腸道微生物與眼部疾病相關(guān)性研究進(jìn)展△

黎曉冬 謝學(xué)軍

腸道微生物是指人體腸道中存在的數(shù)量龐大的微生物,這群微生物依靠人體的腸道生存,同時(shí)協(xié)助人體完成多種生理生化功能。腸道微生物參與眼部慢性炎癥反應(yīng)及免疫性疾病的發(fā)生發(fā)展，如干眼癥、糖尿病視網(wǎng)膜病變(DR)、年齡相關(guān)性黃斑變性(AMD)及葡萄膜炎等。本次我們將對(duì)腸道微生物在常見(jiàn)眼部疾病發(fā)生發(fā)展中的分子機(jī)制、調(diào)控作用及其治療前景進(jìn)行綜述。

1 腸道微生物概述

最新研究證實(shí)，人體體表與體內(nèi)共生著約100×1012個(gè)細(xì)菌、病毒及真菌等微生物，這些微生物的數(shù)量是人體自身細(xì)胞的10倍，它們獨(dú)特編碼的基因數(shù)量比人體自身的基因組多100倍，有1000到1150種細(xì)菌定植在腸道內(nèi)，其中約160種是人體腸道的優(yōu)勢(shì)菌群[1]。人體表面細(xì)菌相對(duì)較少，如眼表面平均每個(gè)細(xì)胞大約只有0.06個(gè)細(xì)菌[2]。這些細(xì)菌組成了人體中不同的微生態(tài)系統(tǒng)，它們具有營(yíng)養(yǎng)代謝、免疫、生物拮抗等重要生理功能。腸道菌群可協(xié)助人體從食物中提取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、抵御病原體的侵?jǐn)_，維持免疫系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)平衡。因此，腸道微生物是組成人體復(fù)雜微生態(tài)系統(tǒng)的重要活性部分。

最新基因隨機(jī)測(cè)序研究結(jié)果顯示，人的腸道菌群主要由厚壁菌門、擬桿菌門、放線桿菌門、變形桿菌門和疣微菌門組成，其中擬桿菌門和厚壁菌門約占70多種腸道共生菌群總數(shù)的98%以上[3-4]。每個(gè)人的腸道微生物都是唯一的，它在整個(gè)嬰幼兒時(shí)期迅速發(fā)育，并在成年時(shí)期基本穩(wěn)定下來(lái)。腸道微生物組成的不同取決于遺傳基因和體外環(huán)境因素，包括飲食、地理位置、毒素、致癌物或輻射暴露、抗生素及激素等[5]。

腸道微生物菌群紊亂影響人體神經(jīng)免疫系統(tǒng)的發(fā)育及疾病的發(fā)生發(fā)展，尤其對(duì)某些慢性疾病的發(fā)生發(fā)展具有重要影響，如牙齦卟啉單胞菌感染可通過(guò)打破腸道微生物菌群動(dòng)態(tài)平衡而增加個(gè)體發(fā)生骨骼肌代謝障礙及代謝綜合征的風(fēng)險(xiǎn)[6]。壓力等外界應(yīng)激因素通過(guò)擾亂腸道微生物菌群，影響胃腸正常功能，降低機(jī)體對(duì)共生菌的免疫力，從而誘發(fā)炎癥性腸病和腸易激綜合征[7]等胃腸系統(tǒng)疾病。腸道微生物分泌的神經(jīng)遞質(zhì)可能會(huì)誘導(dǎo)上皮細(xì)胞釋放5-羥色胺等分子，進(jìn)而調(diào)節(jié)腸道神經(jīng)系統(tǒng)中的神經(jīng)信號(hào)，導(dǎo)致帕金森病[8]、抑郁癥[9]、自閉癥譜系障礙[10]及阿爾茨海默病[11]等神經(jīng)精神系統(tǒng)疾病。過(guò)度肥胖、糖尿病[12]、系統(tǒng)性自身免疫性疾病[13]及腫瘤[14]等全身性疾病與腸道微生物菌群紊亂也有著十分緊密的聯(lián)系。

近期研究顯示[5]，腸道微生物中的共生菌群在限制腸道致病菌的定植與維持腸道黏膜免疫穩(wěn)態(tài)方面具有重要作用，共生體產(chǎn)生的多種因子具有支持和保護(hù)腸道黏膜屏障的功能。它們能促進(jìn)樹(shù)突狀細(xì)胞和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的生成，并誘導(dǎo)細(xì)胞因子表達(dá)，促進(jìn)自然殺傷細(xì)胞生成。腸道的短鏈脂肪酸主要由共生菌群膳食淀粉發(fā)酵產(chǎn)生的丁酸以及較低含量的丙酸和乙酸組成，具有強(qiáng)大的免疫調(diào)節(jié)活性。多種眼病的發(fā)生發(fā)展、治療及預(yù)后與腸道微生物的組成及其失衡密切相關(guān)。Kugadas等[15]研究證實(shí)，人體存在具有免疫調(diào)節(jié)能力的腸-眼軸，并且與眼部免疫系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)緊密相關(guān)。雖然該研究領(lǐng)域尚處于起步階段，但可以預(yù)期，深入研究腸道微生物與眼病之間的關(guān)聯(lián)性有助于揭示相關(guān)眼病的發(fā)病機(jī)制。

2 腸道微生物與干眼癥

原發(fā)性干燥綜合征的眼干、口干等常見(jiàn)癥狀與淚腺及唾液腺的淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)及小纖維去神經(jīng)化有關(guān)[16]。干眼癥則是原發(fā)性干燥綜合征最常見(jiàn)的眼部病變?；讵?dú)立培養(yǎng)技術(shù)研究人類微生物組的最新研究成果發(fā)現(xiàn)，腸道微生物與原發(fā)性干燥綜合征發(fā)病機(jī)制、病變嚴(yán)重程度及相關(guān)治療存在緊密關(guān)聯(lián)。研究人員發(fā)現(xiàn)，腸道微生物中共生菌的缺乏或失衡將導(dǎo)致更嚴(yán)重的干眼癥狀，通過(guò)改善腸道微生物代謝環(huán)境則能緩解干眼癥的不適癥狀[17]?？股卣T導(dǎo)腸道微生物菌群失調(diào)的原發(fā)性干燥綜合征小鼠對(duì)脫水干燥應(yīng)激的反應(yīng)較重，其小鼠糞便中梭狀芽孢桿菌減少，而腸桿菌、大腸埃希菌、志賀菌和假單胞菌增多[18]。梭狀芽孢桿菌是腸道微生物中的有益共生菌。它可通過(guò)增加白細(xì)胞介素-22的產(chǎn)生增強(qiáng)腸道上皮屏障，降低對(duì)膳食蛋白質(zhì)的滲透性，促進(jìn)免疫球蛋白生成，以及降低微生物抗原在腸道外的易位，從而抑制系統(tǒng)性T細(xì)胞誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，同時(shí)能促進(jìn)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的生成，進(jìn)而抑制相關(guān)免疫和促炎癥反應(yīng)因子的釋放[19]。近期一項(xiàng)研究[20]通過(guò)對(duì)比CD25基因敲除無(wú)菌小鼠與正常環(huán)境生長(zhǎng)小鼠發(fā)現(xiàn)，前者角膜屏障功能障礙及杯狀細(xì)胞密度降低更嚴(yán)重，總淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)增加，γ-干擾素及白細(xì)胞介素-12表達(dá)增加，CD4+T細(xì)胞數(shù)量升高。上述研究均表明腸道微生物特定菌群缺乏及失衡是加劇干眼癥發(fā)生發(fā)展的重要原因。

Wang等[21]觀察到無(wú)菌C57BL/6小鼠角膜屏障破壞程度更大，杯狀細(xì)胞丟失更多，淚腺內(nèi)總炎癥細(xì)胞和CD4+T細(xì)胞浸潤(rùn)增多，在移植常規(guī)小鼠糞便微生物菌群后無(wú)菌小鼠的干眼癥狀明顯緩解。這可能與糞便移植中的腸道微生物降低CD4+T細(xì)胞的致病性有關(guān)。然而，CD25敲除小鼠由于缺乏調(diào)節(jié)性T細(xì)胞，糞便移植后的腸道微生物則無(wú)法發(fā)揮相關(guān)作用，因此干眼癥狀會(huì)持續(xù)存在。角膜、結(jié)膜及淚腺是受神經(jīng)高度支配的組織，在干燥應(yīng)激后雖然會(huì)出現(xiàn)角膜軸突密度降低，但是腸道微生物不僅可以調(diào)節(jié)免疫耐受，還有助于增強(qiáng)眼表神經(jīng)纖維的正常發(fā)育和修復(fù)，及時(shí)改善腸道菌群，有利于干燥應(yīng)激后的角膜軸突密度恢復(fù)正常[22]。總之，腸道微生物參與調(diào)控干眼癥的發(fā)生發(fā)展進(jìn)程，改善腸道微生物組成以及維持其菌群的動(dòng)態(tài)平衡是治療干眼癥具有前景的個(gè)性化方案，但如何科學(xué)規(guī)范地將其應(yīng)用于臨床尚需要深入研究。

3 腸道微生物與DR

DR是糖尿病的主要慢性微血管并發(fā)癥之一，腸道微生物菌群紊亂通過(guò)影響胰島素抵抗、氧化應(yīng)激、血管通透性、炎癥反應(yīng)及膽汁酸代謝等參與糖尿病的發(fā)病過(guò)程[23]。2018年，Rowan等[24]提出了腸-眼-視網(wǎng)膜軸的理論，該理論認(rèn)為腸道微生物失衡后將導(dǎo)致血液循環(huán)中膽汁酸、短鏈脂肪酸及細(xì)菌內(nèi)毒素等代謝異常，從而影響DR的發(fā)生發(fā)展。

間歇性禁食可以延緩代謝性疾病和癌癥的進(jìn)展。Beli等[25]利用db/db小鼠模型研究長(zhǎng)期間歇性禁食對(duì)DR的影響，間歇性禁食條件下小鼠腸道微生物菌群發(fā)生重組，擬桿菌門和疣微菌門數(shù)量減少，厚壁菌門數(shù)量增加，這可誘導(dǎo)?；切苋パ跄懰嵘稍黾?，而牛磺熊去氧膽酸可以抑制感光細(xì)胞凋亡，改善視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞功能，抑制人視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖，延緩DR病程進(jìn)展。膽汁酸膜受體TGR5也是?；切苋パ跄懰岬氖荏w，它廣泛參與調(diào)節(jié)糖脂代謝和抗炎反應(yīng)等。TGR5在視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層也有表達(dá)，?；切苋パ跄懰峒せ頣GR5，減少促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生并誘導(dǎo)抗炎反應(yīng)，通過(guò)INT-767激活TGR5產(chǎn)生抗炎反應(yīng)，從而對(duì)DR視網(wǎng)膜神經(jīng)血管組織起到保護(hù)作用。因此間歇性禁食作為飲食干預(yù)能有效調(diào)節(jié)db/db小鼠腸道微生物菌群產(chǎn)生?；切苋パ跄懰?，并通過(guò)激活TGR5來(lái)保護(hù)視網(wǎng)膜組織結(jié)構(gòu)，從而減緩DR的發(fā)生發(fā)展。

降糖藥與腸道微生物菌群之間的相互作用會(huì)影響DR的發(fā)生發(fā)展。二甲雙胍是最常用的降糖藥之一，也是治療糖尿病并發(fā)癥的一線藥物。Sun等[26]對(duì)采用二甲雙胍治療的2型糖尿病患者的腸道微生物樣本進(jìn)行了宏基因組和代謝組分析后發(fā)現(xiàn)，患者腸道擬桿菌減少會(huì)導(dǎo)致膽汁酸甘氨酸去氧膽酸增加，膽汁酸受體FXR信號(hào)通路受到抑制，膽汁酸甘氨酸去氧膽酸是膽汁酸受體FXR拮抗劑，可改善高血糖及胰島素抵抗等多種人體代謝障礙性疾病，這對(duì)預(yù)防和延緩DR的進(jìn)展有重要意義。

機(jī)體高血糖狀態(tài)可引發(fā)腸道微生物菌群失調(diào)，刺激腸道炎癥反應(yīng)，誘發(fā)代謝性內(nèi)毒素血癥。而血液循環(huán)中的細(xì)菌內(nèi)毒素含量增高與促炎癥細(xì)胞因子釋放增多均可導(dǎo)致視網(wǎng)膜血管通透性增加甚至視網(wǎng)膜新生血管形成，加重DR視網(wǎng)膜組織病理?yè)p害[27]。短鏈脂肪酸是腸道微生物菌群分解氨基酸或碳水化合物后的代謝產(chǎn)物，它能誘導(dǎo)腸內(nèi)酪酪肽、胰高血糖素樣肽-1分泌增加，并能降低血糖，改善內(nèi)毒素引起的炎癥反應(yīng)，進(jìn)而保護(hù)視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞[28]。Qu等[29]開(kāi)展的動(dòng)物研究證實(shí)，益生菌干酪乳桿菌Q14能促進(jìn)短鏈脂肪酸的產(chǎn)生，改善血糖及胰島素抵抗，從而延緩DR病程進(jìn)展。因此，腸道微生物的失衡可能是加重DR視網(wǎng)膜炎性損傷的一個(gè)重要因素，通過(guò)飲食調(diào)整、補(bǔ)充益生菌及短鏈脂肪酸等維持腸道微生物動(dòng)態(tài)平衡將成為預(yù)防及治療DR的重要研究方向。

4 腸道微生物與AMD

AMD是黃斑功能及結(jié)構(gòu)被破壞的一種不可逆的致盲性眼病，多發(fā)于50歲以上人群[30]。流行病學(xué)調(diào)查結(jié)果表明，整體腹部肥胖是男性繼吸煙之后發(fā)展為晚期濕性 AMD的第二大危險(xiǎn)因素[31]。濕性AMD由脈絡(luò)膜新生血管形成、視網(wǎng)膜滲出和出血引起。研究顯示，體重指數(shù)的增加與AMD無(wú)明顯正相關(guān)性[32]。其原因可能是高脂飲食常引起肥胖，即高脂飲食才是AMD的高危因素。高脂飲食能導(dǎo)致腸道微生物菌群中的厚壁菌門和擬桿菌門比例增高，破壞腸道上皮屏障功能，病原體相關(guān)分子進(jìn)入體循環(huán)，可導(dǎo)致慢性的脈絡(luò)膜無(wú)菌性炎癥反應(yīng)，并誘發(fā)脈絡(luò)膜新生血管形成，從而誘發(fā)濕性AMD[31]。

腸道微生物還會(huì)影響體內(nèi)神經(jīng)遞質(zhì)的含量。谷氨酸是視網(wǎng)膜中主要的興奮性神經(jīng)遞質(zhì)，其含量降低會(huì)導(dǎo)致視網(wǎng)膜中神經(jīng)傳遞缺陷；此外，研究發(fā)現(xiàn)，精氨酸含量升高與進(jìn)行性脈絡(luò)膜視網(wǎng)膜萎縮有關(guān)[33]。腸道棍狀厭氧菌屬比例的增加不僅可誘發(fā)并加重慢性脈絡(luò)膜視網(wǎng)膜炎癥反應(yīng)，而且還與促炎癥趨化因子，如白細(xì)胞介素-6、白細(xì)胞介素-1β、腫瘤壞死因子-α及血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子-A的水平升高呈正相關(guān)[34]。凸腹真桿菌比例的增加與腸道通透性的增加也有密切關(guān)系[35]。

上述研究表明，腸道微生物菌群紊亂確實(shí)與AMD發(fā)病機(jī)制緊密相關(guān)，腸道微生物的異常改變加速了AMD的病程進(jìn)展，健康的飲食干預(yù)有助于腸道微生物組成的改善。因此，富含脂肪酸、葉黃素、玉米黃質(zhì)和抗氧化劑的飲食干預(yù)對(duì)AMD的防治十分必要[36]，其具體作用機(jī)制值得進(jìn)一步研究。

5 腸道微生物與葡萄膜炎

腸道微生物會(huì)影響HLA-B27基因介導(dǎo)的免疫相關(guān)疾病的進(jìn)展，包括強(qiáng)直性脊柱炎、急性前葡萄膜炎及反應(yīng)性關(guān)節(jié)炎等。HLA-B27相關(guān)性急性前葡萄膜炎屬于自身免疫性葡萄膜炎，約占全部前葡萄膜炎的 56.2%[37]。研究發(fā)現(xiàn)，人HLA-B27基因介導(dǎo)的小鼠腸道微生物菌群與普通小鼠存在顯著差異，該轉(zhuǎn)基因動(dòng)物的腸道中普氏菌屬比例有所增加，而理研菌屬比例下降[38]。這項(xiàng)研究將人HLA-B27基因與腸道微生物菌群改變聯(lián)系起來(lái)。

研究發(fā)現(xiàn)，四組口服廣譜抗生素(氨芐西林、甲硝唑、新霉素和萬(wàn)古霉素)可改變葡萄膜炎小鼠的腸道微生物組成，減輕葡萄膜炎患者的炎癥反應(yīng)[39]。另一項(xiàng)研究也得到了類似的結(jié)果，通過(guò)無(wú)菌飼養(yǎng)或口服甲硝唑和環(huán)丙沙星來(lái)改變葡萄膜炎患者的腸道微生物菌群的組成，患者腸道和腸外組織中調(diào)節(jié)性T細(xì)胞明顯增加，效應(yīng)性T細(xì)胞和炎癥因子降低，炎癥反應(yīng)程度則顯著降低[40]。

Zhou等[41]研究發(fā)現(xiàn)，免疫性葡萄膜炎大鼠的腸道內(nèi)脫硫弧菌、瘤胃球菌、豬腸鏈球菌和致病性螺旋菌的比例顯著高于普通大鼠，尤其脫硫弧菌及豬腸鏈球菌的比例與炎癥反應(yīng)水平呈正相關(guān)。該研究還證實(shí)，米諾環(huán)素治療葡萄膜炎的機(jī)制可能是通過(guò)降低L-脯氨酸、大蒜素、乙酰尿酸、黃嘌呤和白三烯B4的水平，特別是增加丙酸、組胺和泛酸的產(chǎn)生，從而改善腸道代謝功能，維持腸道黏膜通透性，抑制腸道炎癥反應(yīng)及促進(jìn)腸道功能的改善。

6 小結(jié)與展望

目前學(xué)術(shù)界在腸道微生物以及腸外免疫介導(dǎo)與眼病發(fā)病相關(guān)機(jī)制的研究方面取得了一定的進(jìn)展。已證實(shí)了腸-眼軸的存在，腸道微生物菌群的改變與眼病的生理病理變化密切相關(guān)。進(jìn)一步深入研究眼病相關(guān)的腸道微生物環(huán)境狀態(tài)有助于揭示眼病新的發(fā)病機(jī)制以及提供新的治療靶點(diǎn)。補(bǔ)充益生菌、飲食干預(yù)及糞便移植等改善與調(diào)節(jié)腸道微生物菌群組成的個(gè)性化治療方案有望成為眼科疾病治療新的研究方向。