腸道微生物對(duì)腸神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞影響的研究進(jìn)展

胡美 楊小蘭 崔德軍

?綜述?

腸道微生物對(duì)腸神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞影響的研究進(jìn)展

胡美 楊小蘭 崔德軍

腸道微生物種類(lèi)繁多，對(duì)腸神經(jīng)系統(tǒng)起著重要作用。尤其是腸道微生物可影響人類(lèi)腸神經(jīng)系統(tǒng)中的腸神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞功能。近年來(lái)大量研究表明，腸道微生物在腸神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的發(fā)生、發(fā)展以及免疫功能中發(fā)揮著重要作用。這將有望為治療相關(guān)腸道疾病提供新方法。本文就目前腸道微生物對(duì)腸神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞影響的研究現(xiàn)狀做一綜述。

消化系統(tǒng)； 腸道微生物； 腸神經(jīng)系統(tǒng)； 腸神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞

人類(lèi)腸道中寄居著大量的微生物，與人類(lèi)健康的關(guān)系逐漸被認(rèn)識(shí)，對(duì)健康的影響及其在疾病中的作用已成為研究熱點(diǎn)。正常情況下，腸道微生物保持著相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，通過(guò)影響腸道的免疫和黏膜屏障作用，維持腸道的穩(wěn)態(tài)。腸神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞（enteric glial cells，ECGs）是腸神經(jīng)系統(tǒng)（enteric nervous system，ENS）中除神經(jīng)元外另一個(gè)重要的組成部分，除對(duì)腸神經(jīng)元的營(yíng)養(yǎng)、保護(hù)、支持作用外，還有調(diào)節(jié)腸道黏膜屏障完整性的作用，對(duì)維持腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定也有重要影響。目前研究表明，腸道微生物與ENS之間有相互影響。但腸道微生物對(duì)ENS中ECGs的影響尚存在爭(zhēng)議。現(xiàn)結(jié)合國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，就腸道微生物對(duì)ECGs影響進(jìn)行綜述。

一、腸道微生物

人類(lèi)胃腸道微生物系統(tǒng)非常復(fù)雜，在嬰兒出生時(shí)即開(kāi)始建立。單從細(xì)菌層面來(lái)說(shuō)，從食管到直腸末端，所寄居的腸道菌群不同。由于胃內(nèi)酸性環(huán)境的影響，除了幽門(mén)螺桿菌外，大多數(shù)是耐酸性的需氧或兼性厭氧菌，如鏈球菌、葡萄球菌、念珠菌和乳酸桿菌等。由于膽堿的作用，十二指腸的微生物相對(duì)較少，主要菌種與胃內(nèi)的相似，包括葡萄球菌、鏈球菌和乳酸桿菌等。小腸細(xì)菌主要有乳酸桿菌和雙歧桿菌，為小腸的優(yōu)勢(shì)菌群，其次為消化球菌、腸桿菌、小梭菌和葡萄球菌。小腸前段細(xì)菌少，后段數(shù)量逐漸增加。在盲腸和結(jié)腸，細(xì)菌濃度迅速增加，優(yōu)勢(shì)菌為厭氧菌，主要的菌種是擬桿菌、雙歧桿菌以及厭氧的革蘭氏陽(yáng)性球菌。很多外在因素都會(huì)影響正常的腸道微生物群，如分娩方式、嬰兒和成年時(shí)期飲食及抗菌素的使用等。研究表明長(zhǎng)期使用抗菌素將可能導(dǎo)致正常健康人腸道微生物的變化和耐藥基因的水平轉(zhuǎn)移，這可能會(huì)導(dǎo)致生物多藥耐藥基因庫(kù)的產(chǎn)生［1］。作為人體重要“器官”之一，正常的腸道微生物應(yīng)該是無(wú)致病性的，與胃腸道組織結(jié)構(gòu)處于共生關(guān)系，參與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、藥物的代謝、阻礙病原微生物的定植和腸黏膜屏障作用，維持宿主的健康平衡狀態(tài)［2］。腸道微生物還有一個(gè)重要作用是調(diào)節(jié)腸道蠕動(dòng)功能。例如，將無(wú)菌動(dòng)物與傳統(tǒng)生長(zhǎng)的動(dòng)物相比，無(wú)菌動(dòng)物表現(xiàn)出胃排空延遲，腸蠕動(dòng)減少，神經(jīng)遞質(zhì)的表達(dá)減少［3］。隨著基因測(cè)序技術(shù)和生物信息學(xué)的發(fā)展，學(xué)者們逐漸發(fā)現(xiàn)腸道微生物的眾多功能以及微生物和宿主之間的相互影響。發(fā)現(xiàn)腸道微生物可能除與消化系統(tǒng)的疾病如炎癥性腸病、腸易激綜合征等疾病的發(fā)病機(jī)制相關(guān)之外，還與心腦血管疾病、呼吸系統(tǒng)疾病、腎臟疾病、內(nèi)分泌代謝性疾病和神經(jīng)精神性疾病有關(guān)，其研究正在不斷的深入［4］。

二、腸神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞

ENS是胃腸道神經(jīng)元的集合，主要由腸神經(jīng)元和ECGs組成。ENS在胃腸功能的神經(jīng)調(diào)節(jié)中起主要作用，可獨(dú)立地進(jìn)行信息傳遞和程序處理，因而被稱(chēng)為“腸腦”。除了調(diào)節(jié)胃腸動(dòng)力、內(nèi)外分泌功能、胃腸蠕動(dòng)功能、血流和免疫、維持腸上皮功能外，ENS還是一個(gè)重要的節(jié)點(diǎn)，與大腦相互聯(lián)系形成雙向的腦腸信號(hào)軸。ECGs來(lái)自于神經(jīng)外胚層，主要分布于腸黏膜下層和腸肌間神經(jīng)節(jié)叢。在形態(tài)學(xué)上，ECGs類(lèi)似于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的星形膠質(zhì)細(xì)胞，包裹腸神經(jīng)元并將軸突延伸到腸黏膜內(nèi)，對(duì)腸神經(jīng)元細(xì)胞有營(yíng)養(yǎng)和保護(hù)功能。功能上，EGCs除了營(yíng)養(yǎng)和保護(hù)腸神經(jīng)元外，ECGs對(duì)腸上皮屏障的穩(wěn)定性和完整性發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，ECG的缺失會(huì)導(dǎo)致腸黏膜完整性喪失，通透性增加，產(chǎn)生腸道炎癥、出血及壞死等表現(xiàn)［5］。敲除EGCs會(huì)導(dǎo)致腸黏膜上皮屏障破壞，EGCs敲除模型小鼠會(huì)發(fā)生致命性的空回腸炎［6］。腸上皮屏障阻止微生物通過(guò)黏膜擴(kuò)散。ECGs緊接腸上皮細(xì)胞，也可以通過(guò)釋放重要的調(diào)節(jié)物質(zhì)影響腸道的通透性，直接參與調(diào)節(jié)腸上皮屏障功能。與星形膠質(zhì)細(xì)胞類(lèi)似，ECGs也表達(dá)特定的標(biāo)記物，包括膠質(zhì)纖維酸性蛋白、S100B，SOX8/9/10等，通常被用來(lái)追蹤識(shí)別人體腸內(nèi)的ECGs［7］。其中，膠質(zhì)纖維酸性蛋白的表達(dá)是通過(guò)細(xì)胞分化、炎癥和損傷調(diào)節(jié)，表達(dá)此蛋白的水平與EGCs的功能狀態(tài)相匹配［8］。S100B是S100蛋白家族的一種易擴(kuò)散性蛋白質(zhì)，具有調(diào)節(jié)神經(jīng)元形態(tài)、生長(zhǎng)和凋亡的作用，在人體腸道的S100蛋白家族中，只有S100B蛋白是專(zhuān)門(mén)由EGCs表達(dá)的［9］。EGCs還可表達(dá)誘導(dǎo)型一氧化氮合酶和L-精氨酸，有效抑制一氧化氮的產(chǎn)生，從而可以早期抗病毒、殺滅細(xì)菌［10］。EGCs可以與腸神經(jīng)元細(xì)胞一起作用分泌多種神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)素和營(yíng)養(yǎng)因子，包括膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、神經(jīng)生長(zhǎng)因子、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子、P物質(zhì)、甘丙肽及生長(zhǎng)抑素等。

三、腸道微生物對(duì)EGCs的影響

（一）腸道微生物與EGCs發(fā)育過(guò)程的關(guān)系

ENS的發(fā)育是在胚胎發(fā)育期間形成的，可持續(xù)到產(chǎn)后的幾周，最后達(dá)成一個(gè)完整的神經(jīng)膠質(zhì)通路［11］。由于胎盤(pán)屏障的存在，最初認(rèn)為胚胎發(fā)育是在無(wú)菌的環(huán)境中進(jìn)行的。然而這個(gè)假設(shè)最近受到了挑戰(zhàn)。已有研究發(fā)現(xiàn)在小鼠和人類(lèi)體內(nèi)，存在低濃度的胎盤(pán)特異性微生物［12］。說(shuō)明ENS的發(fā)育過(guò)程并不是在完全無(wú)菌的胚胎內(nèi)進(jìn)行。在對(duì)動(dòng)物的研究中發(fā)現(xiàn)，出生后，腸腔就定植有一定數(shù)量的微生物。由于其分娩方式、喂養(yǎng)方式和母親飲食的不同，其寄居的微生物種類(lèi)和構(gòu)成并不相同。出生后微生物在腸道內(nèi)經(jīng)過(guò)不斷的擴(kuò)增和發(fā)育，最后達(dá)到了成人水平［13］。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，腸道微生物在腸腔內(nèi)成熟與適應(yīng)的過(guò)程與宿主免疫系統(tǒng)相平行，兩者之間相互依賴(lài)和交叉調(diào)節(jié)［14］。出生后，ENS暴露于復(fù)雜的微生物環(huán)境中，微生物代謝產(chǎn)物是如何影響生后ENS的發(fā)展是未知的。有學(xué)者對(duì)ECGs與腸道微生物的發(fā)育過(guò)程的關(guān)系進(jìn)行了研究發(fā)現(xiàn)ECGs的一個(gè)亞群，黏膜下ECGs（the mucosa ECGs， mEGCs）的產(chǎn)生是一個(gè)逐漸發(fā)展過(guò)程與腸道微生物的成熟相平行［15］。

（二）腸道微生物與EGCs免疫功能的相互作用

ECGs參與體內(nèi)免疫反應(yīng)［16］。EGCs可以與免疫效應(yīng)細(xì)胞、腸內(nèi)分泌細(xì)胞、上皮細(xì)胞和血管集成一個(gè)從神經(jīng)元到其它細(xì)胞結(jié)合反應(yīng)的雙向信號(hào)通路，可以認(rèn)為是腸內(nèi)抵抗侵入的微生物的免疫系統(tǒng)重要組成部分。EGCs在免疫刺激下可表達(dá)細(xì)胞因子IL-1β、IL-6和TNF-α［17］。然而免疫細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子也可反作用于EGCs。例如IL-1β還可作用于EGCs本身抑制其增生［18］。近期研究發(fā)現(xiàn)炎性細(xì)胞因子可直接激活EGCs表達(dá)MHCⅡ，有效增加S100B和膠質(zhì)纖維酸性蛋白的表達(dá)及一氧化氮的釋放，促使EGCs增殖［19］。腸道共生微生物通過(guò)Toll樣受體2（toll-like receptor 2， TLR2）信號(hào)通路調(diào)節(jié)ENS的完整性及其功能來(lái)對(duì)腸道穩(wěn)態(tài)進(jìn)行微調(diào)［20］。其中，TLR2為T(mén)LR家族成員，能通過(guò)識(shí)別病原相關(guān)的分子模式及某些內(nèi)源性配體，引發(fā)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)并導(dǎo)致炎癥介質(zhì)的釋放，在天然免疫防御中起重要作用。TLR2作為ENS中，特別是ECGs中表達(dá)的微生物模式識(shí)別受體。將可能是決定腸道微生物是否直接或間接通過(guò)一種中間的細(xì)胞或物質(zhì)控制膠質(zhì)細(xì)胞的動(dòng)力學(xué)，這一機(jī)制還有待深入的研究。

（三）腸道微生物對(duì)小鼠mEGCs的影響

研究表明，mEGCs除了保護(hù)神經(jīng)元細(xì)胞的功能外，其在腸黏膜中維持腸上皮屏障和調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)中有重要作用［21］。mEGCs位于緊接腸上皮細(xì)胞，有高度再生和重塑特性，正如腸上皮和黏膜免疫系統(tǒng)一樣，引起學(xué)者們廣泛關(guān)注。mEGCs發(fā)展和平衡問(wèn)題提醒人們重新認(rèn)識(shí)微生物對(duì)多種胃腸道中的組織和功能的新影響。發(fā)現(xiàn)mECGs的發(fā)育與腸道微生物的建立和成熟同步后，腸道微生物是如何影響mEGCs？Kabouridis等進(jìn)行了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)［15］。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)比較常規(guī)傳統(tǒng)喂養(yǎng)的小鼠和無(wú)菌環(huán)境中成年小鼠腸內(nèi)mEGCs的差異。發(fā)現(xiàn)無(wú)菌小鼠mEGCs的數(shù)量明顯的減少。然后為進(jìn)一步表明腸道微生物對(duì)EGCs的影響，常規(guī)使用微生物制劑飼養(yǎng)無(wú)菌小鼠。發(fā)現(xiàn)與無(wú)菌小鼠相比，其mEGCs的平均數(shù)量是增加的。從而得出這正常mEGCs的發(fā)展過(guò)程與腸道微生物密切相關(guān)。用抗菌素喂養(yǎng)后，小鼠mEGCs數(shù)量又減少。隨后再次利用譜系追蹤實(shí)驗(yàn)來(lái)證明腸道微生物在維持新的EGCs的不斷增殖是必需的。

（四）腸道微生物影響EGCs的可能機(jī)制

腸黏膜最容易受腸道微生物的侵入，特別是腸黏膜屏障破壞時(shí)，包括感染病原微生物及過(guò)度的免疫反應(yīng)。通常宿主能通過(guò)模式識(shí)別受體感知微生物的存在。模式識(shí)別受體作為固有免疫的一部分，在抵抗病原微生物的過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用［22］。其亞組TLRs在維持腸道微生物及宿主的共生關(guān)系中發(fā)揮重要的作用［23］。其中EGCs表達(dá)的TLR3和TLR7能夠識(shí)別病毒RNA，TLR4可識(shí)別革蘭氏陰性菌的脂多糖［24］。表明腸道微生物對(duì)EGCs的影響可能通過(guò)TLRs信號(hào)通路相互反應(yīng)。另外，腸道微生物對(duì)EGCs的影響可能是通過(guò)誘導(dǎo)其表達(dá)某些分子而實(shí)現(xiàn)相互反應(yīng)的。研究發(fā)現(xiàn)革蘭陰性桿菌的脂多糖與腸肌叢ECGs之間反應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，脂多糖能促進(jìn)腸肌叢ECGs分泌IL-1β，產(chǎn)生一系列的炎癥反應(yīng)以此來(lái)改變ENS的功能導(dǎo)致腸道炎癥［25］。粘連性的侵襲性大腸桿菌能夠激活人類(lèi)的EGCs并誘導(dǎo)其表達(dá)cFox及MHC II。它通過(guò)激活人類(lèi)ECGs的TLR/S100B-RAGE依賴(lài)的iNOS-NO信號(hào)通路，導(dǎo)致S100B從人類(lèi)的ECGs釋放，S100B再導(dǎo)致一氧化氮（nitric oxide，NO）釋放，表達(dá)在人類(lèi)EGCs上，腸內(nèi)膠質(zhì)衍生的S100蛋白在人類(lèi)EGCs的反應(yīng)下可以通過(guò)TLR/S100B-RAGE依賴(lài)的iNOS-NO信號(hào)通路集成細(xì)菌產(chǎn)物信號(hào)去觸發(fā)腸內(nèi)固有的免疫［26］。

在大量招生后，高職院校護(hù)理教育不僅會(huì)受到生源質(zhì)量不佳的困擾，還會(huì)受自身經(jīng)濟(jì)實(shí)力以及師資力量的限制，使得護(hù)理專(zhuān)業(yè)教學(xué)中出現(xiàn)教學(xué)質(zhì)量不佳、師資力量不足、班級(jí)規(guī)模過(guò)大以及學(xué)生護(hù)理能力培養(yǎng)不足等問(wèn)題。這些問(wèn)題的存在導(dǎo)致學(xué)生在醫(yī)院臨床護(hù)理中表現(xiàn)不佳，無(wú)法滿(mǎn)足國(guó)家護(hù)理行業(yè)發(fā)展的需求。

綜上，大量實(shí)驗(yàn)表明腸道微生物對(duì)宿主有調(diào)節(jié)作用，包括這“腦腸軸”。EGCs能表達(dá)微生物的模式識(shí)別受體，差異性應(yīng)答不同微生物的刺激。EGCs可能是腸道菌群的主要靶細(xì)胞，在控制腸道微生物動(dòng)力學(xué)，EGCs是直接或是中間作用細(xì)胞是未知的。腸道不同位置分布的EGCs代表了不同亞群，具備不同功能。腸道微生物對(duì)ECGs的發(fā)育、更新、轉(zhuǎn)移有影響。其確切的機(jī)制還須進(jìn)一步研究。盡管EGCs功能尚未完全明確，但其在腸道功能中的作用日益受到關(guān)注。腸道微生物與EGCs將作為消化道疾病發(fā)病機(jī)制研究的重要方向。目前還須對(duì)它們各自的結(jié)構(gòu)和功能以及相互作用進(jìn)行更深入的研究，為胃腸道疾病提供新的研究角度和治療策略。

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Research progress of intestinal microbiota′s effect on enteric glial cells

Hu Mei, Yang Xiaolan, Cui Dejun. Department of Gastroenterology, The Affiliated People′s Hospital of Guizhou Medical University, Guiyang 550002, China
< class="emphasis_italic">Corresponding author: Cui Dejun, Email: hxcuidj@163.com

Cui Dejun, Email: hxcuidj@163.com

Intestinal microbiota, which is composed of deverse microorganism, plays an important role in enteric nervous system, particularly in the enteric glial cells. Recently, numerous researches have shown that intestinal microbiota plays a critical role in the occurrence, development and immunologic function of enteric glial cells. This fi nding will provide a new way for the treatment of intestinal disorders. In this paper, we provide a brief review of the current researches about the effects of intestinal microbiota on the enteric glial cells.

Digestive system; Intestinal microbiota; Enteric nervous system; Enteric glial cells

2016-10-03）

（本文編輯：楊明）

10.3877/cma.j.issn.2095-3224.2017.01.012

貴州省科技支撐計(jì)劃資助項(xiàng)目［黔科合SY字（2013）3030號(hào)］

550002 貴州醫(yī)科大學(xué)附屬人民醫(yī)院消化科

崔德軍，Email：hxcuidj@163.com

胡美, 楊小蘭, 崔德軍. 腸道微生物對(duì)腸神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞影響的研究進(jìn)展[J/CD].中華結(jié)直腸疾病電子雜志, 2017, 6(1): 56-59.