腸道菌群及其在炎癥性腸病中的作用①

劉樂恒 張 茜 薛慶節 王秋靈

(安徽醫科大學第一臨床醫學院，合肥 232000)

腸道菌群為寄生在人體腸道內的龐大的細菌種群。腸道菌群在人體的物質代謝、免疫調節等方面發揮巨大的作用，是人體不可分割的一部分，故腸道菌群可被視為人體的另一大器官。隨著腸道微生物基因組學的發展，人們對于腸道菌群的研究越來越重視，腸道菌群的組成、功能及其與一些疾病發生的因果關系也日益清晰。腸道菌群在許多疾病的治療中具有光明的前景。

炎癥性腸病(inflammatory bowel disease,IBD)包括潰瘍性結腸炎(ulcerative colitis,UC)與克羅恩病(Crohn′s disease,CD)，是一組發病原因尚不明確的自身免疫性疾病。UC是一種結腸非特異性的炎癥性疾病，可見于任何年齡，呈慢性進展，常反復發作，病變局限于大腸黏膜及黏膜下層，多位于直腸和乙狀結腸，有時可延伸至降結腸乃至整個結腸；CD是一種腸道炎癥性疾病，至今原因不明，可發生于胃腸道的任何部位，但多發于右半結腸和末端回腸。臨床表現為腹瀉、腹痛、腸梗阻，可伴有發熱、營養障礙及眼、口腔黏膜、關節、皮膚、肝臟等腸外損害。

我國雖無IBD的流行，但近年來IBD的發病趨勢逐漸上升，已經逐漸成為消化系統中的常見病[1]。IBD與多種因素有關，包括遺傳因素、環境因素、免疫因素及腸道菌群失調，其發病為多種因素共同作用下使自身免疫系統異常激活，從而引起腸黏膜的損傷。在IBD的治療中，除了傳統的以氨基水楊酸及激素為主的內科治療與以手術切除的外科治療外，應用微生態制劑調節腸道菌群已成為臨床上常用的治療手段，且有著非常廣闊的治療前景。本文就腸道菌群的失調與紊亂對IBD的病因學作用以及應用微生態制劑調節腸道菌群對IBD治療的臨床應用作一綜述。

1 腸道菌群

1.1腸道菌群組成 微生態學研究表明，正常人體腸道菌群由分屬于30個屬500個種的細菌組成[2],且數量極多，可超過1014個以上[3]。腸道內大部分細菌屬于5個門類，即擬桿菌門(Bacteroidetes)、厚壁菌門(Firmicutes)、放線菌門(Actinobacteria)、變形菌門(Proteobacteria)和疣微菌門(Verrucomic-robia)，其中擬桿菌門和厚壁菌門數量較多，占健康人腸道細菌90%以上，而放線菌門、變形菌門和疣微菌門的數量較少[4]。見表1。正常人體腸道菌群可分為需氧菌、兼性厭氧菌以及厭氧菌，其中專性厭氧菌數量最多，可占腸道菌群的99.9%[5]。見表2。數量較多的幾類細菌有雙歧桿菌、真桿菌、類桿菌、消化球菌等，其他諸如大腸埃希菌、腸球菌、乳桿菌、韋榮球菌等占少數，還有極少數如銅綠假單胞菌、變形桿菌等為過路菌而并非腸道常駐菌群[6]。雖然構成腸道細菌的種類大致相同，但在不同個體以及每個個體的不同階段，腸道菌群的具體組成和占比存在較大的差異。

表1 主要腸道菌群門類[4]Tab.1 Major intestinal flora[4]

表2 糞便中常見細菌數量[5]Tab.2 Number of common bacteria in feces[5]

1.2腸道細菌的定植與演替 伴隨人的生長、發育、衰老，其腸道菌群也在不斷進行著演替[7]。嬰兒剛出生時其腸道處于無菌狀態，出生后細菌可以通過口和肛門侵入體內并完成定植。由于新生兒腸道環境處于有氧狀態，早期出現的細菌為需氧菌，如腸球菌、大腸埃希菌等，在出生2 d后，雙歧桿菌等厭氧菌定植并迅速生長，逐漸取代需氧菌成為優勢菌，在3個月后腸道菌群逐漸趨于穩定[8]。研究表明嬰兒在2～3歲時其腸道菌群已經接近成年人腸道菌群水平[9]。隨著人的衰老，腸道菌群也會發生一定程度的演替，即擬桿菌門和雙歧桿菌等厭氧菌數量的減少和厚壁菌門數量的增多[10]。腸道菌群在一定時期內保持一定的穩定狀態，但并不是一成不變的，它會受到各種原因的影響，如飲食結構的改變、環境因素和疾病狀態。有研究發現改變人的飲食結構后，腸道菌群在一段時間內(24 h以內)即發生顯著的改變[11]。不同的環境也會對腸道菌群產生影響，如季節的更替、海拔的高低等。

2 腸道菌群與IBD

2.1腸道菌群失調與IBD的發生 正常情況下腸道菌群與人體保持一定的平衡，共同參與人的生命活動。當各種原因打破這種平衡時如菌群移位、免疫紊亂、菌群失調等，腸道菌群就可能會促進一些疾病的發生。研究表明IBD的發生與腸道菌群密切相關，主要體現在如下方面：①無菌無炎癥，具體表現在應用基因敲除獲得的具有免疫缺陷的IBD動物模型中，設置無菌的腸道環境時不會誘發IBD的發生[12]；②部分IBD患者治療過程中，應用針對腸道菌群的抗生素有一定的療效。

多項研究發現，IBD患者存在著腸道菌群失調現象，主要體現在兩個方面，一是致病菌數量增加，二是腸道菌群的正常比例改變。Ormsby等[13]對CD患者糞便標本分析發現，其腸道細菌含量明顯高于正常人。Wang等[14]對CD患者腸道菌群進行定量分析，發現其腸道中產丁酸鹽細菌含量較正常人明顯減少。張艷麗等[15]對120余例CD患者統計研究發現，CD活動期患者的大腸桿菌與腸球菌較正常人多，而雙歧桿菌與乳桿菌等益生菌數量減少。而亦有研究者發現CD患者雙歧桿菌、擬桿菌及乳桿菌等益生菌數量增多，可能為腸道菌群紊亂后，經腸黏膜屏障發揮調節腸道菌群作用而產生的結果[16,17]。

致病菌的增多與腸道菌群失調可通過如下幾種方式在IBD的發生發展方面起到誘導促進作用：①腸道致病菌數量增多，致病菌可通過侵襲力及分泌毒素破壞正常的腸道機械屏障與免疫屏障，使腸黏膜通透性增高，為細菌移位創造條件；移位的細菌過度激活免疫反應，從而引起腸道組織被免疫系統攻擊、損害。Buhner等[18]發現，CD患者腸黏膜通透性較正常人明顯增高，腸道內大量細菌及毒素易于進入腸黏膜，激活免疫細胞，從而會誘發強烈的免疫反應損傷腸道黏膜。②腸道發生菌群失調導致正常存在的益生菌數量減少。正常存在的腸道益生菌如雙歧桿菌、乳桿菌等可以通過多種作用抑制病原菌的生長。益生菌可使腸道黏膜的通透性恢復正常，從而使菌群失調得以緩解[19]；腸道細菌中的擬桿菌屬可激活腸道內的Paneth細胞分泌抗菌肽產生正常的抗菌作用，當腸道致病菌明顯增多、擬桿菌減少時，抗菌肽分泌減少，引起免疫過度激活而損傷腸黏膜[20]。③腸道菌群失調打破了機體正常的免疫耐受狀態。Hu等[21]將UD患者腸黏膜組織中的單個核細胞在體外與包含自身腸道細菌的腸液共同培養，單個核細胞出現明顯增殖反應且大量釋放炎癥因子如TNF-α、IL-1、IL-2等，而正常人卻無這種現象，提示UD患者機體的免疫系統產生針對正常腸道黏膜、細胞的損傷作用。

因此，腸道菌群失調誘發人體代謝成分紊亂，使致病菌產生的毒性因子通過與腸道黏膜受體的結合、刺激炎癥因子分泌，與腸道其他微環境的變化一起，引起腸道炎癥[22]。總體來說，腸道菌群失調誘導IBD的發病過程可概括為：存在遺傳易感因素的個體中，可由于基因、環境以及致病菌增多、免疫耐受被打破、免疫過度激活等因素共同作用下，誘導IBD的病理過程。

2.2腸道菌群失調引起IBD的機制 目前關于IBD的發病機制主要是以免疫調節假說為主[22]。在IBD的始動環節中，涉及多種免疫細胞及炎癥因子，其中T細胞分化亞群(Th1/Th2細胞、Th17細胞、Treg細胞等)所介導的免疫反應起著至關重要作用，而腸道菌群便可通過多方面的作用影響免疫調節過程，從而誘導IBD的發生[23]。

2.2.1Th1/Th2細胞 Th細胞為CD4+T細胞，在不同抗原刺激下可分化為Th1細胞及Th2細胞。Th1細胞主要表達的細胞因子為IFN-γ、TNF-α及IL-2等，而Th2細胞主要表達IL-4、IL-5及IL-10等。Th1細胞主要起誘導細胞免疫的作用，而Th2細胞主要功能是輔助體液免疫應答。現階段研究中，普遍觀點是認為CD的發生主要與Th1細胞、Th17細胞相關，而UC的發生為Th1、Th2細胞共同作用的結果[24,25]。正常情況下，腸黏膜屏障主要包括機械屏障(腸上皮細胞的完整性及其之間的緊密連接)和免疫屏障(上皮內淋巴細胞及其分泌的sIgA),阻止病原菌的入侵。如上所述，當腸道菌群紊亂時，腸黏膜通透性增加、出現菌群移位以及免疫耐受狀態被打破，引起腸系膜淋巴組織中的淋巴細胞大量分泌炎癥因子，在CD時主要表現為IFN-γ、TNF-α、IL-17等增高，在UC時主要表現為TNF-α、IL-5、IFN-γ等增高[26]。增高的炎癥細胞因子通過募集中性粒細胞，激活NF-κB等炎癥信號通路，引起炎癥反應從而造成組織損傷。

2.2.2Th17細胞與Treg細胞 Th17細胞分泌的細胞因子主要為IL-17(包括IL-17A及IL-17F)、IL-21、IL-22等，在介導免疫損傷與自身免疫病的發生中起到促進作用。許多研究發現，在CD患者中Th17細胞及其相關細胞因子數量明顯增多，且Th17細胞的異常激活與IBD的發生發展呈正相關[27,28]。Eddy等[29]研究發現，腸道微生物感染是導致IL-17異常激活的重要原因，系由腸道微生物感染壞死的腸黏膜細胞誘導巨噬細胞產生IL-6、TGF-β等炎癥因子，通過STAT3及RORγ等轉錄因子的調控作用，誘導了Th細胞向Th17細胞分化。

Treg細胞是T細胞家族中的調控細胞，其主要轉錄因子為Foxp3。Treg細胞可以通過直接接觸抑制或通過分泌TGF-β及IL-10對免疫系統進行負性調控。Th17細胞與Treg細胞為CD4+T細胞在不同細胞因子的刺激下所分化的不同細胞，上述Th17細胞的分化因子主要為IL-6及TGF-β，而Treg細胞的分化因子主要為TGF-β，顯而易見，IL-6在決定CD4+T細胞的分化方向上起主要作用。在UD患者腸黏膜標本中，IL-6及其可溶性受體與Th17細胞的表達上調，而Treg細胞的表達下調[30,31]。Th17細胞分泌的IL-17對中性粒細胞的動員過程有極強的興奮作用，也可以通過激活CXC趨化因子等途徑共同促進炎癥細胞的募集過程，同時由于減少了Treg細胞的負性調控作用，從而出現較為強烈的炎癥反應[32]。

3 IBD的微生態療法

腸道菌群的穩態是人體保持健康的必要條件，很多疾病的發生與腸道菌群的失調密切相關。在IBD的臨床治療上，采用腸道菌群的益生菌制劑如益生元、合生元、糞菌移植技術(fecal microbiota transplantation，FMT)等以及某些抗菌藥物如喹諾酮類均取得了不錯的療效，未來針對腸道微生物靶向治療也許是常規IBD治療的突破。

3.1益生菌、益生元、合生元制劑 益生菌是一類有利于維持腸道菌群穩態的活的微生物制劑，通過補充一種或多種對人體有益的細菌(如雙歧桿菌、乳酸菌等)從而起到穩定腸道菌群的作用[3]。益生元是一類人體較難消化的成分，可以促進結腸中部分有益菌的生長，對人體產生積極的生理作用[3]。合生元是一類將益生菌和益生元聯合使用的制劑。

腸內營養(enteral nutrition,EN)是指通過經口攝食或管飼途徑補充營養素的支持性治療。研究表明：益生菌、益生元、合生元這三種制劑作為腸內營養制劑的添加成分，可能通過調節腸道菌群數量及比例減少IBD患者的腸道致病菌，維持腸道菌群的多樣性和平衡性，從而發揮治療效果；還可以維持腸道黏膜屏障的完整性，降低腸黏膜的滲透性；人工制成的EN還去除了普通飲食中引起腸道炎癥的致敏因子，減少腸道黏膜抗原的暴露，從而達到減輕炎癥的目的[33]。臨床試驗證明，添加益生菌的低脂高蛋白腸內營養制劑比普通低脂高蛋白制劑更能改善IBD患者的營養狀況，并能更好地維持腸道菌群的穩定[34]。Petersen等[35]以雙歧桿菌制劑作用于UC活動期患者，發現較對照組而言緩解率有所提升且差異有統計學意義。

3.2糞菌移植技術(FMT) 糞菌移植是一項有著悠久歷史的治療技術，我國在東晉時期便有相關記載。明朝李時珍在《本草綱目》上也有記載以糞便為處方治療腹瀉等疾病[36]。現代醫學對此進行改良，通過將健康人的腸道菌群移植到患者腸道內，改善患者腸道菌群失調狀態，從而對疾病的轉歸產生積極的影響。難辨梭狀芽胞桿菌(clostridium difficile infection,CDI)是與IBD發病相關的致病菌，而FMT對CDI的復發性感染有著較好的療效，且CDI的治愈率與IBD的治療進展、預后呈正相關[37,38]。Colman等[39]對FMT在IBD的治療案例中進行Meta分析，發現相較于UC(22.0%)，CDI患者應用FMT治療后療效較好(60.5%)。FMT在重癥IBD的治療中，取得了非常矚目的效果，目前在臨床上已得到了一些應用[40]。

4 展望

人們對腸道細菌的認識僅有百余年的歷史，對每種腸道細菌的具體作用以及腸道菌群在疾病發生中的具體機制還沒有完全認知，但以腸道菌群為靶點的治療方法在臨床上已經取得了不錯的療效。益生菌、益生元、合生元制劑與糞菌移植技術在IBD等疾病中已展現出其獨特的功效。目前在臨床上，VSL#3等一些微生物制劑已被用于UC疾病的治療，并且已被寫入臨床指南[33,34]；但另外一些治療IBD的方法，例如糞菌移植等仍存在一些爭議。近年的研究中，一些新的進展顯示糞菌移植對于UC的治療是有效的，但迄今為止，仍無證據證明糞菌移植可以治療CD患者[36]。IBD的發生發展與腸道菌群紊亂密切相關，針對腸道菌群的臨床醫學應用前景十分光明，還需要科研人員的進一步探索。或許在未來以腸道細菌為靶點可以成為更多難治疾病治療的突破點。