重癥患者腸道微生態代謝特征及菌群結構分析

范彬，張立，汪逸，楊業茂，鄭立引

腸道菌群是寄生在人體腸道內數量龐雜的微生物群，不同個體間的腸道菌群組成往往存在差異[1]。在環境、醫療、飲食等多種因素影響下，腸道菌群的結構在人體一生中也是動態變化的。重癥監護室（ICU）患者因疾病本身、抗生素使用、胃腸功能損傷、人工營養等影響，腸道菌群發生了改變[2]，表現為腸道有益微生物的喪失、病原體的擴張和多樣性的降低，它可以改變患者的免疫功能，是疾病進展的原因之一[3]，是一種真實的且影響預后的“器官衰竭”[4]。腸道也是多重耐藥細菌的主要儲存場所，可導致細菌機會感染的產生[5]。本研究旨在比較不同預后的重癥患者腸道短鏈脂肪酸（SCFA）和腸道菌群的差別，初步探討其腸道菌群代謝功能特點，有利于制定新的防治策略，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選擇2019 年1 月至2022 年6 月在浙江省人民醫院ICU 治療的患者。排除標準：（1）年齡＜18 歲；（2）近3 個月內接受過抗生素或服用益生菌治療；（3）近3 個月接受過放化療的惡性腫瘤或血液病患者；（4）處于妊娠期者；（5）行胃腸道準備、肛周存在感染、慢性腸炎者；（6）免疫缺陷者。本研究行為符合醫學倫理學標準，并經浙江省人民醫院醫學倫理委員會批準。

1.2 方法

1.2.1 標本采集及SCFA 檢測 留取患者入科后的第一次糞便樣品，采用氣相色譜法對其進行乙酸、丙酸、丁酸含量測定，剩余樣品于-20℃冰箱保存備用。

1.2.2 16SrDNA 測序 將搜集的糞便樣品送杭州明科生物技術有限公司完成檢測。通過16SrDNA測序分析糞便樣品的菌群多樣性，包括雙歧桿菌屬、乳酸桿菌屬、普拉梭菌屬、擬桿菌屬、腸桿菌屬、腸球菌屬的占比。聚合酶鏈式反應（PCR）采用TransGen AP221-02：TransStartFastpfu DNA Polymerase。全部樣本按照正式實驗條件進行，每個樣本重復檢測3次，將同一樣本的PCR產物混合后用2%瓊脂糖凝膠電泳檢測，使用AxyPrepDNA 凝膠回收試劑盒（AXYGEN 公司）切膠回收PCR 產物，Tris_HCl 洗脫，PCR 擴增16SrDNA 基因的V3 ～V4 區域；不同樣本的產物按相同比例進行混合，使用Illumina PE測序。

1.3 統計方法 采用SPSS 26.0 統計軟件進行統計分析。符合正態分布的計量資料以均數±標準差表示，組間比較采用t檢驗，非正態分布的資料采用中位數（四分位數）表示，組間比較采用非參數檢驗；計數資料比較采用2檢驗。P ＜0.05 表示差異有統計學意義。

2 結果

2.1 轉歸情況 住院28 d 死亡23 例。死亡組和生存組在性別構成、年齡、體質量指數（BMI）等指標上差異均無統計學意義（均P ＞0.05），見表1。

表1 死亡組和生存組一般資料比較

2.2 死亡組和生存組SCFA含量比較 生存組糞便樣品的乙酸、丙酸、丁酸含量均高于死亡組（均P ＜0.05），見表2。

表2 死亡組和生存組SCFA 含量比較 mol/L

2.3 死亡組和生存組腸道菌群比較 死亡組雙歧桿菌屬、乳酸桿菌屬、普拉梭菌屬均低于生存組（均P＜0.05），擬桿菌屬、腸桿菌屬、腸球菌屬均高于生存組（均P ＜0.05），見表3。

3 討論

腸道微生物的穩態可維持宿主健康[6]，它不僅可以保護腸道上皮的完整性[7]，還能防御病原體對宿主的侵襲[8]。危重患者普遍存在腸道微生物多樣性減少的問題，而專性厭氧菌特別是產生SCFAs的梭狀芽胞桿菌簇IV/XIVa 的喪失與腸道易感性相關[9]。腸道屏障損傷后細菌和腸道源性介質進入腸系膜淋巴和血液中，激活全身炎癥反應，擾亂正常免疫系統。

本研究結果顯示死亡組糞便樣品的乙酸、丙酸、丁酸含量均低于生存組（均P ＜0.05），這提示乙酸、丙酸、丁酸含量的降低可能導致預后不佳。腸道菌群參與不可吸收碳水化合物和植物纖維的發酵，產生SCFAs 等代謝產物。SCFAs 是維持腸道黏膜細胞功能的主要能量來源，同時對宿主的免疫系統也有重要保護作用。丁酸鹽主要由厚壁菌門產生，它通過激活細胞凋亡信號通路、抑制組蛋白去乙酰酶等途徑，發揮廣泛且有利的抗炎作用。因此，厚壁菌門的組成比例降低會影響腸道屏障和代謝功能，造成對病原菌清除障礙能力減弱，最終影響疾病的轉歸。

本研究證實死亡組患者腸道雙歧桿菌屬、乳酸桿菌屬、普拉梭菌屬的占比較生存組低，而擬桿菌屬、腸桿菌屬、腸球菌屬的占比較生存組高（均P ＜0.05），這說明重癥患者腸道菌群發生改變，有益共生菌減少，致病菌屬增多。健康的腸道菌群結構具有較高的多樣性，多樣化的微生物群落可以有效增強宿主對病原體侵襲的防御力[10]。一項對34 例ICU患者的前瞻性研究證實，ICU 患者厚壁菌門和擬桿菌門顯著減少，變形菌門顯著增加[11]。微生物菌群結構失調可能使危重患者病情變化，產生器官功能障礙或其他部位感染。有研究發現，小鼠患膿毒血癥后，肺部群落以腸道相關細菌為主，測序顯示腸道可能是肺部細菌感染的來源[12]。

預防性益生元和益生菌的使用，有利于恢復腸道微生物平衡，是預防感染、并發癥，調節免疫的重要治療選擇[13]。服用益生元后患者雙歧桿菌、乳酸菌和微生物產物的水平顯著升高，尤其是SCFAs。Shimizu等[14]報道了經短芽孢桿菌、干酪乳桿菌和半乳糖低聚糖治療的178 例通氣危重患者中較少出現腹瀉和呼吸機相關肺炎并發癥。Batra 等[15]報道，在ICU 重癥通氣患者中，使用益生菌可降低患者VAP發生率、機械通氣時間、ICU住院時間和住院病死率。

綜上所述，重癥患者腸道菌群改變表現為腸道代謝功能失衡，包含SCFAs 產量減少，菌群結構發生改變，有益共生菌屬減少，致病菌屬顯著增多。益生元的添加為調控腸道菌群組成提供新思路，干預腸道菌群，益生菌在危重癥中使用可能是治療的新策略。本研究尚存在樣本少等不足，后續會增加樣本量，進一步研究腸道菌群與機體免疫之間的相互關系，為重癥疾病的防治提供依據。