重癥急性胰腺炎中的腸道免疫與菌群紊亂

殷諾銘 曾悅

上海交通大學附屬第一人民醫院消化內科，上海胰腺病重點實驗室，上海 200080

【提要】 SAP是臨床常見的急腹癥之一，病情兇險，病死率高。SAP早期即可出現腸道屏障功能障礙。腸道免疫系統和腸道菌群與腸道屏障功能密切相關，二者在SAP期間會出現不同程度的改變，影響病情及預后。基于腸道菌群的腸道免疫療法治療SAP備受關注，但其臨床應用的有效性及安全性仍有待更深層次的研究。

SAP是一種嚴重威脅生命的疾病，常并發胰腺局部或全身感染、SIRS、MODS等，病死率高達20%～40%[1]。腸道屏障功能障礙在SAP進展中起著重要的作用。Wu等[2]在一項Meta分析中通過對腸道上皮屏障完整性、腸道屏障功能以及細菌易位3方面進行評估，發現約59%AP患者合并腸道屏障功能障礙，且SAP死亡人數的80%是因為腸源性感染[3]。腸道免疫系統和腸道菌群作為腸屏障功能的重要組成部分，在SAP時會發生不同程度的變化。本文就SAP時腸道免疫功能改變、腸道菌群紊亂以及基于腸道菌群的免疫療法進行闡述，以期對SAP的研究與臨床診療有所幫助。

一、腸道免疫系統的組成

作為機體最大的免疫器官，腸道含有數量最多的免疫細胞。腸黏膜免疫系統主要可以分為誘導性部位和效應性部位[4]。誘導位點主要由包括Peyer斑和孤立淋巴濾泡等在內的腸黏膜相關淋巴組織(gut-associated lymphoid tissue，GALT)、局部和區域引流淋巴結(lymph nodes，LNs)組成，是原始T、B細胞在腸道抗原刺激下活化的部位。效應位點主要位于腸道上皮層、固有層以及部分腸道外分泌腺的間質，各種免疫細胞在此處進一步分化成熟并發揮作用，如合成分泌型免疫球蛋白A(secretory immunoglobulin A，sIgA)[4]。誘導位點與效應位點協同作用，通過發揮固有免疫、適應性免疫功能，維持腸道穩態。

二、SAP時腸道免疫功能的變化

免疫反應失衡是SAP患者病情惡化的重要原因。SAP可出現SIRS、代償性抗炎反應綜合征(compensatory anti-inflammatory response syndrome，CARS)、混合性抗炎反應綜合征(mixed anti-inflammatory response syndrome，MARS)等不同的免疫階段。既往認為SIRS和CARS是SAP中連續出現的兩個階段，而最近的研究發現，在SAP早期SIRS和CARS即呈平行發展，促炎和抗炎反應同時存在，而無論是何種反應占主導，都可能導致SAP病情進展[5-6]。腸道作為機體最大的免疫器官，在SAP中也會出現免疫功能的改變。

1．腸道固有免疫功能受損：完整的腸上皮細胞和上皮細胞間緊密連接構成腸道機械屏障，將腸腔內容物及抗原與固有層分隔。作為機體防御病原體的第一道防線，腸道機械屏障在SAP早期即出現損害。SAP時TNF-α等炎癥因子瀑布式釋放，導致腸黏膜微循環障礙、缺血再灌注損傷以及由此引發的氧化應激和內質網應激，是造成腸道機械屏障損傷的主要機制[7]。在上述機制的作用下，腸上皮細胞凋亡顯著增加[8]，同時上皮細胞間緊密連接蛋白如ZO-1、ZO-2、occludin以及claudin-4等表達均降低，導致腸黏膜機械屏障完整性破壞[9-10]。最近的研究發現SAP時釋放的大量高遷移率族蛋白B1(high mobility group box 1 protein，HMGB1)可影響claudin-2和occludin等緊密連接蛋白的表達，損傷腸道機械屏障[11]。此外，Paneth細胞及其分泌的多種抗菌肽、杯狀細胞及其分泌的黏液對腸黏膜均具有重要的保護作用，而SAP時回腸末端的Paneth細胞數目及其分泌的抗菌肽減少，腸道杯狀細胞數目減少、黏蛋白MUC2表達下調導致腸黏液層變薄，進一步加重腸黏膜的損害[10,12]。多重損害導致腸黏膜機械屏障功能障礙、固有免疫功能受損、腸通透性增高，為細菌易位、繼發感染創造了條件，而細菌易位可通過募集炎癥細胞進一步增加腸黏膜的通透性，形成惡性循環，加重腸道的損傷、促進病情的惡化[9,13]。

2．淋巴細胞數目減少及功能改變：SAP時腸道淋巴細胞數目減少。在大鼠急性壞死性胰腺炎(acute necrotizing pancreatitis, ANP)早期，腸黏膜固有層的CD3+CD4+T淋巴細胞減少，同時腸道病原菌產生大量毒素，Peyer斑接受抗原負荷增加，出現較多的B淋巴細胞凋亡[14-15]。此外，淋巴細胞歸巢功能減弱也可引起腸道淋巴細胞減少。Peyer斑整合素α4β7與小靜脈內皮上表達的黏附分子MAdCAM-1相互作用，構成腸淋巴細胞歸巢的主要分子基礎，而ANP大鼠外周血中整合素α4β7陽性的淋巴細胞數量明顯降低,腸黏膜固有層中CD3+CD4+T淋巴細胞減少，提示Peyer斑整合素α4β7表達下降可能是導致腸道的淋巴細胞數量下降的原因[16]。最近的研究發現，在SAP早期胰腺出現壞死改變的同時，腸系膜淋巴結中的T細胞呈現抗炎性分化，更多向著Th2和調節性T細胞(regulatory T cells，Tregs)方向分化，即表現為SIRS和CARS同步[6]。

3．sIgA合成和分泌減少：sIgA是腸道以非炎癥方式產生免疫保護作用的關鍵物質，其中Peyer斑和固有層中的漿細胞是產生和分泌sIgA的主要部位[17]。有研究顯示，SAP時腸道的sIgA分泌減少。Qiao等[14]發現，大鼠糞便sIgA濃度在造模ANP后24、48和72 h顯著降低。Peyer斑等部位淋巴細胞減少，并同時伴有功能障礙，進而導致sIgA分泌降低。Zhong等[18]觀察到腸內營養聯合益生元治療ANP大鼠時，腸黏膜sIgA的濃度顯著升高，腸黏膜免疫功能得到改善。最近的研究顯示，用黃芪多糖干預ANP大鼠時，腸道sIgA分泌增加，其機制可能是黃芪多糖提高了淋巴細胞的增殖分化能力、抑制了淋巴細胞凋亡[19]。

三、腸道菌群與腸道免疫間的關系

哺乳動物的腸道定居數以萬億計的腸道共生菌，對腸道免疫系統有著廣泛的影響。表達在大部分腸道免疫細胞表面的模式識別受體(pattern recognition receptor，PRR)通過識別腸道內的微生物相關分子模式(microbiota-associated molecular patterns，MAMPs)引起Paneth細胞釋放抗菌肽、杯狀細胞產生黏液等多種固有免疫反應，也可通過樹突狀細胞維持黏膜下的適應性免疫反應[20]，如梭狀芽孢桿菌(Clostridium)Ⅳ和ⅪⅤa等共生菌可影響腸道Tregs的生成[21]。共生菌的代謝物，如短鏈脂肪酸、色氨酸代謝物等在調節腸道免疫功能中同樣具有重要的作用[22]。而腸道菌群缺乏會導致無菌小鼠腸道免疫缺陷，對病原體的早期免疫反應受損[23]，提示腸道菌群在腸道免疫中起著重要作用。同時腸道免疫反應也可以調節腸道菌群的結構和組成，兩者相互作用，共同維持腸道功能的穩態。

1．SAP時存在腸道菌群紊亂：作為腸道生物屏障的腸道菌群，在SAP發病中起著重要的作用，也是引起腸源性感染的重要原因。Li等[24]研究發現，無菌鼠誘發AP時胰腺的損傷減輕，而糞便菌群移植則加劇胰腺損傷。Zheng等[25]研究也發現，腸道內無菌會明顯減輕ANP大鼠的胰腺和腸道損傷，以上現象均證明腸道菌群參與了SAP的發病。SAP的腸道菌群紊亂主要表現為腸道菌群多樣性降低和結構改變[10,24]。Tan等[26]研究發現，AP患者腸道菌群多樣性降低，致病性腸球菌、腸桿菌科增加，雙歧桿菌減少。最近Zhang等[27]發現，AP患者腸道中擬桿菌門、變形菌門豐富度增加，而厚壁菌門、放線菌門豐富度降低。Chen等[10]研究發現ANP大鼠腸道菌群多樣性降低，大腸埃希菌-志賀氏菌豐度顯著提高，且豐度的提高與腸道屏障功能損傷呈正相關。最近van den Berg等[28]研究發現，AP時腸道產丁酸鹽的細菌豐富度降低。胰腺感染是晚期SAP患者死亡的主要原因，而胰腺或其他器官的感染主要是由腸道細菌易位引起的[29]。Li等[30]在68.8%AP患者的外周血中檢測到大腸桿菌-志賀菌等腸道來源的致病菌DNA。研究發現，SAP時細菌易位主要發生在小腸，結腸出現細菌易位的頻率較低[29]。綜上所述，腸黏膜損傷、腸道菌群紊亂、細菌易位間相互作用，進而導致SAP時病情的惡化。

2．SAP時腸道菌群紊亂與腸道免疫改變間的聯系：腸道菌群與腸黏膜免疫系統間存在較為平衡的相互作用，而SAP時二者間的平衡很有可能被打破。SAP時腸道菌群紊亂，部分益生菌及其代謝產物減少[28]，而各種腸黏膜損傷、壞死的成分，以及增多的致病菌分別作為危險相分子模式(danger-associated molecular patterns，DAMPs)、病原相關分子模式(pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)與PRR結合,這一轉變，可能導致腸黏膜免疫反應失調，加重腸道損傷[20]。Zheng等[25]使用共生大腸桿菌MG1655灌無菌鼠胃腸道后誘導ANP，發現MG1655可通過增加TLR4/MyD88/p38 MAPK和ERS信號轉導加重對腸上皮細胞的損傷，進而加重大鼠ANP。相應地，SAP時腸道機械屏障受損、Paneth細胞功能障礙、sIgA分泌不足等腸道免疫功能障礙也會加重菌群紊亂。Chen等[10]研究發現，ANP時腸道大腸埃希菌-志賀菌豐度的提高與 Paneth細胞及抗菌肽減少有關。Guo等[31]研究發現耗竭Paneth細胞后會進一步降低ANP大鼠腸道菌群多樣性，加重胰腺與腸道的損傷，這說明SAP腸道免疫改變與菌群紊亂間密切相關。由此可見，SAP時腸道菌群紊亂與腸黏膜免疫功能障礙相互影響，惡性循環，可能是加重腸道損傷、引起腸源性感染、致使病情惡化的重要原因。

四、基于腸道菌群的腸道免疫治療

體內免疫反應的失衡是導致SAP患者病重甚至死亡的重要原因之一，調節免疫功能是治療SAP重要手段。目前，對于SAP的免疫調節療法更加關注對于免疫細胞的調節，早期改善腸道免疫功能對于改善SAP預后具有關鍵作用[5]。研究發現，在早期腸道營養中添加谷胺酰氨、精氨酸等營養物質的免疫營養治療能改善AP時的腸道免疫功能[32]。最近的研究發現，補充丁酸鹽、低甲氧基檸檬果膠、菊粉型果聚糖等膳食纖維以及殼寡糖等物質能通過改善腸道屏障功能、減輕腸道炎癥、調節腸道菌群，緩解AP和SAP的病情[9,28,33]。

在過去幾年中，益生菌在恢復SAP腸道菌群和改善腸道損傷中的應用引起廣泛關注。多名學者研究發現，使用6種益生菌菌株混合物能夠減輕AP時胰腺和腸道的損傷，改善腸屏障功能，調節腸道菌群，減少細菌易位[34-35]。最近Pan等[36]發現，丁酸桿菌灌胃預處理可通過改善腸通透性、重塑腸道菌群減輕AP的嚴重程度[34]。但目前關于益生菌對SAP的臨床治療效果尚沒有統一的意見。Olah等[37-38]開展了兩項關于益生菌治療AP的隨機對照試驗，一項結果表明，益生菌治療后感染性并發癥發生率明顯下降；另一項結果發現，益生菌治療后發生MODS的風險下降，而感染性并發癥的發生率卻沒有明顯改變。此外，Karakan等[39]發現益生菌能顯著降低SAP并發癥的發生率，縮短患者住院時間。然而，Besselink等[40]使用益生菌治療后，雖然感染性并發癥的發生率無顯著變化，但死于腸系膜缺血的患者比例明顯上升，產生該結果的原因可能是高負荷的微生物數量激發局部炎癥并增加耗氧量，進一步減少腸道血液灌注所致。之后，Tan等[26]研究表明，乳酸菌在恢復腸道菌群平衡方面無明顯作用。因此，在SAP治療中是否應常規使用益生菌仍存在爭議。《中國急性胰腺炎診治指南(2019年，沈陽)》[41]認為，益生菌可調節腸道免疫和糾正腸道菌群失調，從而重建微生態平衡，但對SAP患者是否應該使用益生菌的治療尚未達成共識。

五、小結

綜上所述，腸道作為機體最大的免疫系統與微生物棲息地，在SAP發病時都發生不同程度的改變，影響著SAP患者病情與預后。過去的研究對于SAP時腸機械屏障損害、菌群紊亂已有許多報道，而對于腸道免疫細胞、維持腸道功能研究卻很少。此外，腸道黏膜中的巨噬細胞、Th17細胞、Tregs細胞、固有淋巴細胞等多種免疫細胞以及IL-22、IL-17、IL-10等因子在保持正常腸道結構和功能中均發揮重要的作用。未來的研究可以更多地探討SAP時腸道免疫功能變化及其機制，以期通過對腸道免疫功能進行及時、有效地干預，改善SAP患者的病情及預后。

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