何麗娟，張軍東，安毛毛，姜遠英（．第二軍醫(yī)大學藥學院新藥研究中心，上海004；．同濟大學附屬第十人民醫(yī)院，上海0007；．同濟大學醫(yī)學院，上海0009）

?綜述?

腸道微生態(tài)與炎癥性腸病

何麗娟1，張軍東2，安毛毛3，姜遠英1（1．第二軍醫(yī)大學藥學院新藥研究中心，上海200433；2．同濟大學附屬第十人民醫(yī)院，上海200072；3．同濟大學醫(yī)學院，上海200092）

炎癥性腸?。╥nflammatory bowel disease，IBD）是一組病因未明、發(fā)病機制亦不明確的慢性腸道炎癥性疾病，主要包括克羅恩?。–rohn＇s disease，CD）和潰瘍性結腸炎（ulcerative colitis，UC）。近幾十年的研究結果認為，其發(fā)病是環(huán)境、易感基因和腸道微生態(tài)3個要素相互作用的結果，且這些要素使IBD成為一種適合研究宿主與腸道微生物相互作用的高優(yōu)先平臺。最近，腸道菌群的圖譜分析將IBD的發(fā)病機制與菌群各組成部分特征的改變相聯(lián)系，進一步支持“腸道微生物和宿主相互作用的改變能形成IBD”這一觀點。該文回顧性分析有關IBD患者體內(nèi)微生物的研究文獻，綜述腸道微生態(tài)失衡對IBD的多方面影響，以動物模型和臨床驗證資料闡述不同的治療方法改善腸道微生態(tài)變化的最新進展。

炎癥性腸??；腸道微生態(tài)；相互作用

在北美和歐洲，IBD曾是一種極為罕見的疾病，直至20世紀中期發(fā)病率開始大幅上升。如今，歐洲UC最高發(fā)病率為24．3／10萬人?年，北美CD最高發(fā)病率為20．2／10萬人?年；而亞洲、非洲等IBD發(fā)病率偏低的地區(qū)在前20年中其發(fā)病率也在逐年上升［1］，這種變化可能是由于生活方式及飲食的改變所導致，因此，環(huán)境因素也是造成IBD的重要原因。其中，腸道菌群正獲得越來越多的關注，特別是它對人類健康等多方面的影響。筆者主要就腸道微生態(tài)和IBD的相互影響進行討論。

1 腸道微生態(tài)失衡對IBD的影響

腸道菌群是人體最大的微生物菌落，在整個胃腸道中密集程度有所不同，在結腸內(nèi)數(shù)量最多，達到1011～1012個菌／g腸容物［2］。這個菌落對于宿主來說有著一系列功能，包括分解人體內(nèi)由酶消化后難以被利用的物質(zhì)，刺激免疫系統(tǒng)，抑制有害微生物的增長等。最近研究發(fā)現(xiàn)，IBD宿主腸道微生物群在生態(tài)學和功能學上均有改變，因此，IBD也成為研究腸道微生物結構和功能的一個理想模型［3］。

近十年中，DNA測序技術和計算機分析方法的飛速發(fā)展，為研究IBD患者體內(nèi)微生物群的特征創(chuàng)造了條件。多項研究發(fā)現(xiàn)，在IBD的初始階段，微生物群結構發(fā)生失衡，然后出現(xiàn)典型的特征表型，包括生物多樣性的減少、一些厚壁菌門代表性的種群降低和一些變形菌屬的增加等［4］。如表1所列，腸桿菌科，尤其是有黏附-侵襲能力的大腸桿菌、梭狀芽孢桿菌（艱難梭菌），以及變形菌門在IBD患者體內(nèi)均增加；而厚壁菌門、擬桿菌門以及梭菌群IV均減少［5］。這些變化都有可能影響IBD患者的炎癥特征。

表1 IBD患者腸道菌群分類變化

1．1腸道有害菌群富集對IBD的影響 健康人體內(nèi)，由于黏液層的存在以及諸如防衛(wèi)素、抗菌肽和溶菌酶等抗菌因子的生成，細菌一般都附著在黏液中，不會直接進入上皮組織。但與健康人群相比，UC患者結腸黏液層中會附著數(shù)量更多的細菌［6］。Boudeau等［7］從CD患者的回腸中分離出具有黏附-侵襲能力的大腸桿菌致病菌（adherent invasive E．coli，AIEC），這種菌也黏附于UC患者腸黏膜上，但目前在UC患者中還沒有發(fā)現(xiàn)它的侵襲作用。AIEC在CD患者腸黏膜活檢標本中比健康受試者更為密集，在回腸樣本中尤為顯著。AIEC侵入上皮細胞和巨噬細胞內(nèi)能夠大量繁殖，在體外可以誘導出肉芽，同時也有實驗結果顯示其參與了CD患者體內(nèi)息肉的形成［8］。最近，有文獻詳細地闡述了這種菌株的潛在致癌功能［9］。

第二類具有黏附和侵襲作用的菌種是梭狀桿菌。研究發(fā)現(xiàn)UC患者與對照組（健康受試者）相比，前者結腸黏膜上的具核梭桿菌相對豐度較高，可作為胃腸道疾病的生物指標來判斷IBD患者病情的輕重［10］。Ohkusa等［11］將臨床上UC患者體內(nèi)分離的梭桿菌菌株通過人工培養(yǎng)得其上清液，再經(jīng)過直腸灌腸誘導小鼠結腸黏膜受損，這表明此類菌可能是UC的發(fā)病機制之一。臨床上IBD患者的病情嚴重程度與其體內(nèi)梭桿菌菌株的侵襲能力呈正相關［12］，表明侵襲性梭桿菌可能影響IBD的病理變化。最近研究發(fā)現(xiàn)，在結直腸癌中梭桿菌大量富集在癌癥部位而其鄰近正常組織較少，患者糞便中的梭桿菌也比健康人群多，患者體內(nèi)分離的梭桿菌在小鼠模型中能夠生成炎癥微環(huán)境，促進腫瘤發(fā)生［13］。由于IBD是導致結直腸癌的高風險因素之一，因此梭桿菌可能代表了這些疾病之間的某種潛在聯(lián)系。

1．2腸道共生菌群減少對IBD患者的影響 研究表明腸道中某些微生物能夠?qū)BD具有保護作用。例如，Kitajima等［14］用葡聚糖硫酸鈉（DSS）造成的結腸炎模型中，無菌小鼠模型出血及死亡情況比常規(guī)飼養(yǎng)的小鼠模型要嚴重許多。Kamada等［15］認為腸道共生菌群保護宿主的機制之一是腸道菌群的抗移植性。即腸道共生菌群在宿主體內(nèi)占據(jù)主要生態(tài)位，通過競爭排除病原菌和其他致病菌在體內(nèi)的定植。因此，腸道內(nèi)微生態(tài)平衡被破壞后，隨著生物多樣性的減少，勢必造成一系列問題。

腸道內(nèi)有部分種屬的細菌，如大多數(shù)的雙歧桿菌、乳酸桿菌、腸球菌類等益生菌能夠通過一系列機制保護宿主避免炎癥，包括下調(diào)炎癥因子和刺激抑炎因子IL-10，調(diào)節(jié)黏膜屏障功能和通透性等［16］。近期發(fā)現(xiàn)，柔嫩梭菌也是一種具有抗炎性能的微生物。在CD患者的回腸活檢樣本中，隨著大腸桿菌數(shù)量的增加，柔嫩梭菌群數(shù)量相對減少，而這往往導致CD患者術后復發(fā)危險性的增加。相反，UC復發(fā)后該菌群的恢復則有利于維持UC患者的臨床緩解［17］。因此，柔嫩梭菌也被認為是IBD的潛在治療菌種之一。

1．3真菌等非細菌類微生物對IBD的影響 腸道菌群中其他非細菌類成員，如真菌、病毒、古細菌和噬菌體等，也可能在胃腸道疾病中起重要作用。然而，近年來絕大多數(shù)對腸道微生物群的研究都是基于16S rRNA測序的方法，因此在很大程度上忽略了這些群體。例如，CD易感基因ATG16L1突變的小鼠感染了諾瓦克病毒后表現(xiàn)出和CD類似的癥狀，因此該研究認為諾瓦克病毒和突變的CD易感基因ATG16L1相互作用可引發(fā)小鼠腸道病變［18］。近年來多項研究探討真菌和IBD之間的關系，包括在UC和CD中真菌多樣性的總體增加等［19］。Iliyan等［20］對腸道共生真菌和C型凝集素受體dectin-1的相互作用進行研究，發(fā)現(xiàn)dectin-1缺失小鼠比同窩野生型小鼠對DSS造成的結腸炎更為明顯，但如果口服氟康唑?qū)⒛c道真菌抑制后，這兩種小鼠對DSS造成的結腸炎則無顯著性差異。因此，從真菌刺激腸道固有免疫方面來尋找新的藥物治療方法，為IBD的臨床治療提供了新的思路。預計未來的數(shù)年內(nèi)真菌和IBD之間的關系將會有更深入的報道。

此外，IBD患者體內(nèi)腸道菌群的功能改變比構成改變更為嚴重。Morgan等［21］通過對231個IBD患者和健康對照組的活檢樣本、糞便樣本進行16S RNA檢測和代謝功能的分析，發(fā)現(xiàn)僅2%的腸道菌群屬發(fā)生改變，卻有12%的代謝通路發(fā)生變化。因此，該研究進一步驗證了微生態(tài)失衡對IBD影響之大。

2 微生態(tài)平衡緩解IBD

IBD可以通過藥物治療好轉(zhuǎn)，也可以自行緩解，但都會反復發(fā)作。緩解和發(fā)作的機制也都不明確，有待深入研究。從腸道共生菌群方面著手，其針對潛在的病原體具有直接的調(diào)節(jié)功能（如抑制病毒有關的基因表達）。此外，腸道菌群對調(diào)節(jié)腸免疫系統(tǒng)也起著一定的作用。如擬桿菌和丁酸梭菌都能誘導調(diào)節(jié)性T細胞的高表達，減輕腸道炎癥，乳酸菌和雙歧桿菌等還可以通過調(diào)節(jié)NF-κB核通路來減輕黏膜炎癥［22］。

腸道微生態(tài)的平衡意味著在一個健康的腸道環(huán)境下，IBD患者可以通過服用益生元或者活的益生菌，補充體內(nèi)缺少的一部分有益菌，使癥狀得到緩解。

益生元，是存在于發(fā)酵膳食纖維中的某些成分，它能夠促進腸道益生菌的定植。益生菌生成短鏈脂肪酸（SCFA），它能抑制有害菌的繁殖，維持腸道內(nèi)菌群的平衡。SCFA包括乙酸、丙酸、丁酸等，其優(yōu)先于葡萄糖被腸黏膜細胞吸收，是腸道上皮細胞的初級能源。最近有研究證明，SCFA能刺激結腸調(diào)節(jié)性T細胞的增加，進而控制炎癥反應［23］。但在IBD患者體內(nèi)，由于腸道微生態(tài)失衡導致益生菌減少，SCFA產(chǎn)量相對降低。研究證明瘤胃菌科，尤其是產(chǎn)丁酸菌屬柔嫩梭菌群，在CD患者回腸中明顯降低。其他產(chǎn)SCFA的菌，如考拉桿菌群和羅氏菌群，兩者在CD患者體內(nèi)有所減少；而明串珠菌群在UC患者體內(nèi)有所減少［22］。同時由于炎癥和組織破壞處有未被腸道吸收的營養(yǎng)物質(zhì)，細菌可以直接吸收使用，因而雖然它們生產(chǎn)營養(yǎng)因子的能力降低了，但從環(huán)境中攝取的較多。同時有害菌群大量吸收營養(yǎng)快速增殖，進而使炎癥更加難以緩解。因此一旦菌群恢復之前的結構和功能，患者體內(nèi)微生態(tài)即趨向平衡，IBD患者癥狀就能得到緩解。

3 IBD治療對微生態(tài)失衡的影響

部分研究認為，抗生素的濫用使得腸道內(nèi)大腸桿菌大幅增加以及代謝紊亂。然而，一些較新的薈萃分析則顯示，抗生素的使用能夠緩解IBD和預防其復發(fā)，但此研究需進一步做對照試驗［24］。因此，為更好地了解腸道菌群失衡的后果，以及在藥物產(chǎn)生的療效中微生物所起的作用，需要在微生態(tài)環(huán)境和功能構成變化水平上進行瞬態(tài)分析［25］。迄今為止，已有部分研究揭示了健康人群短暫服用抗生素造成腸道菌群紊亂和恢復后的水平。如果健康人群重復使用一種抗生素，將會導致腸道菌群結構長時間內(nèi)累積持續(xù)性變化。菌群種類復雜性的損傷必然會擾亂微生物內(nèi)穩(wěn)態(tài)，導致微生態(tài)失調(diào)和炎癥危險因素大大增加［26］。而抗生素引起腸道感染概率增加的另一個機制是過薄的黏液層導致腸道屏障功能的損傷［27］。

為防止抗生素擾亂腸道微生態(tài)的菌群多樣性，人們開始向腸道內(nèi)植入部分有益的菌群。這種方法在過去幾年中得到了普及，但仍存在很多問題需要關注，如待植入腸道的菌群復雜性和組成結構很重要，菌種的選擇和安全性也需要重復驗證。由于菌種和疾病亞型的不同，益生菌在IBD患者腸道內(nèi)的定植結果變化很大。一個典型的臨床試驗——對艱難梭菌反復感染的治療，使得“糞便微生物移植能夠高效補充腸道菌群”的觀點獲得廣泛關注［28］。與之相關的一些研究表明，從健康者提供的糞便中精選出的某些菌群已經(jīng)能夠代替他們的糞便，使得患者病情恢復［29］。因此，治療艱難梭菌重復感染的高成功率使“糞便微生物移植”作為一種新興的治療手段，在臨床用于治療某些胃腸道疾病和代謝紊亂的疾病，包括治療IBD［28］。但至今為止，有關IBD患者用該法治療的結果報道很少，關于IBD病情緩解的成功率也大不相同，因此目前仍需設計更加嚴格精確的隨機對照試驗［30］。微生物組成和炎癥的相互關系，以及抗生素和益生菌的使用對未來研究起著重要的指導作用。Morgan等［31］對腸道菌群的生物信息學分析和統(tǒng)計工具獲得的數(shù)據(jù)能夠?qū)φＨ说母黜椫笜俗鞒鲈缙谠\斷，判斷其是否有潛在的腸道疾病。

4 結語

迄今為止，已有多項關于微生物多層次多因素影響IBD發(fā)病的研究，包括從基因、免疫反應、微生物功能活性等各方面進行解釋。然而，由于人體腸道與微生物系統(tǒng)相互作用的復雜性，還沒有找到真正能解釋微生物與宿主相互作用機制的關鍵證據(jù)，因此我們需要對IBD患者體內(nèi)微生物組成有系統(tǒng)性的了解。近期科技的發(fā)展使得檢測技術更加成熟，計算機生物信息學的技術進步也能用來進行宿主與微生物群預測等相關性研究。這些科學技術的發(fā)展使未來腸道微生物研究的重點從廣泛的功能特征轉(zhuǎn)向識別特定的效應分子，包括微生物結構組件，細胞內(nèi)或者分泌出的代謝物和蛋白質(zhì)，以及其他由于宿主和微生物相互作用產(chǎn)生的信號組分等。這樣能深入探討宿主和微生物相互作用的機制，并發(fā)展出新的診斷和治療方法，為這種疾病提供更多的治療途徑。

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Gutm icrobiota and inflammatory bowel disease

HE Lijuan1，ZHANG Jundong2，AN Maomao3，JIANG Yuanying1（1．New Drug Research and Development Center，School of Pharmacy，Second M ilitary Medical University，Shanghai200433，China；2．Shanghai Tenth People＇s Hospital，School of Medicine，Tongji University，Shanghai200072，China；3．School of Medicine，Tongji University，Shanghai200092，China）

Inflammatory bowel disease is a chronic inflammation of the intestinal tract，which comprises two primary forms of Crohn＇s disease（CD）and ulcerative colitis（UC）．Decades of studies have revealed thatenvironmental factors，susceptibility genes，and gutmicrobiota are considered as themajor determinants for the induction of IBD．The combination of factors hasmade IBD as an appropriateand a high-priority platform for studying host-microbiome interactions．More recently，profiling studies of the intestinalm icrobe have associated pathogenesis of IBD w ith characteristic alterations in the composition of the intestinalmicrobiota，reinforcing the viewpoint that IBD results from the altered interplays between the host and intestinalmicrobe．the studies of the gut flora in IBD were reviewed andthemultiple effects of intestinalmicrobiota-dysfunction on the IBD were described．The progress of intestinalm icrobiota alterations w ith different therapeuticmethods in animalmodels and clinic trials were provided．

inflammatory bowel disease；intestinalmicrobe；interaction

R574；R975

A

1006-0111（2015）05-0385-05

10．3969／j．issn．1006-0111．2015．05．001

2014-11-13

2015-03-17

［本文編輯］ 顧文華

何麗娟，碩士研究生．E-mail：advb_788＠163．com

姜遠英，教授，博士生導師．研究方向：抗感染藥物藥理研究．Tel：（021）81871357；E-mail：13761571578＠163．com