腸道菌群與microRNA失調(diào)對慢傳輸型便秘的影響*

吳容，田洋平，雷娜，聞永，占煜，唐學(xué)貴

（1.成都中醫(yī)藥大學(xué)，四川 成都 610036；2.成都市郫都區(qū)人民醫(yī)院 肛腸科，四川 成都 611730；3.西南醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院 中醫(yī)科，四川 瀘州 646000；4.成都市第一人民醫(yī)院肛腸科，四川 成都 610095；5.川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 中西醫(yī)結(jié)合肛腸科，四川 南充 637000）

慢傳輸型便秘是一種常見臨床疾病，長期便秘不僅誘發(fā)肛直腸疾病，嚴(yán)重影響生活質(zhì)量，還可增加許多重大慢性疾病如心腦血管疾病、腎病、帕金森病和結(jié)直腸癌等的風(fēng)險[1-3]，嚴(yán)重威脅人類生命健康。盡管慢傳輸型便秘的發(fā)病機制仍未明確，但越來越多的證據(jù)表明，腸道菌群及其衍生代謝物在該病的發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。人體胃腸道包含豐富多樣的微生物菌落，對宿主的健康和疾病狀態(tài)具有廣泛的影響[4]。人們普遍認(rèn)為宿主與腸道菌群的相互作用在慢傳輸型便秘的發(fā)病機制中具有關(guān)鍵作用，但其相關(guān)機制仍不完全清楚。因此，探索宿主調(diào)節(jié)腸道菌群的具體機制成為前沿?zé)狳c。MicroRNA（miRNA）是一種非編碼RNA，大約18～25 個核糖核苷酸。miRNA 在細(xì)胞核中以前體miRNA 的形式產(chǎn)生，然后經(jīng)過加工生成成熟的miRNA，在細(xì)胞質(zhì)中發(fā)揮功能，近年來在體液中也逐漸發(fā)現(xiàn)miRNA，如腸道糞便中存在miRNA，其調(diào)控作用可使腸道微生物發(fā)生改變。研究表明慢傳輸型便秘的發(fā)生與miRNA 異常表達有相關(guān)性[5]。并且，腸道菌群與miRNA 之間存在雙向調(diào)控，兩者之間的交互作用在機體生理病理過程中發(fā)揮重要作用。因此，基于腸道菌群與miRNA 在慢傳輸型便秘發(fā)生中作用的重疊部分，以及腸道菌群與宿主miRNA 的相互調(diào)控，腸道菌群與miRNA 的交互作用在慢傳輸型便秘中的影響也引起學(xué)術(shù)界的關(guān)注。本文將對腸道菌群與宿主miRNA 與慢傳輸型便秘發(fā)生發(fā)展的相關(guān)研究進行綜述，以期為慢傳輸便秘診治提供候選miRNA。

1 腸道菌群與miRNA

人類消化道微生物菌落，即腸道菌群，具有高度復(fù)雜性，所有腸道微生物基因的集合代表了一個遺傳庫，比人類基因組高一個數(shù)量級[6]。在某種程度上，也被認(rèn)為是人體的“基本器官”[7]。腸道菌群組成的變異性與許多因素有關(guān)，包括藥物、飲食、環(huán)境和遺傳等，而腸道菌群主要通過基因、蛋白質(zhì)或代謝物決定宿主的病理生理，同時，它們在微生物組和宿主細(xì)胞之間的相互交流中發(fā)揮關(guān)鍵作用。腸道微生物參與人體的許多生理功能，如：發(fā)酵難以消化的食物成分和維生素的合成，抵抗病毒，維持腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)，促進免疫系統(tǒng)成熟，維持腸道上皮屏障功能[8]。人與微生物處于相互依存、相互作用的動態(tài)平衡中，腸道菌群的失衡會通過能量吸收、膽堿、短鏈脂肪酸（SCFAs）、腸腦軸、膽汁酸（BAs）等多種途徑影響宿主的健康。一旦發(fā)生腸道菌群紊亂，腸道菌群的結(jié)構(gòu)和功能就會發(fā)生變化，甚至引起某些疾病的發(fā)生或發(fā)展[9]。

宿主miRNA 是內(nèi)源性基因編碼的非編碼單鏈RNA 小分子，含有18～25 個核糖核苷酸，其功能是通過降解靶向mRNA 或阻斷其翻譯過程從而調(diào)控基因表達[10]。miRNA 是一種小的調(diào)控RNA，由較長的RNA 轉(zhuǎn)錄本的莖環(huán)區(qū)域加工而成。miRNA 的發(fā)現(xiàn)為其在真核生物轉(zhuǎn)錄后基因沉默中的作用研究提供了重要證據(jù)，miRNA 控制的基因調(diào)控與細(xì)胞生長和應(yīng)答、免疫、營養(yǎng)穩(wěn)態(tài)和復(fù)雜疾病等多個方面有關(guān)[11]。據(jù)估計，超過2 000 個人類miRNAs 可以調(diào)節(jié)高達60%的人類基因[12]。這類小的非編碼RNA 一直被認(rèn)為是細(xì)胞的關(guān)鍵內(nèi)源性調(diào)控因子，直到最近越來越多的證據(jù)表明，一些miRNAs 可以在細(xì)胞和組織之間轉(zhuǎn)移，同時，在真核生物和原核生物之間也觀察到類似的miRNA 跨物種轉(zhuǎn)移和調(diào)控[13-17]。在糞便和組織中，miRNA 已被確定為散發(fā)性人類結(jié)腸癌和活動性潰瘍性結(jié)腸炎的標(biāo)志物[18]，更重要的是，糞便中的miRNA 可以通過特異性靶向細(xì)菌基因來調(diào)節(jié)細(xì)菌組成[17]，它們也可作為腸道內(nèi)微生物波動和腸道病理的標(biāo)志物[19]，因此，將特異性miRNA 作為預(yù)測和早期診斷相關(guān)疾病的生物標(biāo)志物具有重要價值。

2 miRNA與腸道菌群相互調(diào)控

隨著高通量測序技術(shù)和生物信息學(xué)的進步，腸道菌群與miRNA 之間的聯(lián)系逐漸被發(fā)現(xiàn)。已有研究證實腸道菌群與miRNA 之間存在雙向調(diào)控，兩者之間的交互作用在機體生理病理過程中發(fā)揮重要作用。一方面，miRNA 在人體和腸道菌群之間充當(dāng)媒介，對腸道菌群的結(jié)構(gòu)和功能具有廣泛的調(diào)節(jié)作用[20]。miRNA 可通過外泌體的方式進入腸道菌群，調(diào)節(jié)其基因表達，從而調(diào)控腸道菌群的定植，介導(dǎo)宿主和腸道菌群之間的通信[21]，另一方面，腸道菌群能通過某些免疫信號途徑誘導(dǎo)miRNA 表達水平的改變，從而實現(xiàn)對宿主基因表達的調(diào)節(jié)，維持或破壞腸道功能穩(wěn)態(tài)，發(fā)揮相應(yīng)的功能[22]。

2.1 宿主miRNA調(diào)控腸道菌群的定植

近期研究表明，宿主miRNA 參與腸道菌群的調(diào)節(jié)。腸腔內(nèi)的miRNA 來源于腸上皮細(xì)胞（IECs）和Hopx 陽性的細(xì)胞，并以外泌體形式在體內(nèi)循環(huán)[17]。宿主miRNA 可特異性調(diào)控腸道菌群的基因轉(zhuǎn)錄，進而影響腸道菌群的生長和結(jié)構(gòu)[23]。研究證實，miRNA 可以控制菌群的生長，并塑造微生物菌落結(jié)構(gòu)[24-25]。LIU 等[23]將miRNA 與菌群共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)miR-515-5p 可以促進具核梭桿菌生長，miR-1226-5p可促進大腸桿菌生長，此外，給予特異性miRNA的小鼠也表現(xiàn)出大腸桿菌生長和細(xì)菌基因轉(zhuǎn)錄的變化。XING 等[26]將miRNA 和菌群共培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，與空白組相比，在gga-miR-222a 組中，miRNA 能顯著提高脆弱擬桿菌（Bacteroides fragilis NCTC9343）的豐度，為了確認(rèn)gga-miR-222a 在脆弱擬桿菌中能被攝取并發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，又通過原位雜交和透射電鏡來觀察細(xì)菌對gga-miR-222a 的內(nèi)化，與對照組相比，外源性的gga-miR-222a 在gga-miR-222a組被脆弱擬桿菌選擇性吸收。HE 等[27]用葡聚糖硫酸鈉復(fù)制炎癥性腸病小鼠模型，比較葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠和恢復(fù)良好的小鼠的腸道菌群和miRNA，探索不同的miRNA 表達及其與微生物豐度的關(guān)系，以及其對結(jié)腸炎的影響，發(fā)現(xiàn)在結(jié)腸炎恢復(fù)小鼠的糞便中miR-142a-3p 表達顯著增加，并通過調(diào)節(jié)羅伊乳桿菌以緩解葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠的疾病癥狀，即miR-142a-3p 可以通過調(diào)控polA 轉(zhuǎn)錄本和位點標(biāo)簽LREU_RS03575促進羅伊乳桿菌的生長。

2.2 腸道菌群調(diào)控宿主miRNA表達

越來越多的研究表明，當(dāng)腸道菌群改變時，miRNA 表現(xiàn)出不同的表達模式[28]。研究發(fā)現(xiàn)，將無菌（GF）小鼠和抗生素處理的小鼠與無特定病原體（SPF）小鼠腸道菌群對比，有更多的糞便miRNA，這表明腸道微生物影響特異性miRNA 的表達。例如，SINGH 等[29]在GF 和SPF 小鼠的盲腸中發(fā)現(xiàn)了16 個差異表達的miRNAs，研究結(jié)果進一步證明這些miRNAs 的靶點是維持腸道屏障的基因。另一個例子是miR-107，此前有報道稱miR-107 促進結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移，與SPF 小鼠相比，GF 小鼠盲腸中miR-107 表達存在差異[30]，提示腸道菌群下調(diào)樹突狀細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中miR-107 的表達，影響MyD88 和NF-κB 通路活性。YANG 等[31]通過抗生素喂養(yǎng)破壞/畸變腸道菌群建立的“功能喪失”模型，并觀察到類似的廣譜抗生素治療方案顯著降低腸道菌群，在腸道生態(tài)失調(diào)組中，肺和盲腸中均存在差異表達的miRNA，其中miR-21-3p 顯著上調(diào)。

腸道菌群通過多種途徑影響miRNA 的表達，YANG 等[32]研究發(fā)現(xiàn)，具核梭形桿菌可以通過激活TLR4/MyD88/NF-κB 信號通路，導(dǎo)致miR-21 的表達增加，從而增加結(jié)腸癌細(xì)胞的增殖和侵襲活性。VIENNOIS 等[33]比較無菌小鼠和普通飼養(yǎng)小鼠糞便中miRNA 表達水平，證實了糞便中miRNA 譜受到微生物群組成差異化的影響。TARALLO 等[34]研究發(fā)現(xiàn)，雜食動物的普雷沃菌和羅氏菌屬（Roseburia）的豐度高于素食動物，擬桿菌屬（Bacteroides）的豐度低于素食動物，脂質(zhì)代謝相關(guān)的miR-425-3p 和miR-638 表達與微生物物種豐度增加相關(guān)，說明糞便miRNA 譜能夠反映個體的腸道微生物組模式。

宿主分泌的miRNA 通過調(diào)節(jié)微生物菌落的生長和結(jié)構(gòu)對腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生重要影響，為維持腸道健康提供了新視角。同時也說明腸道菌群可間接從基因?qū)用鎱⑴c宿主生理功能的調(diào)控，在指導(dǎo)腸道菌群的靶向治療方面更具現(xiàn)實意義。

3 腸道菌群和miRNA與慢傳輸型便秘

3.1 腸道菌群與慢傳輸型便秘

慢傳輸型便秘是常見的胃腸道疾病之一，其發(fā)病與腸道菌群改變、Cajal 間質(zhì)細(xì)胞（Interstitial cells of Cajal,ICC）功能異常、腦腸軸互動異常、腸道水通道蛋白分布異常、精神心理障礙等相關(guān)。近年來，許多研究者關(guān)注腸道菌群與便秘的關(guān)系，并證實腸道菌群參與慢傳輸型便秘的病理生理過程。1998 年，ZOPPI 等[35]基于培養(yǎng)微生物方法研究便秘患者的腸道菌群，發(fā)現(xiàn)與健康對照組相比，兒童便秘與腸道中梭狀芽孢桿菌和雙歧桿菌的豐度增加有關(guān)。隨后KHALIF 等[36]在成年患者中進行了類似的研究，發(fā)現(xiàn)在便秘患者中雙歧桿菌和乳酸桿菌的豐度低于對照組。MANCABELLI 等[37]用16S rRNA 測序和全基因組測序方法檢測了成年便秘患者的腸道微生物組成，表明便秘患者的腸道菌群中Bacteroides、Roseburia 和糞球菌（Coprococcus）數(shù)量減少。

腸道菌群或其代謝產(chǎn)物可通過腸道免疫反應(yīng)釋放的介質(zhì)或腸道神經(jīng)內(nèi)分泌因子影響腸道運動功能。PARTHASARATHY 等[38]發(fā)現(xiàn)隸屬于厚壁菌門的乳球菌（Lactococcus）和Roseburia 可促進結(jié)腸運動，緩解便秘。高通量測序顯示，與健康受試者相比，便秘患者腸道菌群組成明顯紊亂，主要以雙歧桿菌、乳酸桿菌和布勞特菌等有益菌群比例減少，而條件致病菌，如顫螺菌屬（Oscillospira）和Odoribacter 增多[39]。CAO 等[40]通過糞菌移植，將便秘患者和健康對照組的糞便菌群移植到抗生素耗竭模型小鼠中，發(fā)現(xiàn)與健康對照組相比，接受便秘患者糞便菌群的小鼠，腸道蠕動明顯減少，主要表現(xiàn)在排便參數(shù)（糞便排出頻率、糞便重量和糞便含水量）表現(xiàn)異常。

腸道菌群失調(diào)可導(dǎo)致腸道的炎癥反應(yīng)，損害結(jié)腸上皮完整性和減少腸道分泌物，腸道分泌減少可引起結(jié)腸感覺運動功能障礙、神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)化學(xué)信號異常，從而降低腸道蠕動，誘發(fā)便秘[41]。雙歧桿菌G9-1 可以提高5 羥色胺和色氨酸羥化酶1 的表達水平，并抑制血清中多巴胺的增加和乙酰膽堿的減少[42]。研究發(fā)現(xiàn)[43]鼠李糖乳桿菌通過調(diào)控胃腸道調(diào)節(jié)肽、神經(jīng)遞質(zhì)、神經(jīng)營養(yǎng)因子和腸道微生物群在不同程度上改善便秘。腸道微生態(tài)與黏蛋白2 和水通道蛋白表達相關(guān)，參與調(diào)控結(jié)腸水液代謝[44]。

此外，腸道菌群的代謝產(chǎn)物已被證明可能通過多種途徑參與便秘的發(fā)生發(fā)展，主要包括短鏈脂肪酸（short-chain fatty acid,SCFA）、膽汁酸和5-羥色胺（5-hydroxytryptamin,5-HT）等。這些代謝物可通過激活分布在某些腸內(nèi)分泌細(xì)胞、腸嗜鉻細(xì)胞和神經(jīng)元細(xì)胞中的相應(yīng)受體來影響便秘患者的腸道運動和分泌。SCFA 為腸內(nèi)菌群酵解產(chǎn)生的代謝物質(zhì)，如乙酸、丙酸和丁酸，具有維持和改善大腸功能的作用，能夠增加腸道蠕動[45]。SCFA 在腸道運動和運輸中的作用可能存在多種潛在機制。一方面，SCFA 可以通過降低腸道pH 值來增強腸道平滑肌的蠕動和收縮，低腸道pH 有助于某些有益菌群的生長，尤其是乳酸桿菌和雙歧桿菌[46-47]。另一方面，SCFA 可通過作用于腸嗜鉻細(xì)胞促進結(jié)腸色氨酸 羥化酶-1（TPH1）的表達 和5-HT 的 產(chǎn)生[48]。SCFA 還能刺激位于回腸遠(yuǎn)端的L 細(xì)胞（腸內(nèi)分泌細(xì)胞之一）分泌肽YY（PYY），PYY 對腸道運動有抑制作用[49]。膽汁酸可通過上調(diào)TPH1 表達直接作用于腸嗜鉻細(xì)胞合成5-HT，刺激腸嗜鉻細(xì)胞釋放5-HT 和降鈣素基因相關(guān)肽，并通過激活G 蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體5 作用于L 細(xì)胞，從而抑制近端腸轉(zhuǎn)運和結(jié)腸運動[50]，因此膽汁酸可能通過調(diào)節(jié)腸嗜鉻細(xì)胞釋放5-HT 或激活結(jié)腸內(nèi)的G 蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體5 參與便秘的發(fā)生、發(fā)展。

3.2 miRNA與慢傳輸型便秘

miRNA 是一種小的非編碼RNA，作為細(xì)胞中基因表達過程[51]的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控因子，能調(diào)節(jié)包括胃腸道在內(nèi)的所有細(xì)胞的蛋白表達[52]。因此，miRNA對調(diào)節(jié)腸道生理機制至關(guān)重要，如內(nèi)臟感覺（miR-200a、miR-199a/b、miR-338 和miR-495）、腸道免疫功能（miR-29、miR-155、miR-146a/b、miR-192、miR-146a、miR-155 和miR-122）、胃腸道屏障功能（miR-16、miR-29a、miR-219a和miR-122a）、神經(jīng)元細(xì)胞的發(fā)育和功能（miR-375）及腸道運動（miR-10b、miR-143、miR-551b、miR-222、miR-145、let-7f、miR-375 和miR-128）[53-54]。這些機制與腸道功能高度相關(guān)，其中神經(jīng)免疫相互作用是控制腸道功能的關(guān)鍵因素，這些相互作用的中斷可導(dǎo)致慢傳輸型便秘。迄今為止，研究發(fā)現(xiàn)大量與慢傳輸型便秘相關(guān)的miRNA[5]。HONG 等[55]研究發(fā)現(xiàn)，慢性便秘模型小鼠結(jié)腸上皮細(xì)胞miR-128 顯著下調(diào)，p38α和巨噬細(xì)胞集落刺激因子（M-CSF）上調(diào)，miR-128通過調(diào)節(jié)p38α/M-CSF 信號通路以促進慢性炎癥反應(yīng)和結(jié)腸免疫微環(huán)境的變化，導(dǎo)致慢性便秘發(fā)生。張亦超等[56]研究發(fā)現(xiàn)miR-129 下調(diào)，激活GALNT1/TGF-β1通路對慢傳輸型便秘進行調(diào)控，并影響ICC細(xì)胞的分化，從而導(dǎo)致慢傳輸型便秘的發(fā)生與發(fā)展。ZHENG 等[57]發(fā)現(xiàn)miR-222 過表達導(dǎo)致c-kit 和血清干細(xì)胞因子蛋白水平下降，從而導(dǎo)致ICC 凋亡和過度自噬，加重腸道動力障礙，導(dǎo)致慢傳輸型便秘。MAZZONE 等[58]發(fā)現(xiàn)在慢傳輸型便秘患者的結(jié)腸平滑肌中，一小部分miRNA 的表達增加，這些miRNA 靶向NaV1.5，導(dǎo)致平滑肌細(xì)胞NaV1.5 電流密度和胃腸道平滑肌收縮性降低，導(dǎo)致結(jié)腸動力障礙產(chǎn)生便秘。以上均提示miRNA 可通過改變腸道免疫微環(huán)境及結(jié)腸動力導(dǎo)致便秘的發(fā)生。

3.3 腸道菌群和miRNA交互作用對慢傳輸型便秘的影響

miRNA、腸道菌群的異常都可能導(dǎo)致便秘，根據(jù)已有研究，其影響可能是多途徑的，考慮miRNA 與腸道菌群的交互作用是誘發(fā)便秘的另一可能途徑。miRNA 可調(diào)控腸道菌群，腸道菌群改變可導(dǎo)致便秘。在miRNA 介導(dǎo)結(jié)腸炎癥時，腸道菌群扮演著重要角色，HE 等[27]發(fā)現(xiàn)，miR-142a-3p在結(jié)腸炎恢復(fù)小鼠的糞便中表達顯著增加，并且以依賴腸道菌群的方式緩解葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)的小鼠結(jié)腸炎癥狀。而腸道炎癥反應(yīng)可損害結(jié)腸上皮完整性，減少腸道分泌物，腸道分泌減少可引起結(jié)腸感覺運動功能障礙、神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)化學(xué)信號異常，從而降低腸道蠕動，誘發(fā)便秘。因相關(guān)直接研究較少，目前只能猜測miRNA 可能存在以依賴腸道菌群的方式影響便秘。

與此同時，腸道菌群可通過多種途徑影響miRNA 的表達，NAKATA 等[59]研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群可通過TLR2/4 相關(guān)途徑調(diào)節(jié)IECs 中miR-21-5p 的表達，高表達的miR-21-5p 通過ADP 核糖化因子4 調(diào)節(jié)腸上皮細(xì)胞通透性，引發(fā)腸道炎癥免疫反應(yīng)?；诖?，推測腸道菌群可能存在以依賴miRNA 的方式影響腸上皮屏障功能障礙而導(dǎo)致便秘?；谀c道菌群與miRNA 交互作用及其對慢傳輸型便秘的影響，可從腸道菌群或者miRNA 單通道控制，也可從腸道菌群與miRNA 的交互中對某一過程給予干擾，均能對慢傳輸型便秘的治療帶來積極影響。

4 展望

本文對腸道菌群和miRNA 的相互調(diào)控，以及兩者失調(diào)對慢傳輸型便秘的影響做了簡要的概述，現(xiàn)有研究已證實腸道菌群與miRNA 之間存在雙向調(diào)控，腸道菌群和miRNA 都能影響便秘的發(fā)生。因相關(guān)直接研究較少，目前只能猜測腸道菌群和miRNA 可能在某一通道上存在以依賴彼此的方式影響便秘。腸道菌群和miRNA 作為人體中數(shù)量極其龐大又十分復(fù)雜的兩個體系，兩者之間交互作用關(guān)系更為復(fù)雜，根據(jù)已有研究考慮腸道免疫、腸道炎癥、腸道動力極有可能是腸道菌群與miRNA 交互作用影響便秘的主要交叉環(huán)節(jié)，目前腸道菌群和miRNA 是否是彼此影響慢傳輸型便秘的一種中間媒介，有待進一步深入研究。