腸道菌群在脊髓損傷診治中的研究進展

周孝敏 王強 李卓倫 魚麗萍

1陜西中醫藥大學第二臨床醫學院（陜西咸陽712000）；2陜西中醫藥大學（陜西咸陽712046）；3咸陽市第一人民醫院（陜西咸陽712099）

腸道菌群指主要存在于結腸、胃和小腸內的細菌、古細菌、病毒和真核微生物，又稱腸道微生物群。過去認為腸道菌群數量約是人體細胞數的10 倍，最近研究發現他們數量約為1∶1［1］。大量研究表明腸道微生物群對免疫系統、新陳代謝、甚至各器官的發育都至關重要，腸道菌群紊亂與人體多種疾病的發生、發展相關［2］。出生后腸道菌群便發生定植，腸道菌群的建立主要分為三個階段，每個階段都以不同微生物的優勢為特征，其穩定階段不是一成不變而是保持一個相對穩定的動態平衡［3］，同時其存在個體間差異，主要與飲食結構、性別、年齡、種族以及抗生素的使用等相關［4-5］。

脊髓損傷（spinal cord injury，SCI）是指由于墜落、車禍等因素導致的一種毀滅性的中樞神經系統損傷，除了致死致殘外，還常導致各種各樣的并發癥，嚴重降低患者后期生活質量。據統計，全球每年約有100 萬新病例，2 700 萬患者患有脊髓損傷后遺癥［6］，每個脊髓損傷患者平均每年花費約72 047 美元［7］。脊髓損傷主要包括原發損傷與繼發損傷［8］，繼發損傷病理機制復雜多樣，包括慢性缺血缺氧、過度氧化應激、炎癥反應以及神經退行性改變等［9-10］。多種病理機制相互交織常引起SCI 患者發生全身變化，全身變化常涉及腸道菌群的變化。了解脊髓損傷后腸道菌群的變化，有助于深入了解繼發性損傷的機制，促進對SCI 的進一步治療。

隨著不斷研究發現，腸道菌群與多種中樞神經系統病變相關［11］。動物實驗和臨床研究均發現，脊髓損傷會打破腸道菌群的穩態，進而影響SCI 后期的功能恢復［12-13］。近年來，大量研究提示腸道菌群不僅可以作為脊髓損傷的生物標志物，而且還可以作為SCI 的治療靶點。本文以此為著眼點展開綜述，為將來腸道菌群在脊髓損傷的臨床診治及進一步研究提供一定參考。

1 SCI 的腸道菌群特征

腸道菌群形成了一個復雜而相對穩定的生態系統，這對維持人體健康至關重要。腸道菌群的這個生態系統發生紊亂常導致或加劇疾病。2016年GUNGOR 等［14］首次將SCI 神經源性腸功能障礙患者與健康受試者的腸道菌群運用16S rDNA 高通量測序發現，與健康組相比，上運動神經元性（UMN）腸功能障礙組羅氏菌屬（Roseburia）、假丁酸弧菌屬（Pseudobutyrivibrio）、小桿菌屬（Dialister）和巨單胞菌屬（Megamonas）菌總數顯著降低；（UMN）腸功能障礙組（Marvinbryantia）菌屬的菌總數明顯低于下運動神經元性（LMN）腸功能障礙組；LMN腸功能障礙組羅氏菌屬、假丁酸弧菌屬和巨單胞菌屬菌總數明顯低于健康組。這提示脊髓損傷導致腸道菌群紊亂且代謝產生丁酸鹽的有益菌群減少。同年，KIGERL 等［12］在動物實驗上也得出相似結論，即創傷性脊髓損傷會導致嚴重的腸道菌群失調，延緩運動功能的恢復。最近RONG 等［15］通過體內外實驗結合也證實，SCI 小鼠表現出明顯的腸道菌群紊亂，且其會導致促炎因子升高，加重脊髓損傷，在腸道-中樞神經系統之間形成一個惡性循環。

ZHANG 等［16］進一步研究SCI 患者與腸道菌群多樣性發現，SCI 組患者與健康對照組間腸道菌群在Alpha 和Beta 多樣性上均存在明顯差異。然而，最近一項研究［17］提示SCI 組與對照組之間腸道菌群只在Beta 多樣性存在顯著差異。這與之前ZHANG 等［16］結論存在一定的不同，可能是由于前一項研究納入對象全為男性等因素所致。雖然目前不同研究結果之間存在一定的差異，但目前臨床和動物實驗均提示，脊髓損傷會導致腸道菌群紊亂，而菌群的紊亂也影響著SCI 的進展。

2 腸道菌群對SCI 的生物標志作用

2.1 SCI 嚴重程度的生物標志物 目前SCI 患者病情嚴重程度和預后判斷的方法主要依靠美國脊髓損傷協會（the American Spinal Injuries Association，ASIA）評分［18］、神經系統體格檢查以及影像學檢查。但ASIA 評分受到許多限制，如：脊髓休克期、患者昏迷狀態下均難以執行評估，同時存在主觀性強以及費時等缺點。而連續的影像學檢查對大多數患者是難以實現的。因此，臨床工作中需尋找易于檢測且具有特異性的標志物來評估SCI患者病情和臨床預后。近年來研究發現腸道菌群與SCI 的嚴重程度、病變節段以及一些血清學標志物都密切相關。因此，腸道菌群對于SCI 是一個不錯的候選標志物。

ZHANG 等［16］分別納入四肢癱瘓、截癱的創傷性脊髓損傷男性患者和健康男性，并收集他們的新鮮糞便標本。通過對16S rRNA 的V3-V4 區測序檢測發現，SCI 組腸道菌群的多樣性減少，其結構組成與健康男性組有所不同。其中SCI 組的韋榮氏球菌科（Veillonellaceae）和普雷沃氏菌科（Prevotellaceae）豐度增加，擬桿菌科（Bacteroidaceae）和擬桿菌屬（Bacteroides）豐度下降。四肢癱組的擬桿菌科、擬桿菌屬、氨基酸球菌科（Acidaminococcaceae）、布勞特氏菌屬（Blautia）、紫單胞菌科（Porphyromonadaceae）、酪酸桿菌（Lachnoclostridium）的豐度明顯高于健康男性組。這提示不同節段脊髓損傷導致不同的菌群紊亂。隨后關于脊髓損傷程度與腸道菌群之間的相關性逐漸受到大家關注。YU等［19］將完全性胸段脊髓損傷（CTSCI）患者、不完全性胸段脊髓損傷（ITSCI）患者和健康患者進行對比分析腸道微生物的多樣性和組成。結果顯示，CTSCI患者的平均神經源性腸（NBD）評分高于ITSCI 患者；SCI 組腸道微生物群多樣性減少，且隨著損傷程度的增加，Alpha 多樣性逐漸減少；CTSCI 患者與健康組之間差異也比ITSCI 與健康組之間差異更顯著。這提示，這些特征的腸道微生物可以作為腸道功能、完全性脊髓損傷和不完全性脊髓損傷之間的生物標志物。同年，BAZZOCCHI 等［20］對不同節段、不同病因以及不同性別的SCI 患者研究發現，脊髓損傷后急性期（≤60 d）患者的腸道菌群發生顯著失調，表現為潛在的致病性、促炎性和粘液降解菌群的增加，以及代謝產生短鏈脂肪酸（SCFAs）的菌群減少。相比下，脊髓損傷越嚴重的患者表現出越嚴重的腸道微生物群紊亂［20］。DU等［21］對完全消除了交感神經張力的T4 節段和部分消除了交感神經張力的T10 節段脊髓損傷小鼠模型收集糞便進行宏基因組測序提示，SCI 小鼠模型表現出有益的菌群和噬菌體相對豐度減少，而致病的菌群和噬菌體增加。雖然所有SCI 小鼠的微生物組都發生了變化，但一些菌群紊亂程度與損傷節段的高度成正相關。這些臨床和動物實驗均提示脊髓損傷會導致相應的腸道微生物群紊亂，且腸道菌群紊亂可作為脊髓損傷嚴重程度、病變節段的標志物。

2.2 并發癥的生物標志物 脊髓損傷除了直接導致的損傷平面以下感覺、運動以及自主神經功能障礙外，常伴隨著多種共病，嚴重影響患者生活質量。然而目前臨床上缺乏具有特異性的早期診斷標志物來防治并發癥的發生、發展。由于腸道菌群紊亂與SCI 之間的相關性，其有望作為早期診斷的一項生物標志物。O′CONNOR 等［22］通過動物模型研究發現，脊髓損傷后腸道菌群在科、屬和種水平上均發生顯著變化，腸道菌群的紊亂導致腸道通透性增加，使患者更容易患共病。

隨后更進一步研究也證實腸道菌群紊亂與SCI 相應并發癥密切相關。對創傷性頸段脊髓損傷（TCSCI）男性患者糞便微生物分析顯示，TCSCI患者的腸道微生物群多樣性降低。同時，TCSCI 患者顯示出與脂質代謝相關的血清生物標志物的改變。其中厚壁菌門（Firmicutes）起積極作用，而疣微梭菌（Verrucomicrobia）對脂質代謝有負面影響（P＜0.05）。在屬水平上，擬桿菌（Bacteroides）和布勞特氏菌屬（Blautia）在患者中明顯高于健康受試者，并與脂質代謝相關（P＜0.05）。這提示脂質代謝標志物相關的糞桿菌、巨單胞菌和普雷沃氏菌可能作為診斷TCSCI 患者脂質代謝紊亂早期生物標志物［23］。LI 等［24］對急性脊髓損傷（A-SCI）患者、長期脊髓損傷（L-SCI）患者分別在損傷后7 天和18年后分別采集糞便樣本與健康人對照分析發現，與健康對照組相比，SCI 組的微生物組具有與代謝綜合征、炎癥性腸病、抑郁癥等相關的微生物組特征；而與A-SCI 和對照組相比，L-SCI 具有與體力活動減少相關的菌群特征。這提示腸道菌群可作為脊髓損傷后短期和長期并發癥的診斷標志物。最近有研究也發現脊髓損傷后腸道菌群紊亂與心腦血管疾病相關的吲哚硫酸酯和苯乙酰谷氨酰胺明顯升高［25］。目前關于腸道菌群與脊髓損傷并發癥相關的研究之間從納入對象到結論之間都不盡相同，但均提示腸道菌群紊亂與SCI 相關的并發癥的發生、發展密切相關，需進一步找到相應并發癥的特征性菌群以期作為早期診斷相應并發癥的特異性標志物。

3 腸道菌群作為SCI 治療靶點

目前脊髓損傷的治療主要包括手術減壓、藥物治療及康復訓練等。然而，這些方法目前臨床療效仍十分有限，迫切需要聯合其他更有效的方法來治療脊髓損傷［26］。隨著腸道菌群在SCI 中的特殊作用被不斷發現，將為腸道菌群作為SCI 治療靶點帶來新的方向和希望。

3.1 糞便移植 JING 等［27］將未損傷小鼠的糞便移植（FMT）給SCI 小鼠發現，FMT 可促進SCI 小鼠的功能恢復，增強腸道屏障完整性和胃腸道運動。高通量測序顯示，SCI 小鼠糞便樣本中厚壁菌門減少，FMT 顯著重塑了腸道微生物群。同時，FMT 處理的SCI 小鼠的SCFAs 增加，這與腸道通透性和運動功能恢復相關。SCHMIDT 等［28］也證實糞便移植治療可以預防脊髓損傷引起的生態失調和焦慮樣行為的發展；但FMT 治療并不影響病變的大小和運動功能的恢復，這與JING 等［30］研究結果之間存在差異。隨后該團隊進一步研究供體本身狀態是否會影響脊髓損傷后FMT 的療效，發現本身具有焦慮行為的大鼠作為FMT 供體不僅不能防止SCI 引起的腸道微生物群變化，而且還增加了受體大鼠的腸道通透性和焦慮樣行為［29］。這些研究提示，糞便移植為脊髓損傷的治療帶來了新的方向，但考慮糞便移植治療時，首先考慮受體安全之外，更優的供體選擇對于提高FMT 的成功至關重要。在未來的工作應研究是否需要特定的菌群以及最佳的治療時間和劑量等。

3.2 藥物 除了直接糞便移植，通過藥物調節腸道菌群紊亂也被證實對SCI 康復有一定效果。通過腹腔注射褪黑素給胸段脊髓挫傷小鼠可調節腸道菌群的組成，使梭狀芽孢桿菌相對豐度降低，乳酸桿菌和乳酸菌相對豐度增加，同時可改善脊髓損傷后腸道屏障的完整性、上調緊密連接成分、改善胃腸道運動，并降低IL-17、IFN-γ 和單核細胞趨化蛋白（MCP）-1 等促炎因子的表達水平，以減輕腸道炎癥，促進運動恢復［30］。國內學者李鵬飛［31］運用高烏甲素治療SCI 大鼠模型發現，高烏甲素通過調節腸道菌群，促進有益菌的生長來調節“菌群-腸-腦軸”的平衡，促進損傷脊髓的修復。鄭蘇陽［32］通過脊髓康干預C57BL∕6 脊髓損傷模型，同樣提示，脊髓康通過調節腸道菌群促進血漿中SCFAs 含量升高，調節小膠質細胞的活化，從而促進SCI 導致的運動功能恢復［32］。SCHMIDT 等［33］用二甲胺四環素干預SCI 小鼠發現，二甲胺四環素對腸道菌群多樣性、組成和功能都有顯著的影響，同時證明這些影響可促進脊髓損傷后的焦慮狀態的恢復，但不能促進運動恢復也不改變病變大小。這些研究均證實腸道菌群是治療脊髓損傷的重要靶點。

4 小結與展望

綜上，多項臨床和動物實驗都從不同角度對腸道菌群與脊髓損傷展開研究，雖然研究結果之間存在一定的差異，但總體上均提示，脊髓損傷會導致腸道菌群發生顯著變化，進而在菌群-腸-腦軸之間形成惡性循環，影響SCI 后期恢復。同時，腸道菌群的紊亂對于SCI 的嚴重程度、病變節段以及多種并發癥具有生物標志作用，也證實通過糞便移植、藥物等來糾正腸道菌群的紊亂可以促進部分功能恢復。但仍缺乏更直接的證據闡明腸道菌群紊亂對SCI 以及相關并發癥的具體影響機制。腸道菌群本身受到很多因素的影響，所以在未來需更大樣本、多中心的臨床研究和更均一化的基礎研究來進行更深層次的研究，找到更特異性的預測脊髓損傷嚴重程度以及并發癥相關的特定腸道菌群，為SCI 的治療和并發癥的預防提供更精準化的治療靶點。