龐超 王玉珍

腸道菌群與人體有著非常密切的聯(lián)系，越來(lái)越多的研究顯示，正常菌群在消化、免疫和抗病方面有著不可替代的作用，而菌群失調(diào)更是與許多疾病的發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)歸密切相關(guān)。本文就腸道菌群的組成、數(shù)量、與疾病的關(guān)系及微生態(tài)制劑的應(yīng)用做一綜述。

1 胃腸道菌群的概況

腸道微生態(tài)系統(tǒng)是人體最復(fù)雜的微生態(tài)系統(tǒng)。成人胃腸道中定植著1 000～1 150種菌種，微生物數(shù)量多達(dá)1 013～1 014個(gè)，約為人體細(xì)胞總數(shù)的10倍以上［1］，主要由需氧菌、厭氧菌和兼性厭氧菌組成，其中厭氧菌占99%以上，僅雙歧桿菌和類桿菌就占細(xì)菌總數(shù)的90%以上［2］。正常情況下，由于胃酸的殺菌作用和腸蠕動(dòng)，小腸近端細(xì)菌的種類及數(shù)量極少，主要需氧菌，而回盲部近端細(xì)菌數(shù)可高達(dá)109 cfu/ml，主要為革蘭陰性厭氧菌。至結(jié)腸，細(xì)菌種類和數(shù)量明顯增加，濃度可高達(dá)1 012 cfu/ml，主要由厭氧菌如雙歧桿菌、類桿菌、乳酸桿菌和梭菌構(gòu)成，其中厭氧菌約為需氧菌數(shù)量的100～1 000倍［3］。腸內(nèi)菌群保持共生或拮抗關(guān)系，維持微生態(tài)平衡。

2 腸道菌群的功能

腸道正常菌群與宿主存在共生關(guān)系，宿主為腸道菌群生存提供營(yíng)養(yǎng)環(huán)境，腸道菌群則能影響腸道多種功能，為宿主提供自身不能完成的生理功能。

無(wú)菌動(dòng)物學(xué)研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群參與黏膜免疫系統(tǒng)的調(diào)控，無(wú)菌小鼠與正常小鼠相比，其腸相關(guān)淋巴組織發(fā)育差，產(chǎn)生分泌型IgA的漿細(xì)胞數(shù)量減少，CD4陽(yáng)性T細(xì)胞百分?jǐn)?shù)下降，腸道T細(xì)胞數(shù)下降［4］。腸道菌群還能通過(guò)細(xì)胞壁成分激活宿主免疫系統(tǒng)使免疫細(xì)胞活化，通過(guò)調(diào)理吞噬、增加干擾素產(chǎn)生等提高機(jī)體免疫力。研究表明單獨(dú)的分節(jié)絲狀菌能夠促進(jìn)TH17細(xì)胞的分化［5］，而TH17被認(rèn)為與控制細(xì)胞外病原有關(guān)。另外腸道菌群誘發(fā)的低度炎癥反應(yīng)能夠促進(jìn)宿主免疫系統(tǒng)更好的防御致病菌的入侵［6］。

腸道菌群能夠保護(hù)宿主防止致病菌在腸道定植，腸道細(xì)菌通過(guò)和致病菌競(jìng)爭(zhēng)空間和爭(zhēng)奪營(yíng)養(yǎng)，產(chǎn)生多種代謝物質(zhì)如短鏈脂肪酸、活性氧和細(xì)菌素［7］等，抑制或殺滅潛在致病菌。腸道菌群還參與機(jī)體代謝，主要是對(duì)上皮細(xì)胞產(chǎn)生的黏液及殘存的食物殘?jiān)M(jìn)行酵解，這種代謝不僅為宿主提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，合成一些維生素，還能為細(xì)菌生存提供營(yíng)養(yǎng)和能量。有研究顯示腸道菌群還參與影響神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育和功能［8］。

3 小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)

小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)即小腸內(nèi)細(xì)菌數(shù)量超過(guò)105～106cfu/ml［9］。正常情況下，近端小腸細(xì)菌數(shù)量少于103cfu/ml，主要為革蘭陽(yáng)性桿菌。小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)主要與胃酸分泌減少和小腸動(dòng)力障礙有關(guān)。胃酸能夠抑制經(jīng)口攝入的細(xì)菌生長(zhǎng)，限制近端小腸細(xì)菌數(shù)量。幽門(mén)螺桿菌在腸道定植后可減少胃酸的分泌，是小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)的危險(xiǎn)因素。小腸動(dòng)力障礙也是促進(jìn)細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)的原因之一，因?yàn)榧?xì)菌不能被有效清除到結(jié)腸而在小腸過(guò)度生長(zhǎng)。有研究證實(shí)腸道復(fù)合運(yùn)動(dòng)異常與小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)有關(guān)［10］。肝硬化門(mén)脈高壓患者十二指腸逆行，復(fù)合運(yùn)動(dòng)異常，導(dǎo)致小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)，誘發(fā)肝硬化患者腸源性感染，使病情進(jìn)一步惡化。慢性腎衰患者小腸神經(jīng)源性動(dòng)力障礙更造成細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)［11］。此外免疫功能下降也會(huì)造成細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)。

小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)可引起腹瀉、維生素缺乏、營(yíng)養(yǎng)吸收不良等病變。細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)分解結(jié)合膽汁酸增強(qiáng)，引起脂肪吸收不良。另外，游離膽汁酸對(duì)腸黏膜具有毒性，可引起腸黏膜炎癥和吸收不良。降解的膽汁酸在空腸而非回腸重吸收，導(dǎo)致微細(xì)胞結(jié)構(gòu)損害、脂肪吸收不良和脂溶性維生素缺乏。小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)還可引起維生素B12缺乏。維生素B12與胃壁細(xì)胞分泌的內(nèi)因子結(jié)合在回腸吸收，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)可以競(jìng)爭(zhēng)性攝取維生素B12。另外，肝硬化晚期患者小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)還與細(xì)菌易位、自發(fā)性腹膜炎和內(nèi)毒素血癥的發(fā)生有關(guān)。事實(shí)上肝硬化患者小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)是促使細(xì)菌易位發(fā)生的主要原因之一。

4 腸道菌群相關(guān)的疾病

腸道菌群與宿主關(guān)系密切，相互影響。腸道菌群對(duì)宿主正常生理功能的維持和發(fā)揮起著重要作用，但當(dāng)腸道微生態(tài)遭到破壞時(shí)也可引起疾病的發(fā)生，如脂肪性肝病、炎癥性腸病、腹瀉、肥胖等。但有些疾病發(fā)生時(shí)常伴菌群結(jié)構(gòu)的改變，是菌群改變引起疾病的發(fā)生還是疾病導(dǎo)致菌群結(jié)構(gòu)的改變還需要進(jìn)一步研究。

4.1 腸道菌群與肝臟疾病 非酒精性脂肪性肝病是最常見(jiàn)的慢性肝病，其組織學(xué)病變與酒精性肝病相似。非酒精性肝病發(fā)病機(jī)制還不清楚，“二次打擊”學(xué)說(shuō)是目前普遍認(rèn)同的的觀點(diǎn)［12］。根據(jù)這種理論，第一次打擊是指脂肪酸代謝失衡導(dǎo)致脂肪變性，隨后產(chǎn)生大量的促炎細(xì)胞因子和氧化應(yīng)激反應(yīng)構(gòu)成二次打擊。同時(shí)“二次打擊”導(dǎo)致腸上皮細(xì)胞損傷，腸屏障功能破壞，有研究表明非酒精性肝病患者存在小腸細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)和腸黏膜屏障通透性增加［13］，細(xì)菌及細(xì)菌產(chǎn)物進(jìn)入肝臟，通過(guò)與TLRs(Toll-like receptors)結(jié)合，促進(jìn)肝臟庫(kù)普弗細(xì)胞釋放 TNF-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)［14］，誘發(fā)肝臟炎性反應(yīng)。腸道細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)使腸腔內(nèi)內(nèi)毒素產(chǎn)生增加，刺激腸上皮細(xì)胞和肝臟庫(kù)普弗細(xì)胞產(chǎn)生大量細(xì)胞因子增加肝臟氧化應(yīng)激損傷，參與非酒精性肝病的發(fā)生。

4.2 腸道菌群與炎癥性腸病 炎癥性腸病是一種與免疫、環(huán)境和遺傳相關(guān)的腸道疾病，包括潰瘍性結(jié)腸炎和克羅恩病。腸道菌群通過(guò)激活TLR天然受體對(duì)維持腸道平衡起重要作用，在炎癥性腸病患者腸黏膜損傷與修復(fù)過(guò)程中也扮演者重要角色。炎癥性腸病發(fā)病機(jī)制仍未十分清楚，但腸道菌群紊亂在發(fā)病中起著重要作用，可能與保護(hù)性細(xì)菌減少，致病菌入侵引起免疫細(xì)胞異常活化、黏膜免疫異常和腸通透性增加有關(guān)。潰瘍性結(jié)腸炎患者腸道菌群組成發(fā)生改變，促炎性細(xì)菌包括腸桿菌、脆弱桿菌增多，保護(hù)性細(xì)菌如乳酸菌、雙歧桿菌減少。

4.3 腸道菌群與代謝性疾病 腸道菌群參與機(jī)體代謝，能夠從不被小腸消化吸收的食物殘?jiān)蝎@取能量，影響機(jī)體能量代謝如調(diào)節(jié)脂肪貯存、脂肪合成和脂肪酸氧化［15］，參與肥胖的發(fā)生。Turnbaugh 等［16］將肥胖小鼠和瘦小鼠腸道菌群移植到無(wú)菌野生型小鼠體內(nèi)，兩周后發(fā)現(xiàn)移植了肥胖小鼠腸道菌群的小鼠從食物中獲取的能量、脂肪含量高于移植瘦小鼠腸道菌群的小鼠。高脂飼料飼喂正常小鼠2～4周，小鼠體內(nèi)血漿內(nèi)毒素水平升高即代謝性內(nèi)毒素血癥，腸道菌群構(gòu)成發(fā)生改變，Cani等［17］通過(guò)給普通飲食不會(huì)發(fā)胖小鼠持續(xù)皮下注射內(nèi)毒素，劑量與肥胖小鼠體內(nèi)內(nèi)毒素水平相當(dāng)，注射內(nèi)毒素后這些小鼠開(kāi)始出現(xiàn)低度炎性反應(yīng)，最后出現(xiàn)胰島素抵抗，變成肥胖小鼠。綜上可見(jiàn)腸道菌群參與肥胖的發(fā)病，但肥胖的發(fā)病原因復(fù)雜，還與遺傳、環(huán)境等因素有關(guān)，腸道菌群在肥胖發(fā)病機(jī)制中的作用還需要進(jìn)一步研究。

5 腸道菌群與微生態(tài)制劑

腸黏膜屏障是防止致病菌和食物抗原進(jìn)入肝臟及循環(huán)系統(tǒng)的第一道防線，益生菌能夠維持和改善腸黏膜屏障功能而被廣泛研究。益生菌能夠促進(jìn)黏液素的分泌，增強(qiáng)腸上皮自我保護(hù)能力。益生菌能夠增強(qiáng)腸上皮細(xì)胞緊密連接的作用，對(duì)抗致病菌對(duì)腸上皮細(xì)胞間緊密連接的損傷［18］。此外益生菌除了對(duì)腸道物理屏障產(chǎn)生有益影響，有些益生菌還能增強(qiáng)小腸黏膜免疫屏障功能［19］。

腸道菌群參與很多疾病的發(fā)生發(fā)展，調(diào)節(jié)腸道菌群可能會(huì)改變疾病進(jìn)展。非酒精性肝病腸道菌群失調(diào)，細(xì)菌過(guò)度生長(zhǎng)，應(yīng)用益生菌可競(jìng)爭(zhēng)性抑制致病菌，減輕炎癥反應(yīng)。高脂飲食能夠?qū)е赂闻K自然殺傷T細(xì)胞數(shù)量減少［20］，肝臟產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子如TNF-α和INF-γ增多，肝內(nèi)炎癥反應(yīng)進(jìn)一步加劇。應(yīng)用益生菌調(diào)節(jié)腸道菌群發(fā)現(xiàn)肝臟自然殺傷T細(xì)胞數(shù)量增加，肝細(xì)胞TNF-α表達(dá)減少，肝臟炎性反應(yīng)減輕［21］。非酒精性脂肪性肝炎患者應(yīng)用雙歧桿菌和低聚果糖治療24周后，胰島素抵抗得到改善，肝炎活動(dòng)導(dǎo)致的組織損傷減輕［22］。

腸道細(xì)菌是炎癥性腸病發(fā)病的重要因素之一，炎癥性腸病腸道菌群結(jié)構(gòu)發(fā)生紊亂。益生菌通過(guò)與腸上皮相互作用能夠改善炎癥性腸病的臨床癥狀，有研究表明應(yīng)用益生菌能夠部分逆轉(zhuǎn)由TNF-α和INF-γ造成的腸上皮損傷［23］。另外，Hegazy等［24］研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)用益生菌后通過(guò)降低結(jié)腸IL-6濃度和TNF-α的表達(dá)，能明顯改善腸道炎性反應(yīng)。益生菌與宿主間的相互作用可能為炎癥性腸病的治療提供新的方法和策略。

綜上所述，腸道菌群是防止腸道致病菌入侵的第一道防線，對(duì)機(jī)體重要生理功能的維持和發(fā)揮起著重要作用，并參與機(jī)體的消化、免疫、抗病等過(guò)程，而腸道菌群紊亂與多種疾病的發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)歸密切相關(guān)。因此了解腸道菌群與宿主間的關(guān)系，調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)，恢復(fù)腸道微生態(tài)平衡，將會(huì)為多種疾病的治療提供新的方法和手段。益生菌因其對(duì)腸道菌群的保護(hù)性作用在臨床上得到廣泛的應(yīng)用，益生菌菌株的選擇，功能的確定及如何保證足量有效地活菌進(jìn)入腸道是當(dāng)前需要加強(qiáng)研究的問(wèn)題。

1 Guarner F，Malagelada JR.Gut flora in health and disease.Lancet，2003，361:512-519.

2 郭貴海，王崇文.腸道菌群調(diào)節(jié)劑的研究進(jìn)展.臨床內(nèi)科雜志，2002，19:11-14.

3 Quigley EM.Gut microbiota and the role of probiotics in therapy.Curr Opin Pharmacol，2011，11:593-603.

4 Lee YK，Mazmanian SK.Has the microbiota played a critical role in the evolution of the adaptive immune system.Science，2010，330:1768-1773.

5 Feng T，Elson CO.Adaptive immunity in the host-microbiota dialog.Mucosal Immunol，2011，4:15-21.

6 Pagnini C，Saeed R，Bamias G，et al.Probiotics promote gut health through stimulation of epithelial innate immunity.Proc Natl Acad Sci USA，2010，107:454-459.

7 Rea MC，Sit CS，Clayton E，et al.Thuricin CD，a posttranslationally modified bacteriocin with a narrow spectrum of activity against Clostridium difficile.Proc Natl Acad Sci USA，2010，107:9352-9357.

8 Heijtz RD，Wang S，Anuar F，et al.Normal gut microbiota modulat-es brain development and behavior.Proc Natl Acad Sci USA，2011，108:3047-3052

9 Fine D，Schiller LR.AGA technical review on the evaluation and management of chronic diarrhea.Gastroenterology，1999，116:1464-1486.

10 Nieuwenhuijs VB，Verheem A，Van Duijvenbode-Beumer H，et al.The role of interdigestive small bowel motility in the regulation of gut microflora，bacterial overgrowth，and bacterial translocation in rats.Ann Surg，1998，228:188-193.

11 Strid H，Simren M，Stotzer PO，et al.Patients with chronic renal failure have abnormal small intestinal motility and a high prevalence of small intestinal bacterial overgrowth.Digestion，2003，67:129-137.

12 Day CP，James OF.Steatohepatitis:a tale of two“hits”.Gastro Enterology，1998，114:842-845.

13 Miele L，Valenza V，La Torre G，et al.Increased intestinal permeab-ility and tight junction alterations in nonalcoholic fatty liver disease.Hepatology，2009，49:1877-1887.

14 Rivera CA，Adegboyega P，van Rooijen N，et al.Toll-like receptor-4 signaling and kupffer cells play pivotal roles in the pathogenesis of no-nalcoholic steatohepatitis.Hepatol，2007，47:571-579.

15 Cani PD，Delzenne NM.The role of the gut microbiota in energy metabolism and metabolic disease.Current Pharmaceutical Design，2009，15，1546-1558.

16 Turnbaugh PJ，Ley RE，Mahowald MA，et al.An obesity-associated gut microbiome with increased capacity for energy harvest.Nature，2006，444:1027-1031.

17 Cani PD，Amar J，Iglesias MA，et al.Metabolic endotoxemia initia-tes obesity and insulin resistance.Diabetes，2007，56:1761-1772.

18 Johnson-Henry KC，Donato KA，Shen-Tu G，et al.Lactobacillus rhamnosus strain GG prevents enterohemorrhagic Escherichia coli O157:H7-induced changes in epithelial barrier function.Infect Immun，2008，76:1340-1348.

19 Isolauri E，Salminen S.Probiotics，gut inflammation and barrier function.Gastroenterol Clin North Am，2005，34:437-450.

20 Ma X，Hua J，Li Z.Probiotics improve high fat diet-induced hepa-tic steatosis and insulin resistance by increasing hepatic NKT cells.Hepatol，2008，49:821-830.

21 Esposito E，Iacono A，Bianco G，et al.Probiotics reduce the infla-mmatory response induced by a high-fat diet in the liver of young rats.Nutr，2009，139:905-911.

22 Malaguarnera M，Vacante M，Antic T，et al.Bifidobacterium long-um with fructo-oligosaccharides in patients with non-alcoholic steatohep-atitis.Dig Dis Sci，2012，57:545-553.

23 Resta-Lenert S，Barrett KE.Probiotics and commensals rever-se TNF-alpha-and IFN-gamma-induced dysfunction in human intestinal epithelial cells.Gastroenterology，2006，130:731-746.

24 Hegazy SK，El-Bedewy MM.Effect of probiotics on proinfla-mmatory cytokines and NF-kappaB activation in ulcerative colitis.World J Gastroenterol，2010，16:4145-4151.