炎癥性腸病腸道微生態(tài)新進(jìn)展*

馬玲玲 冀建斌

天津中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院消化科 國家中醫(yī)針灸臨床醫(yī)學(xué)研究中心，天津市 300381

炎癥性腸病(Inflammatory bowel disease,IBD)包括潰瘍性結(jié)腸炎(Ulcerative colitis,UC)和克羅恩病(Crohn’s disease,CD)，是由多種功能失調(diào)的免疫反應(yīng)介導(dǎo)的慢性復(fù)發(fā)性炎性腸病，是基因易感宿主中由環(huán)境、微生物組和免疫調(diào)節(jié)因素相互作用的結(jié)果而發(fā)展的。研究發(fā)現(xiàn)IBD的時(shí)空和地理分布似乎都與社會的工業(yè)化和城市化平行，以前認(rèn)為由于生活方式的影響，IBD主要發(fā)生在西方發(fā)達(dá)國家，近幾十年來，趨勢已轉(zhuǎn)向亞洲、非洲和南美的發(fā)展中國家和新興工業(yè)化國家[1]。

人體擁有一個(gè)龐大而復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，其中包括細(xì)菌、真菌、古細(xì)菌、病毒和原生動物，統(tǒng)稱為微生物組，存在于皮膚、呼吸道、泌尿生殖道等，而最豐富的位于結(jié)腸，微生物組具有重要的代謝和免疫功能。研究發(fā)現(xiàn)，腸道穩(wěn)態(tài)在IBD的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用,近年來腸道微生態(tài)與IBD的關(guān)系受到越來越多關(guān)注，基于此的IBD防治亦成為研究熱點(diǎn)，本文對相關(guān)研究新進(jìn)展做一綜述。

1 腸道微生態(tài)與IBD

1.1 細(xì)菌 人類結(jié)腸平均每克糞便中含有上千億個(gè)細(xì)菌細(xì)胞，腸微生物組的成分在個(gè)體及不同胃腸段間變化很大。

1.1.1 IBD腸道菌群失調(diào)。腸道菌群失調(diào)指宿主和腸道菌群間平衡喪失導(dǎo)致其組成和功能發(fā)生變化，是IBD發(fā)病機(jī)理的潛在相關(guān)機(jī)制及主要特征，細(xì)菌負(fù)荷高的區(qū)域(尤其是末端回腸和結(jié)腸)與IBD發(fā)生率更高相關(guān)[2]。其特點(diǎn)為：共生缺失，微生物群落改變，潛在病原體豐富及細(xì)菌多樣性減少。主要由于厚壁菌門成員減少，變形菌門和放線菌門成員豐富，脆弱擬桿菌的功能及活性降低，普拉梭菌在體內(nèi)外均具有很強(qiáng)的抗炎作用，可保持腸道健康[3]，在IBD腸道菌群失調(diào)的多項(xiàng)研究中，該菌減少致其保護(hù)功能減少，對疾病有重要的影響，這種微生物成為“健康的腸道標(biāo)記物”。

1.1.2 IBD菌群失調(diào)代謝組學(xué)變化。研究發(fā)現(xiàn)，魯米諾球菌產(chǎn)生一種復(fù)雜的葡甘露聚糖，可有效誘導(dǎo)樹突狀細(xì)胞分泌炎性細(xì)胞因子腫瘤壞死因子(Tumor necrosis factor，TNF)-α[4],IBD患者魯米諾球菌RNA豐度與健康對照組相比明顯增加，而DNA豐度只少量增加，意味著魯米諾球菌豐度即使在DNA水平有很小變化時(shí)對IBD患者的影響可能超出預(yù)期。研究發(fā)現(xiàn)普拉梭菌、普通擬桿菌、Alistipes putredinis對IBD患者代謝途徑的轉(zhuǎn)錄有重要貢獻(xiàn)，在轉(zhuǎn)錄活性方面，梭菌、梭狀芽孢桿菌和念珠菌的基因豐度顯著增加進(jìn)一步支持這些發(fā)現(xiàn)[5]。研究發(fā)現(xiàn)IBD患者的腸道細(xì)菌會消耗具有生物學(xué)活性和重要功能的代謝產(chǎn)物，短鏈脂肪酸是結(jié)腸上皮細(xì)胞的能量來源，并促進(jìn)結(jié)腸中調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的擴(kuò)增，包括乙、丙、丁酸鹽，是重要的抗炎性細(xì)菌代謝產(chǎn)物，IBD患者中產(chǎn)生這些代謝產(chǎn)物的細(xì)菌減少，特別是丁酸鹽產(chǎn)量的下降與擬桿菌和梭狀芽孢桿菌Ⅳ和ⅪⅤa的消耗有關(guān)，包括普拉梭菌[6]。IBD患者血清中通常不會缺乏維生素，人們注意到維生素泛酸酯和煙酸酯在腸道中特別貧乏，而煙堿酸鹽在腸道中具有抗炎和抗凋亡的特性[7]。研究發(fā)現(xiàn)UC患者的白細(xì)胞介素(Interleukin，IL)-22信號傳導(dǎo)可能受到影響，IL-22結(jié)合蛋白的表達(dá)在UC患者中顯著上調(diào)，且與宿主糖基轉(zhuǎn)移酶MGAT4A和MGAT4B的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)，表明UC患者中IL-22信號傳導(dǎo)受損可能會導(dǎo)致宿主糖基化異常，從而引發(fā)腸道菌群失調(diào)，包括考拉桿菌屬數(shù)量的減少[8]。

1.1.3 IBD菌群失調(diào)的危險(xiǎn)因素。飲食：西方飲食主要由動物蛋白、總脂肪、飽和脂肪和單糖組成，與細(xì)菌定植減少和類桿菌(主要是粘蛋白降解細(xì)菌)數(shù)量增加有關(guān)，研究發(fā)現(xiàn)低纖維飲食會導(dǎo)致微生物群消耗黏液層而上皮變薄，增加了侵襲性病原體的侵襲機(jī)會。地中海飲食是基于大量食用水果、蔬菜、未精制的谷物和魚類以及低消耗的紅肉，這種飲食和有益于腸道菌群、降低大腸桿菌負(fù)荷并增加短鏈脂肪酸水平相關(guān)。

質(zhì)子泵抑制劑：由于質(zhì)子泵抑制劑作用導(dǎo)致胃內(nèi)pH值升高及通過直接作用于微生物質(zhì)子泵導(dǎo)致缺乏殺傷力，可能影響腸道微生物群組成。日本一項(xiàng)研究從三個(gè)時(shí)間點(diǎn)研究患者糞便樣本(質(zhì)子泵抑制劑治療前及治療后第4周、第8周)，發(fā)現(xiàn)細(xì)菌總數(shù)差異不明顯，但兼性厭氧菌(如乳酸菌、鏈球菌、葡萄球菌和腸桿菌)總數(shù)在治療后明顯增加[2],提示細(xì)菌易位已發(fā)生。

抗生素：抗生素能夠抵抗病原菌，亦會影響共生生物，導(dǎo)致微生物多樣性喪失、代謝能力改變及對入侵性病原體的定植抗性降低。抗生素治療后數(shù)天內(nèi)腸道菌群會發(fā)生深刻而迅速的變化,微生物組可能會在很長一段時(shí)間內(nèi)受到輕微干擾，一些菌株會無限期消失，而抗生素耐藥性的后果可能會持續(xù)更長時(shí)間?？股刂委煹牧硪粋€(gè)問題是艱難梭菌的定植和感染，與非IBD個(gè)體相比，IBD患者，尤其是UC風(fēng)險(xiǎn)更高。

1.2 鞭毛蛋白 共生細(xì)菌和致病細(xì)菌通常表達(dá)的抗原是鞭毛蛋白，是細(xì)菌鞭毛的主要結(jié)構(gòu)蛋白，包含許多抗原表位。研究發(fā)現(xiàn)IBD患者的調(diào)節(jié)性鞭毛蛋白特異性CD4+T細(xì)胞比例都有相對的增加，可能與腸道微生物組變化相關(guān)，證據(jù)表明這些細(xì)胞的表型與疾病嚴(yán)重程度明顯相關(guān)，可深入了解鞭毛蛋白特異性CD4+T細(xì)胞在IBD中的潛在作用[9]。

1.3 真菌 研究表明IBD患者的腸道真菌發(fā)生改變，可能與其發(fā)病機(jī)理相關(guān)。在CD患者的糞便和黏膜中，尤其是念珠菌和馬拉色菌屬的總真菌負(fù)荷增加，UC患者的糞便中的真菌多樣性較低，UC中含有胱天蛋白酶募集域蛋白-9(CARD-9)多態(tài)性有利于馬拉色菌定植，使腸道炎癥惡化，高碳水化合物飲食增加了念珠菌物種的總豐度，而富含蛋白質(zhì)的飲食則相反[10]。

1.4 腸道單核吞噬細(xì)胞 腸道單核吞噬細(xì)胞(Mononuclear phagocytes，MNPs)在通過激活適當(dāng)?shù)拿庖叻磻?yīng)控制病原體侵襲來維持上皮屏障完整性中起著至關(guān)重要的作用，MNPs控制腸道的穩(wěn)態(tài)，通過維持對病原體觸發(fā)免疫反應(yīng)的能力來保持對飲食和普通抗原的免疫耐受力。在遺傳易感人群中，認(rèn)為腸道菌群不受控制的免疫激活可能是最終導(dǎo)致IBD慢性黏膜炎癥的基礎(chǔ)。因此，MNPs參與微調(diào)黏膜免疫系統(tǒng)反應(yīng)，并在維持體內(nèi)穩(wěn)態(tài)或IBD潛在地出現(xiàn)中起關(guān)鍵作用。但是，MNPs的不適當(dāng)活化會誘導(dǎo)持續(xù)性炎癥和組織損傷導(dǎo)致自身免疫和慢性炎癥性疾病，如IBD[12]。UC患者腸道巨噬細(xì)胞(Macrophages，Mfs)在基礎(chǔ)條件下及在Toll樣受體刺激后會產(chǎn)生更多促炎細(xì)胞因子，如TNF、IL-23、IL-1β和IL-6，引起炎癥的其他機(jī)制也可能導(dǎo)致IBD發(fā)病，如髓樣細(xì)胞觸發(fā)受體1(Triggering receptors expressed on myeloid cells-1，TREM-1)+Mfs的數(shù)量和頻率，尤其是未成熟的Mfs在IBD患者活動性病變區(qū)域的增加，研究發(fā)現(xiàn)CD14+單核細(xì)胞中的TREM-1表達(dá)水平與自噬及Fcγ受體活性降低導(dǎo)致的抗TNF單克隆抗體治療后M2型調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的分化降低相關(guān)[12]。數(shù)據(jù)顯示來自IBD患者腸道不同位置發(fā)炎組織中單核細(xì)胞、M1 巨噬細(xì)胞、活化的及漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞富集，這種富集與疾病嚴(yán)重程度相關(guān)，在IBD發(fā)病機(jī)理中起到重要作用[13]。

1.5 CARD9基因突變 CARD9是位于參與模式識別受體Dectin-1信號傳導(dǎo)的銜接蛋白胱天蛋白酶募集域的蛋白，可識別真菌細(xì)胞壁的組成部分，CARD9信號傳導(dǎo)是響應(yīng)Dectin-1對真菌配體的識別而發(fā)生的，Dectin-1的改變與醫(yī)學(xué)上難治性潰瘍性結(jié)腸炎有關(guān)。研究表明[14]，敲除CARD9的小鼠易患結(jié)腸炎與微生物色氨酸代謝受損有關(guān)。色氨酸代謝物通過激活淋巴組織中的芳基碳?xì)浠衔锸荏w(AhR)，在小鼠腸道黏膜反應(yīng)性平衡中起重要作用，AhR促進(jìn)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的分化，對于IL-22的產(chǎn)生是必需的，在患有IBD和CARD9突變的人類受試者中，糞便樣品中缺乏AhR配體，AhR基因敲除小鼠表現(xiàn)出由22型先天淋巴細(xì)胞引起的IL-22分泌的減少，并增加了對腸道細(xì)菌感染的敏感性，而能夠?qū)⑸彼岽x成AhRs的乳桿菌菌株可以減輕CARD9基因敲除小鼠的結(jié)腸炎。

1.6 病毒 研究發(fā)現(xiàn)病毒可能導(dǎo)致腸道炎癥和菌群失調(diào)，這些結(jié)果得到了小鼠結(jié)腸炎T細(xì)胞轉(zhuǎn)移模型的支持，與對照組相比，治療組映射到長尾病毒科、短尾病毒科和肌病毒科的讀數(shù)更高，映射到有尾噬菌體目的讀段占病毒總讀段的不到0.01%[15]，UC患者的直腸黏膜的分析顯示了有尾噬菌體目的擴(kuò)增，與健康對照相比，該順序的多樣性、豐富性和均勻性有所降低，表明UC患者的黏膜病毒可能發(fā)生了實(shí)質(zhì)性改變。宏基因組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)IBD患者糞便樣本中病毒序列的數(shù)量和豐度差異，研究發(fā)現(xiàn)患有皰疹病毒科序列的患者其微生物組多樣性增加，與CD患者和對照組相比，UC患者的皰疹病毒轉(zhuǎn)錄物數(shù)量更高，該研究使用了早期診斷未經(jīng)治療的IBD患者樣本，其腸黏膜特征是較低濃度的去氧核糖核酸病毒和蕪菁花葉病毒[16]。

2 基于腸道微生態(tài)的IBD治療

IBD的病因尚不明確，人們普遍認(rèn)為其原因可能是宿主遺傳、環(huán)境因素等。該疾病在治療上也缺乏特異性，傳統(tǒng)的治療方法有5-氨基水楊酸、糖皮質(zhì)激素、免疫抑制劑等。盡管這些藥物能夠減輕腸道炎癥，緩解臨床癥狀，但長期服用耐藥性高、不良反應(yīng)多、療效欠佳。近年來對腸道微生態(tài)的關(guān)注越來越多，許多研究觀察到UC患者存在腸道微生態(tài)失調(diào)紊亂，進(jìn)而引發(fā)各種免疫反應(yīng)，由此提出通過益生菌、菌群移植、細(xì)胞分子免疫調(diào)節(jié)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等代替藥物來改善腸道病變的方法，這將成為未來IBD治療突破的關(guān)鍵點(diǎn)。

益生菌是活的微生物，最常用的是雙歧桿菌屬、乳桿菌屬、乳球菌屬和布拉氏酵母菌。在細(xì)菌競爭營養(yǎng)和黏膜黏附的情況下，益生菌可以增加胃腸道微生物群的多樣性和減少病原微生物(如艱難梭菌、產(chǎn)氣莢膜梭菌、糞腸球菌等)。在UC常規(guī)治療中添加益生菌可改善輕至中度活動性UC結(jié)腸炎的誘導(dǎo)和維持緩解。益生元是不可消化的多糖和低聚糖，它們在結(jié)腸中發(fā)酵，引起胃腸道菌群的組成和/或功能發(fā)生特定變化，選擇性地支持保護(hù)性生物(尤其是雙歧桿菌和乳桿菌)的腸道生長，降低腸道通透性和代謝內(nèi)毒素血癥?？剐缘矸凼且嫔囊环N特殊形式，它對IBD腸蠕動和炎癥的益處引起了越來越多的關(guān)注，在活動性UC中補(bǔ)充益生元與糞便鈣衛(wèi)蛋白的早期減少有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)母乳喂養(yǎng)可預(yù)防IBD，其具有益生菌和益生元的功效，在微生物上具有多樣性，喂養(yǎng)時(shí)間越長，其益處越大。

抗真菌療法主要用于治療IBD中的白色念珠菌或莢膜組織胞漿菌感染，而補(bǔ)充真菌益生菌腓腸酵母、布爾酵母和釀酒酵母CNCM I-3856菌株的初步研究顯示對IBD具有治療作用[10]。

吸煙具有復(fù)雜的相互作用，在IBD中可以預(yù)防UC，研究表明，吸煙可能通過改變腸道免疫微生物的相互作用及產(chǎn)生黏液來影響腸道微生物群，其中擬桿菌的數(shù)量相對增加，而厚壁菌和變形桿菌的數(shù)量相對減少[17]。吸煙者腸道菌群中看到的某些差異反映出CD和UC患者的差異，提示吸煙、微生物群變化和IBD的發(fā)展之間存在潛在聯(lián)系。

迄今為止在治療IBD上的重大突破，可能是抑制促炎細(xì)胞因子，是抗TNF治療[12]。研究支持發(fā)炎的腸道黏膜中新募集的單核細(xì)胞是驅(qū)動IBD免疫發(fā)病機(jī)制的核心，因此可開發(fā)出抑制這些細(xì)胞數(shù)量和/或病理功能的有效途徑。腸道Mfs的總體缺乏可能增加對感染的敏感性并抑制它們組織修復(fù)活動的收益、減少腸Mfs中炎癥反應(yīng)。人類中TREM-1+Mfs在IBD患者中增加，當(dāng)TREM-1拮抗劑抑制它的時(shí)候，其參與增強(qiáng)了促炎性細(xì)胞因子分泌，Verstockt等證實(shí)TREM-1在全血和腸黏膜中的低表達(dá)可預(yù)測抗TNF治療應(yīng)答[18]，因此，TREM-1可以成為預(yù)測抗TNF治療效果的潛在生物標(biāo)志物，其次，阻斷TREM-1對IBD治療可能是有吸引力的目標(biāo)。改善腸道穩(wěn)態(tài)的其他方法可能有促進(jìn)Mfs的抗炎和促分解功能，這個(gè)可以通過，如增強(qiáng)TLR信號的負(fù)調(diào)節(jié)和凋亡細(xì)胞的沉默清除，及通過增強(qiáng)IL-10受體信號來實(shí)現(xiàn)，由于它們具有高吞噬能力，可通過如納米材料和生物材料之類的“傳遞系統(tǒng)”來促進(jìn)靶向腸道Mfs[19]，使用代謝物對Mfs進(jìn)行重編程會成為一種有希望減輕腸道炎癥的方法，如短鏈脂肪酸正丁酯和衣康酸酯誘導(dǎo)Mfs的抗炎程序，這可能是治療IBD的機(jī)會。研究發(fā)現(xiàn)有大量炎性未成熟Mfs流入，導(dǎo)致IBD中的炎癥和組織損傷，IBD中雖然看起來是成熟Mfs維持其抗炎和組織修復(fù)功能，但炎癥期間未成熟Mfs占主導(dǎo)地位，它們的相對豐度是降低的，因此開發(fā)新的療法來恢復(fù)Mfs成熟過程和/或驅(qū)動單核細(xì)胞募集的中和因素對治療IBD有益，另一種替代方法是應(yīng)用細(xì)胞因子來促進(jìn)抗炎反應(yīng),如IL-2、IL-10、IL-22或TNF-β1[20]。IBD治療的另一個(gè)支柱是阻斷免疫細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)分子，例如α4β7和MadCAM-1，防止?jié)撛谥虏〖?xì)胞流入腸道[21]。鑒于來自IBD臨床前模型的數(shù)據(jù)支持常規(guī)樹突狀細(xì)胞(conventional dendritic cells,cDCs)在腸道炎癥中的作用，選擇性靶向cDCs可以是一種治療策略，腸道cDCs對飲食變化和病原體暴露等環(huán)境因素具有快速反應(yīng)能力，表明其環(huán)境反應(yīng)性可被利用來影響其功能，他們也產(chǎn)生并響應(yīng)與IBD發(fā)病機(jī)制相關(guān)的關(guān)鍵細(xì)胞因子。其他可能被用于調(diào)節(jié)cDCs功能作為治療方法的藥物敏感途徑也存在[20]，包括通過阻斷啟動和/或存活信號，干擾細(xì)胞內(nèi)信號通路，中和其產(chǎn)生的效應(yīng)細(xì)胞因子，或干擾cDCs轉(zhuǎn)運(yùn)至靶器官(在IBD情況下是腸黏膜和腸系膜淋巴結(jié))，來阻止cDCs激活。

腸道微生態(tài)在維持腸道穩(wěn)態(tài)及宿主免疫系統(tǒng)的發(fā)育和激活中起著重要作用，為IBD的治療提供了新的選擇。盡管目前以益生菌、糞菌移植等為代表的療法取得了一定的成效， 但仍存在一些爭議，IBD與腸道微生態(tài)間的關(guān)系錯綜復(fù)雜，具體機(jī)制仍需不斷探討，通過進(jìn)一步更新更詳盡的研究，可能對IBD的病因及發(fā)病機(jī)制有進(jìn)一步的認(rèn)識，以期對IBD的治療提供更為之有效的方法。另外，未來通過臨床實(shí)踐為不同患者找到個(gè)性化的治療方案還需要長期的研究和探索。