腸道微生態與酒精性骨質疏松癥發病機制的研究進展

楊亞鋒 高偉 徐培福 徐西林 李遠峰 任樹軍*

1.黑龍江中醫藥大學研究生院，黑龍江 哈爾濱 150040 2.黑龍江中醫藥大學附屬第二醫院，黑龍江 哈爾濱 150001 3.黑龍江中醫藥大學附屬第一醫院，黑龍江 哈爾濱 150040

酒精性骨質疏松癥是因長期、過量飲酒使得人體骨量減少、骨微觀結構退化，使骨脆性增加，易于骨折的一種全身性骨骼疾病[1]。目前公認的長期、過量的范圍為飲酒史≥6個月，女性飲酒>40 g/d，男性飲酒>60 g/d[2]，根據長期過量飲酒史、臨床表現、輔助檢查等易于診斷，骨密度是重要診斷指標[1]。現有研究表明酒精性骨質疏松的發病機制可能為：酒精可影響成骨細胞、破骨細胞和前體細胞，同時通過影響蛋白質代謝、肝功能、內分泌等其他途徑[3]破壞骨代謝穩態，導致發病，但發病機制尚未完全闡明。腸道微生態系統由處于穩態的腸道菌群和正常的腸道環境兩部分組成，其核心是腸道菌群，而穩定性是腸道菌群的顯著特征，腸黏膜結構及功能在這個系統的正常運行中起重要作用。已有大量研究論述了腸道微生態與骨質疏松的關系，本文試從酒精對腸道微生態的影響以及氧化應激反應等方面來論述酒精通過影響腸道微生態從而導致酒精性骨質疏松癥發病的機制研究。

1 腸道菌群失衡

1.1 酒精對腸道菌群的影響

在一項對象為健康成年男性的研究中顯示，飲酒組擬桿菌門含量(54.41%)多于不飲酒組(40.93%)，厚壁菌門含量(41.42%)少于不飲酒組(49.23%)[4]，說明酒精會減少厚壁菌門，增加擬桿菌門，這與國外的一些研究結論[5-6]一致。在此基礎上，Kirpich等[7]在酗酒男性與健康男性的對比中發現，酗酒者的雙歧桿菌和乳酸桿菌數量顯著減少，Kosnicki等[8]也觀察到了乳酸菌的減少，但雙歧桿菌是增加[4]還是減少存在爭議，這或許與觀察對象以及酒精攝入量、攝入時間等因素有關。

有研究顯示，厚壁菌門與骨密度呈正相關，擬桿菌門與骨密度呈負相關[9]，而乳酸桿菌能夠增加骨保護素(OPG)，緩解骨質疏松[10]，因此擬桿菌門增加和厚壁菌門減少尤其是乳酸桿菌的減少可能是酒精暴露引起腸道菌群失衡從而導致酒精性骨質疏松癥的重要因素。

1.2 腸道菌群影響骨代謝的機制

1.2.1菌群對骨代謝的影響：乳酸桿菌能夠減少破骨細胞生成激活劑細胞因子的形成，從而影響破骨細胞的形成[11]，同時通過Wnt通路調節成骨細胞生成[12]，維持骨礦含量[13]。此外，其在腸道內發酵產生的乳酸、丁酸等代謝物可以提高鈣的利用率，促進維生素D的吸收[14]。雙歧桿菌可以增加骨量，提高骨骼強度[15]，有骨保護作用[16]。厚壁菌門可調節免疫系統，如梭狀芽胞桿菌[17]能夠刺激調節性T細胞(Treg)的功能表達，通過Treg分泌白細胞介素-4、白細胞介素-10、轉化生長因子-β(TGF-β)等阻礙破骨細胞的形成，進而抑制骨吸收[18]。Treg細胞也可以被乳酸桿菌和雙歧桿菌誘導，但誘導機制尚未闡明[19]。此外，厚壁菌門和擬桿菌門或通過抑制雌激素在骨代謝中發揮作用[20]。

1.2.2激素調節：(1)瘦素是一種可以調節諸如骨量、能量消耗和食欲等生理過程的激素。研究表明，腸道中乳酸菌、雙歧桿菌等細菌的數量與外周血清瘦素濃度呈正相關，而擬桿菌屬則與瘦素水平呈負相關[21]，瘦素可直接通過OGP/RANK/RANKL系統促進成骨，也可與受體ObRb結合刺激下丘腦抑制成骨因子釋放[22]。(2)腸促胰島素包括葡萄糖依賴性促胰島素釋放肽(GIP)和胰高血糖素樣肽(GLP)，是小腸內分泌細胞分泌的多肽，乳酸桿菌、雙歧桿菌可以調節腸促胰島素分泌[23]，腸道菌群通過其代謝產物如短鏈脂肪酸等與腸道內分泌細胞上的短鏈脂肪酸受體結合，促進腸促胰島素分泌[24]。成骨細胞和破骨細胞表面有GIP受體，GIP與之結合能加快膠原基質成熟，增加TGF-β分泌，正向調節骨代謝，增加骨量，GLP-1可促進胰島素、降鈣素分泌，進而增加成骨，減少骨丟失[25]。

此外，乳酸桿菌、雙歧桿菌還可促進胰島素樣生長因子-1(IGF-1)分泌[26]，IGF-1可直接影響成骨、破骨細胞，刺激骨形成[25]。

1.2.3菌群代謝產物短鏈脂肪酸(SCFAs)的調節：SCFAs是腸道微生物發酵而來，在已有的研究中，它是腸道菌群影響人體的主要中介，除了可以抗炎外，還能增加小鼠的骨密度[27]，但酒精會減少丁酸等短SCFAs的生成[28]。

(1)SCFAs直接或間接的影響破骨、成骨細胞，調節骨代謝[29]。SCFAs可以誘導破骨細胞代謝重編下調破骨細胞TRAF6基因和NFATc1基因，抑制破骨細胞的生成[30]。SCFAs還可減少組蛋白去乙酰化酶生成，加快原始T淋巴細胞轉化為Treg細胞的進程[31]，而Treg細胞是激活CD8+T細胞的因素之一，后者活化后，一方面分泌Wnt10b，通過激活Wnt通路開啟機體的骨形成過程[32]，另一方面其活化會抑制破骨細胞的活性，減少骨吸收[33]。SCFAs還可以通過免疫途徑[34]間接調節破骨細胞生成，減弱骨吸收。

(2)SCFAs可以影響腸道對鈣、磷等離子的吸收。人與鼠的結腸上皮Caco-2細胞的鈣結合蛋白D9K與瞬時性受體電位通道香草酸受體6的轉錄水平[35]以及核小體的定位和組蛋白去乙酰化酶[36]，這幾者一定程度上均受SCFAs調節，在SCFAs影響下，腸上皮細胞的吸收能力得到加強，減少了腸道內鈣、磷等離子的流失，丁酸鹽是腸黏膜細胞的首選能量來源，其氧化供能可為腸道細胞提供能量，在充足能量的供應下，小腸絨毛結構和小腸上皮的表面積增加，間接增加了對鈣的吸收[36]。SCFAs還可以增加腸腔內氫離子濃度，降低腸道pH值，利于礦物質溶解[37]，促進鈣吸收。

2 腸道屏障通透性改變

2.1 腸道屏障通透性增大

酒精及其代謝物直接或間接地影響腸道的通透性，其影響腸道屏障通透性的機制可能是：(1)酒精能上調腸道上皮細胞中MicroRNAs(如miR-122、miR-212)表達來抑制緊密連接蛋白zonula occludens-1生成，削弱了腸上皮細胞之間的聯系，使得腸道屏障變得易于通過[38]。(2)酒精可以減少丁酸等短鏈脂肪酸的生成，削弱其對腸道屏障的保護作用，進而破壞腸道屏障、增加腸道通透性[28]。(3)酒精會破壞腸上皮細胞的黏液分泌功能，減少黏液分泌，從而損害腸道屏障的完整性[39]。

2.2 腸道屏障影響骨代謝的機制

病原相關分子模式(MAMPs)是指脂多糖(LPS)、肽聚糖、鞭毛蛋白和細菌分泌的或細胞死亡后保留的無細胞DNA等結構，腸道屏障易于透過導致MAMPs進入體循環增多，一旦分布到骨骼等遠程器官，MAMP與Toll樣受體 2(TLR2)(與肽聚糖結合)和TLR4(與脂多糖結合)等相結合并激活免疫細胞，使其合成并釋放一系列促炎細胞因子，導致慢性炎癥反應從而誘導骨量減少[40]。LPS可以雙向調節破骨細胞的分化，在僅有LPS而無核因子KappaB受體活化因子配體(RANKL)的環境中，破骨細胞前體細胞僅轉化為吞噬細胞，此時破骨細胞前體細胞活性降低，骨吸收減少，而在RANKL存在的環境中，RANKL/OPG比例升高，LPS與 Toll樣受體結合，破骨細胞生成增多，骨丟失增加[41]。

3 氧化應激反應的影響

氧化應激反應是指體內的超氧化物水平升高，導致超氧化物的大量聚集的現象。酒精引起的腸道微生態的變化可以促進酒精誘導的氧化應激[42]，一方面縮短骨細胞存活時間，使骨重建失衡，另一方面增加機體的炎癥因子，而炎癥因子多數能夠刺激破骨細胞的生成，使骨吸收多于骨形成[43]。

4 總結與展望

目前關于酒精對腸道菌群影響的研究，結果并不統一，這或許與酒精攝入量、攝入時間、試驗對象等因素的差異有關，但是厚壁菌門和擬桿菌門以及乳酸桿菌的變化在大部分研究中一致，這一結果與原發性骨質疏松患者的腸道菌群特點相似[4,9,14]，這或許提示酒精是骨質疏松發病的促進因素，它加速了腸道菌群的失調，從而導致骨質疏松的發病。可惜的是，在關于酒精對腸道菌群的研究中，尤其是人作為觀察對象的研究中，并沒有研究者做骨密度以及骨代謝相關標志物的檢測，這失去了可以更加直接地驗證本綜述觀點的機會，仍然需要更多的實驗去觀察與闡明酒精性骨質疏松的發病機制，腸道微生態僅僅是為此提供了一個可能的方向。

腸道微生態對骨代謝有重要的調節作用，長期大量的酒精攝入改變了菌群組成和腸道環境，破壞了腸道微生態的穩定性，加之酒精誘導的氧化應激反應的影響，這幾者共同作用下直接或間接的影響骨代謝，打破了骨代謝平衡，最終導致酒精性骨質疏松的發病。祖國醫學治療酒精性骨質疏松多從脾腎入手，且已證明了補腎健脾益氣法的療效[44]，其中生髓健骨膠囊能夠提高酒精性骨質疏松大鼠血清中與成骨相關的生化指標[45]，提高骨礦含量[46]，使骨的生物力學性能得到改善[47]，目前中藥調節腸道菌群的作用也逐漸得到重視，比如白術[48]、人參[49]等，這從腸道微生態的角度為中西醫結合防治酒精性骨質疏松提供了新思路。