腸道微生物群在眼表疾病中的研究現(xiàn)狀

王子荀綜述，秦秀虹審校

（大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院眼科，大連 116011）

人體由數(shù)萬億個微生物細(xì)胞構(gòu)成，包括生活在人體內(nèi)部和皮膚表面的各種細(xì)菌、真菌和其他微生物等，其中最龐大的是腸道微生物群（gut micro biome，GM），其包含的細(xì)菌數(shù)量（3.8×1013）與人體細(xì)胞總數(shù)（3.0×1013）近乎相當(dāng)。GM 是一個復(fù)雜的微生物生態(tài)系統(tǒng)，包括細(xì)菌、病毒、古生細(xì)菌和真核生物等。近年來研究者逐步揭示了GM 與人體穩(wěn)態(tài)以及其復(fù)雜性及動態(tài)性在參與人體免疫系統(tǒng)中的強大作用等[1]。GM 參與了許多人體代謝及免疫調(diào)節(jié)等生理過程，如營養(yǎng)物質(zhì)的代謝、免疫系統(tǒng)的刺激和調(diào)節(jié)、抵御病原體和維持腸道屏障等，目前證實與GM 相關(guān)的全身疾病包括腸易激綜合征、乳糜瀉、脂肪肝等消化系統(tǒng)疾病[2]，帕金森病、多發(fā)性硬化、風(fēng)濕等免疫及神經(jīng)系統(tǒng)疾病[3]，糖尿病、糖尿病腎病等內(nèi)分泌代謝系統(tǒng)疾病[4]，哮喘等呼吸系統(tǒng)疾病，腫瘤相關(guān)疾病，有研究發(fā)現(xiàn)GM 代謝會影響神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育[5]。

同樣，近年來也發(fā)現(xiàn)GM 與眼部疾病的關(guān)系及影響。有研究發(fā)現(xiàn)GM 生態(tài)失調(diào)與眼部疾病之間存在關(guān)聯(lián)[6]。腸道微生物群的失衡與瞼板腺囊腫、角結(jié)膜等眼表疾病，青光眼，免疫性葡萄膜炎，年齡相關(guān)性黃斑變性、糖尿病性視網(wǎng)膜病變、視網(wǎng)膜色素變性、脈絡(luò)膜視網(wǎng)膜炎、視網(wǎng)膜中央動脈阻塞、中心性漿液性脈絡(luò)膜視網(wǎng)膜病變等眼底病有關(guān)。眼表疾病作為目前社會常見眼部疾病會影響視覺及生活質(zhì)量，嚴(yán)重甚至可能導(dǎo)致視力下降及失明，最新研究致力于通過促進(jìn)GM 中有益微生物的增殖進(jìn)而影響眼表的病程變化[7]。本文綜述了近年來研究中GM與眼表疾病的關(guān)聯(lián)、臨床轉(zhuǎn)化的最新觀點及目前階段研究的局限性與展望。

1 GM 穩(wěn)態(tài)與失衡

1.1 GM 常見微生物群、功能及失調(diào) 據(jù)估計，GM有330 萬個基因，是人體中基因數(shù)的150 倍，因此，GM相關(guān)基因很可能具有調(diào)控相關(guān)疾病的功能[8]?；谝环N針對細(xì)菌16S rRNA 基因可變區(qū)域的測序技術(shù)，可以測定目前GM 的組成主要為厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門、變形菌門、梭菌門和疣狀梭菌門等。其中，厚壁菌門和擬桿菌門數(shù)目及種類最為龐大，占腸道菌群的70%～90%。厚壁菌門細(xì)菌是革蘭陽性細(xì)菌，通過短鏈脂肪酸的合成在人體的代謝中發(fā)揮關(guān)鍵作用；而擬桿菌門包括大約7 000 種不同種類的革蘭陰性細(xì)菌，與脂多糖和鞭毛蛋白介導(dǎo)的宿主免疫反應(yīng)有關(guān)[9]。GM 包括益生菌和致病菌，參與抗炎過程的同時促進(jìn)炎癥的發(fā)生，二者在不斷動態(tài)發(fā)展中最終達(dá)到平衡體現(xiàn)出正常的免疫功能。一旦打破該平衡，如高脂肪飲食、過量的糖攝入、久坐不動等不良生活方式、抗生素濫用以及在全身其他疾病作用下，微生物群的平衡傾斜到“有害”為主的狀態(tài)則被稱為GM 生態(tài)失調(diào)。

1.2 GM 失調(diào)導(dǎo)致人體疾病的研究證據(jù) Turnbaugh等[10]用大鼠GM 糞便實驗，即較瘦的小鼠在進(jìn)行與肥胖小鼠的腸道細(xì)菌糞便移植后轉(zhuǎn)化為肥胖小鼠的現(xiàn)象，證明了細(xì)菌一旦發(fā)生生態(tài)失調(diào)可能引起生理功能及疾病變化。有研究將含有Christensenella菌（與加速人體代謝有關(guān)）的糞便移植入肥胖小鼠，小鼠逐漸變瘦，以上表明GM 參與并影響了人體代謝[11]。研究表明，GM 容易受到個體性質(zhì)（如年齡、性別、出生環(huán)境、遺傳和腸道內(nèi)在因素如pH、膽汁酸等）、環(huán)境因素（如營養(yǎng)物質(zhì)和藥物）和微生物因素（如黏附能力、細(xì)菌酶、噬菌體等）等的影響[12]。

關(guān)于GM 與眼部疾病是否存在關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)研究證據(jù)也逐漸增多，目前非互斥的理論可以解釋GM 如何誘發(fā)腸道外的炎癥性疾病。首先，T 細(xì)胞閾值理論，即GM 成分變化導(dǎo)致生態(tài)失調(diào)、免疫分化失調(diào)，從而通過增加從腸道以外部位遷移的效應(yīng)性免疫細(xì)胞（如Th17 細(xì)胞）來降低T 細(xì)胞激活的閾值，并在特定的環(huán)境中轉(zhuǎn)為致病菌；其次，分子擬態(tài)模型，即自身抗原與腸道共生肽的交叉反應(yīng)，從而導(dǎo)致組織反應(yīng)性T 細(xì)胞激活，最終導(dǎo)致疾病發(fā)生。最近有研究表明，腸道生態(tài)失調(diào)會破壞腸道屏障功能，從而導(dǎo)致非特異性細(xì)菌抗原或細(xì)菌自身從血液或淋巴管中擴散，從而導(dǎo)致腸外適應(yīng)性免疫反應(yīng)的失調(diào)[13]。

2 GM 與眼表疾病

眼表疾病泛指損害眼表正常結(jié)構(gòu)與功能的疾病。臨床上炎癥、外部因素等各種損傷均可導(dǎo)致角膜、結(jié)膜上皮表型等眼表結(jié)構(gòu)及組成紊亂，穩(wěn)定性破壞，從而使角膜新生血管化，出現(xiàn)干眼等一系列的病理變化，進(jìn)而造成患者視功能受損，因此維持眼表結(jié)構(gòu)和功能的正常是獲得清晰視覺的先決條件。

2.1 GM 與干眼綜合征 研究表明，GM 平衡性對于Sj?gren 綜合征及干眼的相關(guān)性較高，但同時要考慮到干眼發(fā)病機制的復(fù)雜性。動物研究證實，GM 失調(diào)與干眼的發(fā)生密切關(guān)聯(lián)。目前較為經(jīng)典的抗生素治療模型及無菌模型均證實了GM 失調(diào)對干眼的調(diào)控機制。

共生菌群是指與生物體共同生存的細(xì)菌。健康的人體也藏匿著各種不同的細(xì)菌群，人體腸道也存在其他病菌，人體內(nèi)的共生菌群對人體有益。Zaheer等[14]證實共生菌群在干眼中起保護(hù)眼表的作用。研究表明，共生菌減少所造成腸道生態(tài)失調(diào)不僅增加了相關(guān)炎癥細(xì)胞數(shù)目，同時增加了局部脂多糖的分布，抗菌處理后的小鼠局部給予脂多糖會增加眼表炎癥，表明GM 中共生菌在眼表免疫反應(yīng)中具有保護(hù)作用[15]。Mendez 等[16]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)抗生素治療的小鼠GM 明顯減少，而干燥應(yīng)激的眼表反應(yīng)和敏感度也顯著提升?？梢?，抗生素誘導(dǎo)的GM 失調(diào)，與眼表的炎癥增加相關(guān)，而炎癥是導(dǎo)致干眼的關(guān)鍵因素。

研究表明，CD-25 基因敲除小鼠會逐步發(fā)展出Sj?gren 綜合征干眼表型，并伴有角膜屏障改變和杯狀細(xì)胞的減少及炎癥細(xì)胞（如LGs、結(jié)膜中的TH1細(xì)胞和IL-12+樹突狀細(xì)胞等）的增加[17]。Wang 等[15]發(fā)現(xiàn)干眼相關(guān)的眼表炎癥介質(zhì)顯著增加與GM 失調(diào)相關(guān)。GM 發(fā)酵會產(chǎn)生丁酸鹽，而丁酸鹽轉(zhuǎn)運體SLC5A8 在小鼠結(jié)膜和角膜上皮中表達(dá)并參與干眼相關(guān)眼表組織的修復(fù)過程[18]。

由于瞼板腺功能障礙引起干眼的動物模型，同樣證明GM 生態(tài)平衡性對眼表環(huán)境的影響[19]。雄性C57BL/6 小鼠GM 組成及代謝與干眼癥狀的嚴(yán)重程度有關(guān)。Osae 等[20]實驗發(fā)現(xiàn)，高血脂模型小鼠表現(xiàn)為瞼板腺功能不同程度的降低進(jìn)而發(fā)展為干眼綜合征，因此認(rèn)為GM 對瞼板腺障礙性干眼起到調(diào)控作用。

在Sj?gren 綜合征患者中，擬桿菌門增加，厚壁菌門減少，厚壁菌門/擬桿菌門的比例較健康個體有所下降。而最近研究發(fā)現(xiàn)，隨著GM 多樣性及數(shù)目的減少，Sj?gren 綜合征干眼患者的眼部疾病發(fā)病率增加，GM 的失調(diào)與Sj?gren 綜合征干眼患者的眼部疾病發(fā)病率顯著相關(guān)。同時嚴(yán)重的GM 失調(diào)者干眼臨床表現(xiàn)的嚴(yán)重程度也顯著增加，而非Sj?gren 綜合征干眼患者的GM 變化介于Sj?gren 綜合征干眼患者和健康者之間[21]。說明GM 穩(wěn)態(tài)失衡程度與干眼的發(fā)生及嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。

Choi 等[22]對干眼模型小鼠應(yīng)用一種由干酪乳桿菌、嗜酸乳桿菌、羅伊氏乳桿菌、雙歧乳桿菌和嗜熱乳桿菌組成的益生菌治療3 周，之前已部分破壞的角膜屏障及眼表微環(huán)境得到部分恢復(fù)，同時增加了淚液分泌進(jìn)而緩解干眼癥狀。表明益生菌和益生元可以影響GM，并有益于眼表疾病癥狀的緩解。Ω-3及Ω-6 是可調(diào)節(jié)人體GM 的有益脂肪酸。Epitropoulos 等[23]發(fā)現(xiàn)，口服酯化Ω-3 脂肪酸可有效緩解干眼癥狀，改善眼表微環(huán)境。Ω-6 脂肪酸可以降低結(jié)膜炎性相關(guān)標(biāo)志物的表達(dá)，也可能有助于緩解干眼癥狀。最近關(guān)于干眼和益生菌的動物研究發(fā)現(xiàn)，益生元和益生菌通過減輕炎癥細(xì)胞反應(yīng)的作用方式參與眼表疾病的治療[24]。

2.2 GM 與結(jié)膜炎 結(jié)膜炎是由于感染、免疫因素或外界刺激等出現(xiàn)眼紅、分泌物增多等為體征的眼表疾病。實驗證明，益生菌通過增加血清總免疫球蛋白E 和調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞百分比的基線水平來改善結(jié)膜炎癥狀。Villaescusa 等[25]發(fā)現(xiàn)，注射含益生菌的發(fā)酵乳桿菌CECT5716（Lc40）的母親其嬰兒出生后結(jié)膜炎的發(fā)生率顯著降低。同時，Banerjee 和Nelson[26]報道沙眼衣原體與GM 的關(guān)聯(lián)性，GM 衍生的蛋白質(zhì)代謝物三丙烯酸鈉和β-丙烯酸與色氨酸競爭結(jié)合衣原體TrpR，阻止trpO 與TrpR 的結(jié)合，這與沙眼衣原體發(fā)病機制高度一致，為GM 與沙眼致病機制關(guān)系提供新的研究思路。

2.3 GM 與角膜疾病 角膜病是主要致盲眼病之一。角膜炎典型特征是角膜水腫、炎癥細(xì)胞浸潤和睫狀充血。除極少數(shù)細(xì)菌（如淋球菌、白喉桿菌等）能直接感染角膜外，其他病原體需要在角膜局部防御機制被破壞或機體免疫力下降時才致病。因而GM 紊亂導(dǎo)致的機體免疫力下降與角膜炎的易感性和發(fā)病機制是近年GM 與眼表疾病研究的熱點。

2.3.1 角膜發(fā)育 Wu 等[27]研究表明，氨芐西林、萬古霉素和甲硝唑等介入會導(dǎo)致GM 失調(diào)，損害角膜發(fā)育，包括改變角膜形態(tài)和影響角膜緣血管及角膜神經(jīng)的形成；動物模型實驗通過糞便移植和益生菌治療重建GM 的平衡來逆轉(zhuǎn)角膜發(fā)育中的先天性缺陷。說明GM 在角膜發(fā)育過程中的杠桿作用，同時揭示了GM 平衡性對于角膜發(fā)育中的重要性。同樣，Li 等[28]最新研究發(fā)現(xiàn)GM 失調(diào)對于角膜發(fā)育影響的深層機制，即GM 失調(diào)影響CCR2-巨噬細(xì)胞的分布，從而損害角膜神經(jīng)的發(fā)育，由于神經(jīng)損害的不可逆性機制從而調(diào)控角膜的發(fā)育。

2.3.2 細(xì)菌性角膜炎 研究證明GM 和真菌微生物群種類及數(shù)量的改變與細(xì)菌性角膜炎的敏感性增加有關(guān)。在正常人群中，GM 中藍(lán)藻菌、銅綠假單胞菌等豐度較低，而在細(xì)菌性角膜炎患者中，GM 中銅綠假單胞菌等可能導(dǎo)致細(xì)菌性角膜炎發(fā)生的致病菌的豐度較高，這提示GM 中導(dǎo)致細(xì)菌性角膜炎的致病菌豐度的提高可能會增加細(xì)菌性角膜炎發(fā)生概率；就GM 數(shù)量而言，有數(shù)據(jù)顯示，與細(xì)菌性角膜炎患者的GM 相比，健康對照組比腸道微生物組數(shù)量及豐度增加，腸道免疫過程中不可避免的導(dǎo)致腸道血管屏障受損，使易感菌進(jìn)入血液，造成細(xì)菌性角膜炎的發(fā)生，這也支持了腸-眼軸假說[29]。而在細(xì)菌性角膜炎患者中也發(fā)現(xiàn)了通常富集于胃腸炎患者GM 中的大量病原體，這支持了GM 的失衡參與細(xì)菌性角膜炎的炎癥發(fā)生機制[30]。

2.3.3 真菌性角膜炎 真菌性角膜炎的發(fā)病人數(shù)每年超過100 萬例，是熱帶國家角膜致盲發(fā)生的主要原因之一。Kalyana 等[31]發(fā)現(xiàn)，與健康人群相比，真菌性角膜炎患者的GM（如抗炎菌、乳酸桿菌、白擬桿菌和雙歧桿菌等益生菌均不同程度減少）豐富度和多樣性顯著降低。同時該實驗驗證了GM 中促炎性志賀氏菌和單一病原體密螺旋體等致病菌豐度的增加與真菌性角膜炎的發(fā)生顯著相關(guān)，揭示了GM 失調(diào)與真菌性角膜炎發(fā)生的相關(guān)關(guān)系。

2.4 GM 與眼瞼疾病 瞼板腺囊腫是瞼板腺特發(fā)性無菌性慢性肉芽腫性炎，因為瞼板腺排出管道阻塞和分泌物潴留，也稱之為霰粒腫。最近研究表明，正常眼表微生物群的破壞可能在霰粒腫的發(fā)病機制中起著重要的輔助作用。此外，攝入過量飽和脂肪酸會導(dǎo)致瞼板腺分泌的脂質(zhì)組成發(fā)生變化，進(jìn)而使分泌物很難從腺體中溢出造成堵塞，最終導(dǎo)致眼瞼炎癥的發(fā)生。Mariaelena 等[32]進(jìn)行了一項隨機對照研究，將26 例26 眼瞼板腺囊腫兒童分為兩組各13例，在第1 組中，13 例接受了熱敷和局部激素眼藥等傳統(tǒng)方式治療，連續(xù)3 個月；在第2 組中，13 例患者接受上述治療聯(lián)合益生菌，連續(xù)3 個月。結(jié)果表明聯(lián)合益生菌治療霰粒腫會明顯縮短病程，加快恢復(fù)。用益生菌修飾的GM 可以通過重建腸道和免疫穩(wěn)態(tài)來改變霰粒腫恢復(fù)的速度。因此益生菌可以在預(yù)防和治療兒童霰粒腫方面發(fā)揮作用，且補充益生菌可以減少霰粒腫病程所需的時間，同時不會引起明顯的并發(fā)癥。這項研究為GM 轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)應(yīng)用于眼表疾病的治療提供了豐富的啟示作用，由于眼表疾病治療的恢復(fù)時間大都較長，期待GM 穩(wěn)態(tài)重建對更多眼表疾病的加速恢復(fù)發(fā)揮重要作用及影響。

2.5 GM 與淚腺炎 淚腺是產(chǎn)生淚液的重要結(jié)構(gòu)，屬外分泌腺，產(chǎn)生漿液及淚液通過排泄管排入結(jié)膜囊，對眼球起潤滑和保護(hù)作用。在淚腺的間質(zhì)囊腔中存在著各種免疫細(xì)胞，而GM 的穩(wěn)態(tài)對免疫細(xì)胞參與免疫反應(yīng)具有一定的作用。研究證明無菌小鼠模型伴IgA 和IgM 產(chǎn)生減少，從而表現(xiàn)出干燥綜合征樣淚腺炎，而腹腔注射大腸桿菌誘導(dǎo)自身抗體產(chǎn)生和眼表炎癥發(fā)生同樣會誘導(dǎo)淚腺炎的發(fā)生[33]。Choi 等[22]觀察到益生菌增強了干眼綜合征小鼠模型中淚腺免疫調(diào)節(jié)蛋白的表達(dá)，從而對于該種淚腺炎的預(yù)后及預(yù)防發(fā)揮積極作用。有研究表明，共生菌的缺乏會加速淚腺炎的發(fā)病及增加該病的嚴(yán)重程度，抗生素治療可通過顯著降低腸道共生菌群并增加血清中的脂多糖水平來引起GM 失調(diào)，其中擬桿菌門減少，變形菌門和厚壁菌門增加，從而造成淚腺炎發(fā)生[14]。綜上，GM 與淚腺炎密切相關(guān)，但具體機制尚未闡明，需要更多的基礎(chǔ)實驗和臨床研究加以驗證，同時誘導(dǎo)GM 平衡的應(yīng)用對于淚腺炎及干眼綜合征帶來的淚器疾病的防治提供了新的眼外防治思路。

3 展望

近年來許多研究表明，GM 影響眼表疾病的發(fā)生，同時研究發(fā)現(xiàn)益生菌、益生元、維生素、飲食和糞便微生物群移植增強GM 對人體眼表的有益作用。但是涉及研究也有明顯的局限性。首先，腸道和其他微生物群受飲食、環(huán)境和生活方式等混雜因素影響。其次，益生菌和益生元對于GM 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)定性及眼表疾病具有治療意義的證據(jù)仍在臨床試驗階段，療效難以形成共識。關(guān)于GM 與眼部疾病的動物實驗結(jié)果在人體是否也有效果并不明確，單一變量的菌群研究和實際情況的復(fù)合影響仍需要進(jìn)一步研究。目前研究仍停留在發(fā)現(xiàn)GM 與眼表疾病發(fā)生之間相關(guān)性，主動干預(yù)GM 以解決難治性眼表疾病及提高治愈率的相關(guān)研究值得期待。