腸道菌群在原發性硬化性膽管炎發病機制中相關研究進展

李開鋒，楊均興，戴 東

(廣東醫科大學附屬醫院，廣東 湛江524001)

原發性硬化性膽管炎(PSC)是一種以特發性肝內外膽管炎癥和纖維化導致多灶性膽管狹窄為特征、慢性膽汁淤積病變為主要臨床表現的自身免疫性肝病，其病因不明，目前被認為是人類遺傳因素與環境因素相互作用的結果，充滿著復雜性，預后差異也比較大[1]。近70-80%PSC患者患有炎癥性腸病(IBD)，通常是潰瘍性結腸炎(UC)[2]。與普通人群相比，PSC發生惡性腫瘤(膽管癌，膽囊癌，肝細胞癌和結直腸癌)風險顯著增加，有近50%PSC患者的死亡是由癌癥引起的[3]。盡管熊去氧膽酸在PSC中被廣泛使用，但依然沒有什么治療能夠持續減緩疾病的進展[4]。最終，PSC仍然是許多國家肝移植的重要指征。PSC與IBD之間的密切聯系表明腸道菌群可能在疾病發病過程中發揮關鍵作用，同時也引發了關于 PSC的發病機理的探究(例如，腸道粘膜損傷后導致細菌和細菌產物滲入門脈循環以及腸內活化的淋巴細胞歸巢至肝臟)[5]等。本文就腸道菌群在PSC發病機制中最新研究進展進行綜述。

1 腸道菌群及其功能

腸道菌群，也稱為腸道微生物，是生活在人類消化道中的微生物，人體腸道內有1000多種約 100 萬億細菌，其在機體中的數量超過人體自身細胞的10倍以上，DNA容量更是人類基因組的100多倍[6]。自2007年美國國立衛生研究院人類微生物組計劃和歐盟人體腸道宏基因組計劃啟動以來，被譽為人類的"第二基因組"的腸道菌群倍受人們關注，然而超過70%的腸道微生物卻無法用傳統方法分離和培養，這極大地限制了科學家對微生物的了解，宏基因組測序技術的出現讓研究人員能夠研究腸道內的“微生物暗物質”[7]；人源化小鼠模型的構建則使科學家能更好地模擬體內腸環境，進而揭示復雜的生態機制[8]。隨著人們認識的進一步深入，腸道菌群與我們之間的共生關系遠遠超出想象，目前認為胃腸道中特定的微生物群對健康或者疾病有著重要影響，包括新陳代謝、免疫系統、神經系統、心血管系統以及癌癥風險等。相反，當宿主體內的微生物群種類和結構遭到破壞，紊亂的微生物系統易引發糖尿病、肥胖、自身免疫性肝病、IBD[9]、腸易激綜合征、痛風，抑郁癥、關節炎甚至是衰老等。

人類腸道菌群的基本特征是不同個體之間存在的細菌分布差異較大，而菌群功能則非常相似[10]。疾病中整個元基因組(即存在的所有細菌基因)的確定，可以為腸道菌群改變的功能后果提供線索。迄今為止，只有極少數的研究在針對疾病的研究中應用了大規模的完整宏基因組學[11]，而在PSC中則沒有，因為它們昂貴且計算量大。不少研究提出腸道菌群對人類代謝組的影響是腸道健康影響的主要途徑。Wang等關于三甲胺-N-氧化物(TMAO)在心血管疾病中的研究則很好地證明了這一點[12]。

Goodrich等研究表明，腸道菌群部分是可遺傳的[13]。從對諸如PSC之類的炎性疾病的遺傳學研究中擴展出來，人們越來越有興趣研究疾病易感性基因是否會影響微生物群。但是，使用獨特的健康個體作為PSC中最強的遺傳危險因素的純合子，即HLA-B*08：01-DRB1*03:01單倍型，只能觀察到與腸道菌群組成非常適度的關聯，這表明效果很小或單倍型不會通過腸道增加疾病易感性[14]。 相反，在IBD中，基于參與細菌處理的易感性基因的遺傳風險評分與健康個體的腸道菌群特征相關[15]，表明IBD風險基因影響腸道微生物組成。

2 原發性硬化性膽管炎中腸道菌群變化及可能致病機制

發現PSC的病因機制是當下我們在肝病學研究中面臨的主要挑戰之一。在過去的幾十年中，宿主-微生物相互作用研究在生物醫學研究中的比例不斷增加，這主要是由于人們希望更好地了解與微生物相關的人類疾病。在眾多的醫學疾病中，如胃腸道疾病，尤其是IBD，已在實驗小鼠模型或臨床研究中進行了廣泛的研究，證明了其病程受腸道菌群的影響[16]。 Karlsen等指出UC發生在多達80%的PSC(PSC-IBD)患者中，但其臨床表現與通過全基因組關聯研究確定的遺傳多態性之間的臨床表現有明顯差別[17]。有多項隊列研究[18-20]發現，與UC和健康對照相比，PSC患者的腸道微生物譜有顯著差異。在研究之間鑒定出的微生物類群差異也并不一致。這使得在PSC中探索特定的微生物介導的疾病機制具有挑戰性。 Rühlemann等人提出了該領域迄今為止最大的研究，該研究由來自挪威和德國的388個人(137個人為PSC)組成[21]。他們證實，盡管UC隊列中的糞便鈣衛蛋白水平中位數較高，但PSC患者的腸道(糞便)微生物譜與UC和健康對照組不同，并且與藥物治療或結腸炎無關。同時他們也發現PSC和PSC-IBD之間的腸道微生物群沒有差異，這表明在PSC中發現的這種營養不良與結腸炎無關。通過薈萃分析，他們確定了PSC中腸道菌群種類的已知差異和新穎差異，這可能具有潛在的病理生理學意義。此外，他們發現與對照組相比，PSC中表達韋榮球菌屬的胺氧化酶和表達乳桿菌的膽汁鹽水解酶的富集程度高于對照組，這提示擬議的PSC異常腸道-肝淋巴細胞運輸和膽汁酸途徑失調的疾病機制值得詳細考慮。

Nakamoto等通過構建Mdr-/-2小鼠模型(一種原發性硬化性膽管炎的小鼠模型，其特征在于營養不良，腸屏障功能障礙和肝損害)，同時利用FMT、16SrRNA測序等技術，發現了腸道菌群在PSC-UC疾病發病機制中的作用，其中肺炎克雷伯菌直接破壞腸道上皮屏障，在肝臟和腸系膜淋巴結中啟動T輔助17細胞(Th17)反應，導致細菌易位和肝炎性反應。同時也表明了抗生素治療可改善由PSC衍生的菌群誘導的Th17免疫應答。這些結果突出了病原菌在腸屏障功能障礙和肝臟炎癥中的作用，為PSC的潛在治療策略提供了見識[8]。但是，這項研究還需要通過進一步分析腸腔和粘膜菌群，并對確定的關鍵病原體進行進一步的機制研究，并在更大的PSC-UC樣本中證實這些結果。Liao等使用Mdr-/-2小鼠模型研究了腸道菌群在PSC發育中的功能，表明與Mdr2相關的膽汁淤積會引發腸道營養不良。反過來，內毒素易位到門靜脈和隨后的NLRP3炎性小體活化將會導致更嚴重的肝損傷[22]。早前Fickert等對硬化性膽管炎的膽管損傷的機制的探索研究表明，多藥抗性蛋白2(Mdr2)的基因缺失會導致宿主缺乏磷脂酰膽堿，從而增加了膽汁中游離膽汁酸的濃度，最終導致膽管炎的發生[23]。鑒于膽汁酸代謝和腸道菌群之間的相互作用已確定會對免疫系統產生影響[24]，Wahlstr?m等推測，與Mdr-/-2小鼠病理性膽汁成分有關的營養不良可能在疾病發展中起因果作用。這項工作為揭示PSC在人類和動物模型中宿主-微生物群的相互作用奠定了堅實的基礎，也為了解PSC的發病機理開辟新的視角。

3 結語

腸道菌群的研究在科學上是最新趨勢，并且隨著測序技術和相關生物信息學的迅速發展，該領域有望繼續擴大。越來越多的證據證明腸道菌群在PSC病因中起著作用，但它也強調，在PSC中需要進行深入和縱向的多級分析及研究，以闡明潛在的機制和目標。