腸道菌群與放射性腸炎的關(guān)系及研究進(jìn)展

郝寧波 辛超 李娜 李長(zhǎng)政

1 火箭軍特色醫(yī)學(xué)中心消化內(nèi)科，北京 100088；2 火箭軍特色醫(yī)學(xué)中心心內(nèi)科，北京 100088

目前，放療是晚期腫瘤患者的主要治療方式之一。由于腸道對(duì)射線具有高度敏感性，因此導(dǎo)致放射性腸炎（radiation enteritis, RE）的發(fā)生率居高不下。據(jù)報(bào)道，目前我國(guó)每年有3～5 萬(wàn)人罹患RE，其主要表現(xiàn)為反復(fù)發(fā)作的惡心、嘔吐、腹痛、腹瀉、黏液膿血便甚至血便等，嚴(yán)重者甚至可并發(fā)腸梗阻、腸穿孔、腸瘺等[1-2]。隨著對(duì)腸道菌群在疾病發(fā)生發(fā)展中的認(rèn)識(shí)更加深刻，有關(guān)腸道菌群在RE 中的作用機(jī)制成為了研究熱點(diǎn)。我們總結(jié)了有關(guān)腸道菌群在RE 中的作用機(jī)制，期望能夠通過(guò)靶向腸道菌群為RE 患者提供安全有效的治療。

1 健康人群的腸道菌群

腸道是人體最大的菌群存貯“器官”。目前的研究結(jié)果已經(jīng)證實(shí)，在腸道中大約寄生著500～1 000 個(gè)不同種類、共約10 萬(wàn)億個(gè)細(xì)菌，其重量與肝臟相當(dāng)[3]。這些細(xì)菌大致可分為3 類：有益菌、致病菌和中性菌。有益菌主要包括雙歧桿菌和乳酸桿菌等。在正常的生理環(huán)境中，有益菌占優(yōu)勢(shì)，其數(shù)量約為中性菌和致病菌的1 000 倍～10 000 倍，它們能夠促進(jìn)腸道的水分吸收、糞便的緩慢蠕動(dòng)、維生素的形成和有害物質(zhì)的排出[4-5]。目前的研究結(jié)果表明，影響腸道菌群的因素主要可以概括為以下方面：人體的因素及環(huán)境、攝入的食物、細(xì)菌自身的因素和細(xì)菌之間的相互作用等。當(dāng)影響腸道菌群的因素發(fā)生改變時(shí)，有益菌數(shù)量在短期內(nèi)減少，致病菌數(shù)量急劇增加，會(huì)出現(xiàn)腹瀉、便秘等疾病[6]。隨著研究的深入，研究人員發(fā)現(xiàn)，緩慢的腸道菌群失調(diào)與人體的亞健康和慢性病（如肥胖、高血壓、糖尿病、腫瘤）等密切相關(guān)[7-9]。

2 放射損傷導(dǎo)致的腸道菌群失調(diào)

隨著腸道菌群與相關(guān)疾病的研究成為熱點(diǎn)，有研究人員分析了腸道菌群與RE 之間的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，RE 患者與健康志愿者的腸道菌群存在明顯差異，多表現(xiàn)為不同程度的菌群失調(diào)[3]。Wang 等[10]對(duì)18 例卵巢癌行放療并發(fā)RE患者的腸道菌群進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，RE 患者的腸道菌群α 多樣性減少，但β 多樣性增加，其中巨細(xì)胞菌屬、 新鞘脂菌屬和普氏菌屬的比例明顯升高。進(jìn)一步分析患者放療前和放療后腸道菌群的差異時(shí)發(fā)現(xiàn)，糞球菌屬和脫硫弧菌屬在放療后明顯減少。Derrien 等[11]對(duì)比放射損傷組和對(duì)照組小鼠的腸道菌群，結(jié)果表明，放射損傷組小鼠腸道中沙門氏菌門和疣微菌門的比例明顯升高，而厚壁菌門的比例明顯下降。進(jìn)一步的研究結(jié)果表明，患者的臨床表現(xiàn)與腸道菌群失衡密切相關(guān)。Manichanh 等[12]研究發(fā)現(xiàn)，有3 級(jí)以上腹瀉癥狀的RE 患者的腸道菌群的差異性較無(wú)腹瀉癥狀的患者明顯升高。整個(gè)放療過(guò)程中無(wú)腹瀉癥狀的患者有60%的腸道菌群保持不變，而在有腹瀉癥狀的患者中僅有29%的腸道菌群沒(méi)有發(fā)生變異。其中，在有腹瀉癥狀的RE 患者的腸道菌群中，桿菌類細(xì)菌的數(shù)量明顯增加，而在沒(méi)有腹瀉的RE 患者中，檢測(cè)不到與放線菌門相關(guān)的細(xì)菌[13]。

現(xiàn)有的研究結(jié)果表明，RE 患者的腸道菌群明顯發(fā)生易位，其中放線菌門和變形菌門數(shù)量明顯增加，它們中包含了很多條件致病菌，如腸球菌和腸桿菌等。同時(shí)，來(lái)自厚壁菌門和擬桿菌門的益生菌（如乳酸菌）的數(shù)量明顯減少。益生菌數(shù)量減少會(huì)促使條件致病菌增殖，從而加重腸道的炎癥反應(yīng)，誘導(dǎo)腸黏膜屏障的損傷，加重患者的病情[14]。

3 腸道菌群在RE 發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制

有文獻(xiàn)報(bào)道，對(duì)無(wú)菌小鼠及無(wú)特定病原體（SPF）級(jí)小鼠同時(shí)進(jìn)行腹部照射后，無(wú)菌小鼠的腸道損傷程度較無(wú)特定病原體級(jí)小鼠的腸道黏膜損傷輕[15]。Zhao 等[16]給予小鼠抗生素預(yù)處理，以達(dá)到接近無(wú)菌小鼠的腸道環(huán)境，然后和對(duì)照組小鼠同時(shí)進(jìn)行照射處理，結(jié)果表明，抗生素預(yù)處理組小鼠的生存率較對(duì)照組小鼠明顯升高，同時(shí)抗生素預(yù)處理組小鼠腸道菌群種屬的多樣性較對(duì)照組明顯增加，尤其是疣微菌門的比例明顯升高。其主要原因?yàn)榭股仡A(yù)處理組小鼠增殖細(xì)胞核抗原（PCNA）和Caspase3 的表達(dá)水平明顯升高，腸道上皮細(xì)胞的增殖能力和凋亡均明顯增強(qiáng)，腸道黏膜固有層M1 和M2 型巨噬細(xì)胞的浸潤(rùn)明顯減少，抑制轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子（TGF）-β1/Smad 同源物3（Smad-3）信號(hào)通路的活性，從而減少纖維化的發(fā)生。

Gerassy-Vainberg 等[17]分別將照射組和對(duì)照組小鼠的糞便菌群移植至無(wú)菌小鼠體內(nèi)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，移植照射組小鼠糞便菌群的無(wú)菌小鼠的腸道黏膜損傷程度較移植對(duì)照組小鼠糞便菌群明顯加重，其炎癥評(píng)分明顯升高。對(duì)2 組小鼠的腸道上皮細(xì)胞進(jìn)行檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，照射組小鼠的糞便菌群能夠誘導(dǎo)白細(xì)胞介素1β（interleukin-1β，IL-1β）的表達(dá)水平明顯升高，而TNF-α 的表達(dá)沒(méi)有變化。進(jìn)一步將照射組小鼠的糞便菌群和對(duì)照組小鼠的糞便菌群分別與人結(jié)腸癌上皮細(xì)胞HT29 共同培養(yǎng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，照射組小鼠的糞便菌群可以誘導(dǎo)上皮細(xì)胞中TNF-α 和IL-1β 的表達(dá)水平明顯升高。為進(jìn)一步驗(yàn)證IL-1β 的作用，研究人員在照射組小鼠體內(nèi)加入IL-1β 的抑制劑，再次進(jìn)行照射后發(fā)現(xiàn)，其腸道黏膜的損傷程度較對(duì)照組明顯減輕，這說(shuō)明放射損傷導(dǎo)致腸道菌群失調(diào)誘導(dǎo)的IL-1β 在RE 的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。

近年來(lái)，有研究結(jié)果表明腸道菌群易位會(huì)影響宿主的代謝，但具體機(jī)制并不清楚[18]。Li 等[18]通過(guò)小鼠實(shí)驗(yàn)及臨床研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群和脂質(zhì)代謝在RE 的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。通過(guò)分析脂質(zhì)代謝與腸道菌群的相關(guān)性結(jié)果發(fā)現(xiàn)，甘油三酯與RE 的發(fā)生關(guān)系最為緊密，同時(shí)Dubosiella和Alistipes 數(shù)量的變化也在疾病的發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮了很大作用。然而，腸道菌群誘導(dǎo)宿主脂質(zhì)代謝的機(jī)制仍需進(jìn)一步的研究和探討。

4 RE 的腸道菌群治療

4.1 益生菌藥物療法

近年來(lái)，隨著腸道菌群相關(guān)研究的進(jìn)一步深入，使用益生菌治療RE 成為研究熱點(diǎn)。益生菌能夠調(diào)節(jié)宿主黏膜與免疫系統(tǒng)功能或通過(guò)調(diào)節(jié)腸道內(nèi)菌群平衡，發(fā)揮促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)吸收、保持腸道健康的作用，從而產(chǎn)生有利于健康的單微生物或組成明確的混合微生物。Linn 等[19]通過(guò)隨機(jī)雙盲實(shí)驗(yàn)對(duì)54 例接受放療的宮頸癌患者分別給予雙歧桿菌＋嗜酸乳桿菌（益生菌治療組）和安慰劑（安慰劑組）的干預(yù)，結(jié)果表明，益生菌治療組患者的腹瀉特別是中至重度腹瀉的發(fā)生率較安慰劑組明顯降低，同時(shí)腹痛的程度和天數(shù)也明顯減少。Liu 等[20]系統(tǒng)分析了納入的6 篇有關(guān)益生菌在RE 中應(yīng)用的隨機(jī)對(duì)照研究文獻(xiàn)，結(jié)果表明，益生菌能夠顯著降低腹瀉的發(fā)生率。目前看來(lái)，益生菌對(duì)于放射損傷所致的腹瀉具有良好的預(yù)防和治療作用，但要進(jìn)一步在臨床中應(yīng)用，可能需要針對(duì)每個(gè)患者的腸道菌群進(jìn)行高通量測(cè)序，根據(jù)結(jié)果對(duì)患者進(jìn)行個(gè)性化和選擇性的益生菌治療，這樣可能會(huì)取得更好的臨床效果。

4.2 糞便菌群移植

糞便菌群移植是指將健康供體的糞便通過(guò)體外分離培養(yǎng)后移植至患者的腸道中，從而改變其腸道菌群結(jié)構(gòu)，并進(jìn)一步影響患者的消化、代謝和免疫等功能。目前，糞便菌群移植在炎癥性腸病的治療中取得了較好的臨床效果，糞便菌群移植能夠明顯緩解患者的臨床癥狀，促進(jìn)腸道黏膜的損傷修復(fù)[21-22]。2017 年，Cui 等[23]研究發(fā)現(xiàn)，將健康小鼠的腸道菌群移植至輻射損傷小鼠的腸道內(nèi)能夠提高照射小鼠的胃腸道功能和上皮細(xì)胞的完整性，并使照射小鼠體內(nèi)的腸道菌群保持多樣性。2020 年，Ding 等[24]率先開展了應(yīng)用糞便菌群移植治療RE 的臨床研究。他們發(fā)現(xiàn)5 例接受糞便菌群移植的RE 患者中的3 例的臨床癥狀和內(nèi)鏡下表現(xiàn)明顯緩解，但是癥狀的緩解不能一直保持，有可能需要再次進(jìn)行糞便菌群移植；另外，研究納入的病例較少，并且沒(méi)有對(duì)照組。菌群移植是否能夠在將來(lái)應(yīng)用于臨床仍需要進(jìn)一步進(jìn)行大樣本的臨床研究進(jìn)行驗(yàn)證。

4.3 處于探索中的相關(guān)研究

近年來(lái)，有關(guān)RE 的臨床新藥尚未應(yīng)用于臨床，目前很多研究仍停留在探索階段。最近的研究結(jié)果表明，尿石素A（Urolithin A）或可減輕RE 的炎癥反應(yīng)[25]。尿石素A 由腸道菌群生成，是存在于石榴和其他一些水果和堅(jiān)果中的一類化合物——鞣花單寧，為一種天然代謝產(chǎn)物。Zhang 等[25]研究發(fā)現(xiàn)，腹腔注射尿石素A 能夠促進(jìn)輻射損傷小鼠腸上皮細(xì)胞的增殖及修復(fù)。通過(guò)進(jìn)一步的16S RNA 基因測(cè)序結(jié)果發(fā)現(xiàn)，輻射導(dǎo)致小鼠的腸道菌群失調(diào)，大腸桿菌、變形菌、韋榮球菌的數(shù)量明顯增加，而尿石素A 能夠明顯增加腸道菌群的多樣性，減少上述菌群的數(shù)量。Wang 等[26]研究發(fā)現(xiàn)，中藥“加味犀角地黃湯”能夠通過(guò)調(diào)節(jié)腸道的局部炎癥反應(yīng)使腸道菌群保持多樣性，進(jìn)而緩解大鼠的腸道癥狀并促進(jìn)腸道黏膜的損傷修復(fù)。

納米材料應(yīng)用于疾病的治療成為了最近的研究熱點(diǎn)。Wang 等[27]構(gòu)建碳納米粒子并將其給予輻射損傷的小鼠口服治療后發(fā)現(xiàn)，碳納米粒子能夠提高小鼠腸上皮細(xì)胞的氧自由基清除能力，進(jìn)而減輕線粒體和DNA 的損傷，同時(shí)其能夠減少腸道隱窩干細(xì)胞的凋亡，促進(jìn)腸黏膜的損傷修復(fù)。進(jìn)一步的研究結(jié)果表明，碳納米粒子能夠幫助清除腸道微環(huán)境中的自由基，使腸道菌群中有益菌的數(shù)量明顯增加而致病菌的數(shù)量明顯減少。

5 展望

目前，有關(guān)腸道菌群在RE 中作用的研究相對(duì)較少。隨著16S RNA 基因測(cè)序技術(shù)和腸道微生物宏基因組計(jì)劃的開展，相信在不久的將來(lái)，人們對(duì)腸道菌群的認(rèn)識(shí)會(huì)更加深入。希望在將來(lái)能夠通過(guò)大樣本量的隨機(jī)對(duì)照研究，明確腸道菌群失衡在RE 中的作用機(jī)制，尋找其中可能作為RE診斷標(biāo)志物的特異性腸道菌群。同時(shí)進(jìn)一步通過(guò)深入的菌群分析，為每一位RE 患者提供個(gè)性化的益生菌或糞便菌群移植治療方案，提高患者的生活質(zhì)量。

利益沖突所有作者聲明無(wú)利益沖突

作者貢獻(xiàn)聲明郝寧波負(fù)責(zé)命題的提出、綜述的撰寫與修訂；辛超、李娜負(fù)責(zé)文獻(xiàn)的收集、綜述的撰寫與修訂；李長(zhǎng)政負(fù)責(zé)命題的設(shè)計(jì)、最終版本的修訂