基于腸道菌群防治絕經后骨質疏松癥的相關研究進展

李丹 趙新正 于金晟 周昊景 蘇海 陳檑 張鎰 邵威捷 劉巖 肖魯偉

絕經后骨質疏松癥（postmenopausal osteoporosis，PMOP）是一種在絕經后常見的骨骼疾病，主要影響老年女性。隨著年齡增長，女性的卵巢功能逐漸減退，導致體內雌激素水平降低，這個變化干擾了骨骼的正常代謝平衡，從而導致骨密度減少，最終引發一種代謝性疾病。PMOP 嚴重影響患者的生活水平及質量，大多數PMOP 患者因合并骨折或相關并發癥而入院，特別是髖部和脊椎骨折的發生，導致患者死亡率正在逐年增加［1］。目前PMOP 的預防和治療方面仍然存在較多缺點和不足，藥物治療的嚴重并發癥，如頜骨壞死、不典型骨折等［2］。因此，探究新的治療方法至關重要。腸道菌群作為體內關鍵的微生態系統，與人類的健康密切相關。“腸道-骨骼”軸表明腸道微生物群與PMOP 密切相關［3］。本文擬從腸道菌群與PMOP 的關系進行綜述，為研究PMOP 的發病機制及治療尋求新的切入點。

1 腸道菌群

人類胃腸道中的大量微生物（包括細菌、真菌、病毒和古生菌）與其宿主之間存在共生關系，這些微生物統稱為腸道菌群。腸道菌群通過多種方式與宿主產生作用，如促進食物的消化吸收、維持腸道屏障功能、參與免疫系統的調節、改變藥物的藥代動力學等［4］。腸道菌群的組成和多樣性也會由于較多因素的刺激而改變，如營養吸收、水分、pH、氧氣、氧化還原反應和溫度等［5］。同時，當疾病發生時，腸道菌群也會發生相應的變化。大量研究已將腸道菌群失調與一系列非傳染性疾病聯系起來，如炎癥性腸病、腸易激綜合征、骨關節炎、骨質疏松等［6］。

2 PMOP患者的腸道菌群變化

腸道菌群不僅參與調節腸道的動態平衡，還在“腸道-骨骼”軸上扮演至關重要的角色。女性絕經后，雌激素水平下降，可能對腸道微生物生態產生影響，這可能導致腸道益生菌減少，有害菌或中性菌增加，破壞腸道內菌群之間的平衡，擾亂腸道的局部免疫系統，導致破骨相關炎癥因子增加，腸道屏障破壞，進而影響全身的免疫功能，最終導致PMOP的發生［7］。有學者對106 例絕經后女性進行腸道菌群檢測，結果顯示骨質疏松組的菌群多樣性較低，相較于骨量減少組和正常組有顯著差異。骨量減少組以變形菌門為主，包括克雷伯氏菌、大腸桿菌/志賀氏桿菌、腸桿菌等，而骨質疏松組則主要以異乳桿菌、乳酸菌和球擬桿菌等［8］。這為進一步研究何種腸道菌在PMOP 中發揮作用提供了借鑒。

3 腸道菌群調節PMOP的機制

3.1 腸道菌群通過介導免疫系統調控PMOP 腸道菌群對免疫炎癥和骨量的調節至關重要。臨床研究表明，雌激素水平與腸道菌群多樣性之間存在正相關。絕經前后，腸道菌群經歷明顯變化，對局部和全身免疫系統產生影響，破壞了骨量的平衡，可能導致骨質疏松的發生［7］。有學者研究指出［9-10］，當雌激素降低時，腸道菌群易發生紊亂，導致免疫系統的異常激活，進而促進Th17 細胞表面RANKL 的高度表達、Th17細胞及其產生的TNF-α、IL-6、IL-17 等細胞因子的繁殖，刺激破骨細胞大量激活，引起骨質的溶解和吸收，導致骨質疏松的發生。相反，另一種常見的T 細胞亞群Treg 細胞通過分泌抗炎細胞因子，如IL-10、IL-35，來減少破骨細胞的分化［11］。因此，維持Treg/Th17 穩態是骨量平衡的關鍵。

在RANKL/RANK/OPG 系統中，骨保護素（osteoprotegerin，OPG）能夠抑制骨吸收，其機制是通過與RANKL 競爭性結合RANK，從而阻止RANKL 與RANK 間的相互作用。在雌激素缺乏期間，RANKL 與OPG 間的平衡被破壞，炎癥因子如IL-17、IL-6 和TNF-α 水平迅速升高并誘導RANKL 的表達。RANKL 激活RANK，導致TRAF6 的表達，最終激活成骨細胞中的NF-κB 通路。另一方面，TGF-β 等抗炎因子的表達減少會導致OPG 的分泌下降［12-13］。雌激素缺乏導致RANKL/OPG 信號傳導失衡，進而導致骨丟失。因此，RANKL/RANK/OPG 信號的平衡是維持骨量的關鍵因素之一。綜上，腸道菌群的穩定，是平衡Treg-Th17 和RANKL/OPG 的關鍵，并最終防止雌激素缺乏引起骨丟失的發生。

3.2 腸道菌群通過介導腸道屏障通透性調控PMOP 腸道屏障是指存在于腸道內的一系列層級結構，其具有防止有害物質進入身體組織和促進營養物質吸收的作用。具體包括：腸道微生物群、外部黏液層、上皮細胞層和黏膜固有層。然而，當絕經后女性雌激素水平下降時，會增加腸道屏障通透性，腸道內微生物及其代謝產物作為抗原進入腸上皮組織，引發免疫反應，上調TNF-α、RANKL 和INF-γ 等破骨細胞相關因子的表達，并通過腸道屏障進入血液流至全身，從而影響骨骼系統，最終導致骨量丟失［14］。研究表明［15-16］，在PMOP 小鼠模型中，腸道上皮細胞間緊密連接蛋白表達下降，導致腸道屏障通透性增加，促使毒素易于進入體內，進而激活免疫系統。因此，促炎細胞如Th17 細胞以及炎癥因子如TNF-α、RANKL 和IL-17 的表達增加可導致破骨細胞活性增強，進而加速骨量的丟失，加重PMOP 的病情。另外，腸道內菌群的紊亂也會破壞腸道屏障，如大腸桿菌、空腸彎曲桿菌、沙門氏菌和產氣莢膜梭菌等有害菌的數量增加，破壞了腸道屏障的完整性，促使細菌易位，增加炎癥，加劇了骨量丟失［17］。

3.3 腸道菌群通過介導激素調控PMOP 迄今為止，研究人員發現腸道菌群與多種激素水平存在緊密關聯。此外，腸道菌群還通過多種激素在骨轉換中發揮關鍵作用，其中包括雌激素、瘦素、胰島素樣生長因子-1、5-羥色胺以及甲狀旁腺激素［18］。

雌激素是主要調節女性骨代謝的激素，在人體中對骨骼具有多種作用，其可以維持骨代謝平衡，防止骨質流失［19］。因肝臟作用而失活的雌激素被腸道中具有β-葡萄糖醛酸酶活性的細菌激活，從而使雌激素被重新吸收到循環系統中，并增加血清中的雌激素水平。另有研究表明，益生菌可以降低β-葡萄糖醛酸酶水平，并可能延長雌激素的半衰期，因此腸道菌群可以通過調節β-葡萄糖醛酸酶活性對PMOP 產生影響［20-22］；此外，腸道菌群可以通過代謝植物雌激素，產生一種稱為Equl 的代謝產物，這種產物具有較強的雌激素效應，可以模仿雌激素的作用，對骨骼產生影響，在PMOP 的發展中發揮調節作用［2］。了解這一機制有助于更好理解PMOP 的發病過程，并為該疾病的預防和治療提供新的研究方向。

瘦素是絕經后女性骨組織的保護因子，對骨骼健康有積極作用，有研究發現，瘦素與骨密度、骨保護素存在正相關，而腸道菌群可以影響瘦素水平。有研究指出，雙歧桿菌、乳桿菌和梭狀芽孢桿菌與血清瘦素水平呈正相關，類桿菌和普氏桿菌與血清瘦素水平呈負相關，這表明腸道菌群是瘦素調節的潛在靶點［23-26］。

胰島素樣生長因子-1（insulin growth factor-1，IGF-1）主要由肝臟產生，在骨骼的發育和維持中起著關鍵作用。在前成骨細胞中，IGF-1 受體的激活引起Runx2 的表達，Runx2 是參與骨形成的關鍵轉錄因子。Runx2 進而激活osterix，進一步刺激重要的骨組織成分，如I 型膠原、堿性磷酸酶和骨鈣素的分泌。此外，IGF-1 對于間充質干細胞轉化為成骨細胞至關重要，IGF-1 直接與成骨細胞上的IGF-1 受體結合，促進其形成和分化［27-28］。腸道微生物對IGF-1 的產生和活性有顯著影響。一項對無菌小鼠的研究表明，肝臟和血液中IGF-1 及其結合蛋白IGFBP3 的表達與正常腸道微生物的小鼠相比減少。將無菌小鼠移植腸道微生物后，其血清IGF-1 水平增加，表明腸道微生物直接影響IGF-1 的分泌。此外，給小鼠使用抗生素導致IGF-1 水平降低，但給予短鏈脂肪酸恢復了IGF-1水平［29-31］。總之，腸道微生物及其代謝產物在調節IGF-1 水平方面發揮作用，從而間接影響PMOP 的進展。

5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）在骨代謝中發揮著重要作用。腸道菌群通過調節5-HT 水平，可能影響骨細胞的活性，進而調節骨轉換和骨骼健康。常規飼養小鼠的血清5-HT 水平和結腸色氨酸羥化酶1 水平高于無菌小鼠，這表明腸道微生物群改變了5-HT 的產生和分泌［2］。總之，腸道微生物可以通過調節5-HT 水平，間接對PMOP 的進展產生影響。

甲狀旁腺激素（parathyroid hormone，PTH）是骨骼發育的重要調節因子。PTH 會對骨量產生雙向影響，這取決于靶細胞是連續還是間歇暴露于PTH。持續接觸甲狀旁腺激素（cPTH）會刺激骨吸收，導致骨量減少。另一方面，間歇性暴露于甲狀旁腺素（iPTH）刺激成骨細胞的產生，從而起到骨保護的作用。有研究表明，iPTH 可以防止去卵巢大鼠的骨丟失。體外研究也表明，iPTH 可以增加骨髓干細胞中堿性磷酸酶、骨形態發生蛋白2 和發育遲緩相關轉錄因子2 的表達。腸道菌群及其代謝產物可以調節甲狀旁腺素水平，間接影響PMOP。有研究發現分段絲狀菌通過影響PTH，使腸道內TNF的T 細胞和T 輔助細胞17 增加，同時，T 細胞從小腸進入骨髓，導致骨質流失［32］。LI 等［33］發現丁酸與iPTH 協同作用，使CD4+T 細胞分化成調節性T 細胞（Treg 細胞），這種T 細胞亞群誘導常規CD8+T 細胞釋放Wnt10b，從而激活成骨細胞中的Wnt 信號通路，促進骨形成。

4 基于腸道菌群治療PMOP現狀

4.1 益生菌和益生元 腸道益生菌通過調節炎癥因子的生成、改善腸道屏障通透性、促進營養物質吸收等機制參與調控PMOP［34］。具有抗炎特性的乳酸桿菌和雙歧桿菌可以促進維生素D 的產生，減少破骨細胞分化，對去卵巢小鼠的骨量喪失具有保護效果［15］。YU 等［35］通過薈萃分析認為，補充益生菌顯著降低PMOP 患者血清C 末端肽-I 水平，并防止腰椎的骨量丟失。一項研究發現，益生菌可以有效預防去卵巢大鼠的炎性牙槽骨吸收。這種預防作用可能是因益生菌促進腸道產生豐富的丁酸，改善大鼠的腸道屏障功能，從而降低腸道通透性。這進一步調節骨免疫反應，有效減緩牙槽骨的流失［36］。

益生元是一種能被腸道有益菌群利用的營養物質，其可以通過刺激、促進或恢復有益的腸道菌群，維持腸道微生態平衡，影響鈣吸收及轉化，維持骨代謝平衡，改善骨質疏松。常見的益生元有葡聚糖、低聚果糖、菊粉、木聚糖、低聚半乳糖等［18］。有實驗研究證實去卵巢小鼠口服乳果糖，可以通過維持腸道屏障、宿主腸道免疫系統和腸道微生物群的穩態抑制破骨細胞形成并防止雌激素缺乏后引起的骨質流失［37］。研究發現靈芝和平菇中含有的益生元β-葡聚糖對PMOP 患者的骨代謝和人類成骨細胞活性具有積極影響。研究結果表明，服用蘑菇發酵產物組的RANK 水平明顯低于對照組，而成骨細胞活性則高于對照組。同時，服用蘑菇發酵產物的絕經后婦女雙歧桿菌、乳酸菌及短鏈脂肪酸的數量明顯增加，這些微生物的增加有助于促進成骨細胞的活性。這些研究結果表明靈芝和平菇作為益生元，通過調節腸道菌群平衡，有助于促進成骨細胞活性，從而使骨代謝失衡的狀態得到改善［38］。

4.2 糞菌移植 糞便微生物區系移植是將健康人的功能性菌群移植到患者的胃腸道中，改善腸道菌群失調，恢復腸道內微生物區系的多樣性，作為治療疾病的一種方法。糞便微生物群移植已被廣泛證明可以治療艱難梭菌感染和克羅恩病等疾病［39-40］。一項研究表明，在動物實驗中，將兒童的腸道菌群移植到去卵巢小鼠中，可以有效防止骨丟失，并增骨強度，該研究還發現，移植的腸道菌群中含有豐富的阿克曼氏菌，而這種菌群的直接補充同樣可以預防去卵巢小鼠的骨丟失。然而，雖然糞菌移植在治療PMOP 方面表現出潛力，但目前在臨床上的應用還不太實際。通過宏基因組學，可以研究與PMOP 相關的腸道菌群代謝產物，這可能為預防和治療PMOP 提供一些新的見解［41］。

4.3 中醫藥治療 中醫藥可以通過調節腸道菌群豐度、抑制炎癥因子生成、改善骨內微環境等方式防治PMOP［42］。有學者通過研究靈芝提取物，發現其提取物可以改變PMOP 患者的腸道菌群構成，增加糞便中短鏈脂肪酸含量，抑制炎癥因子生成，進而達到治療PMOP 的目的［38］。王杰等［43］研究表明骨碎補可能通過增加腸道菌群的數量和多樣性，調節腸道菌群結構，并介導Wnt/β-catenin 信號通路，來減少PMOP模型大鼠的骨量喪失。

5 小結與展望

隨著人口老齡化越來越嚴重，患有PMOP 的人口數量會越來越多，但目前的治療方法并不理想。然而，隨著“腸-骨”軸的提出，通過干預腸道菌群治療PMOP 受到越來越多學者的關注。腸道菌群通過多種途徑參與PMOP 的病理過程，如影響免疫反應、調節激素分泌、影響腸道通透性等。益生菌、益生元和糞菌移植及中醫藥等方法已經在預防和治療PMOP方面顯示出療效。因此，通過干預腸道菌群治療PMOP 是一種全新的治療理念。