腸道微生態介導慢性疾病發生發展和干預策略

秦環龍 沈通一 馬延磊 楊永志 石忱長 高仁元 陳啟儀 田宏亮 黃林生 尹 芳

人體腸道內定植的細菌高達1 000種，總量達100萬億之多。在生命進程當中，人體微生態系統中的微生物種群的數量和比例會發生改變，進而對機體生理功能變化產生重要影響。流行病學調查發現，腸道微生態與慢性腸道共病的發生密切相關。腸道菌群失衡除了導致消化道疾病之外，與心腦血管疾病、肥胖、糖尿病、自身免疫病、癌癥等發生和發展亦緊密相關。近年來，全世界肥胖、便秘、炎癥性腸病(IBD)和結直腸癌(CRC)等腸道慢性疾病呈高速增長趨勢，引起醫學界特別重視的是，便秘可誘發CRC、阿爾茲海默病(AD)等心腦血管疾病，甚至導致死亡。隨著人們生活節奏的加快和飲食結構的改變，慢性功能性便秘已成為一種常見疾病，具有多種危害，如加重心腦血管疾病和直腸肛門疾病病情、增加CRC罹患風險等，目前的藥物治療具有諸多局限性，易引發并發癥。隨著對慢性功能性便秘與腸道微生態關系研究的深入，慢性功能性便秘的微生態治療已成為治療的一個重要方向。

腸道菌群失衡與疾病發生的關系引起科學界的廣泛關注。目前，腸道慢性共病面臨前期診療體系不完善，不能有效實現疾病的早發現、早治療，無法有效改善預后的難題。因此，為尋找腸道慢性疾病早期診斷的有效方法并提高治療效果，減輕患者的痛苦，本項目組重點關注腸道微生態與肥胖、高脂飲食、慢性便秘、腸屏障損傷和CRC發生、發展的關系，通過一系列基礎和臨床研究揭示其中關鍵作用機制，發現具有潛在臨床慢性共病檢測的生物靶標，已有多項創新性發現，為進一步從腸道微生態角度探究慢性腸道共病提供了一種全新的思路,同時也為尋求治療肥胖、便秘、CRC等慢性共病開拓了新的視野。

1 慢性疾病患者腸道菌群的改變

1.1 肥胖患者與健康人群腸道菌群差異巨大 與健康人群相比，肥胖患者腸道菌群中有益菌，包括雙歧桿菌屬、抗炎性糞腸桿菌屬(Faecalibacterium)、產丁酸的瘤胃菌科(Ruminococcaceae)都顯著減少；而芽孢桿菌屬(Bacillus)和其他潛在機會性致病菌如梭菌屬(Fusobacterium)、埃希-志賀菌屬(Escherichia-Shigella)顯著增多。此外，體重介于健康與肥胖之間的超重人群，其腸道菌群結構改變頻率介于健康人與肥胖者之間，表明與肥胖相關的腸道菌群結構隨著肥胖的進程發生規律性變化。

1.2 高脂飲食與健康人群的腸道菌群存在巨大差異 與健康人群相比，高脂飲食人群腸道菌普氏菌屬(Prevotella)、營養缺陷菌屬(Abiotrophia)豐度的差異顯著。對社區中高脂飲食人群進行微生態法干預(在飲食中添加益生菌的同時進行膳食干預)，發現能有效改變高脂飲食人群糞便的多樣性、結構和豐度，表現為干預后腸道菌群多樣性提高，某些潛在致病菌的豐度降低，包括擬桿菌屬(Bacteroides)、梭菌屬、假單胞菌(Pseudomonas)等，有益菌的豐度增高，如普氏菌、普氏糞桿菌(Faecalibacteriumprausnitzii)、糞球菌屬(Coprococcus)和吉米菌屬(Gemmiger)等。

1.3 發現CRC不同發展階段患者腸道菌群的規律性變化 通過對CRC、腺瘤患者和正常對照組人群的糞便樣本菌群進行全面測序分析，發現CRC和腺瘤患者特異性的菌群譜：在門水平，腺瘤組的厚壁菌門和放線菌門豐度顯著降低，變形菌門和梭桿菌門豐度逐漸增高；屬水平鑒定發現67種細菌顯著變化。CRC組的厚壁菌門和放線菌門的豐度較正常對照組顯著降低，變形菌門、擬桿菌門和梭桿菌門的比例均顯著低于正常對照組。屬水平上CRC組共有 148 種細菌發生顯著變化。本項目組發現具有規律性增加特征的中國CRC患者腸道“核心菌群”——具核梭桿菌(Fusobacteriumnucleatum)。

1.4 發現慢性便秘患者腸道菌群的規律性變化 收集同濟大學附屬第十人民醫院微生態門診診斷為慢性便秘患者的糞便樣本，進行16S rRNA菌群測序、宏基因組測序和組學分析后發現，與健康人群相比，便秘人群Prevotella-9菌屬的豐度較低，埃希-志賀菌屬豐度較高，雙歧桿菌屬中的齒雙歧桿菌(Bifidobacteriumdentium)豐度在健康人群中富集，而青春雙歧桿菌(Bifidobacteriumadolescentis)和動物雙歧桿菌(Bifidobacteriumanimalis)在便秘人群中高度富集。乳酸桿菌屬的乳雙歧桿菌(Lactobacillusoris)和羅伊乳桿菌(Lactobacillusreuteri)在健康人群中富集。經微生態制劑治療后，糞腸桿菌屬、Prevotella-9菌屬、罕見小球菌屬(Subdoligranulum)、芽孢桿菌屬等10種菌屬豐度較治療前增高，擬桿菌、副桿菌屬(Parabacteroides)、Alistipes、埃希-志賀菌屬、布勞特菌屬(Blautia)、毛螺菌屬(Lachnoclostridium)、考拉桿菌屬(Phascolarctobacterium)等11種菌屬豐度較治療前降低。確定慢性便秘患者核心菌群為埃希-志賀菌屬、芽孢桿菌、乳酸鏈球菌(Lactococcus)和糞腸桿菌。

2 腸道微生態針對不同的慢性共病干預措施和手段

腸道微生態治療作為近些年興起的一種新的治療方法，在各種腸道內外疾病中逐漸顯露出重要性，微生態干預的目標是重新構建患者的腸道微生態系統，恢復腸道菌群的多樣性，最終使原先腸道內的紊亂菌群達到平衡。本項目組綜合應用菌群移植、益生菌、益生元、營養支持和外科干預等特色技術，實現腸道內外疾病的有效治療，系統性地提出腸道微生態治療的理念和方法，開辟腸道微生態治療復雜腸道功能疾病的新模式。建立國內專科化的慢性便秘診治中心，制定慢性便秘患者的疾病評價標準和階梯、分級治療策略，降低傳統瀉劑依賴性，開創我國利用腸道微生態治療腸動力障礙疾病的新局面。率先對頑固型便秘患者開展糞菌移植治療，其臨床改善率和緩解率均遠超常規保守治療。本項目組開展了國際上首個臨床高質量隨機對照試驗，證實糞菌移植可改善慢性便秘，3個月后便秘臨床改善率約為50%，臨床緩解率約為37.5%，治療過程中和隨訪期間均未出現嚴重并發癥。對359例慢傳輸型住院便秘患者進行糞菌移植治療，在糞菌移植后第12周，每周排便次數由1.5次增至4.3次；臨床治愈率為40.2%，臨床改善率為60.5%，結腸傳輸時間由76.8 h縮短至64.2 h。在門診對800余例慢性便秘患者予以益生菌保健品(商品名為合生元)治療1個月，其中100例治療達3個月以上，隨訪發現微生態治療的臨床有效率(表現為排便次數增加)達到40%，并減少并發癥(腹脹、食欲不振等)的發生。53例慢性便秘患者服用合生元3個月后，排便次數較治療前顯著增加，腹脹、食欲不振癥狀和焦慮情緒明顯緩解，瀉劑依賴性發生率顯著降低，在治療過程中無不良反應發生。

為進一步在腸道微生態相關慢性疾病治療上取得更大的進展和突破，在秦環龍教授的積極推進下，由同濟大學附屬第十人民醫院牽頭，聯合上海市普陀區人民醫院和上海交通大學附屬第六人民醫院的醫學專家，在上海市普陀區人民醫院建立國內第1個腸功能康復專科，并于2018年10月成為新一輪上海市醫學重點專科——腸功能康復專科。主要針對與微生態相關的慢性疾病進行治療，初步探索出對于微生態相關慢性疾病應用益生菌移植、腸內外營養和藥物聯合的治療方案，治療有效率達85%以上。

3 取得的成果

本項目先后得到同濟大學先導項目、上海市級醫院新興前沿技術聯合攻關項目、國家自然科學基金面上和重點項目、國家高技術研究發展計劃的資助，資助金額近千萬元。本項目發表SCI收錄論文20余篇，最高影響因子(IF)為20.77，IF>10的論文4篇，1篇被評為ClinicalMedicine學術領域年高引最優秀前1%論文；獲國家發明專利1項；主編專著2部(含我國第1部腸屏障專著)。研究成果參加國內外會議交流百余次，被全國十多所三級甲等醫院應用。本項目促進了胃腸學與微生態學交叉學科的發展，極大地提升了我國在慢性腸道疾病領域的研究水平和國際影響力。