消化道微生物菌群與胃食管反流病相關研究進展*

戴 璐，汪 怡，薛建國 綜述，劉 菊 審校

江蘇省昆山市中醫醫院：1.檢驗科；2.藥學部；3.治未病科，江蘇昆山 215300

胃食管反流病(GERD)作為一種常見的消化系統疾病，是指胃十二指腸內容物反流進食管引起一系列不適癥狀，其主要表現為胸骨后燒灼感(燒心)或胃內容物反流到喉嚨上部感覺反酸，可進一步發展為Barrett食管甚至食管癌[1]。肥胖、吸煙、遺傳及精神因素是GERD的危險因素。常見GERD患者食管和胃之間的瓣膜即食管下括約肌功能異常，其具體發病機制仍未明確。19世紀80年代人們首次關注微生物在人類疾病中的作用。消化道微生物菌群作為人體最復雜的微生物群落之一，為宿主提供代謝、免疫和保護功能，對人類健康起著至關重要的作用[2]。消化道微生物菌群與宿主相互作用而維持平衡，失衡則會引起疾病發生。近年來國內外學者開始研究消化道微生物菌群對GERD發生、發展的影響，本文對二者間相關的研究進展進行總結。

1 消化道微生物菌群與GERD

人體消化道包括口腔、咽喉、食管、胃、小腸、大腸和直腸等。本文將主要介紹GERD患者口腔、食管、胃和腸道微生物菌落情況變化(表1)，為GERD發生機制提供理論基礎。

表1 GERD患者消化道微生物系統菌群變化情況

1.1口腔微生物與GERD 口腔內有豐富的微生物群，包括幾百到幾千種不同物種，主要的定植菌為兼性厭氧菌，如鏈球菌和放線菌。口腔微生物多樣性失調可以局部或系統影響宿主穩態平衡導致疾病[3-4]。少量研究顯示口腔微生物改變與GERD相關。LINNETT等[5]研究GERD患兒口腔健康問題時發現，相對于健康兒童，GERD患兒口腔變形鏈球菌增多。變形鏈球菌是口腔常見定植菌，也是一種產酸微生物，可能與GERD的發生相關。研究發現，GERD患者口腔硝酸鹽還原酶活性高于健康人，且喂養高亞硝酸鹽食物的GERD小鼠模型更易進展為食管炎，提示口腔微生物的硝酸鹽還原酶將硝酸鹽轉化為亞硝酸鹽，進一步促進了GERD的發生、發展[6-7]。為了研究GERD患者口腔微生物種屬類別，ZIGANSHINA等[8]通過16SRNA檢測出GERD患者及健康人唾液中的主要菌群種屬均為鏈球菌屬、普氏菌屬、卟啉單胞菌屬、韋榮球菌屬、奈瑟菌屬、嗜血桿菌屬、梭桿菌屬、羅氏菌屬和纖毛菌屬；GERD患者唾液中放線菌屬、奇異菌屬、韋榮球菌屬及纖毛菌屬等明顯增加，卟啉單胞菌屬、球菌屬、消化鏈球菌屬和奈瑟菌屬相對下降。口腔微生物比較復雜，其與GERD間作用的研究相對較少，仍有待進一步研究。

1.2食管微生物與GERD 前期學者研究認為食管是無菌的，存在的細菌大多數被認為是從口咽向胃腸轉移殘存的。所以相對于腸道微生物而言，食管微生物研究甚少。另外食管標本獲取的難度也使得其研究具有一定的困難。近十幾年來，研究者采用多種非培養技術檢測通過食管活檢或食管刷取等方式采集的標本中的微生物組成情況[9]。PEI等[10]學者第一次利用16S rDNA PCR技術檢測4例健康成人的食管活檢標本細菌群，包括6個門：厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門、變形菌門、梭桿菌門和TM7；而在41個屬種中主要的是鏈球菌屬(39%)、普氏菌屬(17%)、韋榮球菌屬(14%)，大部分食管細菌群與上游口腔細菌群相似。YANG等[11]運用16SrRNA基因檢測12例健康成人食管活檢標本，菌群以鏈球菌屬為主，與前者結果一致。另外，YANG等[11]的研究還發現，食管微生物群可分為2型：Ⅰ型，食管菌群以革蘭陽性鏈球菌屬為主，常見于健康人；Ⅱ型，食管菌群向革蘭陰性厭氧菌/微需氧菌轉化，革蘭陰性厭氧菌/微需氧菌包括韋榮球菌屬、普雷沃菌屬、嗜血桿菌屬、奈瑟菌屬和梭桿菌屬，主要與GERD相關。通過菌群分析，Ⅰ型食管菌群革蘭陰性細菌占14.9%，Ⅱ型食管菌群革蘭陰性細菌占比高達53.4%。日本學者通過16S rDNA PCR技術研究發現，GERD患者和健康成人食管細菌種屬在門和屬水平存在一定差異，GERD患者食管菌群共有6個門：變形菌門(43%)、厚壁菌門(33%)、擬桿菌門(10%)、梭桿菌門(10%)、放線菌門(2%)和TM7(2%)，但與PEI等的研究不同，正常食管菌群中未見梭桿菌門[12]。HARRIS等[13]分別收集嗜酸細胞性食管炎患者37例、GERD患者8例及健康人25例的食管黏膜分泌物進行微生物分析，結果顯示服用質子泵抑制劑的GERD患者食管鏈球菌屬明顯減少。YU等[14]研究發現，相較于健康人，GERD患者食管微生物種類和多樣性下降，擬桿菌門、普雷沃菌屬、幽門螺桿菌屬和莫拉菌屬下降。由此看出，GERD患者食管微生物種類相對于正常食管發生一定變化，其與GERD發生機制之間的聯系有待進一步研究。

1.3胃內微生物與GERD 由于胃內含有胃酸和消化酶，胃內曾被認為是無菌的。但國內外多項研究表明胃內有獨立的微生物群，且與口腔和食管微生物完全不同[15]。健康人胃內菌群主要包括5個門：梭桿菌門、放線菌門、擬桿菌門、厚壁菌門和變形菌門；從屬水平看主要包括奈瑟菌屬、普雷沃菌屬和鏈球菌屬等[16-18]。幽門螺桿菌(Hp)作為胃內特殊的菌群，在GERD發生、發展機制研究中的結論各不相同。Hp感染常位于胃體部和胃竇部，可導致胃炎、胃潰瘍及十二指腸潰瘍，且可替代胃內優勢菌群改變胃內微生態[15]。胃炎的部位不同，與GERD的相關性也不同。胃體部胃炎引起胃酸分泌降低，胃竇部感染往往引起胃酸分泌增多，胃酸分泌與GERD的發生、發展密切相關。YALAKI等[19]研究發現胃體部胃炎與GERD發生呈負相關。胃酸分泌降低是Hp感染抑制GERD發生、發展的常見機制，相對而言，胃酸分泌增高是Hp感染促進GERD發生、發展的常見機制[20]。GERD最新臨床診斷治療指南指出，質子泵抑制劑可作為GERD治療的首選藥物[21]。由此可見，Hp與GERD的相關機制有待進一步深入研究。

1.4腸道微生物與GERD 人類腸道定植約1013～1014個微生物，包括厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門、變形菌門、梭桿菌門和螺旋菌門，絕大多數屬于厚壁菌門和擬桿菌門[22]。腸道菌群所含的基因組是人類基因組的150倍。大量研究表明腸道菌群與炎癥、代謝紊亂等多種疾病相關，其中腸道菌群與GERD有著或多或少的聯系。KIM等[23]招募糜爛性食管炎患者和健康人，通過食管胃十二指腸鏡檢查和乳果糖氫呼氣試驗對比發現糜爛性食管炎患者具有更高的小腸細菌過度生長(SIBO)，說明SIBO可能與糜爛性食管炎相關。姚佳等[24]研究發現，反流性食管炎患者常伴隨SIBO，SIBO可加重消化道動力障礙。另外，GEORGE等[25]發現39%的胃癱患者SIBO陽性，但近期CALDERON等[26]報道胃排空延遲與SIBO無關。值得一提的是，肥胖是GERD發生的危險因素之一[27]，而肥胖與腸道菌群密切相關。多項研究支持腸道微生物變化與肥胖及其并發癥(包括胰島素抵抗和非酒精性脂肪肝)之間的關系[28-29]。研究表明，肥胖小鼠腸道細菌豐度降低，且厚壁菌門比例相對增多[29]。腸道菌群與GERD發生機制密切相關，但目前研究還很表淺，值得深入探索腸道菌群與宿主發生GERD的關系。

2 GERD發生機制與消化道微生物菌群作用探討

2.1食管裂孔疝(HH) 滑動性HH是一種常見內鏡特征，發病率隨年齡增長而增高。腹腔內壓力增高、肥胖、懷孕或排便緊張均能導致疝的形成。國外學者首次提出GERD依賴于HH存在而發生，HH可以通過多種機制改變胃食管交界處功能，包括：(1)膈括約肌斷裂；(2)食管下括約肌(LES)壓力降低；(3)食管清除酸功能障礙[30]。MANES等[31]發現Hp感染可以保護HH>2 cm的患者，避免進展為GERD導致無癥狀疝。另一項研究表明，Hp被根除后，HH患者更易于向GERD發展[32]。因此，Hp感染可能是HH患者GERD發病率低的主要原因。

2.2LES松弛 LES是食管肌束統稱，其在抗反流中作為重要屏障。LES松弛是HH患者和健康人反流的主要原因，在GERD發生機制中具有重要作用[33]。已證實GERD患者食管內菌群逐漸向革蘭陰性菌轉化。FAN等[34]構建脂多糖(LPS)感染的膿毒血癥小鼠模型，結果發現括約肌釋放誘導型一氧化氮合酶(iNOS)和神經元型一氧化氮合酶(nNOS)引起LES收縮障礙，且LPS引起的功能障礙作用可被iNOS抑制劑阻斷。其他研究也同樣證明內毒素通過增加一氧化氮(NO)的產生來引起LES松弛[35-36]。另外，有一項橫斷面研究表明，LES松弛可能是一種局部炎癥和自身免疫相關的表現[37]。由此可見，消化道微生物系統菌群與LES松弛密切相關。

2.3食管清除障礙 胃內容物反流進入食管后，主要通過食管蠕動機械清除和唾液碳酸氫鹽化學清除，使pH值正常。食管炎患者食管酸清除障礙，31%的GERD患者食管運動異常。盡管仍不清楚兩者之間的因果關系，但GERD患者普遍存在食管運動障礙。SIBO可以引起腸道炎癥和免疫反應，導致腸道功能障礙。GARGUS等[38]收集8份食管活檢組織進行檢測發現，GERD患者上皮肌成纖維細胞增加和促炎通路激活，且人食管肌成纖維細胞經酸和LPS刺激，激活Toll樣受體4(TLR4)，從而激活下游核轉錄因子(NF)-κB炎癥通路，促進白細胞介素(IL)-6和IL-8分泌。劉菊等[39]通過檢測反流性食管炎模型大鼠食管組織及外周血相關促炎因子表達情況，發現反流性食管炎模型大鼠食管組織中IL-18、環氧合酶(COX)-2、iNOS表達水平及外周血中IL-18、IL-6、腫瘤壞死因子(TNF)-α水平均明顯高于健康大鼠。此外，NADATANI等[40]培養Barrett食管上皮細胞，發現LPS同時啟動和激活NOD樣受體蛋白3(NLRP3)炎性小體，導致促炎細胞因子的分泌和細胞凋亡，提示食管微生物群可能有助于炎癥介導的Barrett食管癌變。劉亞婷等[41]研究發現反流性食管炎小鼠模型食管黏膜損傷程度及食管組織TLR4、NF-κB表達水平與血清LPS水平呈正相關。由此可見，消化道系統微生物參與炎癥過程及免疫應答，與GERD的發生、發展密切相關。

2.4胃排空延遲 胃排空延遲是GERD的發病機制之一，而消化道微生物系統轉變對胃延遲排空具有影響作用。INADA等[42]構建LPS感染小鼠模型，研究發現LPS刺激小鼠胃腸道分泌iNOS和TNF-α從而引起胃排空延遲，加重胃排空障礙，從而促進GERD發生。另外，一項研究表明LPS可以促進胃腸道細胞表達COX-2導致胃排空延遲[43]。YUAN等[44]觀察研究LPS感染小鼠模型，發現促腎上腺皮質激素釋放因子受體2型(CRF2)廣泛存在于小鼠胃細胞內，并與LPS引起的胃運動障礙相關。由此可見，Ⅱ型細菌以革蘭陰性菌為主，其可能通過引起胃功能障礙，導致胃排空延遲，從而促進GERD發生。Hp作為胃腸道重要的病原菌，對胃延遲排空也有一定的影響。OKUMURA等[45]首次提出Hp可以抑制胃排空導致胃排空延遲。ZHANG等[46]認為治療Hp感染可以改善胃排空延遲癥狀，但腸道內細菌含量會影響慢性Hp感染引起的胃腸道病理生理改變治療后的恢復速度[47]。同樣地，有研究表明Hp通過降低胃組織干細胞因子表達來減少Cajal間質細胞導致胃排空延遲，胃排空延遲也是GERD的病因之一[48]。然而一部分學者認為Hp與胃延遲排空并無相關性[49]。

3 小結與展望

綜上所述，消化道微生物系統在GERD中起重要作用。消化道微生物系統向Ⅱ型細菌轉變，其中革蘭陰性菌比例增高，可通過促進HH形成、松弛LES、引起食管清除障礙及胃排空延遲導致GERD的發生，也可以通過慢性炎癥逐步向腫瘤轉化，這一過程主要通過LPS/iNOS/TLR4/NF-κB通路機制導致疾病發生。但消化道微生物系統種類數量龐大，微生物間及宿主相互之間作用復雜，GERD發病機制尚不明確，消化道微生物系統與GERD之間的機制探索不夠深入，所以未來有待進一步研究兩者之間聯系。總而言之，消化道微生物系統可以作為GERD的標志物，并作為其新的臨床治療靶點，通過檢測及調整消化道微生物系統來提示和治愈GERD成為可能。