
肠道菌群在炎症性肠病(IBD)发生发展及其在诊治中的作用已成为关注焦点。该方面研究,取得一些进展,也存在问题。本文就目前肠道菌群与IBD发病的研究现状,包括IBD肠道细菌群组成结构、真菌及其他微生物的研究、肠道菌群的代谢产物与其发病、预后及疗效预测进行阐述,以及改变肠道菌群的相关治疗措施,包括抗生素、益生菌以粪菌移植作用进行总结分析,以期为研究肠道菌群在IBD发病及诊治方面的学者提供有益参考。
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炎症性肠病(inflammatory bowel diseases,IBD)的病因及发病机制尚不明确,多认为是环境因素作用于易感人群引发肠免疫紊乱,最终导致肠道炎症反应形成。来自流行病学、临床及实验动物模型的研究显示IBD患者存在肠道菌群的异常,而肠道菌群是该种免疫损伤过程的重要触发因子。国内外关于IBD肠道菌群改变、其与发病的关系以及在疾病治疗中的作用已有较多研究,取得一些进展,也存在问题,并由此引出了未来肠道菌群与IBD研究方面值得关注的问题。本文就以下几个重点研究方面对目前的研究现状做总结与分析,以期为关注肠道菌群在IBD发病及诊治方面的学者提供有益启示。
无论是在儿童早期和成年期使用抗生素,IBD发生风险均增加[1]。急性胃肠道感染也可增加IBD的风险[2]。另有研究表明宿主的核苷酸结合寡聚化结构域蛋白2(nucleotide-binding oligomerization domain-containing protein 2,NOD2)基因及半胱天冬酶募集结构域蛋白9(caspase recruitment domain-containing protein 9,CARD9)基因的突变,增加宿主发生IBD的风险,而NOD2是宿主接收肠道细菌变化的"感受器",CARD9是感知肠道真菌变化的"感受器",通过启动宿主肠免疫紊乱,致炎因子过度产生,肠道炎症反应形成[3,4]。宿主的NOD2基因异常也影响肠道菌群的结构[4]。因此,宿主IBD易感基因与肠道菌群间存在相互影响。NOD2基因在欧美人群中常见的突变在中国人群中的改变如何,中国人群中关于IBD的易感基因除NOD2、CARD9、ATG16L1、IRGM及FUT2外,是否有其特异的易感基因,有待进一步研究。
IBD患者肠道菌群的多样性及丰富度减低[5]。克罗恩病(Crohn′s disease,CD)患者肠普氏菌属、双岐杆菌属及韦荣球菌科减少,而梭菌属、大肠杆菌属、奈瑟球菌属、瘤胃球菌属增多且CD患者拟杆菌门减低,变形菌门增加[5,6]。溃疡性结肠炎(ulcerative colitis,UC)患者大肠埃希菌属、瘤胃球菌属、芽单胞菌、放线杆菌和肠球菌属升高,而粪球菌属、普氏菌属及罗氏菌属减低[7]。对比CD与UC患者肠道菌群的改变,发现CD患者大肠埃希菌属、瘤胃球菌属、梭菌属、芽单胞菌和消化链球菌增加更明显,而UC患者粪杆菌属、布氏菌属、萝芙木属和柠檬酸杆菌属增加更明显[6,7]。
将有关IBD患者肠道菌群的研究汇总发现,各研究结果存在不同,但也存在一致性改变,即肠道菌群多样性减低,变形菌门增加而厚壁菌门减少,但尚没有发现IBD特异的肠道菌群构成[6,7]。另外,我们也需要认识到在关于IBD的肠道菌群研究中存在各研究所纳入研究的患者标准的不一致性、标本的采集部位及测定群落组成方法的差异性问题。
除发现IBD患者肠道细菌有异常改变外,CD患者肠道真菌组成也存在异常改变[8]。我们对UC患者肠道真菌的初步研究结果显示,UC患者也存在肠道真菌组成的异常改变,包括维克氏酵母菌属、曲霉属、念珠菌属有增加趋势,而外瓶霉属、链格孢属、翘孢霉属、青霉属等有减少趋势[9]。此外,来自临床研究及动物模型的研究提示IBD存在肠道噬菌体数量增加[10]。然而目前关于真菌及噬菌体在IBD发病中作用研究少,有待进一步研究证实。另外肠道细菌与真菌间有着怎样的相互影响也需关注。
目前对肠道菌群的研究结果大多来源于粪便菌群分析,事实上粪便菌群与肠黏膜菌群有不同。肠道菌的分布有腔内菌及肠黏膜表面菌之分,大肠与小肠菌的分布也不同[11]。肠道菌群空间分布的异常与IBD的发病有关。IBD患者肠内瘤胃球菌增加,嗜粘蛋白-艾克曼菌减少,该菌落结构的变化,导致肠黏液减少,进而肠黏液层变薄,肠内菌聚集肠上皮细胞表面[12]。将IBD患者口腔及肠道中的常驻菌给予鼠可诱导Th-1介导的肠道炎症反应,这与IBD患者的发病类似,提示肠道常驻菌的不恰当定植可致肠道炎症反应[13]。同样肠内常驻菌在发生细菌转位至肠黏膜上皮屏障可导致肠道炎症反应产生,尤其对于有透壁性损伤的CD患者可导致病情的加重[14]。因此,未来集中在肠道菌群的改变与IBD发病的研究更贴近实际状况,而非粪便菌群分析。
高脂、高糖饮食提高了化学诱导结肠炎的发生,同时对其肠道菌群组成分析发现,其改变与IBD患者类似,且黏膜相关大肠埃希菌增加[15]。另外膳食乳化剂也可改变肠微生物组成,导致促炎因子产生增加,肠道炎症反应形成[16]。高糖、高脂、低纤维饮食以及乳化剂的添加是典型西方饮食的特征,已有的流行病学资料提示这些典型西方饮食与IBD发生发展密切相关,而上述饮食可导致肠道菌群的异常[15,16,17]。因此,肠道菌群似乎成为饮食因素致肠道炎症反应形成的"信息传导器",将环境因素与肠道炎症反应联系在一起。
另外值得注意的是治疗药物的应用可影响肠道菌群,口服补铁可影响IBD患者肠道菌群,这种肠道菌群的改变可能是导致其症状加重的原因,而静脉补铁不产生同样改变[18]。美沙拉嗪可通过抑制细菌合成多磷酸盐的酶,影响肠内菌群,从而发挥其改善症状作用[19]。
研究肠道菌群在IBD发病中作用,不仅要研究肠道菌群组成的变化,尚需要研究肠道菌群的代谢产物在IBD发病中的作用。目前该方面研究热点是短链脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFA)及氨基酸代谢产物对肠道炎症反应的影响。
SCFA是近年关于IBD发病机制研究中的热点之一。IBD患者粪便中SCFA水平减低[20]。新近研究显示丁酸盐可通过促进Treg细胞分化而减少Th17细胞产生,从而减低肠道炎症反应[21]。SCFA是组蛋白脱乙酰基酶(histone deacetylase,HDAC)的抑制剂,HDAC抑制剂可减轻鼠结肠炎症反应,给予SCFA也可减轻结肠炎鼠的肠道炎症反应[22]。另有研究显示SCFA通过与G蛋白耦联受体43(G-protein coupled receptor,GPCR43)结合激活肠上皮细胞产生炎性小体[23],此外,SCFA可与肠道组织中的抗原递呈细胞上的SCFA受体Gpr109a结合,最终诱导Treg细胞分化,抑制肠道炎症反应的形成[24]。
肠道菌群相关的氨基酸代谢产物在IBD发病中的作用研究也是近年热点之一,其中研究较多的是色氨酸代谢物(tryptophan metabolites)与IBD。色氨酸代谢产物是芳香烃受体(aryl hydrocarbon receptor,AHR)的配体之一,可介导IL-22的产生,IL-22参与肠黏膜稳态的维持。肠微生物介导的色氨酸代谢物减少可导致结肠炎,给予AHR的激动剂可改善肠道炎症反应[25]。但有趣的是临床研究显示增加色氨酸代谢,不减少反而促进IBD发生,甚至会加重UC的严重程度[26]。因此,还需更多研究探讨色氨酸-AHR信号通路在IBD发病中的作用。
肠道菌群的构成及载脂蛋白A的水平,有助于对患者无激素缓解情况的预测[27]。肠道菌群及细菌形态有助于UC结肠切除术后的储袋炎发生风险预测[28]。肠道菌群紊乱与英夫利西单克隆抗体治疗停药后复发有关[29]。因此,未来展开肠微生物群落与IBD疾病预后及疗效预测研究,有助IBD患者的个体化治疗。
目前临床上用于改变肠道菌群的方法包括使用抗生素、益生菌及进行粪菌移植。
抗生素治疗有利于CD患者结肠炎症反应的缓解、脓肿并发症的治疗及预防术后复发,但对UC患者无效[30]。然而,抗生素的疗效因疾病类型、受累部位不同而有差异。另外长期应用存在较大不良反应,因此抗生素治疗IBD并未被列为常规一线治疗药物。但对于合并肛瘘的患者,甲硝唑和环丙沙星是有效治疗药物[30]。
益生菌可通过改变肠菌群,增加抗菌物质产生,加强肠屏障功能及黏膜免疫调节而发挥作用。研究证实传统的益生菌对UC的治疗作用有限,但益生菌组合VSL#3(8种活冻干菌种)及E.coli Nissle可减低肠道急性炎症反应并可维持缓解,但对CD的诱导缓解及维持缓解无作用[31,32]。普拉氏梭杆菌(F.prausnitzii)是近年关注较多的对肠道具有保护作用的有益菌,可通过产生SCFA,激发Tregs细胞产生IL-10发挥免疫抗炎作用。增加SCFA菌或提供其代谢底物(寡糖及纤维)作为益生元,这是值得进一步研究的IBD的治疗药物。近期研究发现钨酸盐通过抑制钼辅因子依赖的微生物呼吸通路,从而抑制其活性,纠正菌群紊乱,减低肠道炎症反应[33]。因此,另一值得研究的方向是阻断致病菌的毒力因子产生或减低其活性,从而纠正菌群紊乱,降低肠道炎症反应。
FMT是复发性难辨梭状芽孢杆菌感染的有效治疗手段,但对于FMT在IBD治疗的有效性,研究结果并不一致。一项纳入18项研究共122例IBD患者的Meta分析结果显示,约36% ~ 45%的患者在FMT治疗后达到临床缓解,进一步亚组分析提示在临床缓解的患者中,UC和CD分别占22%和61%[34]。近期一项多中心、随机双盲研究提示多供体的FMT强化治疗(5次/周)可诱导活动期UC患者临床缓解及内镜改善[35]。但同期另一项研究报道多供体FMT,即使非强化(1次/周)治疗也可有效治疗活动期UC[36]。FMT治疗IBD还存在很多值得继续探讨的问题,包括供体的选择、FMT的剂量频次,以及有效的肠微生物群落构成等。另外,FMT治疗疾病的长期结果如何还有待进一步研究。
总之,目前虽然对细菌群落的研究最多,但仍缺乏对其功能以及菌株水平的研究;对其他肠道微生物群落如真菌、病毒、以及细菌与真菌、病毒间的相互作用的研究很少,有待开展。对个体肠内微生物群落特征性的进行区分,将提高益生菌、益生元、抗生素及FMT治疗的疗效,精准治疗才能让患者获得更多益处。
所有作者均声明不存在利益冲突





















