胃食管反流病和消化道微生物菌群關系的研究進展

陳子佼 陳彥君 楊奕 嚴蘇*

胃食管反流病（GERD）是指胃內容物反流入食管，導致反流癥狀和（或）黏膜損害。目前GERD 主要分為非糜爛性反流病（NERD）、反流性食管炎（RE）和Barrett 食管（BE）三大臨床類型。GERD 是一種復發性疾病，在西方國家的發病率較高［1］，近年來在亞太地區的發病率有逐步升高的趨勢。隨著中國人口老齡化日益加重，GERD 的患病風險隨之增加［2］，我國發病率由原來不足5%上升至12.5%［3］。GERD降低患者的生活質量，重度食管炎及Barrett 食管患者需接受PPI 長期維持治療。此外，胃食管反流可導致食管黏膜炎癥、腸化甚至食管腺癌的發生。GERD 是一種多因素參與的疾病，但其發病機制尚不完全清楚。本文對GERD 與消化道微生物菌群關系的研究進展進行綜述。

1 消化道微生物菌群的概述

隨著高通量測序技術的發展，16s rRNA 基因測序已被廣泛應用于獲取微生物的大量信息，人類微生物菌群的多樣性及復雜功能不斷顯現。人類和微生物共同進化的結果之一便是互利共生，微生物菌群可以幫助消化吸收營養物質并促進生長發育，刺激宿主產生免疫應答，排泄毒素和致癌物，并能抑制和排斥外籍菌的入侵和定植，維持宿主微生態的平衡等。相反，微生態的紊亂會導致病理改變和疾病的發生，已有多項研究表明，人類消化道微生物菌群的改變與腸易激綜合征、炎癥性腸病、糖尿病及肥胖等疾病密切相關［4-6］。

近年來有關各種食管疾病的流行病學指出微生物菌群是潛在的致病因素，并提出這樣的可能性：某些微生物菌群的改變可能直接導致炎癥環境，從而引起各種食管疾病的發生［7］。一項研究發現，在食管炎和Barrett 患者的食管活檢中出現微生物菌群的變化，提高這些異常群落在食管疾病發病機制中起因果作用的可能性［8］。因此識別GERD 中復雜的微生物菌群及二者之間關系有助于進一步探討微生物在食管疾病中所發揮的作用。

2 GERD和消化道微生物菌群的關系

2.1 GERD 和胃微生物菌群 由于胃酸的分泌，胃內有著獨特的生態環境和微生物群落。過去人們常認為胃酸形成的高強度酸性環境是無菌的，但已有研究證實大量的耐酸細菌菌株存在于胃中［9］。最新的一項研究表明GERD 患者和健康人在胃黏膜和腸道中的微生物菌群具有顯著差異，與健康人群相比，GERD 患者有著更大的群落多樣性及細菌豐富度［10］。值得注意的是，在食管炎和BE 患者的胃液中觀察到腸桿菌科細菌的增加［11］。該研究首先證明即使同為GERD，擁有正常食管組織的GERD 患者與食管炎或BE 患者相比，胃反流物的微生物菌群是不同的，且此研究結果表明腸桿菌科（主要是埃希菌屬）在食管炎和BE 患者中顯著豐富，由此得出，胃微生物菌群的改變可能在食管炎和BE 的發病機制中起一定作用。幽門螺桿菌（Hp）是胃內一種重要的病原體，有流行病學研究表明與健康對照組人群相比，Hp 感染在GERD 患者中更加少見［12］。此外，一項對于觀察性研究的系統綜述表明Hp 與GERD 呈負相關［13］。對于Hp 感染對胃食管反流病是否具有保護作用有著較大爭議。還有研究指出根據Hp 在胃內分布部位的不同，胃竇胃炎患者的GERD 風險隨胃酸分泌增加而上升，而胃體胃炎伴萎縮的患者有著較低的GERD風險［14］。然而并非所有患者均受到胃酸分泌變化的影響，因GERD 是一種多因素參與的疾病。大量研究已證明胃黏膜中Hp 的定植狀態顯著改變胃的微生物群［15］。

2.2 GERD 和腸道微生物菌群 有研究認為人類疾病的根源在于腸道菌群的失調或微生物的代謝產物轉移至遠處器官［16］。最近研究表明，人類腸道微生物菌群的組成與宿主健康和疾病發展密切相關［17］。越來越多的證據表明，腸道微生物菌群的不平衡導致腸道內環境的改變，從而導致食管黏膜炎癥或腫瘤的發生。有研究發現為期9 個月的慢性高脂飲食作為一個獨立危險因素誘發食管炎癥和上皮化生，作為BE和食管腺癌發病機制的第一步［18］。動物實驗研究發現，高脂飲食導致食管發育不良與腸道微生物菌群的改變以及食管組織中中性粒細胞與自然殺傷細胞的比例增加有關［19］。由此可見，腸道微生態可能參與著GERD 的發生與發展過程。精神心理因素是GERD的另一危險因素，GERD反復發作者常伴有睡眠障礙，甚至導致焦慮、抑郁狀態的發生，惡化的精神心理狀態進一步加重反流，從而陷入惡性循環。暴露于壓力或應激狀態導致“腦-腸軸”的改變，而腸道菌群可通過“微生物-腦-腸軸”這一雙向交流機制，影響中樞神經系統的功能及內臟神經調控［20］，間接參與GERD 的發生發展過程。有研究表明益生菌可能對“微生物-腸-腦軸”產生深遠的影響，并減弱壓力誘導的消化道疾病的發展［21］。

2.3 GERD 和食管微生物菌群 在過去由于微生物學研究主要依靠傳統的細菌培養方法，再加上食管的解剖結構導致精確取材難度的增加，食管被認為是無菌的，或者只是簡單包含從口腔引入的瞬時微生物群。一項研究對4 例成人的正常食管組織進行活檢，運用16s rDNA 基因測序技術觀察到這4 份樣本中的微生物菌群是相似的，并由此推測人食管中的微生物菌群是相對穩定的，而不僅僅是口咽定植的產物［22］。YANG 等［23］證實人類食管遠端存在復雜的微生物群，其復雜性可與口腔、胃腸道、皮膚等器官中微生物群相媲美。鏈球菌被認為是正常食管微生物群的主要組成部分。一項初步研究報告表明，對于食管遠端活檢標本中，BE 患者比非BE 患者更易檢測到細菌［24］。MACFARLANE 等［25］研究也表明在BE 患者標本中發現更多種類的細菌和更多數量的鏈球菌，意味著BE 患者中微生物多樣性更高。GALL 等［26］發現鏈球菌和普氏菌在BE 患者上消化道數量上占優勢，二者比例因人及解剖部位的不同而異。日本一項研究調查正常食管人群及RE 和BE 患者食道遠端的細菌組成，通過對現有的標本進行門級分析后發現三組的微生物菌群在門和屬兩個水平上均存在差異［27］。YANG 等［24］比較12 例食管正常者、12 例食管炎患者以及10 例BE 患者食管遠端活檢組織的微生物群多樣性，發現健康人與食管炎或BE 患者的微生物組成存在差異，并通過聚類分析將食管遠端微生物分為兩型，分別命名為Ⅰ型菌群和Ⅱ型菌群，推斷Ⅱ型菌群與異常的食管黏膜組織具有顯著關聯，并由此提出兩種假說：一是假定每個個體都有穩定的Ⅰ型或Ⅱ型微生物群，而Ⅱ型中占優勢的革蘭陰性菌可產生脂多糖LPS，此物質可以通過激活誘導型一氧化氮合酶（iNOS）途徑引起食管下括約肌異常松弛，已知食管下括約肌異常松弛是GERD 的病理生理基礎之一，由此推論Ⅱ型微生物群也許是GERD 的致病因素；另一種假定食管微生物群是暫時性的，以鏈球菌為主的Ⅰ型微生物群代表正常口腔菌群通過吞咽的唾液延伸至食管，Ⅱ型微生物群是胃反流引起的繼發性改變。此研究表明食管的炎癥和腸化生與食管遠端微生物群的改變有關。

2.4 GERD 和口腔微生物菌群 口腔是復雜的微生物環境之一，口腔微生物群特別是唾液和齒周袋中的微生物菌群，除了與各種口腔疾病密切相關之外，還影響較多全身性疾病的發病機制和病程［28］。唾液對于維持口腔內穩態也極為重要，其是天然抗菌蛋白和免疫介質的混合物，對口腔內微生物的定植有重大影響。有研究表明，唾液緩沖能力下降是造成胃食管反流病食管侵蝕的原因之一。胃酸引起的牙蝕癥是GERD的食管外癥狀之一，可因患者缺乏典型癥狀而忽略病因，需要注意的是胃食管反流物到達口腔會影響口腔微生物群的結構，因此研究GERD 患者口腔中微生物群的組成差異是十分必要的。最新的一項研究比較GERD 患者和非GERD 患者唾液中微生物群特征，結果表明GERD 患者唾液的微生物群落結構與非GERD 患者相比有所不同，在GERD 患者的唾液樣本中，韋榮氏球菌屬、纖毛菌屬和放線菌屬的相對豐度明顯較高，其中具有代表性的大多數菌群可產生有機酸，導致唾液pH 值下降，最終導致牙釉質退化和齲齒的發生［29］。還有研究發現，口腔中的Hp 增加胃食管反流發生的幾率［30］。有研究表明健康人類口腔黏膜菌群與食管菌群有相似之處，與食管相比，口腔中的細菌濃度較高［31］。因此，口腔微生物可能是改變食道微生物的治療靶點，并可能改變各種食道疾病的風險和結局。口腔微生物組作為多種胃腸道惡性腫瘤的生物標記物被研究，包括食管鱗癌、胃癌、胰腺癌和結直腸癌等。目前對于GERD 患者的口腔微生物組分仍知之甚少，深入了解口腔菌群在GERD 發生發展中可能產生的作用是十分必要的。

3 PPI與消化道微生物菌群

PPI 是治療GERD 的最常用藥物，有研究發現PPI 降低GERD 患者胃黏膜微生物群的相對細菌多樣性，與不使用PPI的GERD 患者及健康的對照組人群相比，PPI 使用組胃黏膜菌群中動性球菌科、草酸桿菌科和鞘氨醇桿菌科的豐度更高。長期使用PPI 的GERD 患者比短期使用PPI 的GERD 患者有更豐富的嗜甲基菌屬［10］。有報道稱PPI 治療顯著增加腸道艱難梭狀芽胞桿菌感染（CDI）的風險。一項對23 項研究的薈萃分析發現，PPI 使用者中難治性梭狀芽孢桿菌相關腹瀉（CDAD）風險增加65%［32］。也有報道稱存在其他腸道微生物菌群失調，特別是鏈球菌、腸球菌及埃希菌屬的過度生長。長期PPI 使用者糞便菌群中瘤胃球菌屬的豐度顯著高于短期PPI 使用者［33］。一項研究發現埃索美拉唑顯著改變口腔微生物群的組成，此研究報道上消化道酸的抑制可能會影響口腔微生物菌群，但其確切機制尚不清楚［34］。

4 小結

消化道微生物菌群與GERD 的發生發展密切相關，目前對于兩者關系的研究仍有諸多不足，如尚未明確消化道微生物菌群在GERD 發病機制中的潛在作用，仍不清楚GERD 患者菌群組分及是否存在與發病相關的特定菌群；是宿主個體的微生物群改變引發疾病的發生發展，還是上皮細胞類型的變化或持續存在的反流導致菌群的改變，抑或存在一種復雜的相互作用，各種問題均有待更多研究進一步闡明。如能更好地了解微生物菌群在GERD 中的作用，就有可能通過調整消化道微生態為GERD 的診治開辟新的途徑和方向。當然，導致臨床疾病演變的真正因果機制是復雜的，GERD 是多因素參與的疾病，不能歸于任何一種因素，重要的是擴大對微生物組分變化促進疾病狀態的過程的理解，以提高對微生物組分與疾病間潛在聯系的理解。