炎癥性腸病腸道微生態新進展*

馬玲玲 冀建斌

天津中醫藥大學第一附屬醫院消化科 國家中醫針灸臨床醫學研究中心，天津市 300381

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)，是由多種功能失調的免疫反應介導的慢性復發性炎性腸病，是基因易感宿主中由環境、微生物組和免疫調節因素相互作用的結果而發展的。研究發現IBD的時空和地理分布似乎都與社會的工業化和城市化平行，以前認為由于生活方式的影響，IBD主要發生在西方發達國家，近幾十年來，趨勢已轉向亞洲、非洲和南美的發展中國家和新興工業化國家[1]。

人體擁有一個龐大而復雜的生態系統，其中包括細菌、真菌、古細菌、病毒和原生動物，統稱為微生物組，存在于皮膚、呼吸道、泌尿生殖道等，而最豐富的位于結腸，微生物組具有重要的代謝和免疫功能。研究發現，腸道穩態在IBD的發生發展中起著重要作用,近年來腸道微生態與IBD的關系受到越來越多關注，基于此的IBD防治亦成為研究熱點，本文對相關研究新進展做一綜述。

1 腸道微生態與IBD

1.1 細菌 人類結腸平均每克糞便中含有上千億個細菌細胞，腸微生物組的成分在個體及不同胃腸段間變化很大。

1.1.1 IBD腸道菌群失調。腸道菌群失調指宿主和腸道菌群間平衡喪失導致其組成和功能發生變化，是IBD發病機理的潛在相關機制及主要特征，細菌負荷高的區域(尤其是末端回腸和結腸)與IBD發生率更高相關[2]。其特點為：共生缺失，微生物群落改變，潛在病原體豐富及細菌多樣性減少。主要由于厚壁菌門成員減少，變形菌門和放線菌門成員豐富，脆弱擬桿菌的功能及活性降低，普拉梭菌在體內外均具有很強的抗炎作用，可保持腸道健康[3]，在IBD腸道菌群失調的多項研究中，該菌減少致其保護功能減少，對疾病有重要的影響，這種微生物成為“健康的腸道標記物”。

1.1.2 IBD菌群失調代謝組學變化。研究發現，魯米諾球菌產生一種復雜的葡甘露聚糖，可有效誘導樹突狀細胞分泌炎性細胞因子腫瘤壞死因子(Tumor necrosis factor，TNF)-α[4],IBD患者魯米諾球菌RNA豐度與健康對照組相比明顯增加，而DNA豐度只少量增加，意味著魯米諾球菌豐度即使在DNA水平有很小變化時對IBD患者的影響可能超出預期。研究發現普拉梭菌、普通擬桿菌、Alistipes putredinis對IBD患者代謝途徑的轉錄有重要貢獻，在轉錄活性方面，梭菌、梭狀芽孢桿菌和念珠菌的基因豐度顯著增加進一步支持這些發現[5]。研究發現IBD患者的腸道細菌會消耗具有生物學活性和重要功能的代謝產物，短鏈脂肪酸是結腸上皮細胞的能量來源，并促進結腸中調節性T細胞的擴增，包括乙、丙、丁酸鹽，是重要的抗炎性細菌代謝產物，IBD患者中產生這些代謝產物的細菌減少，特別是丁酸鹽產量的下降與擬桿菌和梭狀芽孢桿菌Ⅳ和ⅪⅤa的消耗有關，包括普拉梭菌[6]。IBD患者血清中通常不會缺乏維生素，人們注意到維生素泛酸酯和煙酸酯在腸道中特別貧乏，而煙堿酸鹽在腸道中具有抗炎和抗凋亡的特性[7]。研究發現UC患者的白細胞介素(Interleukin，IL)-22信號傳導可能受到影響，IL-22結合蛋白的表達在UC患者中顯著上調，且與宿主糖基轉移酶MGAT4A和MGAT4B的表達呈負相關，表明UC患者中IL-22信號傳導受損可能會導致宿主糖基化異常，從而引發腸道菌群失調，包括考拉桿菌屬數量的減少[8]。

1.1.3 IBD菌群失調的危險因素。飲食：西方飲食主要由動物蛋白、總脂肪、飽和脂肪和單糖組成，與細菌定植減少和類桿菌(主要是粘蛋白降解細菌)數量增加有關，研究發現低纖維飲食會導致微生物群消耗黏液層而上皮變薄，增加了侵襲性病原體的侵襲機會。地中海飲食是基于大量食用水果、蔬菜、未精制的谷物和魚類以及低消耗的紅肉，這種飲食和有益于腸道菌群、降低大腸桿菌負荷并增加短鏈脂肪酸水平相關。

質子泵抑制劑：由于質子泵抑制劑作用導致胃內pH值升高及通過直接作用于微生物質子泵導致缺乏殺傷力，可能影響腸道微生物群組成。日本一項研究從三個時間點研究患者糞便樣本(質子泵抑制劑治療前及治療后第4周、第8周)，發現細菌總數差異不明顯，但兼性厭氧菌(如乳酸菌、鏈球菌、葡萄球菌和腸桿菌)總數在治療后明顯增加[2],提示細菌易位已發生。

抗生素：抗生素能夠抵抗病原菌，亦會影響共生生物，導致微生物多樣性喪失、代謝能力改變及對入侵性病原體的定植抗性降低。抗生素治療后數天內腸道菌群會發生深刻而迅速的變化,微生物組可能會在很長一段時間內受到輕微干擾，一些菌株會無限期消失，而抗生素耐藥性的后果可能會持續更長時間。抗生素治療的另一個問題是艱難梭菌的定植和感染，與非IBD個體相比，IBD患者，尤其是UC風險更高。

1.2 鞭毛蛋白 共生細菌和致病細菌通常表達的抗原是鞭毛蛋白，是細菌鞭毛的主要結構蛋白，包含許多抗原表位。研究發現IBD患者的調節性鞭毛蛋白特異性CD4+T細胞比例都有相對的增加，可能與腸道微生物組變化相關，證據表明這些細胞的表型與疾病嚴重程度明顯相關，可深入了解鞭毛蛋白特異性CD4+T細胞在IBD中的潛在作用[9]。

1.3 真菌 研究表明IBD患者的腸道真菌發生改變，可能與其發病機理相關。在CD患者的糞便和黏膜中，尤其是念珠菌和馬拉色菌屬的總真菌負荷增加，UC患者的糞便中的真菌多樣性較低，UC中含有胱天蛋白酶募集域蛋白-9(CARD-9)多態性有利于馬拉色菌定植，使腸道炎癥惡化，高碳水化合物飲食增加了念珠菌物種的總豐度，而富含蛋白質的飲食則相反[10]。

1.4 腸道單核吞噬細胞 腸道單核吞噬細胞(Mononuclear phagocytes，MNPs)在通過激活適當的免疫反應控制病原體侵襲來維持上皮屏障完整性中起著至關重要的作用，MNPs控制腸道的穩態，通過維持對病原體觸發免疫反應的能力來保持對飲食和普通抗原的免疫耐受力。在遺傳易感人群中，認為腸道菌群不受控制的免疫激活可能是最終導致IBD慢性黏膜炎癥的基礎。因此，MNPs參與微調黏膜免疫系統反應，并在維持體內穩態或IBD潛在地出現中起關鍵作用。但是，MNPs的不適當活化會誘導持續性炎癥和組織損傷導致自身免疫和慢性炎癥性疾病，如IBD[12]。UC患者腸道巨噬細胞(Macrophages，Mfs)在基礎條件下及在Toll樣受體刺激后會產生更多促炎細胞因子，如TNF、IL-23、IL-1β和IL-6，引起炎癥的其他機制也可能導致IBD發病，如髓樣細胞觸發受體1(Triggering receptors expressed on myeloid cells-1，TREM-1)+Mfs的數量和頻率，尤其是未成熟的Mfs在IBD患者活動性病變區域的增加，研究發現CD14+單核細胞中的TREM-1表達水平與自噬及Fcγ受體活性降低導致的抗TNF單克隆抗體治療后M2型調節巨噬細胞的分化降低相關[12]。數據顯示來自IBD患者腸道不同位置發炎組織中單核細胞、M1 巨噬細胞、活化的及漿細胞樣樹突狀細胞富集，這種富集與疾病嚴重程度相關，在IBD發病機理中起到重要作用[13]。

1.5 CARD9基因突變 CARD9是位于參與模式識別受體Dectin-1信號傳導的銜接蛋白胱天蛋白酶募集域的蛋白，可識別真菌細胞壁的組成部分，CARD9信號傳導是響應Dectin-1對真菌配體的識別而發生的，Dectin-1的改變與醫學上難治性潰瘍性結腸炎有關。研究表明[14]，敲除CARD9的小鼠易患結腸炎與微生物色氨酸代謝受損有關。色氨酸代謝物通過激活淋巴組織中的芳基碳氫化合物受體(AhR)，在小鼠腸道黏膜反應性平衡中起重要作用，AhR促進調節性T細胞的分化，對于IL-22的產生是必需的，在患有IBD和CARD9突變的人類受試者中，糞便樣品中缺乏AhR配體，AhR基因敲除小鼠表現出由22型先天淋巴細胞引起的IL-22分泌的減少，并增加了對腸道細菌感染的敏感性，而能夠將色氨酸代謝成AhRs的乳桿菌菌株可以減輕CARD9基因敲除小鼠的結腸炎。

1.6 病毒 研究發現病毒可能導致腸道炎癥和菌群失調，這些結果得到了小鼠結腸炎T細胞轉移模型的支持，與對照組相比，治療組映射到長尾病毒科、短尾病毒科和肌病毒科的讀數更高，映射到有尾噬菌體目的讀段占病毒總讀段的不到0.01%[15]，UC患者的直腸黏膜的分析顯示了有尾噬菌體目的擴增，與健康對照相比，該順序的多樣性、豐富性和均勻性有所降低，表明UC患者的黏膜病毒可能發生了實質性改變。宏基因組學分析發現IBD患者糞便樣本中病毒序列的數量和豐度差異，研究發現患有皰疹病毒科序列的患者其微生物組多樣性增加，與CD患者和對照組相比，UC患者的皰疹病毒轉錄物數量更高，該研究使用了早期診斷未經治療的IBD患者樣本，其腸黏膜特征是較低濃度的去氧核糖核酸病毒和蕪菁花葉病毒[16]。

2 基于腸道微生態的IBD治療

IBD的病因尚不明確，人們普遍認為其原因可能是宿主遺傳、環境因素等。該疾病在治療上也缺乏特異性，傳統的治療方法有5-氨基水楊酸、糖皮質激素、免疫抑制劑等。盡管這些藥物能夠減輕腸道炎癥，緩解臨床癥狀，但長期服用耐藥性高、不良反應多、療效欠佳。近年來對腸道微生態的關注越來越多，許多研究觀察到UC患者存在腸道微生態失調紊亂，進而引發各種免疫反應，由此提出通過益生菌、菌群移植、細胞分子免疫調節、信號轉導等代替藥物來改善腸道病變的方法，這將成為未來IBD治療突破的關鍵點。

益生菌是活的微生物，最常用的是雙歧桿菌屬、乳桿菌屬、乳球菌屬和布拉氏酵母菌。在細菌競爭營養和黏膜黏附的情況下，益生菌可以增加胃腸道微生物群的多樣性和減少病原微生物(如艱難梭菌、產氣莢膜梭菌、糞腸球菌等)。在UC常規治療中添加益生菌可改善輕至中度活動性UC結腸炎的誘導和維持緩解。益生元是不可消化的多糖和低聚糖，它們在結腸中發酵，引起胃腸道菌群的組成和/或功能發生特定變化，選擇性地支持保護性生物(尤其是雙歧桿菌和乳桿菌)的腸道生長，降低腸道通透性和代謝內毒素血癥。抗性淀粉是益生元的一種特殊形式，它對IBD腸蠕動和炎癥的益處引起了越來越多的關注，在活動性UC中補充益生元與糞便鈣衛蛋白的早期減少有關。研究發現母乳喂養可預防IBD，其具有益生菌和益生元的功效，在微生物上具有多樣性，喂養時間越長，其益處越大。

抗真菌療法主要用于治療IBD中的白色念珠菌或莢膜組織胞漿菌感染，而補充真菌益生菌腓腸酵母、布爾酵母和釀酒酵母CNCM I-3856菌株的初步研究顯示對IBD具有治療作用[10]。

吸煙具有復雜的相互作用，在IBD中可以預防UC，研究表明，吸煙可能通過改變腸道免疫微生物的相互作用及產生黏液來影響腸道微生物群，其中擬桿菌的數量相對增加，而厚壁菌和變形桿菌的數量相對減少[17]。吸煙者腸道菌群中看到的某些差異反映出CD和UC患者的差異，提示吸煙、微生物群變化和IBD的發展之間存在潛在聯系。

迄今為止在治療IBD上的重大突破，可能是抑制促炎細胞因子，是抗TNF治療[12]。研究支持發炎的腸道黏膜中新募集的單核細胞是驅動IBD免疫發病機制的核心，因此可開發出抑制這些細胞數量和/或病理功能的有效途徑。腸道Mfs的總體缺乏可能增加對感染的敏感性并抑制它們組織修復活動的收益、減少腸Mfs中炎癥反應。人類中TREM-1+Mfs在IBD患者中增加，當TREM-1拮抗劑抑制它的時候，其參與增強了促炎性細胞因子分泌，Verstockt等證實TREM-1在全血和腸黏膜中的低表達可預測抗TNF治療應答[18]，因此，TREM-1可以成為預測抗TNF治療效果的潛在生物標志物，其次，阻斷TREM-1對IBD治療可能是有吸引力的目標。改善腸道穩態的其他方法可能有促進Mfs的抗炎和促分解功能，這個可以通過，如增強TLR信號的負調節和凋亡細胞的沉默清除，及通過增強IL-10受體信號來實現，由于它們具有高吞噬能力，可通過如納米材料和生物材料之類的“傳遞系統”來促進靶向腸道Mfs[19]，使用代謝物對Mfs進行重編程會成為一種有希望減輕腸道炎癥的方法，如短鏈脂肪酸正丁酯和衣康酸酯誘導Mfs的抗炎程序，這可能是治療IBD的機會。研究發現有大量炎性未成熟Mfs流入，導致IBD中的炎癥和組織損傷，IBD中雖然看起來是成熟Mfs維持其抗炎和組織修復功能，但炎癥期間未成熟Mfs占主導地位，它們的相對豐度是降低的，因此開發新的療法來恢復Mfs成熟過程和/或驅動單核細胞募集的中和因素對治療IBD有益，另一種替代方法是應用細胞因子來促進抗炎反應,如IL-2、IL-10、IL-22或TNF-β1[20]。IBD治療的另一個支柱是阻斷免疫細胞轉運分子，例如α4β7和MadCAM-1，防止潛在致病細胞流入腸道[21]。鑒于來自IBD臨床前模型的數據支持常規樹突狀細胞(conventional dendritic cells,cDCs)在腸道炎癥中的作用，選擇性靶向cDCs可以是一種治療策略，腸道cDCs對飲食變化和病原體暴露等環境因素具有快速反應能力，表明其環境反應性可被利用來影響其功能，他們也產生并響應與IBD發病機制相關的關鍵細胞因子。其他可能被用于調節cDCs功能作為治療方法的藥物敏感途徑也存在[20]，包括通過阻斷啟動和/或存活信號，干擾細胞內信號通路，中和其產生的效應細胞因子，或干擾cDCs轉運至靶器官(在IBD情況下是腸黏膜和腸系膜淋巴結)，來阻止cDCs激活。

腸道微生態在維持腸道穩態及宿主免疫系統的發育和激活中起著重要作用，為IBD的治療提供了新的選擇。盡管目前以益生菌、糞菌移植等為代表的療法取得了一定的成效， 但仍存在一些爭議，IBD與腸道微生態間的關系錯綜復雜，具體機制仍需不斷探討，通過進一步更新更詳盡的研究，可能對IBD的病因及發病機制有進一步的認識，以期對IBD的治療提供更為之有效的方法。另外，未來通過臨床實踐為不同患者找到個性化的治療方案還需要長期的研究和探索。