炎癥性腸病與腸道微生態*

趙 微 張峰睿 繆應雷

昆明醫科大學第一附屬醫院消化內科(650000)

炎癥性腸病(inflammatory bowel disease, IBD)包括潰瘍性結腸炎(ulcerative colitis, UC)和克羅恩病(Crohn’s disease, CD)兩大類，是一種慢性、反復性、非特異性腸道炎癥性疾病，主要表現為腹痛、腹瀉、體質量下降等。一項基于IBD發病率的meta分析顯示，歐洲、北美、亞洲和中東地區的UC發病率分別為24.3/10萬、12.7/10萬、19.2/10萬；CD發病率分別為20.2/10萬、6.3/10萬、5/10萬[1]。另一項研究[2]顯示，亞洲IBD發病率約為1.37/10萬，其中中國的發病率最高(3.44/10萬)。IBD的發病機制目前尚不明確，可能為遺傳易感個體在環境因素的影響下，腸道微生態發生改變，腸道對失調菌群發生免疫反應而引發持續的免疫功能紊亂，最終造成腸黏膜受損[3]。本文就腸道微生態在IBD的發生、發展中的作用以及IBD的腸道菌群治療方法作一綜述。

一、腸道微生態

1. 腸道微生態的組成：人體腸道微生態由細菌、病毒、真菌、寄生蟲等組成，其中以厚壁菌門和擬桿菌門占絕對優勢，約占總數的90%，其分布自近端向遠端逐漸遞增。腸道菌群主要分為專性厭氧菌、兼性厭氧菌和少量需氧菌。

2. IBD腸道微生態的改變：IBD的腸道微生態變化主要表現為腸道菌群失調，Mancabelli等[4]的meta分析結果顯示，IBD患者的菌群多樣性、種類和豐度發生明顯變化，正常對照組中擬桿菌門占主要優勢，而IBD患者的變形菌門比例明顯升高。Wang等[5]的研究發現，CD和UC患者的具核梭桿菌(Faecalibacteriumprausnitzii)顯著降低。IBD具有活動期與緩解期反復交替的臨床特點，一項研究[6]結果顯示，活動期患者腸桿菌、腸球菌、擬桿菌、消化球菌和酵母菌數量明顯高于緩解期患者，而雙歧桿菌、乳桿菌和真桿菌數量明顯降低，尤其是在重度活動期患者中。說明IBD患者存在腸道菌群失調，且與疾病活動度有關。

二、腸道微生態的作用

1. 屏障作用：腸道微生態與上皮細胞組成了腸腔防御屏障，包括物理屏障(腸上皮細胞的緊密連接)、化學屏障(腸黏液、消化液)、生物屏障(腸道菌群)和免疫屏障(腸黏膜淋巴組織，分泌型IgA)[7]。CD患者回結腸黏膜中可分離出黏附侵襲性大腸埃希菌(adherent-invasiveEscherichiacoli, AIEC)，可通過其表面大量1型鞭毛與上皮細胞表面的細胞黏附分子6受體相互作用，黏附至腸上皮，降低屏障功能[8]。Meprin是一種能降解細菌表面1型鞭毛的蛋白酶，其減少能促進CD患者的AIEC定植[9]。Petersson等[10]的研究發現，無菌小鼠的黏液層厚度較正常小鼠變薄，提示腸道菌群可能與黏液的產生有關；無菌小鼠口服細菌脂多糖、肽聚糖后發現，其黏液層厚度能達到普通環境飼養的小鼠黏液層厚度。Lu等[11]發現，以大腸埃希菌處理DSS誘導的結腸炎小鼠后，其腸上皮功能逐漸增強和恢復，臨床和組織學評分明顯改善，Toll樣受體4(TLR4)和NF-κB mRNA表達顯著升高，而TLR4-/-小鼠中未見上述改變。表明大腸埃希菌可能通過TLR4途徑促進小鼠結腸炎的恢復。在TLR識別過程中，通過病原體相關分子模式(pathogen-associated molecular pattern， PAMP) 和損傷相關分子模式(damage-associated molecular pattern， DAMP)生成一種炎癥小體，由此誘發Naip/Nlrc4/caspase-1軸細胞焦亡通路[12]。該通路激活后，最終在細胞膜上自行聚合成環狀的低分子聚合物，破壞膜的完整性，導致離子梯度不穩定，大量水流入細胞，最終致細胞腫脹破裂死亡[13]。凋亡或焦亡細胞自行脫落入腸腔，隨糞便排出，由此抑制了病原體的擴散以及滲透至黏膜下淋巴組織。另一項實驗[14]表明，腸上皮細胞的增殖、存活、屏障功能依賴TLR識別腸道共生菌群，TLR缺乏可明顯降低腸上皮細胞的功能。部分微生物能抵抗外來病原體。如蘇蕓金桿菌，能產生一種名為thuricin CD的窄譜細菌素，破壞靶細菌的細胞膜，從而誘導細菌死亡[15]。由此可見，腸道菌群在物理、化學、生物屏障方面扮演重要角色。

2. 代謝作用：腸道菌群能產生多種維生素、氨基酸，參與膽汁的轉化，降低膽固醇。菌群還能提供難以消化的碳水化合物-大分子多糖的代謝途徑，腸道菌群通過發酵難以消化的碳水化合物和纖維素，產生短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids, SCFAs)，包括乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽。專性厭氧菌如梭菌屬Ⅳ、梭菌屬Ⅸa4/9、柔嫩梭菌屬、多形類桿菌是產生丁酸鹽的主要細胞[16]。SCFAs通過腸上皮細胞頂端的轉運體進入細胞質，進入β-氧化和三羧酸循環，產生能量供應腸上皮細胞的增殖分化[17]。丁酸鹽可促進腸上皮細胞消耗局部氧氣，使缺氧誘導因子穩定表達，為專性厭氧菌、兼性厭氧菌(大腸埃希菌)的生長環境提供幫助[18]。當腸上皮細胞暴露于丁酸鹽下，PPAR-γ(β-氧化的關鍵受體)受體激活，通過誘導IL-10RA和抑制claudin-2表達，增強上皮屏障功能[19]。在低水平丁酸鹽條件下，β-氧化轉為無氧酵解，使腸腔內硝酸鹽和氧含量增加，促使兼性厭氧菌生長(腸桿菌科)，而專性厭氧菌(梭狀芽胞桿菌、擬桿菌)數量下降。SCFAs能產生能量、減少促炎因子的產生，并通過激活上皮細胞、中性粒細胞、巨噬細胞等表達的SCFAs敏感的G蛋白偶聯受體(SCFA-sensing G-protein-coupled receptors, GPCR)介導機體免疫反應，發揮免疫屏障的作用[20]。

3. 免疫作用：腸道菌群參與腸黏膜免疫細胞的發育，啟動調節腸黏膜免疫功能的信號轉導通路。腸道微生物通過促進宿主免疫系統的發育，包括刺激杯狀細胞分泌黏蛋白保障黏膜層完整，以及通過樹突細胞識別細菌及其代謝產物來誘導黏膜相關淋巴組織發育[21]。sIgA是由腸黏膜固有層漿細胞分泌的一種免疫球蛋白，是腸黏膜免疫的重要組成部分。有研究發現腸道菌群可通過刺激腸道淋巴濾泡樹突細胞上的髓樣分化因子88(myeloid differentiation factor 88, MYD88)，從而促進sIgA的合成[22]。另有研究[23]發現，與正常小鼠對比，無菌小鼠結腸黏膜固有層腸道免疫調節性T細胞(Treg細胞)數量明顯下降，提示Treg細胞增殖分化在一定程度上依賴于腸道菌群。Round等[24]將脆弱擬桿菌移植入無菌小鼠腸道內后發現，Treg細胞數量顯著增加，提示Treg細胞增殖分化與腸道菌群關系密切。

三、IBD的微生態療法

目前IBD的治療藥物主要包括5-氨基水楊酸類、糖皮質激素、免疫抑制劑、生物制劑，目前發現，基于腸道菌群在人體中的作用，運用飲食、益生菌和糞菌移植(fecal microbiota transplantation, FMT)在IBD治療中也有積極的作用。

1. 飲食：飲食結構為影響腸道微生物組成的重要因素，西方飲食模式(高脂、高蛋白、低纖維)人群的腸道菌群比例發生明顯改變[25]。長期食用動物蛋白和脂肪人群的腸道菌群以擬桿菌屬、紫單胞菌屬、理研菌屬以及嗜膽菌屬居多，而長期食用糖和碳水化合物、低動物蛋白、低脂肪膳食的人群以普氏菌屬、丙酸菌屬、螺桿菌屬以及鏈球菌屬居多[26]。David等[27]將受試者分為食用果蔬植物性飲食組和食用肉類、雞蛋為主的動物性飲食組，5 d后發現動物性飲食組中嗜膽菌屬和擬桿菌屬數量明顯增加，而代謝植物多糖的厚壁菌門包括羅氏菌屬、直腸真桿菌和瘤胃球菌數量顯著減少。Suskind等[28]的研究給予兒童IBD患者特定碳水化合物飲食，結果顯示CD和UC的活動指數明顯降低，糞便微生物多樣性增多。上述研究結果證實飲食可改變腸道微生物的組成，包括多樣性和數量。

2. 微生態調節劑：微生態調節劑主要包括益生菌、益生元和合生元。益生菌是一類對宿主有益的活性微生物，如乳酸菌、雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌、放線菌、酵母菌等。益生元是一類不可消化的膳食補充劑，如低聚果糖、菊粉、發芽大麥食品等；益生菌和益生元合稱為合生元。有研究[29]給予腸道屏障功能障礙患者常規營養治療的基礎上四聯活菌(雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌、保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌)800 mL/d，治療7 d、14 d后發現屏障功能指標外周血二胺氧化酶(DAO)、血漿乳酸、血清內毒素指標均明顯下降(P均<0.05)，提示益生菌可修復黏膜屏障，從而改善患者的預后。Hegazy等[30]的研究發現，輕中度UC患者應用益生菌(乳酸桿菌和發酵乳桿菌)治療后，結腸黏膜IL-6和腫瘤壞死因子表達均降低，白細胞聚集現象減輕，腸道炎癥減輕。一項研究[31]將40例IBD患者分別給予單一美沙拉嗪治療和腸道益生菌聯合美沙拉嗪治療，結果顯示聯合組的有效率明顯高于對照組(65%對30%，P<0.05)。由此可見，微生態調節劑在治療腸道炎癥方面有一定的療效。

3. FMT：FMT是近年來基于腸道微生態發展起來的治療IBD的方法之一，其是將健康供菌者糞便中的功能菌群移植至受菌者胃腸道內，旨在重建腸道正常菌群，短期內改變腸道菌群構成。近年來，FMT在治療難治性難辨梭菌感染、IBD抗菌藥物相關性腹瀉以及腸易激綜合征等疾病中已取得了明顯的效果[32]。Kunde等[33]的研究給予10例輕中度UC患兒FMT治療，結果顯示一周后33%的患者獲得臨床緩解，78%的癥狀得到改善，一個月后67%的患者仍有臨床應答。說明FMT對UC有療效。Moayyedi等[34]采用FMT誘導輕中度UC患者緩解，結果顯示FMT誘導緩解的療效明顯優于對照組(24%對5%)。Cui等[35]的試驗給予30例難治性CD患者FMT治療，1個月后臨床改善率和緩解率分別為86.7%和76.7%。Colman等[36]的meta分析對119例接受FMT治療的IBD患者進行分析，總臨床緩解率達36.2%，CD患者的緩解率為60.5%，UC患者的緩解率為22%。但由于缺乏大樣本隨機對照臨床研究，目前尚無法獲得足夠的循證醫學證據。因此，在未來需進一步開展FMT治療腸道相關疾病的大樣本隨機對照臨床研究，以獲取FMT臨床療效和安全性的客觀證據。

四、結語

傳統的藥物在IBD治療中仍起有重要作用，但對難治性IBD患者的療效不佳，可導致藥物依賴或抵抗以及藥物的不良反應。針對腸道菌群在IBD發生、發展中的作用，微生物療法逐漸取得了相當的效果，但目前仍缺乏關于微生物療法成熟的臨床指南，何時，何種程度，選取何種微生物，用量，以及關于FMT菌液的制備標準、時間，健康供體的選擇納入條件，移植方法路徑仍缺乏明確的標準。此外，還存在FMT的倫理和道德、微生物療法的安全性、療效等問題。故未來需不斷地開拓創新研究，開發適合IBD患者真正有效、安全 、便捷的治療方法。