不同飲食結(jié)構(gòu)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(fā)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(fù)科,海南 海口,570000;2.昆明中醫(yī)學(xué)院 康復(fù)教研室,云南 昆明,650000)

腦性癱瘓(CP)是一組持續(xù)存在的中樞性運(yùn)動(dòng)障礙和姿勢性發(fā)育障礙、活動(dòng)受限的癥候群,是發(fā)育中的胎兒或嬰幼兒的腦部非進(jìn)行性損傷所致[1-3]。運(yùn)動(dòng)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(rèn)知、溝通和行為障礙,繼發(fā)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(xiàn)2次或多次非熱性驚厥,不同類型腦癱患兒的癲癇發(fā)病率存在差異。癲癇在四肢癱瘓CP患者中尤為常見,而在運(yùn)動(dòng)障礙或共濟(jì)失調(diào)型CP患兒中相對(duì)罕見[7]。大多數(shù)CP患兒存在喂養(yǎng)困難和胃腸道功能障礙,而胃腸道功能障礙和喂養(yǎng)困難在CP患兒營養(yǎng)不良的發(fā)展中起著重要作用,并增加了生長障礙的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[8]。除導(dǎo)致生長障礙外,營養(yǎng)不良還會(huì)引發(fā)腦功能下降和發(fā)育潛力降低、免疫功能受損、循環(huán)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(duì)腸道微生物群的影響來進(jìn)行調(diào)節(jié)[10]。近年來,人類腸道微生物群受到越來越多的關(guān)注,研究[11]發(fā)現(xiàn),微生物組-腸道-腦軸是腸道微生物組與中樞神經(jīng)系統(tǒng)的雙向通訊系統(tǒng),涉及神經(jīng)、內(nèi)分泌和免疫通路。研究表明,微生物群改變作為環(huán)境因素通過微生物組-腸道-腦軸發(fā)揮作用,并提出生酮飲食在調(diào)節(jié)腸道微生物群和癲癇發(fā)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(jié)構(gòu)的影響,目前國內(nèi)在腸道菌群對(duì)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(jié)構(gòu)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(xiàn)將結(jié)果報(bào)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(fù)科就診的腦癱伴癲癇患兒為研究對(duì)象,經(jīng)納入標(biāo)準(zhǔn)和排除標(biāo)準(zhǔn)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(yī)院倫理委員會(huì)的審核批準(zhǔn)。依據(jù)患兒的基本飲食情況,將其分為觀察組23例和對(duì)照組18例。觀察組患兒基本飲食情況為流質(zhì)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(duì)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(dòng)物蛋白和脂肪,少油膩、粗纖維、無刺激性。

納入標(biāo)準(zhǔn)：① 已確診符合《腦性癱瘓共患癲癇診斷與治療專家共識(shí)》[14]中相關(guān)診斷標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)：① 患有胃腸道疾病(消化道潰瘍、出血,細(xì)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(nèi)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(jìn)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(dāng)天的新鮮糞便3～5 g,隨后轉(zhuǎn)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(jìn)行16S rRNA基因擴(kuò)增和高通量測序。部分患兒因便秘未在入組當(dāng)天采集到糞便,則收集在住院治療期間的糞便樣品進(jìn)行研究。

測序數(shù)據(jù)分析[16]：2組患兒的測序數(shù)據(jù)通過生物信息學(xué)工具進(jìn)行序列拼接、過濾、去嵌合體。優(yōu)化后的序列在USEARCH中聚合成可操作的分類單元,參考Greengene v201305細(xì)菌庫對(duì)這些單元進(jìn)行比較和注釋,得到每個(gè)樣本的微生物組成信息。基于此對(duì)2組所有樣本進(jìn)行細(xì)菌豐度分析。最后在基于屬的組成和相對(duì)豐度上進(jìn)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(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用北京大數(shù)惠康醫(yī)療科技有限公司的臨床科研智能決策系統(tǒng)分析所有數(shù)據(jù),描述性數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示,獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)用于識(shí)別描述性數(shù)據(jù)的顯著差異;頻率數(shù)據(jù)以[n(%)]表示,使用卡方檢驗(yàn)和Fisher精確概率法比較頻率數(shù)據(jù)。基于屬的組成和相對(duì)豐度進(jìn)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(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 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(xù)時(shí)間、發(fā)作頻率方面比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),但2組在身高、體質(zhì)量以及粗大運(yùn)動(dòng)功能分級(jí)系統(tǒng)(GMFCS)分級(jí)方面比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)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(fā)生情況比較

2組患兒均發(fā)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(fā)生率高于對(duì)照組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。見表2。

表2 2組患兒胃腸道功能障礙發(fā)生情況比較[n(%)]

2.3 2組患兒胃腸道優(yōu)勢微生物組成分析

對(duì)照組豐富度排名前5門的優(yōu)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(yōu)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(duì)豐度比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)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(yōu)勢菌的相對(duì)豐度

2.4 2組患兒胃腸道優(yōu)勢菌屬組成分析

2組患兒胃腸道排名前10屬的優(yōu)勢菌分布情況見表4。對(duì)照組前5個(gè)屬中有4個(gè)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(duì)豐度均高于對(duì)照組,普雷沃氏菌屬的相對(duì)豐度低于對(duì)照組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05),見表5。

表4 2組排名前10菌屬的相對(duì)豐度

表5 2組重疊菌屬相對(duì)豐度的差異比較 %

2.5 2組組間細(xì)菌差異的PCA

PCA顯示觀察組的腸道菌群結(jié)構(gòu)與對(duì)照組相比,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)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(jīng)系統(tǒng)疾病,但兩者之間存在聯(lián)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(yùn)動(dòng)和精神障礙[18]。關(guān)于微生物-腸-腦軸的研究[19]表明腸道菌群對(duì)各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病有潛在影響。本研究發(fā)現(xiàn),2組患兒在身高、體質(zhì)量以及GMFCS分級(jí)存在顯著差異。GMFCS分級(jí)是以患兒的自發(fā)運(yùn)動(dòng)為依據(jù)來描述患兒現(xiàn)階段的活動(dòng)能力以及運(yùn)動(dòng)功能受限制的程度,等級(jí)越高表明患兒活動(dòng)越困難[20]。本研究中,對(duì)照組有較多的Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)患兒,而觀察組有較多的Ⅲ級(jí)患兒,表明觀察組中多為運(yùn)動(dòng)受限的患兒,這些患兒需要通過流質(zhì)飲食來提供日常所需營養(yǎng)。受液體質(zhì)地的影響,流質(zhì)飲食的營養(yǎng)不完整[21],患兒更容易出現(xiàn)營養(yǎng)不良的情況,因此觀察組患兒的身高、體質(zhì)量均顯著低于對(duì)照組。此外,2組患兒均發(fā)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(fā)生率顯著高于對(duì)照組。便秘是CP患兒最常見的合并癥之一,發(fā)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?yàn)镃P嚴(yán)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(yùn)動(dòng)、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(zhì)飲食中的膳食纖維不足,進(jìn)而導(dǎo)致便秘易發(fā)。

研究[24]發(fā)現(xiàn),腸道功能障礙、腸道微環(huán)境失調(diào)與炎癥、神經(jīng)調(diào)節(jié)物(如內(nèi)啡肽、干擾素、白細(xì)胞介素等)的變化與生物信號(hào)傳導(dǎo)受損有關(guān)。食物成分(維生素、碳水化合物、脂肪、礦物質(zhì)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(jīng)系統(tǒng),引發(fā)反映營養(yǎng)和能量狀態(tài)的系統(tǒng)反應(yīng)。當(dāng)微生物種群失衡時(shí),異常信號(hào)將被傳遞至大腦,從而導(dǎo)致不良情況發(fā)生,例如細(xì)胞退化、能量穩(wěn)態(tài)破壞和氧化應(yīng)激增加[25]。本研究中,2組患兒胃腸道排名前10屬的優(yōu)勢菌中,對(duì)照組前5個(gè)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(duì)豐度均顯著高于對(duì)照組,而普雷沃氏菌屬的相對(duì)豐度顯著低于對(duì)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(dòng)在很大程度上受飲食調(diào)節(jié),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(shí)有普通飲食的對(duì)照組患兒有較多纖維攝入,普雷沃氏菌屬的相對(duì)豐度明顯較高。雙歧桿菌是乳酸的主要生產(chǎn)者,可抑制大腸桿菌等病原體在上皮細(xì)胞中的生長,減少腸道炎癥,并與免疫系統(tǒng)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(yùn)動(dòng)功能密切相關(guān)[27]。低水平的SCFA可能與益生菌的使用、有益細(xì)菌的糖酵解發(fā)酵降低或腸道通透性增加有關(guān)。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(fā)腸道炎癥和腸滲漏,這可能與流質(zhì)飲食患兒胃腸道出血、腹脹有關(guān)。

綜上所述,與普通飲食相比,食用流質(zhì)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(hù)細(xì)菌減少,增加了腦癱伴癲癇患兒發(fā)生胃腸道功能障礙的風(fēng)險(xiǎn)。長期采取流質(zhì)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(bǔ)充劑,或者在飲食過程中補(bǔ)充益生菌。在無法通過口服滿足營養(yǎng)需求的情況下,應(yīng)考慮使用腸內(nèi)營養(yǎng)。若兒童處于營養(yǎng)不良的高危狀態(tài),可進(jìn)行腸內(nèi)管飼,其配方(脂肪、熱量、纖維素、微量元素等)應(yīng)基于兒童的年齡、能量需求和腸內(nèi)途徑進(jìn)行選擇。