急性胰腺炎中腸道微生態的改變及基于腸道微生態的治療策略

楊森

在過去20 年里，我國的急性胰腺炎(acute pancreatitis，AP)發病率提高了20%，成為我國胃腸疾病最常見的住院原因之一。根據其嚴重程度可將其分為輕癥急性胰腺炎(MAP)、中重癥急性胰腺炎(MSAP)與重癥急性胰腺炎(SAP)。其中MAP一般沒有器官衰竭和并發癥，死亡率低。然而，有15%～20%的輕癥患者可發展為SAP，伴有全身炎癥反應和持續性多器官功能衰竭，死亡率高達30%，如果后期發生胰腺壞死組織繼發性感染，病情發展為敗血癥，死亡率將會更高。近年來，隨著對AP發病機制和病理生理過程等深入研究，急性胰腺炎的發生與發展與已知的病理性鈣信號傳導、自噬受損、線粒體功能障礙等病理生理過程息息相關。除此之外，腸道菌群失衡也越來越備受關注。這些機制相互作用，共同促進了AP的發生與發展。

1 腸道微生態

腸道微生態作為人體內最豐富、最復雜的生態系統，由超過1014微生物組成，分屬1 000多個不同的物種。而這些微生物中的細菌在維持腸黏膜屏障功能、免疫調節、參與機體物質代謝等方面起著重要作用。目前，人類腸道菌群已經鑒定出細菌的幾十個門，包括：擬桿菌門、厚壁菌門、變形菌門、放線菌門、梭桿菌門、螺旋體門等。在健康人群中，擬桿菌門、厚壁菌門、變形菌門和放線菌門占腸道菌群數量的99%。在這些門中，有的是有益菌，有的是機會性病原體，它們相互合作與競爭，共同維持著腸道微生態的平衡。這些細菌豐富度及均勻度的變化與人類健康和疾病的發生發展息息相關，已有研究表明，腸道菌群失調參與了炎癥性腸病[1]、腸易激綜合征[2]、抑郁癥[3]、糖尿病[4]等疾病的發生與發展。

2 腸道菌群失調與AP

一項前瞻性臨床研究結果表明[5]，與健康對照組相比，早期AP便伴有腸道微生態失調，主要表現為腸道菌群多樣性減少，腸球菌和腸桿菌科增加，以及雙歧桿菌減少，并且炎癥因子血清IL-6與腸桿菌科和腸球菌呈正相關，與雙歧桿菌呈負相關，血漿內毒素與腸球菌呈正相關。腸道菌群多樣性的減少，最直接的后果就是導致了腸屏障功能的障礙。隨著病情的進展，可以反映腸黏膜損傷的血清二胺氧化酶及D- 乳酸水平明顯升高[6]。Zhu Y等人[7]研究表明，在門水平上，AP的擬桿菌門豐度顯著減少，而變形菌門豐度則高于健康對照組。在屬水平上，與健康對照組相比，普氏菌、糞桿菌和雙歧桿菌等有益菌豐度水平下降，而致病菌大腸埃希菌- 志賀氏菌、腸球菌等豐度水平上升。大腸埃希菌- 志賀氏菌的增多可能與潘氏細胞的減少相關，潘氏細胞參與了腸屏障的組成，其可分泌α- 防御素、溶菌酶等來重構腸道細菌的結構[8]。而由于腸屏障功能的受損，腸黏膜通透性增加，大腸埃希菌-志賀氏菌、腸球菌可以通過損傷的腸黏膜釋放入血引起繼感染性胰腺壞死，是細菌易位的主要菌群。另外，Zhu Y等人[7]還進行了不同嚴重程度AP的腸道菌群比較，發現與輕癥AP組和中重癥AP組相比，重癥AP組的擬桿菌屬、Alloprevotella、Blautia和Gemella豐度水平顯著下降，這些共生有益菌被認為是假定的纖維素降解劑，可促進結腸中抗性淀粉和纖維素的發酵并產生短鏈脂肪酸[9-12]，而短鏈脂肪酸(特別是丁酸鹽)是腸上皮細胞的主要能量來源，可通過刺激上皮細胞產生黏液和緊密連接蛋白的重排增強腸黏膜屏障功能[13]，并且可以通過抑制NLRP3 炎性體途徑減輕腸道損傷和炎癥反應[14]。短鏈脂肪酸水平的下降，會加重腸屏障功能受損及腸道炎癥反應，促進病情的進展，這與研究觀察到的結果一致[7]。

腸道菌群的失衡也影響著機體的代謝途徑，腸道菌群的代謝物所傳遞的“信號”在AP病情進展中起著不可忽視的作用。這些不同的代謝物可以是腸道菌群直接分泌、間接影響機體分泌或者通過分解和轉化食物而來。腸道菌群與代謝物相互作用，影響著病情的發展。 前文提到在胰腺炎患者中糞桿菌的豐度水平顯著下降，而糞桿菌是分泌丁酸鹽的主要腸道菌群，在牛磺膽酸鹽誘導的壞死性胰腺炎小鼠試驗中[15]，其腸道代謝組學的特征性改變就是丁酸鹽水平下降，并且通過口服和全身補充丁酸鹽可以降低死亡率、細菌易位的發生，并且可以防止大腸埃希菌- 志賀氏菌的定植，緩解了病情的進展。有研究[16]強調了多胺在志賀氏菌屬發病機制中的作用，由于基因的缺失和突變，志賀菌屬失去了合成多胺的能力，而多胺可以通過調節改變K+通道活性、膜電位和胞質游離Ca2+濃度進行腸柱狀細胞的重排從而修復腸黏膜[17]。這與前文提到的重癥胰腺炎中志賀氏菌作為細菌易位的主要菌群的結論一致。另外，我們課題組進行的一項研究的預實驗發現，與輕癥胰腺炎相比，重癥胰腺炎的腸道代謝物γ-谷氨酰半胱氨酸豐度顯著降低，它是合成谷胱甘肽的中間底物，這導致了谷胱甘肽合成減少，通過KEGG通路分析我們發現，谷胱甘肽的減少會引起鐵死亡核心調控因子谷胱甘肽過氧化物酶4活性下降，使脂質過氧化物和活性氧ROS過氧化積累，導致細胞鐵死亡發生，而有研究表明[18]，鐵死亡會加劇AP腸黏膜屏障的損傷。

3 基于腸道微生態的AP 治療策略

目前，通過糾正AP腸道微生態失調達到治療目的的方式主要有三種：抗生素、微生物制劑和糞菌移植。

3.1 抗生素 在腸屏障功能受損情況下，腸道菌群易位是AP病情加重的重要原因之一，AP患者在沒有出現壞死胰腺組織感染的情況下，是否應該預防性使用抗生素治療一直是值得商榷的話題。

目前大多數指南認為，預防性使用抗生素并不能降低胰腺周圍組織或胰腺感染的發生率，也不能降低死亡率[19]，甚至有可能導致多重耐藥或真菌感染。但有學者對18項隨機對照試驗進行薈萃分析發現[20]，預防性使用抗生素可以顯著降低胰腺壞死的發生，并降低了總死亡率。有研究發現[21]，在雨蛙素誘導的AP小鼠中，通過聯合使用萬古霉素、新霉素和多黏菌素b能夠減少腸道菌群，并且能改善腸黏膜屏障障礙，其作用機制可能是通過抑制胰腺NLRP3(Nod受體蛋白之一，在形成炎癥小體中起重要作用)通路和抑制腸-胰腺炎癥反應來抑制腸道細菌向胰腺的易位。在一項回顧性研究中[22]，研究者發現接受利福昔明治療的AP患者的胰腺壞死感染的發生率較未接受利福昔明治療的明顯降低，但在死亡率方面沒有統計學差異。利福昔明是第一個非氨基糖甙類腸道抗生素，對沙門氏菌屬、大腸桿菌、志賀氏菌屬等菌屬有很高的藥物活性，可通過糾正腸道菌群失調(正常菌群重新定植于腸道，特別是非致病性大腸桿菌)減輕腸道黏膜炎癥，這提示利福昔明可能是治療AP的一種新型治療選擇。

胰腺感染中的大多數病原體是胃腸道革蘭氏陰性菌(大腸桿菌、變形桿菌、克雷伯氏菌)，因此，對于明確有感染的胰腺炎患者(可通過超聲引導下細針抽吸細胞學檢查區分感染性胰腺壞死和無菌性胰腺壞死)，或有明顯膿毒癥臨床癥狀(低血壓、發熱、休克——充分復蘇后)的AP患者，可使用抗生素治療[20]。抗生素應具有良好的穿透胰腺炎的胰腺組織(有效通過血胰屏障)特性，選擇應遵循“降階梯”策略，針對革蘭氏陰性菌和厭氧菌為主，如碳青霉烯類、喹諾酮類、第三和第四代頭孢菌素、甲硝唑等。療程為7～14 d，特殊情況下可適當延長[23]。盡快完善細菌培養及藥敏試驗，根據其結果調整抗生素。

3.2 微生物制劑 微生物制劑包括益生菌和益生元。益生菌根據世界衛生組織定義是指活的微生物，當攝取合適數量時，對宿主健康有益。益生

菌并不是只有一種或者幾種，它是一類對人體健康有好處的細菌的總稱。目前，大多數益生菌指的是雙歧桿菌屬、乳酸桿菌屬及酵母菌屬。雙歧桿菌屬主要分泌產物是乙酸和乳酸，可降低腸道環境的pH值，抑制腸道有害菌的生長。益生菌可抑制潛在致病菌的生長繁殖[24]，降低細菌易位的發生率和死亡率。并且可以增強胰腺谷胱甘肽的生物合成[25]，這可能會減少胰腺細胞的鐵死亡發生。現在研究比較熱門的益生菌菌株鼠李糖乳桿菌GG可以分泌一種新型分泌蛋白HM0539，這種蛋白可以增強腸道黏蛋白表達，預防脂多糖或腫瘤壞死因子-α誘導的腸道屏障損傷，增強腸黏膜屏障功能[26]。一項隨機、雙盲、安慰劑對照試驗表明益生菌可縮短輕癥急性胰腺炎患者的住院時間[27]。但一項包含536名成人重癥AP的6項隨機對照試驗的薈萃分析表明，與安慰劑組相比，益生菌對胰腺感染率、手術率、住院時間和死亡率沒有顯著影響[28]。因此，對于重癥AP患者，可能不適合使用益生菌治療。上述研究結果的不一致可能與研究設計、受試人群的差異和偏倚等因素相關。總的來說，益生菌是否能作為治療AP的一種常規方法，仍需要進一步科學循證。益生元則是指一些不被宿主消化吸收卻能夠選擇性地促進體內有益菌的代謝和增殖，從而改善宿主健康的有機物質。有研究發現[29-30]，唾液酸乳糖和低聚半乳糖可增強腸屏障功能，其可誘導上皮細胞分化和修復，還可以增加腸道雙歧桿菌及擬桿菌屬的豐度水平，這將進一步增加短鏈脂肪酸（主要是乳酸、丁酸和丙酸）等濃度水平，這對急性胰腺炎腸道炎癥反應可能有一定益處。但是，在一項納入86名患者的前瞻性、雙盲隨機試驗中[31]，研究者發現合生元(益生菌和益生元的混合制劑)能減少中重癥和重癥AP患者的住院時間，但對于膿毒血癥的發生率及患者的死亡率并沒有影響。已有研究證明補充膽汁酸[32]、丁酸鹽[33]能直接或間接地調節腸道菌群、減輕腸道炎癥，但這些研究都只是在小鼠模型上進行，缺乏臨床證據，但也為我們在分子水平上探討機制及臨床上治療AP提供了新的思路和指導。

3.3 糞菌移植 糞菌移植(fecal microbiota transplantation，FMT) 是指將健康人糞便中的功能菌群，移植到患者胃腸道內，重建新的腸道菌群，通過增加腸道微生物的多樣性，實現腸道及腸道外疾病的治療。目前，糞菌移植在治療潰瘍性結腸炎、復發性艱難梭菌感染等疾病有顯著療效，但在治療AP方面仍存在爭議。一項隨機、單盲、平行組、對照研究發現[34]，FMT并沒有降低AP患者的感染性并發癥發生率，還觀察到FMT組D-乳酸水平升高，這表明FMT治療還可能會加重腸屏障功能障礙。在AP小鼠模型上，FMT增加了小鼠的死亡率和細菌易位的發生[12]。FMT治療的效果和諸多因素相關，如供體選擇、FMT時機、移植途徑等。因此，FMT在AP治療中的效果并不明確，未來還需要更多的多中心研究來檢驗其治療效果。

4 結語

綜上所述，腸道微生態失衡涉及了病理性鈣信號傳導、細菌易位、鐵死亡等諸多病理生理過程，對AP的病情發展起著不可忽視的作用。通過使用抗生素、益生菌或益生元調節腸道菌群有一定的療效，但要嚴格掌握使用適應證。雖然FMT治療AP效果不明確，但仍是一種相當有潛力的治療方法。未來需要進行大規模、多中心的試驗來進一步驗證上述三種微生態療法的療效。