益生菌輔助治療哮喘的研究進展

張偉 代夢 曾令聰 周玲 黃毅

益生菌是一種具有活性的,能夠在宿主體內(nèi)產(chǎn)生一種或多種對人類健康有益的微生物,其可分為乳桿菌類、雙歧桿菌類、革蘭陽性球菌類三大類[1],益生菌在平衡機體免疫,維持腸道菌群、促進消化道營養(yǎng)物質(zhì)吸收及代謝方面有重要作用[2]。支氣管哮喘(哮喘)是臨床常見的一種慢性呼吸道疾病,主要以可逆性氣流受限、氣道高反應性、慢性氣道炎癥為主要特征,臨床表現(xiàn)常為反復發(fā)作的喘息、氣急,伴或不伴胸悶或咳嗽等癥狀。據(jù)流行病學調(diào)查結(jié)果顯示[3],目前全世界有超過3億人患有支氣管哮喘,至2025年,預計哮喘患病人數(shù)將增加到4億人。盡管目前支氣管哮喘的治療取得了重大的進步,但治療仍然主要依賴糖皮質(zhì)激素,長期糖皮質(zhì)激素治療給患者帶來一些常見并發(fā)癥。近年來研究發(fā)現(xiàn)微生物群失調(diào)會加劇肺部炎癥和哮喘相關(guān)癥狀,益生菌輔助治療哮喘有著積極作用[4]。本文主要從腸道菌群角度闡述益生菌在哮喘防治中的作用及相關(guān)機制,以期為進一步利用益生菌預防及治療哮喘提供證據(jù)。

一、微生物群與哮喘概述

目前,支氣管哮喘的發(fā)病機制并未完全研究清楚,主要涉及氣道炎癥機制、免疫調(diào)節(jié)機制、遺傳、環(huán)境因素以及神經(jīng)調(diào)節(jié)機制等方面[5]。早在1989年,就有學者提出經(jīng)典的 “衛(wèi)生假說”,認為微生物的改變會減弱機體免疫功能,使機體傾向于過敏狀態(tài),導致哮喘發(fā)病[6]。隨著宏基因組學及代謝組學分析的發(fā)展,揭露了肺和腸道微生物群在哮喘發(fā)生發(fā)展中的調(diào)控作用。腸道微生物的改變會對肺部的免疫功能產(chǎn)生影響,而肺部微生物同時也會影響腸道中的微生物群體,它們之間的相互作用稱為“腸-肺軸”理論[7]。

1 哮喘肺部微生物群

既往觀點普遍認為肺部是無細菌的,但是近來的研究顯示,健康的肺含有大量細菌,而健康成人的呼吸道微生物群主要由口腔(而非鼻腔)微生物傳播[8]。研究表明健康人呼吸道內(nèi)主要定植著厚壁菌門、擬桿菌門、變形菌門、放線菌門和梭桿菌門5大菌門[9]。Li等[10]通過對哮喘病人的誘導痰測序發(fā)現(xiàn),嗜酸性粒細胞型哮喘患者腸桿菌科和放線菌科更豐富。越來越多的國內(nèi)外研究提出肺部微生物組的改變與哮喘的表型、內(nèi)型、反復急性發(fā)作及控制不佳有關(guān)[11]。

2 哮喘腸道微生物群

腸道微生物(腸道菌群)是指動物腸道內(nèi)數(shù)千種微生物群,按照一定比例組合、相互制約、相互依存,形成的龐大而復雜的微生態(tài)系統(tǒng)。腸道不僅是人體消化吸收的重要場所,同時也是最大的免疫器官,在維持正常免疫防御功能中發(fā)揮著極其重要的作用。腸道菌群主要由5種菌屬構(gòu)成,其中有擬桿菌屬、厚壁菌屬、變形桿菌屬、放線桿菌屬、軟壁菌屬等。其中,最常見、最穩(wěn)定的是擬桿菌和雙歧桿菌[12]。哮喘的發(fā)生、發(fā)展與腸道菌群的改變主要涉及兩個方面,其一是腸道菌群豐富度的改變影響肺部微生物群,可能是哮喘患病風險增加的關(guān)鍵因素。Stokholm等對690名1歲齡兒童糞便樣品中常見的20種微生物進行微生物豐度檢測,結(jié)果發(fā)現(xiàn)哮喘患病風險增加與腸道菌群的豐度升高有關(guān)[13]。Demirci等[14]在92例哮喘兒童和88名健康兒童的糞便樣本中分離出細菌DNA,發(fā)現(xiàn)與健康對照組相比,哮喘組的嗜黏蛋白阿克曼菌和普氏棲糞桿菌的豐度均減少,并指出二者可能通過誘導抗炎細胞因子IL-10產(chǎn)生以及抑制IL-12等促炎細胞因子的分泌,從而抑制哮喘的炎癥反應。其二是腸道菌群代謝物可能會影響體內(nèi)的遠端免疫應答,從而改變機體免疫、炎癥,導致哮喘發(fā)生發(fā)展[15]。Roduit等[16]對出生在農(nóng)場12個月嬰兒的糞便進行代謝組學分析,與對照組相比發(fā)現(xiàn)代謝物丁酸鹽有助于減少哮喘發(fā)生率,對哮喘具有保護作用。Wypych等[17]使用限制性抗體庫的小鼠模型,確定了抗體-微生物相互作用具有增強腸道菌群L-酪氨酸代謝能力,并得出甲酚硫酸鹽可選擇性地減少CCL20減輕支氣管氣道炎癥。總之,腸道菌群及其代謝產(chǎn)物在哮喘的發(fā)病機制中起到重要的作用。

二、實驗研究

益生菌是一種主要通過腸道吸收的微生物,包括對人體有益的微生物或死亡微生物,特別是活性微生物[18]。因為它可以幫助并改造腸道的微生物群,所以被廣泛地應用于各種消化系統(tǒng)疾病、炎癥、神經(jīng)系統(tǒng)和腫瘤等疾病。在哮喘中,實驗研究發(fā)現(xiàn)輔助益生菌治療,可以有效地防止和改善過敏性疾病,其中研究較多的是乳桿菌屬、雙歧桿菌屬及其對腸道菌群代謝物的調(diào)節(jié)作用。

1 乳桿菌屬

乳桿菌屬是一種應用最早、制劑種類最多、效果最好的益生菌。其種類包括鼠李糖乳桿菌、植物乳桿菌、乳酸桿菌、瑞士乳桿菌等[19]。其中在支氣管哮喘中研究最多的為鼠李糖乳桿菌。鼠李糖乳桿菌最初從健康人的腸道中分離并命名,是一種不用乳糖發(fā)酵的革蘭氏陽性菌,可利用葡萄糖、麥芽糖、阿拉伯糖等單糖。該菌具有調(diào)節(jié)腸道菌群[20]、調(diào)節(jié)腸道免疫[21]、抗氧化[22]等功能。Spacova等[23]研究發(fā)現(xiàn)鼠李糖乳桿菌GR-1降低了哮喘小鼠模型中氣道高反應性,推測可能與降低肺泡灌洗液中嗜酸性粒細胞、淋巴細胞計數(shù)及IL-1β水平有關(guān)。同時,一項鼠李糖乳桿菌聯(lián)合糖皮質(zhì)激素治療哮喘動物模型實驗[24],發(fā)現(xiàn)較低劑量的糖皮質(zhì)激素不僅可以抑制氣道高反應性、還可以減少血清IgE和IgG1水平,抑制IL-4、IL-5、IL-6、IL-8、IL-13和IL-17產(chǎn)生。此外,Ghiamati等[25]也發(fā)現(xiàn)鼠李糖乳桿菌聯(lián)合姜黃粉能夠明顯降低哮喘小鼠肺泡灌洗液中嗜酸性粒細胞、IL-5、CCL17、IL-13,表明能抑制Th2細胞反應。Makino等[26]研究發(fā)現(xiàn)瑞士乳桿菌LH2171抑制了小鼠脾臟IL-4和 IL-13產(chǎn)生,增加了IFN-γ和IL-10,同時也減輕了小鼠過敏癥狀。在一項動物實驗中[27],證明了植物乳桿菌-CQPC11降低了哮喘小鼠肺泡灌洗液中炎性細胞因子(TNF-α、IL-4、IL-13、IL-5 和 IL-6)的水平。更多的實驗研究發(fā)現(xiàn)乳桿菌屬改善哮喘癥狀的機制可能與維持Th1/Th2平衡及抑制嗜酸性粒細胞產(chǎn)生有關(guān)。有趣的是,鼠李糖桿菌不僅與上述機制有關(guān),還可以擴增小鼠腸系膜CD103+樹突狀細胞,從而減輕過敏性氣道炎癥,其作用機理可能與調(diào)節(jié)MLNCD103+樹突狀細胞參與生成維甲酸促進Treg肺轉(zhuǎn)移相關(guān)[28]。

2 雙歧桿菌屬

雙歧桿菌是一種革蘭氏陽性菌,具有無運動、無孔、溶糖性等特性,是一種厭氧、多態(tài)性的細菌,對免疫系統(tǒng)的成熟起著關(guān)鍵作用[29-30]。一項隊列研究表明,嬰兒在2個月時食用富含乳酸雙歧桿菌的配方奶粉,能降低哮喘發(fā)生風險[31]。此外,用含人乳寡糖基因母乳喂養(yǎng)嬰兒,能夠使腸道菌群乳酸雙歧桿菌增多,導致腸道黏膜中Th2細胞和Th17細胞因子被沉默,降低哮喘發(fā)生率[32]。證明乳酸雙歧桿菌在生命早期對免疫的調(diào)節(jié)具有積極作用。Raftis等[33]研究發(fā)現(xiàn),通過給嚴重哮喘的屋塵螨小鼠管飼喂養(yǎng)雙歧桿菌MRx0004治療后,在肺支氣管肺泡灌洗液中觀察到中性粒細胞和嗜酸性粒細胞浸潤明顯減少。另外在一項糞菌移植實驗研究[34]中發(fā)現(xiàn),嬰兒腸道雙歧桿菌可以通過促進Th1免疫反應和抑制Th2免疫反應,減少哮喘小鼠肺泡灌洗液炎癥細胞浸潤。Kim等[35]研究以觀察雙歧桿菌IM55和IM76對小鼠變應性鼻炎的作用,發(fā)現(xiàn)益生菌制劑能明顯改善大鼠的臨床癥狀,減少血漿IgE含量,能明顯抑制大鼠肺、結(jié)腸組織IL-5的表達,還能促進Th細胞向Treg細胞的分化。大量動物實驗和臨床試驗均表明乳酸雙歧桿菌作用機制主要在于糾正Th1/Th2平衡及促進Treg活化,減輕氣道炎癥反應。

3 調(diào)節(jié)腸道菌群代謝物

近年來隨著代謝組學的興起,以短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFA)為代表的代謝產(chǎn)物成為益生菌制劑作用機制的研究熱點。研究發(fā)現(xiàn)嬰幼兒糞便中丁酸鹽和丙酸鹽含量較高時,發(fā)生過敏狀態(tài)及未來發(fā)生哮喘的概率降低[36]。Liu等[37]進行了一項隨機、雙盲和安慰劑對照人體試驗,研究發(fā)現(xiàn)給予益生菌聯(lián)合吸入布地奈德-福莫特羅組與單用布地奈德-福莫特羅吸入組相比,輔助益生菌治療組顯著降低FeNO水平,且哮喘癥狀得到進一步控制,同時有益菌雙歧桿菌、長雙歧桿菌和普氏菌增加,并且腸道微生物活性代謝物(亞油酰乙醇酰胺、腎上腺素酸、赤蘚酸)和血清代謝物(色氨酸、鞘磷脂)水平升高,表明哮喘癥狀的改善與腸道有益菌群增加和代謝物改變有關(guān)。國內(nèi)研究[38]發(fā)現(xiàn),普氏糞桿菌可以通過豐富絨毛梭菌體,促進正常的糖、脂代謝,從而促進SCFA的生成,達到抑制哮喘的目的。機制主要為菌群代謝物與G蛋白偶聯(lián)受體(GPR43、GPR41、GPR109A)結(jié)合,影響了Treg生物學功能、腸道穩(wěn)態(tài)和IgA抗體反應,同時還通過抑制組蛋白脫乙酰酶的表達和功能影響基因轉(zhuǎn)錄[39]。

三、益生菌的安全性及注意事項

近年來,健康功能微生物和腸道菌群成為研究熱點,益生菌在治療各種疾病問題上已展現(xiàn)出廣闊的應用前景。益生菌使用的安全性引起了人們的高度重視。因為益生菌是活菌,在疾病治療中應用益生菌會不會引起潛在的感染,益生菌是否會產(chǎn)生抗藥性,這些都是大家所關(guān)心的問題。同時,益生菌輔助治療應注意以下情況[40]:①益生菌功效的發(fā)揮具有菌株和個體特異性,因此,在選擇服用益生菌時,既需要在菌株水平上進行相關(guān)益生功能的確認,又要依據(jù)自身特點進行益生菌個性化的應用。②對于某些特殊人群(免疫力低下或免疫缺陷患者)應謹慎使用。有個案報道[41],患兒在合并血液系統(tǒng)疾病、免疫缺陷疾病時,使用益生菌后出現(xiàn)了敗血癥、肝膿腫等并發(fā)癥。③服用益生菌時,不要與抗生素一起服用,建議最好時間間隔保持在2個小時以上。④不要用熱水沖服益生菌,建議水溫不宜超過40℃,與人體正常體溫相近最佳,避免益生菌受熱失活引起活性降低或喪失。⑤服用益生菌期間,多服用蔬菜水果,蔬果中含有豐富的膳食纖維和益生元更能促進益生菌在腸道中定植。現(xiàn)有的研究顯示,益生菌輔助治療哮喘主要適用于嬰幼兒及兒童哮喘患者,具有一定療效且未出現(xiàn)副作用。對成人哮喘患者輔助益生菌治療是否有效仍需進一步探究。另外,益生菌輔助治療哮喘關(guān)于劑量、使用時間、菌種選擇、療程、有效性及安全性方面仍存在爭議,因此,需要進一步的多中心、大樣本的隨機對照試驗,為哮喘的防治提供新的方法和策略。

四、總結(jié)與展望

越來越多的實驗研究已經(jīng)證實[42]腸道微生態(tài)和過敏性疾病息息相關(guān),同時證明了益生菌對免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用。益生菌輔助治療哮喘不僅能夠預防哮喘發(fā)生率和減輕哮喘癥狀,同時也減少了傳統(tǒng)藥物的使用。然而,有關(guān)哮喘微生物組與宿主細胞、分子機理之間的關(guān)系卻鮮有報道。關(guān)于益生菌治療哮喘沒有統(tǒng)一的標準,還需要進一步的基礎(chǔ)試驗證實益生菌和腸道微生物對人體免疫系統(tǒng)的作用機制,以及更多的臨床試驗規(guī)范和指導哮喘的治療,從而為哮喘個體化診療提供新的思路。