呼氣試驗在炎癥性腸病診治中的應用

陳堅 邱志兵 張會祿 羅忠光 湯子慧 楊冬琴

摘 要 炎癥性腸病是一類病因和發病機制均尚未十分明了的腸道炎癥性疾病，包括潰瘍性結腸炎和克羅恩病。近年來的研究發現，腸道菌群紊亂在炎癥性腸病的發病過程中起著重要作用，是炎癥性腸病發病的始動和持續因素。小腸細菌過度生長在炎癥性腸病患者中較為常見。本文概要介紹檢測小腸細菌過度生長的乳果糖呼氣試驗和評估腸道慢性炎癥程度的呼氣中一氧化氮豐度檢測在炎癥性腸病診治中的應用與臨床意義。

關鍵詞 炎癥性腸病 潰瘍性結腸炎 克羅恩病 小腸細菌過度生長 乳果糖呼氣試驗

中圖分類號：R574； R443.6 文獻標志碼：A 文章編號：1006-1533（2019）15-0016-05

The application of breath test in diagnosis and treatment of inflammatory bowel disease

CHEN Jian*， QIU Zhibing， ZHANG Huilu， LUO Zhongguang， TANG Zihui， YANG Dongqin（Department of Digestive Disease， Huashan Hospital， Fudan University， Shanghai 200040， China）

ABSTRACT Inflammatory bowel disease （IBD） is composed of Crohns disease and ulcerative colitis. The incidence and prevalence of IBD in our country are continuously increasing while the etiology is still unclear. Recent studies have indicated microbiota dysbiosis played important roles in IBD while small intestinal bacterial overgrowth （SIBO） is common in IBD patients. This review summarizes the prevalence of SIBO in IBD and its relationships between exhaled nitric oxide and systemic chronic inflammation of the intestine. Meanwhile， the application and clinical significance of breath test and nitric oxide breath analysis in the diagnosis and treatment of IBD are also reviewed.

KEy WORDS inflammatory bowel disease； ulcerative colitis； Crohns disease； small intestinal bacterial overgrowth； lactulose breath test

炎癥性腸病是一類病因和發病機制均尚未十分明了的腸道炎癥性疾病，包括潰瘍性結腸炎和克羅恩病。炎癥性腸病在西方國家較為常見，其中歐洲地區的潰瘍性結腸炎和克羅恩病年發病率分別為24.3例/10萬人和12.7例/10萬人，最高患病率分別達505例/10萬人（挪威）和322例/10萬人（德國）[1]。我國的炎癥性腸病發病率呈逐年上升趨勢。我國炎癥性腸病協作組根據住院患者粗略推算，目前我國的潰瘍性結腸炎和克羅恩病患病率約分別為11.6例/10萬人和1.4例/10萬人[2]。

炎癥性腸病的發病機制涉及遺傳易感性、免疫異常、環境因素和腸道菌群組成改變等多個方面。免疫缺陷炎癥性腸病動物模型在腸道無菌狀態下不會發生腸道炎癥，恢復腸道菌群后則可出現腸道炎癥[3]。此外，研究發現，炎癥性腸病患者的炎性病變通常優先發生于細菌含量較高的腸段[4]。這些均表明，腸道菌群的存在是炎癥性腸病發病的必要條件。此前研究已證實，克羅恩病患者體內胞漿蛋白NOD2和自噬相關蛋白ATG16L1的基因的突變會誘發腸道炎癥[5]。但同卵雙胞胎的炎癥性腸病的發病一致性只有40% ～ 50%，說明遺傳易感性對炎癥性腸病發病的影響不超過50%，遺傳和環境因素的交互作用對炎癥性腸病的發病具有更重要的影響[5]。腸道微生物可通過影響腸道微環境調節宿主的免疫狀態，在炎癥性腸病的發病過程中起著重要的作用。

1 炎癥性腸病患者的腸道菌群變化

炎癥性腸病患者糞便和腸道中的菌群組成與健康人群顯著不同。在健康人群中，腸道菌群的生物多樣性程度較高，原籍菌和共生菌占90%以上；而在炎癥性腸病患者中，腸道菌群的生物多樣性程度降低，且病原菌的占比增高，幾乎占了30%[6]。炎癥性腸病患者處于腸道微生態失衡（microbiota dysbiosis）狀態，即有害菌增多、有益菌減少，細菌的多樣性減少，其中尤以克羅恩病患者表現更甚[7]。

1.1 潰瘍性結腸炎患者的腸道菌群變化

Verma等[8]的研究發現，潰瘍性結腸炎患者腸黏膜上的擬桿菌屬和瘤胃球菌數量明顯減少，而放線菌屬數量卻明顯增多。潰瘍性結腸炎患者腸道中的彎曲桿菌屬數量也明顯增多，并與疾病活動度呈正相關性；同時，兩種非優勢菌群產甲烷菌屬中的甲烷短桿菌和脫硫弧菌屬中的硫酸鹽還原菌數量也明顯增多。Fite等[9]的研究發現，在潰瘍性結腸炎患者的腸黏膜活檢樣本中100%存在硫酸鹽還原菌。硫酸鹽還原菌可在大腸中將硫酸鹽轉化為硫化物，后者對結腸上皮有細胞毒作用。動物研究發現，與健康對照動物相比，潰瘍性結腸炎活動期動物腸道中的腸桿菌和腸球菌數量增多，尤以腸球菌數量增多更為明顯，而真桿菌、擬桿菌和消化鏈球菌數量明顯減少，雙歧桿菌數量減少最為突出。在潰瘍性結腸炎患者糞便中還發現有黏附性和侵襲性的大腸埃希菌。Ohkusa等[10]從潰瘍性結腸炎患者的結腸黏膜中分離出變形梭狀桿菌，培養后用含有該菌的上清液給小鼠灌腸，24 h后發現小鼠結腸出現了黏膜下潰瘍、炎性細胞聚集及凋亡等炎癥表現。

1.2 克羅恩病患者的腸道菌群變化

已有研究發現，克羅恩病患者的腸道菌群變化具有自己的特點：在克羅恩病患者的腸黏膜炎癥區，鏈球菌屬占主導地位（占所有細菌數量的80%）；而在潰瘍性結腸炎患者的病變黏膜中，乳酸桿菌屬占主導地位（占所有細菌數量的90%）[11]。Verma等[8]的研究也發現，克羅恩病患者糞便中的乳酸桿菌、雙歧桿菌、柔嫩梭菌、彎曲桿菌、擬桿菌和瘤胃球菌數量明顯減少，而革蘭陽性菌中的真細菌屬和消化鏈球菌屬數量增多，兩種非優勢菌群甲烷短桿菌和硫酸鹽還原菌數量也有所增多。另有研究發現，克羅恩病患者糞便中的侵襲性大腸埃希菌數量增多，該菌可侵入腸上皮和巨噬細胞，促進白細胞介素-8和α-腫瘤壞死因子的分泌，導致發生腸道炎癥并促進腸肉芽腫形成[12]。

2 炎癥性腸病患者小腸細菌過度生長（small intestinal bacterial overgrowth， SIBO）的診斷及發生率

2.1 SIBO診斷

SIBO系由遠端腸道內的細菌因各種原因移位進入小腸所致，主要表現為營養吸收不良、腹瀉、腹脹和小腸動力異常等，通常以小腸液細菌培養的菌落計數>1×105 CFU/ml作為診斷標準[13]，但這是一種侵入性的檢測方法。近年來，在炎癥性腸病患者SIBO診斷方面，無創、簡便、安全的乳果糖呼氣試驗（lactulose breath test， LBT）受到越來越多的關注[14]。

2.1.1 檢測氫和甲烷的LBT

在進行LBT前12 h，患者須禁食，但可飲用少量白開水；在進行LBT過程中，患者應保持清醒、安靜、空腹，同時保持環境空氣流通。使用標準氣體校準后檢測患者基礎呼氣中的氫、甲烷豐度，然后囑其快速服下乳果糖溶液10 g，每隔30 min采集1次呼氣、共采集3次（90 min），檢測并記錄每次采集的呼氣中的氫和甲烷豐度。參考國內、外相關文獻[15-17]擬定檢測氫和甲烷的LBT診斷SIBO的標準——1）檢測氫的LBT陽性：①基礎呼氣中的氫豐度≥0.002%；②90 min內任一時點的氫豐度較基礎值升高≥0.001 2個百分點；③90 min內任何時點的氫豐度均≥0.002%。2）檢測甲烷的LBT陽性：①基礎呼氣中的甲烷豐度≥0.001%；②90 min內有1個早期即出現且持續的高平峰，峰值較基礎值升高≥0.001個百分點。符合上述檢測氫或甲烷的LBT陽性標準之一就可診斷為SIBO。

2.1.2 呼氣分析儀

Sunvou-P200型納庫侖呼氣分析儀是無錫尚沃醫療電子股份有限公司研發的最新型便攜式呼氣分析儀，可同時精確檢測患者呼氣中的氫、甲烷和一氧化氮豐度，其中呼氣中一氧化氮豐度（fractional exhaled nitric oxide， FeNO）可反映炎癥性腸病患者腸道炎癥的情況[17]，檢測以空腹時的基礎值≥0.000 001%為陽性。

2.2 SIBO發生率

完整的回盲瓣以及正常的胃酸分泌、腸道運動和免疫系統可對抗SIBO的發生。但炎癥性腸病患者由于功能損害，SIBO的發生率高于健康人群。Andrei等[18]應用LBT（檢測氫）診斷了75例緩解期炎癥性腸病患者的SIBO發生率，結果顯示LBT陽性率為25.3%，其中在潰瘍性結腸炎患者中為19.4%，在克羅恩病患者中為30.8%，克羅恩病患者較潰瘍性結腸炎患者更易發生SIBO。與SIBO相關的危險因子包括全結腸受累的潰瘍性結腸炎、累及肛周和回結腸的克羅恩病、全結腸切除術后回盲瓣缺失等。炎癥性腸病患者若伴有SIBO，則往往更易有以下表現：平均每天排便次數較多；體質指數較低；持續的腸胃脹氣。可聯合應用檢測氫的LBT和其他方法，以區分患者是炎癥性腸病復發還是炎癥性腸病伴發SIBO。Rana等[19]通過LBT觀察到克羅恩病患者的SIBO發生率（45.2%）明顯高于潰瘍性結腸炎患者（17.8%），但炎癥性腸病患者的檢測甲烷的LBT陽性率（2.9%）明顯低于健康對照者（24.4%），同時口-盲腸通過時間（oro-cecal transit time， OCTT）也明顯慢于健康對照者。此外，克羅恩病患者的OCTT明顯慢于潰瘍性結腸炎患者；伴有SIBO的炎癥性腸病患者的OCTT明顯慢于無SIBO患者。炎癥性腸病患者的OCTT延長可能與其SIBO發生率更高有關。

不過，人體腸道內存在產甲烷菌，可將氫轉化為甲烷[20]。因此，若僅依靠檢測氫的LBT會低估SIBO的發生率，這也是不同研究報告的炎癥性腸病患者SIBO發生率差異較大的原因之一。Sunvou-P200型納庫侖呼氣分析儀能同時精確檢測炎癥性腸病患者呼氣中的氫和甲烷等豐度，可用于SIBO診斷。

Cohen-Mekelburg等[21]對147例炎癥性腸病患者進行了SIBO診斷及藥物治療干預的回顧性隊列研究，以評估伴發SIBO患者的臨床特點以及治療前后部分梅奧評分和Harvey-Bradshaw指數（Harvey-Bradshaw Index， HBI）值的變化。結果發現，147例患者中有61.9%的患者伴發SIBO，SIBO的治療成功率為38.1%。在克羅恩病患者中，治療后仍為SIBO者的HBI值從5降到4，而治療成功者的HBI值則從5降到3（P= 0.005）；在潰瘍性結腸炎患者中，治療后仍為SIBO者的部分梅奧評分從2降到1.5，治療成功者從2降到1（P= 0.607）。使用抗生素治療克羅恩病患者的SIBO，其HBI值明顯降低，具有統計學意義。未來應進一步研究和明確SIBO與炎癥性腸病的關聯。

3 FeNO與腸道炎癥

內源性一氧化氮是由體內可誘導的一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase， iNOS）產生的氣體信號傳導分子，具有調節機體炎癥和免疫功能等作用。呼氣中的一氧化氮是指由口或鼻呼出的內源性一氧化氮，是非常敏感的氣道炎癥分子標志物。FeNO檢測技術非常成熟，效度和信度均很好。目前，低流速（50 ml/s）的FeNO檢測已在氣道高反應性和哮喘患者管理中得到廣泛應用，根據FeNO可很好地預測患者對吸入糖皮質激素治療的應答。炎癥性腸病患者腸道菌群組成和代謝產物的改變與腸黏膜免疫反應和炎癥反應的被激活有關，可用高流速（200 ml/s）的FeNO檢測來預測和評估腸黏膜的低度慢性炎癥程度[22]。

Avdagi？等[23]采用傳統的Griess反應比色法檢測了30例潰瘍性結腸炎患者、30例克羅恩病患者和30名健康對照者的血清一氧化氮水平，發現3組患者的平均血清一氧化氮水平（分別為15.25、14.54和13.29 μmol/L）有顯著差異，且活動期和非活動期炎癥性腸病患者的血清一氧化氮水平也有顯著差異。若以血清一氧化氮水平17.39 μmol/L為切點作受試者工作特征曲線，鑒別活動期潰瘍性結腸炎的敏感度和特異度均為100%；若以血清一氧化氮水平14.01 μmol/L為切點作受試者工作特征曲線，鑒別活動期克羅恩病的敏感度和特異度分別為88%和69%。炎癥性腸病的活動性與腸黏膜的iNOS活性上調有關，而iNOS活性上調會提高腸黏膜和血漿的一氧化氮表達水平。

手持式FeNO檢測儀可在診室內方便地檢測炎癥性腸病患者的FeNO。Quenon等[24]用其檢測了50例克羅恩病患者和25名健康對照者的FeNO，并檢測了全部克羅恩病患者的疾病活動度、血液中的紅細胞沉降率和C-反應蛋白水平以及糞鈣衛蛋白水平。結果發現，若以克羅恩病活動度>150為診斷活動期疾病的切點，則在未使用糖皮質激素治療的患者中，活動期克羅恩病患者的FeNO（0.000 002 2%）與緩解期克羅恩病患者和健康對照者的FeNO（分別為0.000 001 1%和0.000 001 7%）間均有顯著差異。糖皮質激素治療后的活動期克羅恩病患者的FeNO較未使用糖皮質激素治療患者的FeNO顯著降低（分別為0.000 001 2%和0.000 002 5%）。FeNO與克羅恩病的活動度顯著相關（r=0.68， P<0.001）。FeNO與炎癥指標紅細胞沉降率、C-反應蛋白水平中度相關，但與糞鈣衛蛋白水平不相關。FeNO檢測有望成為一種可簡便、無創檢測克羅恩病患者系統性炎癥的常規方法。

SIBO導致的脂多糖等內毒素釋放可能引起腸道炎癥，釋放炎性介質、包括一氧化氮。Jayasooriya等[25]的研究發現，在BV2小膠質細胞中，革蘭陰性菌產生的內毒素脂多糖可誘導一氧化氮和前列腺素E2等促炎介質的釋放，其機制與上調了iNOS和環氧化酶-2的表達有關。

脂多糖是腸道內革蘭陰性菌分泌的一種內毒素，在炎癥性腸病發病過程中起著重要作用。Chu等[5]的研究發現，脆弱擬桿菌能通過其外膜囊泡將脂多糖傳遞到胞漿蛋白NOD2和自噬相關蛋白ATG16L1基因突變的小鼠的腸道樹突狀細胞中，進而誘導樹突狀細胞分泌白細胞介素-10并促進調節性T細胞的分化。當將脆弱擬桿菌接種到沒有上述基因突變的小鼠腸道中后，該細菌有助于抑制與克羅恩病和腸易激綜合征相關的炎癥反應，而接種到有上述基因突變的小鼠腸道中則可促進腸道炎癥的發生。Bates等[26]的研究發現，斑馬魚腸腔微絨毛刷狀緣處的腸堿性磷酸酶（intestinal alkaline phosphatase， IAP）可使脂多糖脫磷酸化而無毒化。缺乏IAP的野生型斑馬魚對脂多糖的易感性增高，接觸脂多糖后其腸道會募集大量的中性粒細胞。但于無菌條件下飼養缺乏IAP的野生型斑馬魚，其腸道中不會發生中性粒細胞募集現象。這些結果表明，內源性腸道微生態在斑馬魚腸道中建立了正常的中性粒細胞穩態，該穩態對維持腸道菌群的免疫耐受以及減少炎癥反應起著重要作用。鑒于脂多糖能夠上調體內一氧化氮的表達并在誘發腸道炎癥中起著至關重要的作用，故高流速（200 ml/s）的FeNO檢測有望成為一種檢測腸道慢性炎癥程度的敏感方法。

4 結語

SIBO在炎癥性腸病患者中的發生率明顯增高，腸道菌群紊亂、包括SIBO在炎癥性腸病的發生和發展過程中起著重要作用。通過LBT（檢測氫或甲烷）可便捷地篩查出炎癥性腸病患者中的SIBO個體，應用FeNO檢測則能明確炎癥性腸病患者的疾病活動度。隨著呼氣試驗儀器的不斷普及，相信會對炎癥性腸病診治提供越來越多的幫助。

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