胃腸道微生態(tài)與幽門(mén)螺桿菌相關(guān)疾病的研究進(jìn)展

王 歡，何 叢，呂農(nóng)華

(南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院 消化內(nèi)科，江西 南昌 330006)

人體的胃腸道菌群構(gòu)成一個(gè)龐大和復(fù)雜的微生態(tài)系統(tǒng)，其種類(lèi)約1 000種以上，數(shù)量高達(dá)1 013～1 014，所包括的基因數(shù)是人類(lèi)基因組基因數(shù)量的100倍以上[1]。幽門(mén)螺桿菌(Helicobacterpylori，Hp)是目前已知的可長(zhǎng)期定植在人體胃黏膜的革蘭陰性菌，可導(dǎo)致慢性胃炎、消化性潰瘍和胃癌等。近年來(lái)，隨著高通量測(cè)序技術(shù)的飛速發(fā)展，越來(lái)越多研究發(fā)現(xiàn)胃內(nèi)除了Hp外還存在著其他細(xì)菌，且Hp感染可能引起胃腸道菌群失衡，從而導(dǎo)致Hp相關(guān)疾病的發(fā)生與發(fā)展。本文將分別從人體和動(dòng)物模型層面綜述Hp相關(guān)疾病中胃腸道微生態(tài)結(jié)構(gòu)的變化特征。

1 正常胃內(nèi)微生態(tài)結(jié)構(gòu)

由于有胃酸的存在，正常胃內(nèi)呈酸性環(huán)境，導(dǎo)致大多數(shù)細(xì)菌無(wú)法在胃內(nèi)定植，故既往認(rèn)為胃是一個(gè)無(wú)菌的器官。直到1983年發(fā)現(xiàn)Hp，這一觀點(diǎn)才被打破。隨著宏基因組學(xué)和高通量測(cè)序技術(shù)在微生物學(xué)中的應(yīng)用，人們逐漸認(rèn)識(shí)到胃內(nèi)微生物群落的多樣性和復(fù)雜性。2006年，首次通過(guò)基因測(cè)序鑒定了胃內(nèi)菌群含有128個(gè)種系型，包含5種優(yōu)勢(shì)菌門(mén)，分別是擬桿菌門(mén)、厚壁菌門(mén)、 梭桿菌門(mén)、 放線菌門(mén)和變形菌門(mén)；其中，胃黏膜以厚壁菌門(mén)和變形菌門(mén)為優(yōu)勢(shì)菌門(mén)，而胃液中則以厚壁菌門(mén)、擬桿菌門(mén)和放線菌門(mén)最多見(jiàn)[2]。此外，盡管健康人胃內(nèi)細(xì)菌密度遠(yuǎn)低于空回腸和結(jié)腸，但其種類(lèi)已多達(dá)數(shù)百種，主要包括厚壁菌門(mén)、擬桿菌門(mén)、變形菌門(mén)及放線菌門(mén)等，而鏈球菌屬、乳桿菌屬及擬桿菌屬則為最常見(jiàn)的種屬[3]。更為重要的是，胃內(nèi)定植菌具有一定特異性，其組成明顯不同于口腔和咽喉部的微生物，這也在一定程度上提示胃內(nèi)菌群并非從上遷徙而來(lái)[4]。

目前，對(duì)胃內(nèi)微生物的認(rèn)識(shí)尚處于初期階段，高通量測(cè)序技術(shù)和宏基因組學(xué)方法的應(yīng)用以及先進(jìn)的生物信息學(xué)工具的發(fā)展，開(kāi)辟了對(duì)胃腸道生物組多樣性和復(fù)雜性的研究領(lǐng)域，豐富了人們對(duì)胃內(nèi)微生物的組成及其特點(diǎn)的了解。

2 Hp感染對(duì)胃微生態(tài)的影響

Hp為長(zhǎng)期定植在人胃黏膜的革蘭陰性菌，全球的人群感染率為50%[5]，它可引起慢性胃炎、消化性潰瘍病、胃癌和胃黏膜相關(guān)淋巴組織淋巴瘤[4]。Hp感染是否影響胃內(nèi)微生物組成及其與Hp相關(guān)疾病的關(guān)系引起了人們的關(guān)注。Hp感染可引起胃黏膜萎縮和壁細(xì)胞顯著減少；導(dǎo)致胃酸分泌減少、pH增高，胃內(nèi)環(huán)境改變，這將有利于其他細(xì)菌在胃內(nèi)定居。利用16S rRNA測(cè)序研究Hp陰性和陽(yáng)性兒童的胃內(nèi)微生物組，發(fā)現(xiàn)在Hp感染者中，Hp為胃內(nèi)的優(yōu)勢(shì)菌；而在Hp未感染者中，胃內(nèi)主要含有γ-變形菌、β-變形菌、擬桿菌和梭菌等，其細(xì)菌的豐度及多樣性更高[6]。此外，有研究選取4對(duì)雙胞胎及8位不相關(guān)的個(gè)體，收集胃竇活檢樣本，分析胃黏膜菌群的α和β多樣性，16名受試者中有10位為Hp感染者，研究結(jié)果提示雙胞胎個(gè)體之間胃黏膜菌群無(wú)明顯相似性，Hp感染者與未感染者具有顯著差異，提示Hp感染較遺傳因素對(duì)胃內(nèi)微生物組的影響更大[7]。從智利和圣地亞哥收集了45位兒童和41位成人的胃液，分為Hp感染組和未感染組，兒童及成人的Hp感染人數(shù)分別為12位和14位，應(yīng)用16S rRNA測(cè)序發(fā)現(xiàn)受試者胃液中均以放線菌門(mén)、擬桿菌門(mén)、厚壁菌門(mén)、梭桿菌門(mén)和變形菌門(mén)為優(yōu)勢(shì)菌門(mén)；雖然感染組兒童胃液內(nèi)菌群組成與未感染組無(wú)顯著差異，但可觀察到菌群比例的變化，如在綱水平上，感染組放線菌綱、芽孢桿菌綱和丙型變形菌綱比例較未感染組明顯降低；同樣在目水平上，感染組假單胞菌目、放線菌目和乳桿菌目的比例也大大降低；在科水平上，感染組鏈球菌科、莫拉氏菌科及放線菌科的比例也較未感染組降低。該研究提出Hp感染可導(dǎo)致兒童胃內(nèi)菌群在多個(gè)分類(lèi)水平的失衡[8]。這些研究均提示Hp感染可改變胃內(nèi)微生物的組成、豐度和多樣性。

以上研究受試者均為無(wú)癥狀Hp攜帶者，隨后有學(xué)者進(jìn)一步對(duì)有消化道癥狀的慢性活動(dòng)性胃炎、消化性潰瘍和胃癌等患者的胃內(nèi)微生態(tài)進(jìn)行研究。對(duì)Hp陽(yáng)性和陰性慢性胃炎患者的口腔、胃及十二指腸的分泌液和黏膜進(jìn)行測(cè)序分析，發(fā)現(xiàn)Hp陽(yáng)性組的胃黏膜中作為優(yōu)勢(shì)菌門(mén)的放線菌門(mén)、擬桿菌門(mén)、厚壁菌門(mén)和梭菌門(mén)相對(duì)豐度明顯低于Hp陰性組。同時(shí)，Hp陽(yáng)性組的胃液中變形菌門(mén)相對(duì)豐度遠(yuǎn)高于Hp陰性組，而雙球菌、纖毛菌、丙酸桿菌、梭桿菌、放線菌、韋榮球菌、嗜血桿菌、鏈球菌及普氏菌等9個(gè)菌門(mén)的相對(duì)豐度則降低；在屬水平上，Hp陽(yáng)性組中螺桿菌屬相對(duì)豐度升高而嗜血桿菌屬則明顯降低。Hp陽(yáng)性與陰性組的口腔和十二指腸黏膜菌群則無(wú)明顯差異[9]。此外，在人體不同疾病階段如慢性胃炎、腸化及胃癌，比起Hp陽(yáng)性標(biāo)本，Hp陰性的樣本中胃部微生物相互作用更強(qiáng)烈[10]。綜上，推測(cè)Hp可能與胃內(nèi)其他細(xì)菌共同促進(jìn)了胃相關(guān)疾病的發(fā)生。

此外，在動(dòng)物模型中，同樣觀察到Hp感染可導(dǎo)致胃腸道菌群的變化，進(jìn)而導(dǎo)致更嚴(yán)重的胃炎。有研究表明，Hp感染小鼠 12周后其糞便菌群與未感染小鼠糞便菌群有明顯差異，具體表現(xiàn)為Hp感染小鼠中厚壁菌門(mén)及變形菌門(mén)明顯增加，而擬桿菌門(mén)及疣微菌門(mén)則相對(duì)減少[11]。用HpPMSS1菌株感染C57BL/6小鼠，收集感染組小鼠與未感染組小鼠在不同時(shí)間段的胃黏膜、盲腸黏膜、回腸黏膜及糞便樣品，通過(guò)菌群分析發(fā)現(xiàn)，Hp感染不僅能改變胃內(nèi)菌群，還能改變遠(yuǎn)端腸道菌群，并且感染時(shí)間越長(zhǎng)，菌群差異則越大；同時(shí)，對(duì)胃組織分析顯示，Hp感染組的小鼠多種免疫應(yīng)答基因的表達(dá)量增加[12]。這些研究提示Hp誘導(dǎo)胃的免疫發(fā)病機(jī)制中，可能涉及引發(fā)胃腸道微生物群變化，但其確切的潛在機(jī)制有待進(jìn)一步解開(kāi)。

然而，也有研究發(fā)現(xiàn)Hp感染后胃腸道微生態(tài)無(wú)明顯改變，如用PCR和16S rDNA測(cè)序法分析人類(lèi)Hp陰性組和陽(yáng)性組胃黏膜菌群的異同，結(jié)果顯示所有個(gè)體胃黏膜菌群組成無(wú)明顯差異[2]。另外，通過(guò)基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時(shí)間質(zhì)譜的生物測(cè)定和16S rRNA測(cè)序分析215例馬來(lái)西亞患者的胃內(nèi)微生物群，其中131例為Hp陽(yáng)性患者，結(jié)果表明Hp感染對(duì)原有胃內(nèi)微生物群影響不大[13]。因此無(wú)論是在無(wú)癥狀Hp攜帶者還是患有相關(guān)疾病的患者中，關(guān)于Hp對(duì)胃腸道內(nèi)微生態(tài)的影響目前仍存在爭(zhēng)議。推測(cè)造成研究結(jié)果不一致的原因可能由于用于微生物群分析的測(cè)序方法不同、樣本量的大小、各地Hp感染率的差異、Hp檢測(cè)結(jié)果的假陰性或假陽(yáng)性以及若干環(huán)境因素(如飲食、生活方式、地理和種族)等，這些因素均可能導(dǎo)致研究結(jié)果存在差異。目前關(guān)于Hp感染對(duì)胃內(nèi)微生物群的影響尚未完全了解，需要更多的應(yīng)用大型高通量測(cè)序技術(shù)的設(shè)計(jì)嚴(yán)密的研究來(lái)更好的揭示Hp感染后胃內(nèi)菌群的變化以及復(fù)雜的微生物群在Hp相關(guān)疾病發(fā)病中的潛在作用。

3 胃腸道微生態(tài)與Hp相關(guān)胃癌

胃癌是世界范圍內(nèi)第4大惡性腫瘤，第2大致死性腫瘤，世界衛(wèi)生組織國(guó)際腫瘤研究中心將Hp列為Ⅰ類(lèi)致癌因子。通常認(rèn)為Hp菌株的毒力、感染時(shí)間、宿主的遺傳背景和飲食等是導(dǎo)致胃癌發(fā)生的主要因素[14]。然而，越來(lái)越多的研究表明，胃腸道菌群可能是影響Hp相關(guān)胃癌發(fā)生發(fā)展的另一重要因素。比較不同階段患者的胃黏膜微生物組成，發(fā)現(xiàn)胃癌患者中螺桿菌屬的相對(duì)豐度低于慢性胃炎及腸化患者，而鏈球菌屬相對(duì)豐度則明顯增加，表明Hp可能與胃內(nèi)其他細(xì)菌共同促進(jìn)了胃癌的發(fā)生[15]。另外，對(duì)比Hp陽(yáng)性的胃炎、腸化生及胃癌患者胃部菌群，發(fā)現(xiàn)在胃炎及腸化生樣本中，Hp相對(duì)豐度與細(xì)菌多樣性之間有著強(qiáng)烈的負(fù)相關(guān)性，而這種相關(guān)性在胃癌樣本中較弱；同時(shí)，相比于有著相似Hp水平的其他受試者，胃癌患者的胃部菌群多樣性較低[16]。據(jù)此推測(cè)Hp可能通過(guò)影響胃內(nèi)其他共生菌，從而創(chuàng)造了一個(gè)更利于胃相關(guān)疾病發(fā)生的微環(huán)境，最終導(dǎo)致胃癌的發(fā)生。

動(dòng)物研究進(jìn)一步證明，Hp和胃腸道微生物之間的相互作用可能加速癌變過(guò)程。用無(wú)特定病原體(specific pathogen free,SPF)的轉(zhuǎn)基因FVB/N胰島素—胃泌素(transgenic FVB/N insulin-gastrin,INS-GAS)小鼠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用Hp感染無(wú)菌INS-GAS小鼠，發(fā)現(xiàn)小鼠感染Hp后加快了發(fā)展為萎縮性胃炎、上皮內(nèi)瘤變和胃癌的過(guò)程，且病理改變程度更嚴(yán)重[17]。而用梭狀芽胞桿菌、乳酸菌以及擬桿菌感染無(wú)菌的INS-GAS小鼠，發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組小鼠相比，這些小鼠更容易出現(xiàn)胃部炎性反應(yīng)、上皮增生以及發(fā)育不良等，甚至發(fā)展為胃部腫瘤。該研究還發(fā)現(xiàn)在HpINS-GAS小鼠模型中，感染變異瓊脂細(xì)菌(altered schaedler’s flora，ASF)或者腸道菌群的雄性小鼠表達(dá)較高水平的促炎性反應(yīng)因子和腫瘤相關(guān)基因[18]。這些結(jié)果進(jìn)一步表明，Hp可能和胃內(nèi)的微生物發(fā)生協(xié)同作用促進(jìn)腫瘤的發(fā)生，為胃內(nèi)微生物可以促進(jìn)胃癌發(fā)生提供了證據(jù)。

4 Hp根除治療對(duì)胃腸微生態(tài)的影響

Hp感染一線治療方案中的抗生素可使腸道菌群失衡。利用測(cè)序分析對(duì)比17例Hp陽(yáng)性患者在進(jìn)行Hp根除治療前后的糞便樣品菌群，發(fā)現(xiàn)清除后的腸道菌群中，擬桿菌門(mén)豐度下降，厚壁菌門(mén)豐度上升[19]。而對(duì)11例Hp陽(yáng)性患者根除治療前后的胃黏膜進(jìn)行16S rRNA測(cè)序分析,發(fā)現(xiàn)Hp的平均相對(duì)豐度由治療前的83.70%下降到治療后的6.88%，而非Hp細(xì)菌的相對(duì)豐度從4.55%提高到51.70%，主要包括擬桿菌、梭桿菌和放線菌的相對(duì)豐度在根除治療后明顯增加；在根除Hp后，胃內(nèi)菌群的α多樣性及β多樣性均顯著增加[16]。這些研究均表明Hp根除可導(dǎo)致胃腸道微生態(tài)發(fā)生變化。

最近，探討阿莫西林、克拉霉素和質(zhì)子泵抑制劑聯(lián)合益生菌的Hp根除方案對(duì)腸道微生物群組成的影響，發(fā)現(xiàn)益生菌組和無(wú)益生菌組腸道菌群均以厚壁菌門(mén)，擬桿菌門(mén)和變形菌門(mén)為主；根除Hp后，兩組的厚壁菌門(mén)相對(duì)豐度降低，而變形菌門(mén)的相對(duì)豐度則均增高；此外，無(wú)益生菌組腸道菌群結(jié)構(gòu)變化更大，且該組耐藥菌發(fā)生較益生菌組更高[20]。

5 問(wèn)題與展望

胃腸道微生態(tài)系統(tǒng)龐大且復(fù)雜，很多因素對(duì)其均有影響。而隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，用于研究胃腸道微生態(tài)的方法越來(lái)越多，對(duì)胃腸微生態(tài)可能參與胃部疾病的認(rèn)識(shí)也逐漸深入，與此同時(shí)胃內(nèi)其他菌群在Hp相關(guān)疾病中的作用逐漸被重視。目前，關(guān)于Hp感染與胃腸微生態(tài)的研究?jī)H局限于Hp感染后胃腸道菌群組成的改變，然而，這種改變具有何種功能及其與Hp相關(guān)疾病是否存在因果關(guān)系尚不明確；且Hp根除治療前后胃腸微生態(tài)的改變以及益生菌能否通過(guò)調(diào)節(jié)微生態(tài)提高Hp根除率或降低不良反應(yīng)仍有待進(jìn)一步研究。隨著這些問(wèn)題的明確，將有助于更加全面的認(rèn)識(shí)胃腸微生態(tài)系統(tǒng)在Hp相關(guān)疾病中的作用，為疾病的預(yù)防和治療提供新思路。