不同飲食結構的腦癱伴癲癇患兒的腸道微生物群差異及其影響

溫壯飛,李發龍,蔡青桐,林 野,朱 彬,邰先韜

(1.海南省海口市婦幼保健院 兒童康復科,海南 海口,570000;2.昆明中醫學院 康復教研室,云南 昆明,650000)

腦性癱瘓(CP)是一組持續存在的中樞性運動障礙和姿勢性發育障礙、活動受限的癥候群,是發育中的胎兒或嬰幼兒的腦部非進行性損傷所致[1-3]。運動功能障礙是CP的核心癥狀,此外還常伴有其他功能障礙,例如感覺、知覺、認知、溝通和行為障礙,繼發性肌肉骨骼疾病和癲癇[4-6]。癲癇定義為在新生兒期之后出現2次或多次非熱性驚厥,不同類型腦癱患兒的癲癇發病率存在差異。癲癇在四肢癱瘓CP患者中尤為常見,而在運動障礙或共濟失調型CP患兒中相對罕見[7]。大多數CP患兒存在喂養困難和胃腸道功能障礙,而胃腸道功能障礙和喂養困難在CP患兒營養不良的發展中起著重要作用,并增加了生長障礙的發生風險[8]。除導致生長障礙外,營養不良還會引發腦功能下降和發育潛力降低、免疫功能受損、循環受損、傷口愈合不良等問題[9]。

胃腸道功能障礙可以通過飲食對腸道微生物群的影響來進行調節[10]。近年來,人類腸道微生物群受到越來越多的關注,研究[11]發現,微生物組-腸道-腦軸是腸道微生物組與中樞神經系統的雙向通訊系統,涉及神經、內分泌和免疫通路。研究表明,微生物群改變作為環境因素通過微生物組-腸道-腦軸發揮作用,并提出生酮飲食在調節腸道微生物群和癲癇發作中的有益作用[12-13]。胃腸道功能受腸道微生物群的飲食結構的影響,目前國內在腸道菌群對腦癱伴癲癇患兒胃腸功能障礙影響的研究較為有限。本研究分析不同飲食結構的腦癱伴癲癇患兒在腸道微生物群方面的差異及其影響,現將結果報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2021年5月—2022年5月在海口市婦幼保健院兒童康復科就診的腦癱伴癲癇患兒為研究對象,經納入標準和排除標準篩選后共有41例腦癱伴癲癇患兒入選。本研究獲得海口市婦幼保健院醫院倫理委員會的審核批準。依據患兒的基本飲食情況,將其分為觀察組23例和對照組18例。觀察組患兒基本飲食情況為流質飲食,日常食物主要包括呈液體狀的米糊和奶,易消化吞咽。對照組患兒基本飲食情況為普通飲食,日常食物主要包括谷物、淀粉以及水果、蔬菜,少量動物蛋白和脂肪,少油膩、粗纖維、無刺激性。

納入標準：① 已確診符合《腦性癱瘓共患癲癇診斷與治療專家共識》[14]中相關診斷標準的患兒;② 年齡≤10周歲者;③ 患兒家屬知曉本研究目的及過程并簽署病情知情同意書。排除標準：① 患有胃腸道疾病(消化道潰瘍、出血,細菌性痢疾,胃食管反流等)或胃腸功能異常的患兒;② 入組前14 d內使用過益生菌或抗生素治療的患兒;③ 有代謝疾病的患兒;④ 大便輪狀病毒檢測陽性的患兒。

1.2 研究方法

收集患兒的糞便樣本并進行DNA提取測序[15]：使用無菌干燥棉拭子和采便盒收集患兒入組當天的新鮮糞便3～5 g,隨后轉移至-80 ℃冷凍管液氮冷凍,使用天根糞便基因組DNA提取試劑盒DP328提取糞便微生物全DNA,DNA樣本隨后進行16S rRNA基因擴增和高通量測序。部分患兒因便秘未在入組當天采集到糞便,則收集在住院治療期間的糞便樣品進行研究。

測序數據分析[16]：2組患兒的測序數據通過生物信息學工具進行序列拼接、過濾、去嵌合體。優化后的序列在USEARCH中聚合成可操作的分類單元,參考Greengene v201305細菌庫對這些單元進行比較和注釋,得到每個樣本的微生物組成信息。基于此對2組所有樣本進行細菌豐度分析。最后在基于屬的組成和相對豐度上進行主成分分析(PCA),并繪制了按組劃分的樣本的整體微生物群分布。

1.3 統計學分析

使用北京大數惠康醫療科技有限公司的臨床科研智能決策系統分析所有數據,描述性數據以平均值±標準差表示,獨立樣本t檢驗用于識別描述性數據的顯著差異;頻率數據以[n(%)]表示,使用卡方檢驗和Fisher精確概率法比較頻率數據。基于屬的組成和相對豐度進行PCA,并繪制了按組劃分的樣本的整體微生物群分布。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 2組患兒一般資料比較

2組患兒在性別、年齡、腦性癱瘓類型、病程、癲癇持續時間、發作頻率方面比較,差異無統計學意義(P>0.05),但2組在身高、體質量以及粗大運動功能分級系統(GMFCS)分級方面比較,差異有統計學意義(P<0.05)。見表1。

表1 2組患兒一般資料比較

2.2 2組患兒胃腸道功能障礙發生情況比較

2組患兒均發生胃腸道功能障礙,其中最多的是便秘,其次是腹脹、腹瀉。觀察組患兒嘔吐、腹脹、腹瀉、胃腸道出血以及便秘發生率高于對照組,差異有統計學意義(P<0.05)。見表2。

表2 2組患兒胃腸道功能障礙發生情況比較[n(%)]

2.3 2組患兒胃腸道優勢微生物組成分析

對照組豐富度排名前5門的優勢菌分別是厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門、變形菌門和梭桿菌門。觀察組豐富度排名前5門的優勢菌分別是厚壁菌門、放線菌門、擬桿菌門、變形菌門和疣微菌門。2組擬桿菌門、放線菌門及梭桿菌門、疣微菌門相對豐度比較,差異有統計學意義(P<0.01)。見表3、圖1。

表3 2組患兒胃腸道中豐富度排名前5門的優勢菌的相對豐度

2.4 2組患兒胃腸道優勢菌屬組成分析

2組患兒胃腸道排名前10屬的優勢菌分布情況見表4。對照組前5個屬中有4個屬與觀察組有重疊,分別為普雷沃氏菌屬、擬桿菌屬、雙歧桿菌屬、副桿菌屬。觀察組的擬桿菌屬、雙歧桿菌屬和副桿菌屬相對豐度均高于對照組,普雷沃氏菌屬的相對豐度低于對照組,差異有統計學意義(P<0.05),見表5。

表4 2組排名前10菌屬的相對豐度

表5 2組重疊菌屬相對豐度的差異比較 %

2.5 2組組間細菌差異的PCA

PCA顯示觀察組的腸道菌群結構與對照組相比,差異有統計學意義(P=0.002)。見圖2。

3 討 論

雖然CP和癲癇雖然是2種不同的神經系統疾病,但兩者之間存在聯系密切。超過25%的CP患者被診斷為癲癇[17],而癲癇也加重了CP患者的運動和精神障礙[18]。關于微生物-腸-腦軸的研究[19]表明腸道菌群對各種神經系統疾病有潛在影響。本研究發現,2組患兒在身高、體質量以及GMFCS分級存在顯著差異。GMFCS分級是以患兒的自發運動為依據來描述患兒現階段的活動能力以及運動功能受限制的程度,等級越高表明患兒活動越困難[20]。本研究中,對照組有較多的Ⅰ級、Ⅱ級患兒,而觀察組有較多的Ⅲ級患兒,表明觀察組中多為運動受限的患兒,這些患兒需要通過流質飲食來提供日常所需營養。受液體質地的影響,流質飲食的營養不完整[21],患兒更容易出現營養不良的情況,因此觀察組患兒的身高、體質量均顯著低于對照組。此外,2組患兒均發生胃腸道功能障礙,其中最多的是便秘,其次是腹脹、腹瀉;觀察組患兒嘔吐、腹脹、腹瀉、胃腸道出血以及便秘發生率顯著高于對照組。便秘是CP患兒最常見的合并癥之一,發生率為26%～74%。CP患兒的水和膳食纖維攝入量通常低于正常同齡兒童推薦的攝入量[22],這主要是因為CP嚴重的患兒在客觀上難以口服富含纖維的全植物性食物,而膳食纖維能夠通過刺激腸道運動、吸收水分和潤滑腸道來改善便秘情況[23]。因此,雖然觀察組攝入的水分較多,但流質飲食中的膳食纖維不足,進而導致便秘易發。

研究[24]發現,腸道功能障礙、腸道微環境失調與炎癥、神經調節物(如內啡肽、干擾素、白細胞介素等)的變化與生物信號傳導受損有關。食物成分(維生素、碳水化合物、脂肪、礦物質等)的信息通過腸道菌群以“微生物群-腸-腦軸”的方式處理并傳遞到中樞神經系統,引發反映營養和能量狀態的系統反應。當微生物種群失衡時,異常信號將被傳遞至大腦,從而導致不良情況發生,例如細胞退化、能量穩態破壞和氧化應激增加[25]。本研究中,2組患兒胃腸道排名前10屬的優勢菌中,對照組前5個屬中的普雷沃氏菌屬、擬桿菌屬、雙歧桿菌屬、副桿菌屬與觀察組有重疊,且觀察組的擬桿菌屬、雙歧桿菌屬和副桿菌屬相對豐度均顯著高于對照組,而普雷沃氏菌屬的相對豐度顯著低于對照組。普雷沃氏菌擅長從阿拉伯木聚糖和低聚果糖中提取短鏈脂肪酸丙酸。普氏菌的組成和代謝活動在很大程度上受飲食調節,也可以影響食物的代謝,有研究[26]表明低脂高纖維飲食的兒童腸道普氏菌豐富。本研究也證實有普通飲食的對照組患兒有較多纖維攝入,普雷沃氏菌屬的相對豐度明顯較高。雙歧桿菌是乳酸的主要生產者,可抑制大腸桿菌等病原體在上皮細胞中的生長,減少腸道炎癥,并與免疫系統配合。糞便中普雷沃氏菌屬與游離氨基酸和短鏈脂肪酸(SCFA)的改善腸道運動功能密切相關[27]。低水平的SCFA可能與益生菌的使用、有益細菌的糖酵解發酵降低或腸道通透性增加有關。本研究觀察組柯林斯菌屬、另枝菌屬、伊格爾茲氏菌屬可誘發腸道炎癥和腸滲漏,這可能與流質飲食患兒胃腸道出血、腹脹有關。

綜上所述,與普通飲食相比,食用流質飲食的腦癱伴癲癇患兒的腸道微生物群中共生病原體水平升高,腸道屏障保護細菌減少,增加了腦癱伴癲癇患兒發生胃腸道功能障礙的風險。長期采取流質飲食的患兒可以服用含有纖維或含有葡萄糖聚合物和長鏈甘油三酯的膳食補充劑,或者在飲食過程中補充益生菌。在無法通過口服滿足營養需求的情況下,應考慮使用腸內營養。若兒童處于營養不良的高危狀態,可進行腸內管飼,其配方(脂肪、熱量、纖維素、微量元素等)應基于兒童的年齡、能量需求和腸內途徑進行選擇。