消化道微生態與膽胰疾病關系的研究進展

夏紹萱 劉 浩 李佳林 周昱彤 韓 民

1.貴州醫科大學研究生學院，貴州貴陽 550004；2.貴州醫科大學附屬醫院肝膽外科，貴州貴陽 550004

消化道菌群作為人體最重要的微生態系統，在預防病原體入侵、構成生物屏障、免疫調節及應答、物質代謝等方面起著重要作用[1]。人體腸道微生態系統處于動態平衡，這種平衡與膽胰疾病相互作用。相較于傳統診療方式，疾病腸診甚至疾病腸治逐漸成為現代醫學研究的新熱點。以腸道菌群作為膽胰疾病診療突破點也逐漸受到關注。

1 消化道微生態概述

消化道菌群對維持人體正常生理功能意義重大，其中以類桿菌、優桿菌、消化球菌、雙歧桿菌等專性厭氧菌為主，約占總菌量的99%[2]。因人體消化道較長且各段生理功能不同，腸道菌群的分布與豐度在不同腸段也不同，大腸含菌量最高，占糞便重量的60%以上。腸道菌群受多種因素干擾，如年齡、情緒、飲食、疾病及藥物等。隨著我國人民生活及醫療水平的提高、飲食多樣化、抗生素應用等，消化道微生態失衡愈發受到關注。

隨著高通量宏基因測序、16S rRNA 測序等技術的發展，人們對消化道菌群的認識逐漸深入。消化道菌群與炎癥反應關系密切，可能參與胰腺炎發病[3]，某些特定類型口腔微生物與胰腺癌高度相關[4]。腸道菌群及其代謝產物可通過腸道黏膜或十二指腸乳頭進入膽胰管，與膽胰疾病的關系不容忽視。

2 消化道菌群與膽系感染

既往認為膽道因其特殊微環境（高濃度膽汁酸、pH、缺乏營養物質等），無細菌定植；但近年在某些無膽道疾病患者膽汁中檢出細菌[5]。因膽汁取樣多有創，如經內鏡逆行性胰膽管造影術、經皮肝穿刺膽道引流術，阻礙了膽道微生態的研究。Dyrhovden 等[6]發現，86%的中、重度急性膽囊炎患者膽汁中存在微生物，細菌檢出率達80%。

Asai 等[7]分析了1998 年1 月至2010 年9 月于東邦大學醫學中心行膽囊切除術的患者，對其術前或術中采集的膽汁行細菌學分析，發現膽道感染與膽囊炎密切相關。膽汁中埃希菌屬、克雷伯菌屬、腸球菌屬、腸桿菌屬等均與膽囊炎有關，以大腸埃希菌較引人關注[8]。近年國內某機構分析了2014—2019 年各成員單位上報的膽汁標本細菌及藥敏數據[9]發現，近6 年前八位的細菌分布無變化，大腸埃希菌是最主要致病菌（29.2%～32.4%），肺炎克雷伯菌第二（12.1%～13.2%）。腸桿菌科廣泛存在于人體腸道中，其膽汁中數量與毒素的水平可能呈正相關。

Oddi 括約肌功能障礙或先天發育不良可致腸膽反流，腸道細菌侵入膽道，但其如何在膽道惡劣環境中定植并引發炎癥反應暫不明。早在20 世紀末有研究發現，某些乏細胞壁細菌變種能在無胞壁狀態下生存，其對作用于胞壁的抗生素普遍耐藥，長期存在可致組織局部或廣泛的慢性炎癥[10]。Kragh 等[11]發現，部分菌群可產生類似保護被膜的細菌黏液，利于其定植及免疫逃脫。

3 消化道菌群與膽結石

3.1 腸道菌群與膽結石相關性

膽結石發病機制復雜，肥胖、飲酒、飲食不規律及家族史等均是其危險因素，環境和遺傳因素被認為共同參與其中。Wang 等[8]通過對正常人和膽結石患者糞便微生物DNA 行16S rRNA 基因測序，發現膽石癥患者存在明顯腸道菌群失衡。

3.2 腸道菌群參與形成膽結石機制

3.2.1 膽汁酸代謝 膽汁酸是膽汁主要成分，膽固醇在肝細胞經7α-羥化酶合成初級膽汁酸，再與甘氨酸或?；撬峤Y合，形成結合膽汁酸。隨后膽汁進入膽囊暫存及濃縮，待排入腸腔發揮作用（如促進脂類物質、脂溶性維生素吸收以及作為某些代謝后物質載體）。部分菌群（如雙歧桿菌、乳酸桿菌等）具有膽汁酸鹽水解酶（bile salt hydrolase，BSH）活性，結合膽汁酸排入腸腔后可被其水解催化為游離膽汁酸[12]，游離膽汁酸經腸道細菌（如梭桿菌、擬桿菌等）參與的7α-羥基脫氧及羥基類固醇脫氫反應后轉化為次級膽汁酸[13]，95%以上的膽汁酸被回腸黏膜上皮重新吸收入血返回肝臟，形成膽汁酸腸肝循環。7α-羥化酶作為限速酶，腸道細菌多影響該酶活性而參與膽汁酸代謝。膽汁酸可通過法尼醇X 受體（farnesoid X receptor，FXR）和G蛋白偶聯膽汁酸受體1（gprotein-coupled bile acid re ceptor 1，GPBAR1）調節膽汁酸、脂蛋白、葡萄糖以及藥物和能量代謝[14]。

腸道中具有BSH 活性的菌屬超過100 種[15]，腸道菌群紊亂很可能導致腸腔中產BSH 菌量及活性增加，造成腸腔游離膽汁酸蓄積。過多游離膽汁酸通過激活FXR 最終抑制7α-羥化酶活性及表達[14]，使膽汁酸合成減少、膽固醇增多，致其過飽和進而易于析出形成結石。腸道菌群除參與結合膽汁酸水解外，初級膽汁酸轉變為次級膽汁酸也需要某些腸道細菌參與，如具有7α-脫羥基活性的毛螺菌科、消化鏈球菌科等菌株[16]。若因腸道菌群紊亂致該類細菌活性或菌量增加，腸腔次級膽汁酸將過多積累，由于人體肝臟難以將次級膽汁酸直接羥化代謝，使得膽汁中含量過高而析出成石。人體膽囊上皮細胞和平滑肌細胞高表達GPBAR1，游離膽汁酸可有效激動該受體并促進膽汁分泌及負性調控膽囊收縮，造成膽囊充盈、膽汁淤積，也有助于結石形成[17]。

膽汁酸經膽道及十二指腸乳頭排入腸腔參與消化，其代謝受腸道菌群調節，而腸道菌群的分布及豐度又可受膽汁酸影響，故腸道菌群失衡致膽汁酸代謝紊亂可能是膽結石形成的重要因素。

3.2.2 免疫系統 除膽汁酸代謝外，免疫功能也被發現可能參與膽石形成。實驗發現，人為培育的缺乏T 細胞免疫功能的小鼠其結石率明顯降低，而免疫重建后，其結石率升高[18]。研究顯示，使用美托洛爾抑制小鼠中性粒細胞形成，能有效抑制其體內膽結石形成，同時該研究也在實驗小鼠膽結石中發現了中性粒細胞相關代謝物質[19]。腸道菌群失調可能是膽汁淤積的危險因素[20]。研究發現，膽道梗阻患者消化道黏膜CD4+、CD8+T 細胞及CD4+/CD8+比值降低[21]，腸黏膜屏障降低又加重菌群失調。腸道被稱為人體最大的免疫器官，腸道菌群是否影響以及如何影響人體免疫系統而參與膽結石形成還需更進一步研究。

3.2.3 β-葡萄糖苷酶（β-glucosidase，β-G）與磷脂酶 β-G 致膽色素結石機制最早由Maki[22]提出，部分侵入膽道的細菌具有β-G 活性，可將結合膽紅素分解為游離膽紅素，與膽汁中鈣離子結合成膽紅素鈣。此外，膽道細菌產生磷脂酶[23]水解磷脂生成棕櫚酸，也可與膽汁中鈣離子結合形成沉淀。前文述侵入膽道的部分細菌可分泌類似保護被膜的黏液，Maki[22]發現該黏液可能促進膽紅素鈣及棕櫚酸鈣相互聚集沉淀致石。

慢性膽道感染遷延不愈致膽管上皮損傷或膽道狹窄，也可增加膽結石風險。綜上，消化道菌群參與膽結石形成可能涉及多種機制，值得深入研究，為將來膽結石早期防治提供新的理論基礎。

4 消化道微生態菌群與膽道腫瘤

膽囊癌惡性度高，其危險因素包括慢性膽囊炎、膽囊結石、膽囊息肉及瓷化膽囊等。研究顯示，膽囊癌、膽管癌患者普遍存在腸道菌群紊亂[24]?？赡苣c道菌群紊亂致某些膽汁酸鹽降解產物推動或加重了腫瘤的發展。研究顯示，螺旋桿菌感染的小鼠出現CD4+T細胞受損介導的炎癥反應及白細胞介素（interleukin，IL）-10 缺陷，而CD4+T 細胞與IL-10 被認為能下調腫瘤壞死因子-α 與NO 合酶（nitric oxide synthase，NOS）表達而抑制癌變[25]。NOS 可調控部分環氧合酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2），COX-2 被發現在消化系統腫瘤組織中高表達[26]，與腫瘤啟動子及侵襲力相關。NOS 促合成的NO 也被認為能干擾DNA 修復而促癌[27]，低水平的NO 驅動致癌途徑、免疫抑制、轉移和血管生成。

此外，Rühlemann 等[28]發現表達胺氧化酶的韋榮球菌屬和表達膽汁鹽水解酶的乳桿菌在原發性硬化性膽管炎（primary sclerosing cholangitis，PSC）患者腸道中明顯增多，膽汁酸代謝失調、腸道-肝淋巴細胞運輸異?？赡苌婕爸虏∵^程。同時有研究顯示，PSC可顯著增加膽道腫瘤患病率[29]，相關機制目前暫未明確。

5 消化系統微生態菌群與胰腺疾病

5.1 消化道菌群與胰腺炎

胰腺炎（尤其是急性胰腺炎）是臨床較為常見的疾病，胰酶和其他水解酶異常激活致全身炎癥反應綜合征（systemic inflammatory response syndrome，SIRS）及微循環障礙是急性胰腺炎的病理特點。消化道菌群參與腸黏膜屏障構成，胰腺炎患者腸道屏障受損、黏膜通透性增加、胰腺組織中檢出細菌等均提示腸道菌群與胰腺炎相關。胰腺炎并發癥（如腸道炎癥反應、消化道血供減少、繼發感染等）又加重菌群失調，故腸道菌群與胰腺炎相互作用、相互影響。

慢性胰腺炎（chronic pancreatitis，CP）患者腸道菌群較正常人不同，小腸菌群過度生長（small intestinal bacterial overgrowth，SIBO）作為腸道菌群失調的表現，被發現與CP 相關。研究顯示，CP 患者伴SIBO 高達33.3%[30]。腸黏膜通透性增加、菌群移位及長期炎癥因子刺激被認為與CP 相關。普拉梭菌作為一種有益菌（占人體腸道菌群的5%～15%），可促腸黏膜上皮增生及緊密連接蛋白合成以改善腸黏膜屏障功能，還能通過誘導IL-10 和調節腸道T 細胞反應參與抗炎，而其被發現在CP 患者腸道中明顯減少[31]。雙歧桿菌被認為可影響腸黏膜屏障，其參與合成某些短鏈脂肪酸（short chain fatty acids，SCFA）[32]，而SCFA 具有腸黏膜屏障保護功能[33]。CP 作為胰腺腫瘤的危險因素之一，腸道菌群與CP 相關性同樣適用于胰腺癌。

Ye 等[34]發現，急性胰腺炎大鼠腸道菌群較對照組差異明顯，大鼠腸道黏膜屏障功能受損、腸道菌群失衡可促進和加重急性胰腺炎。而針對人體的一項研究[3]也得出類似結論，研究發現急性胰腺炎患者腸球菌增多，雙歧桿菌減少，血清IL-6 等炎癥指標與腸桿菌科細菌量呈正相關，與雙歧桿菌呈負相關，血漿內毒素與腸球菌呈正相關。Zhang 等[35]使用高通量16S rRNA 測序對微生物菌群進行分析發現，急性胰腺炎患者糞便中擬桿菌門和變形桿菌門的含量較高，厚壁菌門和放線菌門的含量較低，腸道菌群多樣性較對照組明顯下降。可見消化道菌群在胰腺炎發病中具有不可忽視的作用，消化道微生態的調節會是胰腺炎治療的有效突破口。

5.2 消化道菌群與胰腺癌

90%胰腺癌起源于腺管上皮，惡性度高，5 年生存率常不足10%[36]。Fan 等[37]發現，攜帶口腔病原體牙齦卟啉單胞菌和伴生放線桿菌與胰腺癌呈正相關，而梭菌屬和細毛菌屬與胰腺癌呈負相關。牙齦卟啉單胞菌可通過細胞因子和受體降解破壞信號通路及人體免疫系統，啟動Toll 樣受體（Toll-like receptor，TLR）信號通路[38]，該通路被發現與炎癥、免疫調控、胰腺癌均有關。TLR 在胰腺癌組織中過表達，可通過調控有絲分裂原活化蛋白激酶、核因子κB、miRNA 及IL參與胰腺癌發病[39]。但牙齦卟啉單胞菌作為人體口腔微生物是如何參與胰腺腫瘤的發生發展，目前暫不明確。

Gong 等[40]發現螺桿菌檢出率在胰腺癌細胞中明顯增高，組織中黏蛋白4 mRNA 表達水平升高可能是螺旋桿菌參與胰腺腫瘤的發病機制。上文述NO 能干擾DNA 修復，該機制也可能涉及胰腺腫瘤，研究顯示，螺桿菌感染者體內NO 較正常人增多[41]，NO可能通過參與亞硝酸鹽及其亞硝基化合物合成導致感染者胰腺腫瘤傾向性。

若感染毒性更強的幽門螺桿菌細胞毒素相關蛋白A 陽性的菌株，可能增加自身免疫性胰腺炎及胰腺腫瘤的風險[42]。而又有研究顯示，幽門螺桿菌感染可能降低胰腺癌患病風險，且與患者ABO 血型無關[43]。至于螺桿菌感染是否與胰腺腫瘤確切相關及具體機制目前暫無定論，需要更進一步研究。

6 小結

隨著高通量宏基因測序、16S rRNA 測序、代謝組學等技術的發展，人體消化系統微生物與膽胰疾病的關系越發受到重視。不少動物實驗被設計用于探索消化道菌群與膽胰疾病的關系，但實際影響人體消化道菌群的因素多且復雜，需要更多嚴密的臨床研究或動物實驗進一步論證。期待消化系統微生態與疾病關系的深層次研究能為未來疾病診斷及疾病腸治（如飲食干預、微生態制劑、糞便菌群移植等）開辟嶄新道路。