基于“肺與大腸相表里”探討腸道菌群與肺結核關系的研究進展

費婉婉 鹿振輝 黃星 李翠 張惠勇 蔣雨薇

肺結核患者常伴有便秘、腹瀉等胃腸道反應[1-2]，而近年來越來越多的研究也發現，腸道菌群與肺結核之間存在著交互影響，這與中醫“肺與大腸相表里”理論相契合。因此，筆者整理了近期腸道菌群與肺結核的相關性研究，對二者之間的交互關系做了詳細論述，同時，嘗試闡述這一關系的中醫病機、生物學機制，以及二者的聯系，以期對肺結核的臨床治療提供新的思路。

一、腸道菌群與肺結核的交互關系

(一)腸道微生物群紊亂是肺結核常見合并癥

研究發現，許多肺結核患者會出現便秘、腹瀉等腸道反應，檢測其糞便樣本可觀察到嚴重的腸道微生物群失調[3-5]，這種腸道菌群的改變與結核分枝桿菌(Mycobacteriumtuberculosis，MTB)的感染及抗結核治療均相關。Hu等[6]發現結核病患者的腸道微生物數量和多樣性明顯減少，且主要特征是短鏈脂肪酸(short-chain fatty acid，SCFA)產生菌及其相關代謝途徑的明顯減少；同時，在另一項研究中觀測到MTB感染引起的腸道菌群α多樣性下降與類桿菌屬的豐度下降相關[7]。Luo等[3]在復發性肺結核患者中觀測到類桿菌門內的微生物區系被耗盡，毛螺菌屬和普氏菌屬的微生物數量減少，而包含多種疾病致病菌的放線菌門和變形桿菌門的微生物數量則增加。Maji等[8]則發現結核病患者體內產生丁酸鹽的腸道微生物區系增加。這些研究說明MTB感染會引起腸道菌群豐度及多樣性的改變。研究發現，抗結核治療后，腸道微生物區系發生改變，雙歧桿菌、乳桿菌、彎曲桿菌、梭狀芽孢桿菌等水平明顯下降[4-5，7，9]，其中包含腸道益生菌下降[10]，但脆弱類桿菌、嗜血桿菌、普雷沃菌等增加[4，7]。這些研究表明，抗結核治療會極大地消耗多種具有免疫調節功能的腸道細菌，同時可能促進無免疫調節功能的腸道細菌增長。Namasivayam等[5]在小鼠實驗中觀察到，抗結核治療導致其腸道微生物區系的變化，在整個治療過程中持續存在，并在停止治療后至少持續3個月。Wipperman等[4]研究發現，治愈的結核病患者(經6個月的抗結核藥物治療)，在停止抗結核治療一年多后，其腸道菌群與結核分枝桿菌潛伏感染隊列有明顯差別。這些研究表明，抗結核治療不僅在治療期間會對腸道菌群造成影響，在治療結束后仍存在長期影響。

(二)腸道微生物群紊亂加重肺結核病理損傷

腸道微生物群紊亂可能與肺結核的肺部病理損傷加重、易感性增加、疾病進展等密切相關。Khan等[9]發現，抗生素誘導的腸道微生物區系耗竭的小鼠在受到MTB感染后不僅表現為MTB菌落計數的增多，同時伴有更嚴重的肺組織病理損傷，在早期感染肝螺旋桿菌致使腸道微生物群改變的小鼠中也觀察到了類似的表現[10]。這些研究表明，腸道菌群的紊亂會增加肺結核的易感性，并且加重肺結核的進展。微生物的失調表現出肺部細菌負荷的明顯增加及MTB向脾臟和肝臟的傳播。此外，Khan等[9]還觀察到抗生素誘導的腸道菌群紊亂的小鼠，肝臟和脾臟中MTB的細菌載量明顯增加。這項研究表明，腸道菌群的失調會導致MTB向脾臟和肝臟傳播，這可能是導致肺外感染的一個因素。此外，研究發現腸道微生物群改變的小鼠經腸外結核疫苗注射后，表現出肺免疫應答降低，對MTB攻擊的保護力也降低[11]。這說明腸道菌群的失調同樣也會影響結核疫苗的保護效力。綜上所述，腸道菌群對肺結核的易感性、進展、傳播及結核疫苗效力均有重要影響。

二、腸道菌群與肺結核交互作用的中醫病機

腸道菌群與肺結核的交互作用，體現了中醫“肺與大腸相表里”的理論。“肺與大腸相表里”的理論最早可追溯到《黃帝內經·靈樞》，曰：肺合大腸，大腸者，傳導之腑，手陽明太陰為表里。其第一次提出了手太陰肺經下絡大腸的觀點，表明了肺與大腸相表里的絡屬關系。肺臟為里，腸腑為表，肺與大腸通過經脈相連，氣血精津液在此交互運行，肺與大腸生理病理上相互作用影響。在生理功能上，二者相互依存，相互制約，相互為用。在病理狀態下，二者相互影響，相互傳變，肺病及腸，腸病及肺。肺主行水，肺調節全身的水液代謝和輸布，同時也輸送于大腸，大腸得以濡潤，從而保持正常功能。肺主氣，肺具有主持調節全身之氣的功能，腸的傳導功能有賴于肺的宣發肅降。肺部感染MTB時，肺臟功能受損，氣化失司，氣血津液無法輸布于腸腑，腸腑不得濡養，傳導功能失司，從而引起腸道菌群的失調。大腸主津，大腸可重吸收小腸下注的飲食物殘渣和剩余水分，再轉輸于肺，使肺通調水道的功能正常發揮。大腸為“傳導之官”，大腸的傳導功能也會影響氣的升降，同時影響肺臟的功能。當腸道菌群失調，大腸傳導功能受損，影響氣機的升降，津液轉輸功能受損，肺臟功能受到影響，肺部免疫力降低，從而影響肺結核的易感性、進展、傳播及結核疫苗的效力。

三、腸道微生物影響肺結核的生物學機制

近年來，腸道微生物區系在肺部疾病中的作用也得到了越來越多的認識。研究者們發現腸道和肺之間存在重要的“串擾機制”，他們將之稱為“腸肺軸”[12-13]。腸道與肺部通過“腸肺軸”相互聯系，雙向調控。一方面，呼吸系統疾病會影響腸道菌群的數量和多樣性；另一方面，腸道菌群的改變也會影響肺部疾病的發生和發展。當肺部受到MTB侵襲時，腸道細菌可通過調節固有免疫及適應性免疫影響肺部免疫，并且通過分泌有抗結核作用的代謝產物來限制MTB在肺內發生、進展和傳播。

(一)調節宿主固有免疫

腸道菌群及其代謝產物通過調節巨噬細胞和中性粒細胞的功能，調控宿主固有免疫，從而影響肺結核的病理生理發展。巨噬細胞在宿主免疫中發揮著重要作用,MTB感染肺部時，一部分MTB會被肺巨噬細胞吞噬。當腸道菌群發生紊亂時，會抑制肺巨噬細胞的備用呼吸能力、基礎呼吸和能量產生，使得肺巨噬細胞代謝障礙及殺菌活性受損，增加其對MTB的耐受性，從而增加機體對MTB的易感性[14-15]。此外，中性粒細胞是MTB和肉芽腫形成的早期免疫反應的重要組成部分，其具有殺滅MTB的作用[16]。Martineau等[17]研究發現，結核病患者密切接觸者患結核病的風險與外周血液中循環中性粒細胞的數量呈反比。Sugawara等[16]發現，通過脂多糖刺激增加大鼠肺部中性粒細胞數量可以減少感染MTB后肺部菌落形成單位。在健康狀態下，來自腸道細菌的肽聚糖會增強源于骨髓的先天免疫細胞(如中性粒細胞)的功能，以幫助抵御系統性細菌感染[18]。

(二)調節宿主適應性免疫

腸道微生物及其代謝物可以通過調節黏膜相關恒定T細胞(mucosal-associated invariant T cell，MAIT)、Th細胞及調節性T細胞，在結核病患者的適應性免疫中發揮作用，影響MTB在肺內的進展和傳播。MAIT細胞是非典型的限制性T淋巴細胞，能夠識別微生物代謝產物或細胞因子并迅速做出反應，具有殺死細菌感染細胞的能力[19]。當MTB侵入肺部時，MAIT細胞能夠迅速識別反應，與其他固有免疫細胞共同實現先天免疫微環境對結核病的早期應激反應[20]。MAIT細胞的發育高度依賴于宿主腸道微生物區系[21]。研究發現，抗生素誘導的腸道菌群失調的小鼠，出現了MAIT細胞的減少[22]。這說明腸道微生物可能通過維持MAIT細胞的功能，對MTB肺部定植的早期保護做出了貢獻。Th1細胞在抗MTB感染的宿主免疫中發揮重要作用，Th1細胞可通過產生γ-干擾素(interferon-γ，IFN-γ)激活肺泡巨噬細胞，限制MTB的傳播[23]。MTB感染肺部時，通過與樹突狀細胞(dendritic cell，DC)Toll樣受體結合可誘導DC細胞成熟，致抗原所需的細胞表面主要組織相容性復合體(MHC)和共刺激分子表達上調，同時趨化因子受體(如CCR7)上調，將DC細胞引導到區域淋巴結，并在此與T細胞相互作用，產生大量白細胞介素12(IL-12)和IL-4等細胞因子。這些細胞因子在調節潛在的保護性Th1細胞適應性免疫反應中起著核心作用[24]。腸道菌群的失調，會降低肺微粒體的表達，使得DC細胞功能和表達受損，激活Th細胞能力降低，效應T細胞和記憶T細胞數量減少，進一步抑制Th1細胞，降低IFN-γ和腫瘤壞死因子α(tumour necrosis factor-α，TNF-α)在肺內的表達，從而增加對MTB的易感性[9，25]。調節性T細胞是一組高表達IL-2受體α鏈的CD4+T細胞亞群[26]，其介導的抑制是免疫介導炎癥負調控的重要機制，在自身免疫性和急、慢性感染中表現突出[27]。維持有效的抗結核Th1細胞反應依賴于額外的調節性T細胞的反調節[26]。研究發現，與健康對照組相比，活動性肺結核患者的外周血和病變部位的調節性T細胞都增加了，并且可以抑制Th1細胞對MTB的應答產生IFN-γ[28]。研究表明，腸道微生物失調的小鼠，體內調節性T細胞數量增加，釋放IFN-γ和TNF-α的Th1細胞減少[9]。并且，通過糞便移植恢復腸道微生態后，會表現出Th1細胞免疫力的提高和較少的調節性T細胞種群。此外，腸道微生物區系會分泌不同的SCFA，如丙酸、丁酸、乳酸等[6]。研究發現，SCFA 可通過抑制組蛋白去乙酰化酶促進調節性T細胞的擴張[29-30]。 Foxp3是指定調節性T細胞譜系的轉錄因子。腸道微生物中的脆弱桿菌的免疫調節分子多糖A被發現可以維持結腸中調節性T細胞的發育，產生抗炎細胞因子[31]，從而抑制肺結核的炎癥反應。

(三)分泌具有抗結核作用的代謝物

腸道中的產孢子菌和梭狀芽孢桿菌能夠分泌一種叫吲哚-3-丙酸(indole propionic acid，IPA)的代謝物，這種代謝物被證實具有抗結核作用。研究發現，感染MTB的小鼠在接受IPA治療后，脾臟中MTB的載菌量下降了7倍[32]。IPA的抗結核機制可能與色氨酸(tryptophan，Trp)的合成相關。IPA是Trp的脫氨基產物，其結構類似于芳香族氨基酸。MTB中Trp的合成是通過反饋抑制來調節的：Trp作為鄰氨基苯甲酸合成酶(TrpE)的變構抑制劑，催化Trp生物合成途徑中的第一步[33-34]。研究發現，IPA可以通過模仿Trp作為TrpE的變構抑制劑，抑制MTB中Trp的生物合成，從而限制MTB在宿主內的生長[35]。綜上所述，腸道菌群可以通過分泌具有抗結核作用代謝物來抑制MTB在機體中的作用。

四、肺結核及抗結核治療影響腸道菌群的機制

關于肺結核如何影響腸道菌群的具體機制目前仍不明確，至少應包括菌群及其代謝物的血液循環機制。有研究通過脂多糖灌注小鼠肺部，造成肺部微生態的破壞，發現小鼠血液中的細菌總數增多，并且盲腸細菌總數在24 h內明顯升高[36]。研究發現，流感病毒進入呼吸道后，CCL25/CCR9生物軸會介導肺源性CCR9+CD4+T細胞向腸道募集，進而改變腸道微生物區系組成[37]。這些研究提示，肺部細菌可通過血液循環及免疫反應的途徑，改變腸道微生態，造成腸道菌群的改變，也為MTB感染影響腸道菌群的機制研究提供了方向。抗結核治療同樣也會引起腸道菌群的改變，可能與抗結核化療藥物具有超強的殺菌作用相關。抗結核化療藥物經口服后，在胃腸道中消化代謝，從而對腸道菌群產生影響。

五、中醫理論與肺腸相關的生物學機制的內在聯系

從經絡的表里絡屬角度，古代醫家認為肺與大腸是通過經絡相聯系的，但研究者在多年的“經絡實質”研究中，并未探尋到公認的實體結構。目前，對于肺腸相連的實體結構主要集中在筋膜支架、血管、淋巴管方面[38-43]。細菌代謝物通常會進入連接腸肺軸的淋巴系統[44-45]。此外，肺部的菌群破壞可通過血液系統影響腸道的菌群[36]。這提示，腸道菌群與肺結核的交互作用機制或與血液系統和淋巴系統相關。這從微觀角度體現了“肺與大腸相表里”的經絡理論。從氣機升降的角度，中醫認為，氣的升降運動是人體生理功能正常的基礎，肺與大腸在氣機的升降中共同發揮著重要作用。中醫的“氣”，指人體內一種細小難見，運動迅速，具有很強活力的精微物質，目前沒有公認的現代物質。但細菌同樣具備微小、運動迅速、超強活力的特點，與“氣”的特性相似。此外，腸道菌群與“氣”在功能上也具有高度相似性。腸道菌群影響著宿主胃腸道的運動，對動物機體的基礎行為或也存在重要作用。研究發現，腸道菌群能控制果蠅的運動，無菌果蠅相較于正常果蠅會走得更快、更遠，且休息的時間也更短，但接觸短乳桿菌后運動恢復正常[46]。但目前尚未有對肺部細菌在局部或全身運動作用的研究，肺部菌群與腸道菌群的運動關系也亟待研究。綜上所述，腸道菌群與肺結核的關系在經絡理論中的體現或與血液系統和淋巴系統有關，在氣機升降理論中的體現或與菌群的運動相關。

六、腸道菌群相關療法對肺結核診療的臨床價值

根據“肺與大腸相表里”的理論，古代醫家提出“肺病治腸、腸病治肺、肺腸同治”等極具中醫特色的治療方法，在臨床上取得了較好的療效。這些方法同樣也可以指導肺結核的治療。腸道菌群與肺結核的感染、進展、傳播及結核疫苗的效力息息相關，腸道菌群或可成為今后肺結核治療的新靶點。目前可通過以下幾種方法調節腸道菌群：(1)增加乳酸菌等腸道益生菌。研究表明，乳酸菌治療對肺微粒體的刺激有增強作用，補充乳酸菌可以恢復肺DC細胞的表達及抗MTB的免疫應答[25]。(2)糞菌移植。來自正常小鼠的糞菌移植可扭轉由抗生素誘導的腸道菌群紊亂，降低MTB載菌量，減少肺部肉芽腫，限制MTB的肺外傳播[9]。糞菌移植有望成為未來肺結核治療的有效手段。(3)合理使用抗結核藥物。抗結核藥物的使用會使腸道菌群紊亂，降低肺部對MTB的免疫力，且不同的抗結核藥物對MTB及腸道菌群的影響不同[47]，因此，合理選擇和使用抗結核化療藥物尤為重要。(4)改善飲食結構。膳食纖維的攝入有助于腸道微生物增加SCFA的分泌[29]，從而提高肺結核患者對MTB的免疫力。研究發現，喂食高纖維食物的小鼠既提高了SCFA水平，又防止了肺部過敏性炎癥，這歸因于丙酸對先天免疫細胞造血的影響[29]。

七、總結

腸道菌群與肺結核的交互關系，提示腸道菌群的調節或可成為未來治療肺結核的新方向。這一方法在動物實驗中得到了有效的驗證，但是目前尚未有與之相關的臨床研究。筆者探討了腸道菌群與肺結核的交互作用的生物學機制，其中肺結核影響腸道菌群的具體機制尚不明確。呼吸道和胃腸道之間存在共生細菌，這些細菌之間的影響和作用或可成為今后研究的突破點。腸道菌群對肺結核的影響目前主要集中在宿主免疫及腸道菌群代謝物抗結核作用研究，但研究發現腸道菌群可通過黏膜免疫對哮喘、膿毒癥等其他肺部疾病產生效用[48-50]，腸道菌群能否在黏膜免疫方面對肺結核產生作用呢？這些問題在今后有待深入探究。此外，筆者探討了中醫理論與肺腸相關的生物學機制的內在聯系，但這不是對“肺與大腸相表里”理論的具化，這一理論的價值更多體現在宏觀概念的指導，深入了解這一理論有助于進一步完善腸道菌群與肺結核之間的生物學機制研究，并為之提供更多的方向和啟迪。目前，卡介苗是唯一通過審批的治療肺結核的疫苗，但其對肺結核的保護效力不一，部分人群顯示無療效，部分人群顯示為80%的保護效力[51]，更為有效和安全的疫苗已在研究之中[52]。動物實驗發現腸道菌群的紊亂會影響疫苗的保護效力，通過糞菌移植后疫苗的保護作用得到恢復[11]，但具體機制尚不明確。針對腸道菌群對疫苗保護效力影響的相關機制的探索，或對新型疫苗的研發有重大意義。