脆弱擬桿菌對(duì)結(jié)直腸疾病的作用以及菌群治療的展望

周 莉 張 煒

江蘇大學(xué)附屬醫(yī)院消化內(nèi)科(212001)

脆弱擬桿菌(Bacteroidesfragilis, BF)是人體腸道共生菌，主要存在于結(jié)腸中，有莢膜、無芽胞，為革蘭陰性的專性厭氧菌。近年來，大量研究顯示BF在人體腸道穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)中起有雙刃劍的作用，一部分BF菌株嚴(yán)重危害宿主健康，而另一部分菌株則在維護(hù)腸道穩(wěn)態(tài)、促進(jìn)宿主健康中扮演重要角色[1]。根據(jù)是否分泌脆弱擬桿菌毒素(BFT)，BF可分為腸毒素脆弱擬桿菌(enterotoxigenicBacteroidesfragilis, ETBF)和非腸毒素脆弱擬桿菌(nontoxigenicBacteroidesfragilis, NTBF)[1]。最初發(fā)現(xiàn)ETBF在腹腔膿腫、肺膿腫和腦膿腫的發(fā)病中起有重要作用[2]，近年隨著研究的不斷深入，ETBF在腹瀉、結(jié)腸炎、炎癥性腸病、結(jié)直腸癌(colorectal cancer, CRC)等結(jié)直腸疾病發(fā)病中的作用正逐漸被揭示[3-5]。ETBF增多可破壞腸道穩(wěn)態(tài)，而NTBF對(duì)腸道穩(wěn)態(tài)具有保護(hù)作用，其不僅可為擬桿菌屬其他微生物提供營(yíng)養(yǎng)支持，還能增強(qiáng)免疫細(xì)胞的抗炎作用。本文就BF對(duì)腸道穩(wěn)態(tài)的作用作一綜述，以期能為結(jié)直腸疾病尤其是CRC的早期預(yù)防與治療提供新的方向。

一、ETBF作為致病菌破壞腸道穩(wěn)態(tài)

1. ETBF通過加重炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)、調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)促進(jìn)結(jié)直腸疾病的發(fā)生：研究證實(shí)腫瘤組織中存在大量炎癥細(xì)胞如巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞、粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞等浸潤(rùn)。有研究表明，20%～25%的腫瘤發(fā)生與微生物、病毒、接觸過敏源、自身免疫疾病引起的炎癥有關(guān)[6]。BFT是ETBF目前已知的惟一毒力因子。在BFT刺激下，腸上皮細(xì)胞分泌白細(xì)胞介素(IL)-8和MCP-1，快速激活MAPK信號(hào)通路，激活的MAPK通路又通過醛糖還原酶、JNK、IKK和NF-κB通路誘導(dǎo)細(xì)胞間黏附分子-1(intercellular adhesion molecule-1, ICAM-1)表達(dá)，使炎癥細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的黏附作用增強(qiáng)，同時(shí)內(nèi)皮細(xì)胞通透性降低，從而加重炎癥細(xì)胞的浸潤(rùn)[4]。

Boleij等[7]發(fā)現(xiàn)CRC患者結(jié)腸黏膜中普遍存在脆弱擬桿菌毒素基因(Bacteroidesfragilistoxin gene)。DeStefano Shields等[8]發(fā)現(xiàn)，以頭孢西丁抗ETBF治療后，小鼠結(jié)腸腫瘤發(fā)生率顯著降低，結(jié)腸黏膜IL-17A表達(dá)明顯降低。表明ETBF與結(jié)直腸相關(guān)疾病的密切關(guān)聯(lián)可能并非受單一因素的影響，ETBF可能還通過調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)影響腸道炎癥甚至CRC的發(fā)生、發(fā)展。Hwang等[9]發(fā)現(xiàn)BFT可誘導(dǎo)結(jié)腸上皮內(nèi)鈣離子依賴的E-鈣黏蛋白(E-cadherin)裂解，嚴(yán)重干擾同型細(xì)胞之間的黏附，阻礙了組織的正常生長(zhǎng)過程。同時(shí)，E-cadherin 裂解會(huì)導(dǎo)致鄰近細(xì)胞分離，細(xì)胞間相互作用中斷，體內(nèi)信息物質(zhì)的交通鏈被打破，進(jìn)一步干預(yù)了組織細(xì)胞的正常生長(zhǎng)與機(jī)體調(diào)控。此外，E-cadherin裂解可激活β-連環(huán)蛋白(β-catenin)通路，調(diào)控炎癥的細(xì)胞因子IL-8分泌增多，從而加重腸道炎癥反應(yīng)。一項(xiàng)meta分析顯示，病程超過10年的結(jié)腸炎患者進(jìn)一步發(fā)展為CRC的概率高達(dá)10%[10]。目前有關(guān)ETBF促進(jìn)結(jié)直腸疾病發(fā)生的相關(guān)機(jī)制仍在不斷研究中，不斷探索ETBF致炎機(jī)制將為多種結(jié)直腸疾病尤其是CRC的防治提供新方案。

2. ETBF與pks+大腸埃希菌(E.coli)協(xié)同作用促進(jìn)CRC的發(fā)生：未接受早期干預(yù)治療的家族性腺瘤性息肉病患者的癌癥發(fā)生率為100%[11]。Dejea等[12]發(fā)現(xiàn)家族性腺瘤性息肉病患者腸道表面可見一層“微生物膜”，其主要由pks+E.coli和ETBF組成，而正常健康人腸道極少見這兩種細(xì)菌；進(jìn)一步動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，pks+E.coli聯(lián)合ETBF能使小鼠腸道發(fā)生癌變。說明這兩種細(xì)菌在家族性腺瘤性息肉病患者癌變過程中扮演重要角色，其機(jī)制可為：首先，pks+E.coli會(huì)產(chǎn)生基因毒性物質(zhì)，導(dǎo)致DNA損傷；其次，ETBF可增加IL-17表達(dá)，誘發(fā)炎癥反應(yīng)；更為重要的是，ETBF可協(xié)助pks+E.coli定植于腸道，兩者協(xié)同作用進(jìn)一步造成DNA損傷，從而促進(jìn)CRC的發(fā)生。由此可見，ETBF可與其他病原菌協(xié)同作用，共同促進(jìn)CRC的發(fā)生。

3. ETBF與輪狀病毒共感染加重腹瀉：Albert等[13]報(bào)道ETBF與腹瀉明顯相關(guān)，同時(shí)學(xué)者也發(fā)現(xiàn)活動(dòng)性炎癥性腸病患者的ETBF感染率較高[14]。有研究發(fā)現(xiàn)ETBF是小兒腹瀉的重要原因之一[15]。Akpιnar等[3]發(fā)現(xiàn)，腹瀉患者中ETBF和輪狀病毒的共感染率較高。目前，ETBF與輪狀病毒共感染的機(jī)制未見相關(guān)研究，但BFT和輪狀病毒均有明確的腸毒性，兩者共同作用必然會(huì)加重腸上皮細(xì)胞損傷，從而引起腹瀉。進(jìn)一步探索BFT與輪狀病毒可能的潛在共生機(jī)制可為減緩腹瀉特別是小兒腹瀉提供新的治療思路。

二、NTBF作為共生菌協(xié)助保持機(jī)體健康

1. NTBF為其他擬桿菌屬提供營(yíng)養(yǎng)支持：腸道微生物群與宿主細(xì)胞之間需不斷的物質(zhì)交流來維持機(jī)體內(nèi)環(huán)境，目前研究認(rèn)為BF代謝產(chǎn)物分泌并向宿主細(xì)胞傳遞是通過外膜囊泡(outer membrane vesicles, OMVs)來完成的[5]。BF和其他擬桿菌共同在宿主體內(nèi)生存，成立了一個(gè)相互合作的微生態(tài)系統(tǒng)[16]。在這一系統(tǒng)中，NTBF分泌OMVs，OMVs中的大量糖苷酶可協(xié)助分解體內(nèi)多糖，輔助該生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的其他微生物獲得營(yíng)養(yǎng)支持，確保擬桿菌屬作為共生菌參與機(jī)體消化、細(xì)胞生長(zhǎng)、免疫防御等過程[17-18]。NTBF分泌的OMVs僅具有利用多糖所需的酶，而ETBF分泌的OMVs中存在活性酶，可為細(xì)胞提供更穩(wěn)定和長(zhǎng)久的生存能力，導(dǎo)致細(xì)胞持續(xù)增殖，并有助于毒性因子的傳遞[5]。因此，僅NTBF分泌的OMVs能為擬桿菌屬提供營(yíng)養(yǎng)支持，協(xié)助宿主構(gòu)建更為健康的微生態(tài)系統(tǒng)。

2. NTBF可增強(qiáng)免疫細(xì)胞的抗炎作用：NTBF菌株因缺乏BF致病島而無法產(chǎn)生BFT[19]，故不會(huì)對(duì)宿主腸道產(chǎn)生有害影響。NTBF可產(chǎn)生多糖A(polysaccharide A, PSA)，并被調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg細(xì)胞)的Toll樣受體2(TLR2)識(shí)別，共同參與誘導(dǎo)Treg細(xì)胞活化，減少Th17細(xì)胞分泌的炎癥介質(zhì)IL-17[20]，從而降低炎癥反應(yīng)[21]。IL-17與炎癥、癌癥的發(fā)生密切相關(guān)。Chung等[22]的研究發(fā)現(xiàn)IL-17可激活NF-κB通路、STAT3通路，促進(jìn)趨化因子CXCL1的產(chǎn)生，而CXCL1又可招募大量骨髓來源的抑制性細(xì)胞，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤發(fā)生、侵襲、轉(zhuǎn)移。Sears等[23]發(fā)現(xiàn)IL-17還可誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞釋放活性氧簇，加重局部炎癥反應(yīng)和細(xì)胞DNA損傷，一定程度上促進(jìn)腫瘤的發(fā)生。因此，NTBF可調(diào)節(jié)機(jī)體免疫系統(tǒng)，增強(qiáng)其抗炎、抗腫瘤的作用。進(jìn)一步研究NTBF和ETBF對(duì)Th17細(xì)胞的競(jìng)爭(zhēng)性作用，并以此為靶點(diǎn)增強(qiáng)機(jī)體抗炎、抗腫瘤能力，可為結(jié)直腸疾病患者提供新的治療思路。

三、菌群治療

近年研究發(fā)現(xiàn)BF家族中的NTBF對(duì)宿主腸道健康起有重要作用，然而目前未見NTBF影響CRC治療的相關(guān)研究。“腫瘤免疫監(jiān)視學(xué)說”認(rèn)為免疫逃逸是腫瘤發(fā)生的重要原因，細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞相關(guān)蛋白4(cytotoxic-T-lymphocyte-associated protein 4, CTLA-4)是目前研究較多的免疫檢查點(diǎn)抑制劑靶點(diǎn)。Pitt等[24]通過16S rRNA高通量測(cè)序法發(fā)現(xiàn)CTLA-4單抗的抗腫瘤作用依賴于擬桿菌屬和伯克菌屬，這些菌屬通過協(xié)助激活免疫反應(yīng)來增強(qiáng)抗腫瘤的療效。無論是接受保守治療還是綜合治療的CRC患者，增加NTBF比例均可增強(qiáng)免疫細(xì)胞的抗炎作用，進(jìn)而改善患者的生活質(zhì)量，提高生存率。未來，將探索人為調(diào)整脆弱擬桿菌屬各菌株比例對(duì)腸道疾病的影響，以期為結(jié)直腸疾病，尤其是CRC的防治提供新的思路。當(dāng)宿主腸道微生態(tài)平衡被破壞而自身又難以糾正時(shí)，通過菌群移植的方法增加NTBF含量可提高機(jī)體免疫抵抗力，在疾病早期及時(shí)對(duì)炎癥細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞進(jìn)行吞噬與清除，協(xié)助機(jī)體建立更為穩(wěn)固的防御系統(tǒng)。更為重要的是，共生菌移植可刺激機(jī)體腸道微生態(tài)進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，極大減少抗菌藥物的使用。

四、小結(jié)與展望

近年研究表明NTBF可增強(qiáng)機(jī)體抗炎作用，還能協(xié)助腸道微生物獲取營(yíng)養(yǎng)支持，而ETBF則會(huì)向宿主釋放致病毒素BFT，并通過調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)誘發(fā)炎癥反應(yīng)，促進(jìn)CRC的發(fā)生、發(fā)展。隨著對(duì)BF研究地不斷深入，NTBF與ETBF的相互影響及其機(jī)制將進(jìn)一步被闡明。未來應(yīng)探索NTBF與ETBF的“平衡點(diǎn)”，致力于更好地啟動(dòng)NTBF的保護(hù)機(jī)制來平衡甚至消除ETBF的致病力，為結(jié)直腸相關(guān)疾病的早期干預(yù)與治療提供新思路。