zhǔn)化的治療靶點(diǎn)。