胃腸道微生態與幽門螺桿菌相關疾病的研究進展

王 歡，何 叢，呂農華

(南昌大學第一附屬醫院 消化內科，江西 南昌 330006)

人體的胃腸道菌群構成一個龐大和復雜的微生態系統，其種類約1 000種以上，數量高達1 013～1 014，所包括的基因數是人類基因組基因數量的100倍以上[1]。幽門螺桿菌(Helicobacterpylori，Hp)是目前已知的可長期定植在人體胃黏膜的革蘭陰性菌，可導致慢性胃炎、消化性潰瘍和胃癌等。近年來，隨著高通量測序技術的飛速發展，越來越多研究發現胃內除了Hp外還存在著其他細菌，且Hp感染可能引起胃腸道菌群失衡，從而導致Hp相關疾病的發生與發展。本文將分別從人體和動物模型層面綜述Hp相關疾病中胃腸道微生態結構的變化特征。

1 正常胃內微生態結構

由于有胃酸的存在，正常胃內呈酸性環境，導致大多數細菌無法在胃內定植，故既往認為胃是一個無菌的器官。直到1983年發現Hp，這一觀點才被打破。隨著宏基因組學和高通量測序技術在微生物學中的應用，人們逐漸認識到胃內微生物群落的多樣性和復雜性。2006年，首次通過基因測序鑒定了胃內菌群含有128個種系型，包含5種優勢菌門，分別是擬桿菌門、厚壁菌門、 梭桿菌門、 放線菌門和變形菌門；其中，胃黏膜以厚壁菌門和變形菌門為優勢菌門，而胃液中則以厚壁菌門、擬桿菌門和放線菌門最多見[2]。此外，盡管健康人胃內細菌密度遠低于空回腸和結腸，但其種類已多達數百種，主要包括厚壁菌門、擬桿菌門、變形菌門及放線菌門等，而鏈球菌屬、乳桿菌屬及擬桿菌屬則為最常見的種屬[3]。更為重要的是，胃內定植菌具有一定特異性，其組成明顯不同于口腔和咽喉部的微生物，這也在一定程度上提示胃內菌群并非從上遷徙而來[4]。

目前，對胃內微生物的認識尚處于初期階段，高通量測序技術和宏基因組學方法的應用以及先進的生物信息學工具的發展，開辟了對胃腸道生物組多樣性和復雜性的研究領域，豐富了人們對胃內微生物的組成及其特點的了解。

2 Hp感染對胃微生態的影響

Hp為長期定植在人胃黏膜的革蘭陰性菌，全球的人群感染率為50%[5]，它可引起慢性胃炎、消化性潰瘍病、胃癌和胃黏膜相關淋巴組織淋巴瘤[4]。Hp感染是否影響胃內微生物組成及其與Hp相關疾病的關系引起了人們的關注。Hp感染可引起胃黏膜萎縮和壁細胞顯著減少；導致胃酸分泌減少、pH增高，胃內環境改變，這將有利于其他細菌在胃內定居。利用16S rRNA測序研究Hp陰性和陽性兒童的胃內微生物組，發現在Hp感染者中，Hp為胃內的優勢菌；而在Hp未感染者中，胃內主要含有γ-變形菌、β-變形菌、擬桿菌和梭菌等，其細菌的豐度及多樣性更高[6]。此外，有研究選取4對雙胞胎及8位不相關的個體，收集胃竇活檢樣本，分析胃黏膜菌群的α和β多樣性，16名受試者中有10位為Hp感染者，研究結果提示雙胞胎個體之間胃黏膜菌群無明顯相似性，Hp感染者與未感染者具有顯著差異，提示Hp感染較遺傳因素對胃內微生物組的影響更大[7]。從智利和圣地亞哥收集了45位兒童和41位成人的胃液，分為Hp感染組和未感染組，兒童及成人的Hp感染人數分別為12位和14位，應用16S rRNA測序發現受試者胃液中均以放線菌門、擬桿菌門、厚壁菌門、梭桿菌門和變形菌門為優勢菌門；雖然感染組兒童胃液內菌群組成與未感染組無顯著差異，但可觀察到菌群比例的變化，如在綱水平上，感染組放線菌綱、芽孢桿菌綱和丙型變形菌綱比例較未感染組明顯降低；同樣在目水平上，感染組假單胞菌目、放線菌目和乳桿菌目的比例也大大降低；在科水平上，感染組鏈球菌科、莫拉氏菌科及放線菌科的比例也較未感染組降低。該研究提出Hp感染可導致兒童胃內菌群在多個分類水平的失衡[8]。這些研究均提示Hp感染可改變胃內微生物的組成、豐度和多樣性。

以上研究受試者均為無癥狀Hp攜帶者，隨后有學者進一步對有消化道癥狀的慢性活動性胃炎、消化性潰瘍和胃癌等患者的胃內微生態進行研究。對Hp陽性和陰性慢性胃炎患者的口腔、胃及十二指腸的分泌液和黏膜進行測序分析，發現Hp陽性組的胃黏膜中作為優勢菌門的放線菌門、擬桿菌門、厚壁菌門和梭菌門相對豐度明顯低于Hp陰性組。同時，Hp陽性組的胃液中變形菌門相對豐度遠高于Hp陰性組，而雙球菌、纖毛菌、丙酸桿菌、梭桿菌、放線菌、韋榮球菌、嗜血桿菌、鏈球菌及普氏菌等9個菌門的相對豐度則降低；在屬水平上，Hp陽性組中螺桿菌屬相對豐度升高而嗜血桿菌屬則明顯降低。Hp陽性與陰性組的口腔和十二指腸黏膜菌群則無明顯差異[9]。此外，在人體不同疾病階段如慢性胃炎、腸化及胃癌，比起Hp陽性標本，Hp陰性的樣本中胃部微生物相互作用更強烈[10]。綜上，推測Hp可能與胃內其他細菌共同促進了胃相關疾病的發生。

此外，在動物模型中，同樣觀察到Hp感染可導致胃腸道菌群的變化，進而導致更嚴重的胃炎。有研究表明，Hp感染小鼠 12周后其糞便菌群與未感染小鼠糞便菌群有明顯差異，具體表現為Hp感染小鼠中厚壁菌門及變形菌門明顯增加，而擬桿菌門及疣微菌門則相對減少[11]。用HpPMSS1菌株感染C57BL/6小鼠，收集感染組小鼠與未感染組小鼠在不同時間段的胃黏膜、盲腸黏膜、回腸黏膜及糞便樣品，通過菌群分析發現，Hp感染不僅能改變胃內菌群，還能改變遠端腸道菌群，并且感染時間越長，菌群差異則越大；同時，對胃組織分析顯示，Hp感染組的小鼠多種免疫應答基因的表達量增加[12]。這些研究提示Hp誘導胃的免疫發病機制中，可能涉及引發胃腸道微生物群變化，但其確切的潛在機制有待進一步解開。

然而，也有研究發現Hp感染后胃腸道微生態無明顯改變，如用PCR和16S rDNA測序法分析人類Hp陰性組和陽性組胃黏膜菌群的異同，結果顯示所有個體胃黏膜菌群組成無明顯差異[2]。另外，通過基質輔助激光解吸電離飛行時間質譜的生物測定和16S rRNA測序分析215例馬來西亞患者的胃內微生物群，其中131例為Hp陽性患者，結果表明Hp感染對原有胃內微生物群影響不大[13]。因此無論是在無癥狀Hp攜帶者還是患有相關疾病的患者中，關于Hp對胃腸道內微生態的影響目前仍存在爭議。推測造成研究結果不一致的原因可能由于用于微生物群分析的測序方法不同、樣本量的大小、各地Hp感染率的差異、Hp檢測結果的假陰性或假陽性以及若干環境因素(如飲食、生活方式、地理和種族)等，這些因素均可能導致研究結果存在差異。目前關于Hp感染對胃內微生物群的影響尚未完全了解，需要更多的應用大型高通量測序技術的設計嚴密的研究來更好的揭示Hp感染后胃內菌群的變化以及復雜的微生物群在Hp相關疾病發病中的潛在作用。

3 胃腸道微生態與Hp相關胃癌

胃癌是世界范圍內第4大惡性腫瘤，第2大致死性腫瘤，世界衛生組織國際腫瘤研究中心將Hp列為Ⅰ類致癌因子。通常認為Hp菌株的毒力、感染時間、宿主的遺傳背景和飲食等是導致胃癌發生的主要因素[14]。然而，越來越多的研究表明，胃腸道菌群可能是影響Hp相關胃癌發生發展的另一重要因素。比較不同階段患者的胃黏膜微生物組成，發現胃癌患者中螺桿菌屬的相對豐度低于慢性胃炎及腸化患者，而鏈球菌屬相對豐度則明顯增加，表明Hp可能與胃內其他細菌共同促進了胃癌的發生[15]。另外，對比Hp陽性的胃炎、腸化生及胃癌患者胃部菌群，發現在胃炎及腸化生樣本中，Hp相對豐度與細菌多樣性之間有著強烈的負相關性，而這種相關性在胃癌樣本中較弱；同時，相比于有著相似Hp水平的其他受試者，胃癌患者的胃部菌群多樣性較低[16]。據此推測Hp可能通過影響胃內其他共生菌，從而創造了一個更利于胃相關疾病發生的微環境，最終導致胃癌的發生。

動物研究進一步證明，Hp和胃腸道微生物之間的相互作用可能加速癌變過程。用無特定病原體(specific pathogen free,SPF)的轉基因FVB/N胰島素—胃泌素(transgenic FVB/N insulin-gastrin,INS-GAS)小鼠進行實驗，用Hp感染無菌INS-GAS小鼠，發現小鼠感染Hp后加快了發展為萎縮性胃炎、上皮內瘤變和胃癌的過程，且病理改變程度更嚴重[17]。而用梭狀芽胞桿菌、乳酸菌以及擬桿菌感染無菌的INS-GAS小鼠，發現與對照組小鼠相比，這些小鼠更容易出現胃部炎性反應、上皮增生以及發育不良等，甚至發展為胃部腫瘤。該研究還發現在HpINS-GAS小鼠模型中，感染變異瓊脂細菌(altered schaedler’s flora，ASF)或者腸道菌群的雄性小鼠表達較高水平的促炎性反應因子和腫瘤相關基因[18]。這些結果進一步表明，Hp可能和胃內的微生物發生協同作用促進腫瘤的發生，為胃內微生物可以促進胃癌發生提供了證據。

4 Hp根除治療對胃腸微生態的影響

Hp感染一線治療方案中的抗生素可使腸道菌群失衡。利用測序分析對比17例Hp陽性患者在進行Hp根除治療前后的糞便樣品菌群，發現清除后的腸道菌群中，擬桿菌門豐度下降，厚壁菌門豐度上升[19]。而對11例Hp陽性患者根除治療前后的胃黏膜進行16S rRNA測序分析,發現Hp的平均相對豐度由治療前的83.70%下降到治療后的6.88%，而非Hp細菌的相對豐度從4.55%提高到51.70%，主要包括擬桿菌、梭桿菌和放線菌的相對豐度在根除治療后明顯增加；在根除Hp后，胃內菌群的α多樣性及β多樣性均顯著增加[16]。這些研究均表明Hp根除可導致胃腸道微生態發生變化。

最近，探討阿莫西林、克拉霉素和質子泵抑制劑聯合益生菌的Hp根除方案對腸道微生物群組成的影響，發現益生菌組和無益生菌組腸道菌群均以厚壁菌門，擬桿菌門和變形菌門為主；根除Hp后，兩組的厚壁菌門相對豐度降低，而變形菌門的相對豐度則均增高；此外，無益生菌組腸道菌群結構變化更大，且該組耐藥菌發生較益生菌組更高[20]。

5 問題與展望

胃腸道微生態系統龐大且復雜，很多因素對其均有影響。而隨著分子生物學技術的發展，用于研究胃腸道微生態的方法越來越多，對胃腸微生態可能參與胃部疾病的認識也逐漸深入，與此同時胃內其他菌群在Hp相關疾病中的作用逐漸被重視。目前，關于Hp感染與胃腸微生態的研究僅局限于Hp感染后胃腸道菌群組成的改變，然而，這種改變具有何種功能及其與Hp相關疾病是否存在因果關系尚不明確；且Hp根除治療前后胃腸微生態的改變以及益生菌能否通過調節微生態提高Hp根除率或降低不良反應仍有待進一步研究。隨著這些問題的明確，將有助于更加全面的認識胃腸微生態系統在Hp相關疾病中的作用，為疾病的預防和治療提供新思路。