胃食管反流病和消化道微生物菌群關(guān)系的研究進展

陳子佼 陳彥君 楊奕 嚴(yán)蘇*

胃食管反流病（GERD）是指胃內(nèi)容物反流入食管，導(dǎo)致反流癥狀和（或）黏膜損害。目前GERD 主要分為非糜爛性反流病（NERD）、反流性食管炎（RE）和Barrett 食管（BE）三大臨床類型。GERD 是一種復(fù)發(fā)性疾病，在西方國家的發(fā)病率較高［1］，近年來在亞太地區(qū)的發(fā)病率有逐步升高的趨勢。隨著中國人口老齡化日益加重，GERD 的患病風(fēng)險隨之增加［2］，我國發(fā)病率由原來不足5%上升至12.5%［3］。GERD降低患者的生活質(zhì)量，重度食管炎及Barrett 食管患者需接受PPI 長期維持治療。此外，胃食管反流可導(dǎo)致食管黏膜炎癥、腸化甚至食管腺癌的發(fā)生。GERD 是一種多因素參與的疾病，但其發(fā)病機制尚不完全清楚。本文對GERD 與消化道微生物菌群關(guān)系的研究進展進行綜述。

1 消化道微生物菌群的概述

隨著高通量測序技術(shù)的發(fā)展，16s rRNA 基因測序已被廣泛應(yīng)用于獲取微生物的大量信息，人類微生物菌群的多樣性及復(fù)雜功能不斷顯現(xiàn)。人類和微生物共同進化的結(jié)果之一便是互利共生，微生物菌群可以幫助消化吸收營養(yǎng)物質(zhì)并促進生長發(fā)育，刺激宿主產(chǎn)生免疫應(yīng)答，排泄毒素和致癌物，并能抑制和排斥外籍菌的入侵和定植，維持宿主微生態(tài)的平衡等。相反，微生態(tài)的紊亂會導(dǎo)致病理改變和疾病的發(fā)生，已有多項研究表明，人類消化道微生物菌群的改變與腸易激綜合征、炎癥性腸病、糖尿病及肥胖等疾病密切相關(guān)［4-6］。

近年來有關(guān)各種食管疾病的流行病學(xué)指出微生物菌群是潛在的致病因素，并提出這樣的可能性：某些微生物菌群的改變可能直接導(dǎo)致炎癥環(huán)境，從而引起各種食管疾病的發(fā)生［7］。一項研究發(fā)現(xiàn)，在食管炎和Barrett 患者的食管活檢中出現(xiàn)微生物菌群的變化，提高這些異常群落在食管疾病發(fā)病機制中起因果作用的可能性［8］。因此識別GERD 中復(fù)雜的微生物菌群及二者之間關(guān)系有助于進一步探討微生物在食管疾病中所發(fā)揮的作用。

2 GERD和消化道微生物菌群的關(guān)系

2.1 GERD 和胃微生物菌群 由于胃酸的分泌，胃內(nèi)有著獨特的生態(tài)環(huán)境和微生物群落。過去人們常認(rèn)為胃酸形成的高強度酸性環(huán)境是無菌的，但已有研究證實大量的耐酸細(xì)菌菌株存在于胃中［9］。最新的一項研究表明GERD 患者和健康人在胃黏膜和腸道中的微生物菌群具有顯著差異，與健康人群相比，GERD 患者有著更大的群落多樣性及細(xì)菌豐富度［10］。值得注意的是，在食管炎和BE 患者的胃液中觀察到腸桿菌科細(xì)菌的增加［11］。該研究首先證明即使同為GERD，擁有正常食管組織的GERD 患者與食管炎或BE 患者相比，胃反流物的微生物菌群是不同的，且此研究結(jié)果表明腸桿菌科（主要是埃希菌屬）在食管炎和BE 患者中顯著豐富，由此得出，胃微生物菌群的改變可能在食管炎和BE 的發(fā)病機制中起一定作用。幽門螺桿菌（Hp）是胃內(nèi)一種重要的病原體，有流行病學(xué)研究表明與健康對照組人群相比，Hp 感染在GERD 患者中更加少見［12］。此外，一項對于觀察性研究的系統(tǒng)綜述表明Hp 與GERD 呈負(fù)相關(guān)［13］。對于Hp 感染對胃食管反流病是否具有保護作用有著較大爭議。還有研究指出根據(jù)Hp 在胃內(nèi)分布部位的不同，胃竇胃炎患者的GERD 風(fēng)險隨胃酸分泌增加而上升，而胃體胃炎伴萎縮的患者有著較低的GERD風(fēng)險［14］。然而并非所有患者均受到胃酸分泌變化的影響，因GERD 是一種多因素參與的疾病。大量研究已證明胃黏膜中Hp 的定植狀態(tài)顯著改變胃的微生物群［15］。

2.2 GERD 和腸道微生物菌群 有研究認(rèn)為人類疾病的根源在于腸道菌群的失調(diào)或微生物的代謝產(chǎn)物轉(zhuǎn)移至遠(yuǎn)處器官［16］。最近研究表明，人類腸道微生物菌群的組成與宿主健康和疾病發(fā)展密切相關(guān)［17］。越來越多的證據(jù)表明，腸道微生物菌群的不平衡導(dǎo)致腸道內(nèi)環(huán)境的改變，從而導(dǎo)致食管黏膜炎癥或腫瘤的發(fā)生。有研究發(fā)現(xiàn)為期9 個月的慢性高脂飲食作為一個獨立危險因素誘發(fā)食管炎癥和上皮化生，作為BE和食管腺癌發(fā)病機制的第一步［18］。動物實驗研究發(fā)現(xiàn)，高脂飲食導(dǎo)致食管發(fā)育不良與腸道微生物菌群的改變以及食管組織中中性粒細(xì)胞與自然殺傷細(xì)胞的比例增加有關(guān)［19］。由此可見，腸道微生態(tài)可能參與著GERD 的發(fā)生與發(fā)展過程。精神心理因素是GERD的另一危險因素，GERD反復(fù)發(fā)作者常伴有睡眠障礙，甚至導(dǎo)致焦慮、抑郁狀態(tài)的發(fā)生，惡化的精神心理狀態(tài)進一步加重反流，從而陷入惡性循環(huán)。暴露于壓力或應(yīng)激狀態(tài)導(dǎo)致“腦-腸軸”的改變，而腸道菌群可通過“微生物-腦-腸軸”這一雙向交流機制，影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能及內(nèi)臟神經(jīng)調(diào)控［20］，間接參與GERD 的發(fā)生發(fā)展過程。有研究表明益生菌可能對“微生物-腸-腦軸”產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，并減弱壓力誘導(dǎo)的消化道疾病的發(fā)展［21］。

2.3 GERD 和食管微生物菌群 在過去由于微生物學(xué)研究主要依靠傳統(tǒng)的細(xì)菌培養(yǎng)方法，再加上食管的解剖結(jié)構(gòu)導(dǎo)致精確取材難度的增加，食管被認(rèn)為是無菌的，或者只是簡單包含從口腔引入的瞬時微生物群。一項研究對4 例成人的正常食管組織進行活檢，運用16s rDNA 基因測序技術(shù)觀察到這4 份樣本中的微生物菌群是相似的，并由此推測人食管中的微生物菌群是相對穩(wěn)定的，而不僅僅是口咽定植的產(chǎn)物［22］。YANG 等［23］證實人類食管遠(yuǎn)端存在復(fù)雜的微生物群，其復(fù)雜性可與口腔、胃腸道、皮膚等器官中微生物群相媲美。鏈球菌被認(rèn)為是正常食管微生物群的主要組成部分。一項初步研究報告表明，對于食管遠(yuǎn)端活檢標(biāo)本中，BE 患者比非BE 患者更易檢測到細(xì)菌［24］。MACFARLANE 等［25］研究也表明在BE 患者標(biāo)本中發(fā)現(xiàn)更多種類的細(xì)菌和更多數(shù)量的鏈球菌，意味著BE 患者中微生物多樣性更高。GALL 等［26］發(fā)現(xiàn)鏈球菌和普氏菌在BE 患者上消化道數(shù)量上占優(yōu)勢，二者比例因人及解剖部位的不同而異。日本一項研究調(diào)查正常食管人群及RE 和BE 患者食道遠(yuǎn)端的細(xì)菌組成，通過對現(xiàn)有的標(biāo)本進行門級分析后發(fā)現(xiàn)三組的微生物菌群在門和屬兩個水平上均存在差異［27］。YANG 等［24］比較12 例食管正常者、12 例食管炎患者以及10 例BE 患者食管遠(yuǎn)端活檢組織的微生物群多樣性，發(fā)現(xiàn)健康人與食管炎或BE 患者的微生物組成存在差異，并通過聚類分析將食管遠(yuǎn)端微生物分為兩型，分別命名為Ⅰ型菌群和Ⅱ型菌群，推斷Ⅱ型菌群與異常的食管黏膜組織具有顯著關(guān)聯(lián)，并由此提出兩種假說：一是假定每個個體都有穩(wěn)定的Ⅰ型或Ⅱ型微生物群，而Ⅱ型中占優(yōu)勢的革蘭陰性菌可產(chǎn)生脂多糖LPS，此物質(zhì)可以通過激活誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）途徑引起食管下括約肌異常松弛，已知食管下括約肌異常松弛是GERD 的病理生理基礎(chǔ)之一，由此推論Ⅱ型微生物群也許是GERD 的致病因素；另一種假定食管微生物群是暫時性的，以鏈球菌為主的Ⅰ型微生物群代表正常口腔菌群通過吞咽的唾液延伸至食管，Ⅱ型微生物群是胃反流引起的繼發(fā)性改變。此研究表明食管的炎癥和腸化生與食管遠(yuǎn)端微生物群的改變有關(guān)。

2.4 GERD 和口腔微生物菌群 口腔是復(fù)雜的微生物環(huán)境之一，口腔微生物群特別是唾液和齒周袋中的微生物菌群，除了與各種口腔疾病密切相關(guān)之外，還影響較多全身性疾病的發(fā)病機制和病程［28］。唾液對于維持口腔內(nèi)穩(wěn)態(tài)也極為重要，其是天然抗菌蛋白和免疫介質(zhì)的混合物，對口腔內(nèi)微生物的定植有重大影響。有研究表明，唾液緩沖能力下降是造成胃食管反流病食管侵蝕的原因之一。胃酸引起的牙蝕癥是GERD的食管外癥狀之一，可因患者缺乏典型癥狀而忽略病因，需要注意的是胃食管反流物到達口腔會影響口腔微生物群的結(jié)構(gòu)，因此研究GERD 患者口腔中微生物群的組成差異是十分必要的。最新的一項研究比較GERD 患者和非GERD 患者唾液中微生物群特征，結(jié)果表明GERD 患者唾液的微生物群落結(jié)構(gòu)與非GERD 患者相比有所不同，在GERD 患者的唾液樣本中，韋榮氏球菌屬、纖毛菌屬和放線菌屬的相對豐度明顯較高，其中具有代表性的大多數(shù)菌群可產(chǎn)生有機酸，導(dǎo)致唾液pH 值下降，最終導(dǎo)致牙釉質(zhì)退化和齲齒的發(fā)生［29］。還有研究發(fā)現(xiàn)，口腔中的Hp 增加胃食管反流發(fā)生的幾率［30］。有研究表明健康人類口腔黏膜菌群與食管菌群有相似之處，與食管相比，口腔中的細(xì)菌濃度較高［31］。因此，口腔微生物可能是改變食道微生物的治療靶點，并可能改變各種食道疾病的風(fēng)險和結(jié)局。口腔微生物組作為多種胃腸道惡性腫瘤的生物標(biāo)記物被研究，包括食管鱗癌、胃癌、胰腺癌和結(jié)直腸癌等。目前對于GERD 患者的口腔微生物組分仍知之甚少，深入了解口腔菌群在GERD 發(fā)生發(fā)展中可能產(chǎn)生的作用是十分必要的。

3 PPI與消化道微生物菌群

PPI 是治療GERD 的最常用藥物，有研究發(fā)現(xiàn)PPI 降低GERD 患者胃黏膜微生物群的相對細(xì)菌多樣性，與不使用PPI的GERD 患者及健康的對照組人群相比，PPI 使用組胃黏膜菌群中動性球菌科、草酸桿菌科和鞘氨醇桿菌科的豐度更高。長期使用PPI 的GERD 患者比短期使用PPI 的GERD 患者有更豐富的嗜甲基菌屬［10］。有報道稱PPI 治療顯著增加腸道艱難梭狀芽胞桿菌感染（CDI）的風(fēng)險。一項對23 項研究的薈萃分析發(fā)現(xiàn)，PPI 使用者中難治性梭狀芽孢桿菌相關(guān)腹瀉（CDAD）風(fēng)險增加65%［32］。也有報道稱存在其他腸道微生物菌群失調(diào)，特別是鏈球菌、腸球菌及埃希菌屬的過度生長。長期PPI 使用者糞便菌群中瘤胃球菌屬的豐度顯著高于短期PPI 使用者［33］。一項研究發(fā)現(xiàn)埃索美拉唑顯著改變口腔微生物群的組成，此研究報道上消化道酸的抑制可能會影響口腔微生物菌群，但其確切機制尚不清楚［34］。

4 小結(jié)

消化道微生物菌群與GERD 的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，目前對于兩者關(guān)系的研究仍有諸多不足，如尚未明確消化道微生物菌群在GERD 發(fā)病機制中的潛在作用，仍不清楚GERD 患者菌群組分及是否存在與發(fā)病相關(guān)的特定菌群；是宿主個體的微生物群改變引發(fā)疾病的發(fā)生發(fā)展，還是上皮細(xì)胞類型的變化或持續(xù)存在的反流導(dǎo)致菌群的改變，抑或存在一種復(fù)雜的相互作用，各種問題均有待更多研究進一步闡明。如能更好地了解微生物菌群在GERD 中的作用，就有可能通過調(diào)整消化道微生態(tài)為GERD 的診治開辟新的途徑和方向。當(dāng)然，導(dǎo)致臨床疾病演變的真正因果機制是復(fù)雜的，GERD 是多因素參與的疾病，不能歸于任何一種因素，重要的是擴大對微生物組分變化促進疾病狀態(tài)的過程的理解，以提高對微生物組分與疾病間潛在聯(lián)系的理解。