急性胰腺炎中腸道微生態(tài)的改變及基于腸道微生態(tài)的治療策略

楊森

在過去20 年里，我國的急性胰腺炎(acute pancreatitis，AP)發(fā)病率提高了20%，成為我國胃腸疾病最常見的住院原因之一。根據(jù)其嚴(yán)重程度可將其分為輕癥急性胰腺炎(MAP)、中重癥急性胰腺炎(MSAP)與重癥急性胰腺炎(SAP)。其中MAP一般沒有器官衰竭和并發(fā)癥，死亡率低。然而，有15%～20%的輕癥患者可發(fā)展為SAP，伴有全身炎癥反應(yīng)和持續(xù)性多器官功能衰竭，死亡率高達(dá)30%，如果后期發(fā)生胰腺壞死組織繼發(fā)性感染，病情發(fā)展為敗血癥，死亡率將會(huì)更高。近年來，隨著對(duì)AP發(fā)病機(jī)制和病理生理過程等深入研究，急性胰腺炎的發(fā)生與發(fā)展與已知的病理性鈣信號(hào)傳導(dǎo)、自噬受損、線粒體功能障礙等病理生理過程息息相關(guān)。除此之外，腸道菌群失衡也越來越備受關(guān)注。這些機(jī)制相互作用，共同促進(jìn)了AP的發(fā)生與發(fā)展。

1 腸道微生態(tài)

腸道微生態(tài)作為人體內(nèi)最豐富、最復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，由超過1014微生物組成，分屬1 000多個(gè)不同的物種。而這些微生物中的細(xì)菌在維持腸黏膜屏障功能、免疫調(diào)節(jié)、參與機(jī)體物質(zhì)代謝等方面起著重要作用。目前，人類腸道菌群已經(jīng)鑒定出細(xì)菌的幾十個(gè)門，包括：擬桿菌門、厚壁菌門、變形菌門、放線菌門、梭桿菌門、螺旋體門等。在健康人群中，擬桿菌門、厚壁菌門、變形菌門和放線菌門占腸道菌群數(shù)量的99%。在這些門中，有的是有益菌，有的是機(jī)會(huì)性病原體，它們相互合作與競(jìng)爭(zhēng)，共同維持著腸道微生態(tài)的平衡。這些細(xì)菌豐富度及均勻度的變化與人類健康和疾病的發(fā)生發(fā)展息息相關(guān)，已有研究表明，腸道菌群失調(diào)參與了炎癥性腸病[1]、腸易激綜合征[2]、抑郁癥[3]、糖尿病[4]等疾病的發(fā)生與發(fā)展。

2 腸道菌群失調(diào)與AP

一項(xiàng)前瞻性臨床研究結(jié)果表明[5]，與健康對(duì)照組相比，早期AP便伴有腸道微生態(tài)失調(diào)，主要表現(xiàn)為腸道菌群多樣性減少，腸球菌和腸桿菌科增加，以及雙歧桿菌減少，并且炎癥因子血清IL-6與腸桿菌科和腸球菌呈正相關(guān)，與雙歧桿菌呈負(fù)相關(guān)，血漿內(nèi)毒素與腸球菌呈正相關(guān)。腸道菌群多樣性的減少，最直接的后果就是導(dǎo)致了腸屏障功能的障礙。隨著病情的進(jìn)展，可以反映腸黏膜損傷的血清二胺氧化酶及D- 乳酸水平明顯升高[6]。Zhu Y等人[7]研究表明，在門水平上，AP的擬桿菌門豐度顯著減少，而變形菌門豐度則高于健康對(duì)照組。在屬水平上，與健康對(duì)照組相比，普氏菌、糞桿菌和雙歧桿菌等有益菌豐度水平下降，而致病菌大腸埃希菌- 志賀氏菌、腸球菌等豐度水平上升。大腸埃希菌- 志賀氏菌的增多可能與潘氏細(xì)胞的減少相關(guān)，潘氏細(xì)胞參與了腸屏障的組成，其可分泌α- 防御素、溶菌酶等來重構(gòu)腸道細(xì)菌的結(jié)構(gòu)[8]。而由于腸屏障功能的受損，腸黏膜通透性增加，大腸埃希菌-志賀氏菌、腸球菌可以通過損傷的腸黏膜釋放入血引起繼感染性胰腺壞死，是細(xì)菌易位的主要菌群。另外，Zhu Y等人[7]還進(jìn)行了不同嚴(yán)重程度AP的腸道菌群比較，發(fā)現(xiàn)與輕癥AP組和中重癥AP組相比，重癥AP組的擬桿菌屬、Alloprevotella、Blautia和Gemella豐度水平顯著下降，這些共生有益菌被認(rèn)為是假定的纖維素降解劑，可促進(jìn)結(jié)腸中抗性淀粉和纖維素的發(fā)酵并產(chǎn)生短鏈脂肪酸[9-12]，而短鏈脂肪酸(特別是丁酸鹽)是腸上皮細(xì)胞的主要能量來源，可通過刺激上皮細(xì)胞產(chǎn)生黏液和緊密連接蛋白的重排增強(qiáng)腸黏膜屏障功能[13]，并且可以通過抑制NLRP3 炎性體途徑減輕腸道損傷和炎癥反應(yīng)[14]。短鏈脂肪酸水平的下降，會(huì)加重腸屏障功能受損及腸道炎癥反應(yīng)，促進(jìn)病情的進(jìn)展，這與研究觀察到的結(jié)果一致[7]。

腸道菌群的失衡也影響著機(jī)體的代謝途徑，腸道菌群的代謝物所傳遞的“信號(hào)”在AP病情進(jìn)展中起著不可忽視的作用。這些不同的代謝物可以是腸道菌群直接分泌、間接影響機(jī)體分泌或者通過分解和轉(zhuǎn)化食物而來。腸道菌群與代謝物相互作用，影響著病情的發(fā)展。 前文提到在胰腺炎患者中糞桿菌的豐度水平顯著下降，而糞桿菌是分泌丁酸鹽的主要腸道菌群，在牛磺膽酸鹽誘導(dǎo)的壞死性胰腺炎小鼠試驗(yàn)中[15]，其腸道代謝組學(xué)的特征性改變就是丁酸鹽水平下降，并且通過口服和全身補(bǔ)充丁酸鹽可以降低死亡率、細(xì)菌易位的發(fā)生，并且可以防止大腸埃希菌- 志賀氏菌的定植，緩解了病情的進(jìn)展。有研究[16]強(qiáng)調(diào)了多胺在志賀氏菌屬發(fā)病機(jī)制中的作用，由于基因的缺失和突變，志賀菌屬失去了合成多胺的能力，而多胺可以通過調(diào)節(jié)改變K+通道活性、膜電位和胞質(zhì)游離Ca2+濃度進(jìn)行腸柱狀細(xì)胞的重排從而修復(fù)腸黏膜[17]。這與前文提到的重癥胰腺炎中志賀氏菌作為細(xì)菌易位的主要菌群的結(jié)論一致。另外，我們課題組進(jìn)行的一項(xiàng)研究的預(yù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與輕癥胰腺炎相比，重癥胰腺炎的腸道代謝物γ-谷氨酰半胱氨酸豐度顯著降低，它是合成谷胱甘肽的中間底物，這導(dǎo)致了谷胱甘肽合成減少，通過KEGG通路分析我們發(fā)現(xiàn)，谷胱甘肽的減少會(huì)引起鐵死亡核心調(diào)控因子谷胱甘肽過氧化物酶4活性下降，使脂質(zhì)過氧化物和活性氧ROS過氧化積累，導(dǎo)致細(xì)胞鐵死亡發(fā)生，而有研究表明[18]，鐵死亡會(huì)加劇AP腸黏膜屏障的損傷。

3 基于腸道微生態(tài)的AP 治療策略

目前，通過糾正AP腸道微生態(tài)失調(diào)達(dá)到治療目的的方式主要有三種：抗生素、微生物制劑和糞菌移植。

3.1 抗生素 在腸屏障功能受損情況下，腸道菌群易位是AP病情加重的重要原因之一，AP患者在沒有出現(xiàn)壞死胰腺組織感染的情況下，是否應(yīng)該預(yù)防性使用抗生素治療一直是值得商榷的話題。

目前大多數(shù)指南認(rèn)為，預(yù)防性使用抗生素并不能降低胰腺周圍組織或胰腺感染的發(fā)生率，也不能降低死亡率[19]，甚至有可能導(dǎo)致多重耐藥或真菌感染。但有學(xué)者對(duì)18項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)進(jìn)行薈萃分析發(fā)現(xiàn)[20]，預(yù)防性使用抗生素可以顯著降低胰腺壞死的發(fā)生，并降低了總死亡率。有研究發(fā)現(xiàn)[21]，在雨蛙素誘導(dǎo)的AP小鼠中，通過聯(lián)合使用萬古霉素、新霉素和多黏菌素b能夠減少腸道菌群，并且能改善腸黏膜屏障障礙，其作用機(jī)制可能是通過抑制胰腺NLRP3(Nod受體蛋白之一，在形成炎癥小體中起重要作用)通路和抑制腸-胰腺炎癥反應(yīng)來抑制腸道細(xì)菌向胰腺的易位。在一項(xiàng)回顧性研究中[22]，研究者發(fā)現(xiàn)接受利福昔明治療的AP患者的胰腺壞死感染的發(fā)生率較未接受利福昔明治療的明顯降低，但在死亡率方面沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。利福昔明是第一個(gè)非氨基糖甙類腸道抗生素，對(duì)沙門氏菌屬、大腸桿菌、志賀氏菌屬等菌屬有很高的藥物活性，可通過糾正腸道菌群失調(diào)(正常菌群重新定植于腸道，特別是非致病性大腸桿菌)減輕腸道黏膜炎癥，這提示利福昔明可能是治療AP的一種新型治療選擇。

胰腺感染中的大多數(shù)病原體是胃腸道革蘭氏陰性菌(大腸桿菌、變形桿菌、克雷伯氏菌)，因此，對(duì)于明確有感染的胰腺炎患者(可通過超聲引導(dǎo)下細(xì)針抽吸細(xì)胞學(xué)檢查區(qū)分感染性胰腺壞死和無菌性胰腺壞死)，或有明顯膿毒癥臨床癥狀(低血壓、發(fā)熱、休克——充分復(fù)蘇后)的AP患者，可使用抗生素治療[20]?？股貞?yīng)具有良好的穿透胰腺炎的胰腺組織(有效通過血胰屏障)特性，選擇應(yīng)遵循“降階梯”策略，針對(duì)革蘭氏陰性菌和厭氧菌為主，如碳青霉烯類、喹諾酮類、第三和第四代頭孢菌素、甲硝唑等。療程為7～14 d，特殊情況下可適當(dāng)延長(zhǎng)[23]。盡快完善細(xì)菌培養(yǎng)及藥敏試驗(yàn)，根據(jù)其結(jié)果調(diào)整抗生素。

3.2 微生物制劑 微生物制劑包括益生菌和益生元。益生菌根據(jù)世界衛(wèi)生組織定義是指活的微生物，當(dāng)攝取合適數(shù)量時(shí)，對(duì)宿主健康有益。益生

菌并不是只有一種或者幾種，它是一類對(duì)人體健康有好處的細(xì)菌的總稱。目前，大多數(shù)益生菌指的是雙歧桿菌屬、乳酸桿菌屬及酵母菌屬。雙歧桿菌屬主要分泌產(chǎn)物是乙酸和乳酸，可降低腸道環(huán)境的pH值，抑制腸道有害菌的生長(zhǎng)。益生菌可抑制潛在致病菌的生長(zhǎng)繁殖[24]，降低細(xì)菌易位的發(fā)生率和死亡率。并且可以增強(qiáng)胰腺谷胱甘肽的生物合成[25]，這可能會(huì)減少胰腺細(xì)胞的鐵死亡發(fā)生?，F(xiàn)在研究比較熱門的益生菌菌株鼠李糖乳桿菌GG可以分泌一種新型分泌蛋白HM0539，這種蛋白可以增強(qiáng)腸道黏蛋白表達(dá)，預(yù)防脂多糖或腫瘤壞死因子-α誘導(dǎo)的腸道屏障損傷，增強(qiáng)腸黏膜屏障功能[26]。一項(xiàng)隨機(jī)、雙盲、安慰劑對(duì)照試驗(yàn)表明益生菌可縮短輕癥急性胰腺炎患者的住院時(shí)間[27]。但一項(xiàng)包含536名成人重癥AP的6項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)的薈萃分析表明，與安慰劑組相比，益生菌對(duì)胰腺感染率、手術(shù)率、住院時(shí)間和死亡率沒有顯著影響[28]。因此，對(duì)于重癥AP患者，可能不適合使用益生菌治療。上述研究結(jié)果的不一致可能與研究設(shè)計(jì)、受試人群的差異和偏倚等因素相關(guān)。總的來說，益生菌是否能作為治療AP的一種常規(guī)方法，仍需要進(jìn)一步科學(xué)循證。益生元?jiǎng)t是指一些不被宿主消化吸收卻能夠選擇性地促進(jìn)體內(nèi)有益菌的代謝和增殖，從而改善宿主健康的有機(jī)物質(zhì)。有研究發(fā)現(xiàn)[29-30]，唾液酸乳糖和低聚半乳糖可增強(qiáng)腸屏障功能，其可誘導(dǎo)上皮細(xì)胞分化和修復(fù)，還可以增加腸道雙歧桿菌及擬桿菌屬的豐度水平，這將進(jìn)一步增加短鏈脂肪酸（主要是乳酸、丁酸和丙酸）等濃度水平，這對(duì)急性胰腺炎腸道炎癥反應(yīng)可能有一定益處。但是，在一項(xiàng)納入86名患者的前瞻性、雙盲隨機(jī)試驗(yàn)中[31]，研究者發(fā)現(xiàn)合生元(益生菌和益生元的混合制劑)能減少中重癥和重癥AP患者的住院時(shí)間，但對(duì)于膿毒血癥的發(fā)生率及患者的死亡率并沒有影響。已有研究證明補(bǔ)充膽汁酸[32]、丁酸鹽[33]能直接或間接地調(diào)節(jié)腸道菌群、減輕腸道炎癥，但這些研究都只是在小鼠模型上進(jìn)行，缺乏臨床證據(jù)，但也為我們?cè)诜肿铀缴咸接憴C(jī)制及臨床上治療AP提供了新的思路和指導(dǎo)。

3.3 糞菌移植 糞菌移植(fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT) 是指將健康人糞便中的功能菌群，移植到患者胃腸道內(nèi)，重建新的腸道菌群，通過增加腸道微生物的多樣性，實(shí)現(xiàn)腸道及腸道外疾病的治療。目前，糞菌移植在治療潰瘍性結(jié)腸炎、復(fù)發(fā)性艱難梭菌感染等疾病有顯著療效，但在治療AP方面仍存在爭(zhēng)議。一項(xiàng)隨機(jī)、單盲、平行組、對(duì)照研究發(fā)現(xiàn)[34]，F(xiàn)MT并沒有降低AP患者的感染性并發(fā)癥發(fā)生率，還觀察到FMT組D-乳酸水平升高，這表明FMT治療還可能會(huì)加重腸屏障功能障礙。在AP小鼠模型上，F(xiàn)MT增加了小鼠的死亡率和細(xì)菌易位的發(fā)生[12]。FMT治療的效果和諸多因素相關(guān)，如供體選擇、FMT時(shí)機(jī)、移植途徑等。因此，F(xiàn)MT在AP治療中的效果并不明確，未來還需要更多的多中心研究來檢驗(yàn)其治療效果。

4 結(jié)語

綜上所述，腸道微生態(tài)失衡涉及了病理性鈣信號(hào)傳導(dǎo)、細(xì)菌易位、鐵死亡等諸多病理生理過程，對(duì)AP的病情發(fā)展起著不可忽視的作用。通過使用抗生素、益生菌或益生元調(diào)節(jié)腸道菌群有一定的療效，但要嚴(yán)格掌握使用適應(yīng)證。雖然FMT治療AP效果不明確，但仍是一種相當(dāng)有潛力的治療方法。未來需要進(jìn)行大規(guī)模、多中心的試驗(yàn)來進(jìn)一步驗(yàn)證上述三種微生態(tài)療法的療效。