何 麗，周 瑤，孫 強，黃瑞雪

（中南大學(xué)湘雅公共衛(wèi)生學(xué)院勞動衛(wèi)生與環(huán)境衛(wèi)生學(xué)系，湖南長沙 410078）

腸道是一個復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，腸道菌群由數(shù)量龐大，種類繁多的微生物菌群構(gòu)成，起到維持腸道平衡和人體健康的作用。已知腸道菌群失調(diào)與炎癥性腸?。╥nflammatory bowel disease，IBD）、腸易激綜合征（irritable bowel syndrome，IBS）和結(jié)直腸癌（colorectal cancer，CRC）等疾病密切相關(guān)。在這3種疾病中，微RNA（miRNA）表達出現(xiàn)顯著改變，提示其在腸道疾病發(fā)生發(fā)展中起重要作用。大量研究也顯示，miRNA通過影響腸道菌群以及被腸道菌群影響的方式在腸道疾病發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要調(diào)控作用。本文首先分析了miRNA表達水平變化和腸道菌群失調(diào)之間的關(guān)系，繼而表述miRNA表達水平變化和腸道菌群失調(diào)在IBD，IBS和CRC等疾病中的作用，以期為腸道疾病的診斷和治療提供候選miRNA，為腸道疾病研究提供參考。

1 miRNA與腸道菌群失調(diào)的關(guān)系

1.1 腸道菌群失調(diào)改變miRNA表達水平

Archambaud等［1］在常規(guī)小鼠和無菌小鼠的腸道中找到10條共表達的miRNA，對比分析小鼠感染李斯特菌后，這10條miRNA的表達改變情況。研究發(fā)現(xiàn)，外來病原體感染后，有6條miRNA表達水平出現(xiàn)顯著降低，5條（miRNA-143，miRNA-148a，miRNA-200b，miRNA-200c和miRNA-378）出現(xiàn)突變。研究者還通過生物信息學(xué)手段分析了該6條miRNA和mRNA之間的相互作用，發(fā)現(xiàn)有其中5條的表達受腸道菌群和李斯特菌的影響，其中miRNA-143和miRNA-378能與下游＞10條以及感染相關(guān)基因（如Rigl和Adar等基因）結(jié)合并參與調(diào)控這些基因表達。研究認為，腸道菌群通過調(diào)節(jié)腸道m(xù)iRNA轉(zhuǎn)錄水平的方式，對外來病原體產(chǎn)生應(yīng)答。為進一步了解腸道菌群失調(diào)對miRNA的影響，Archambaud等［2］采用李斯特菌誘導(dǎo)型單核細胞增多小鼠模型，灌胃給予2種乳桿菌〔類干酪乳桿菌（L.paracasei CNCM I-3689）和干酪乳桿菌（L.casei BL23）〕后，對比分析小鼠腸道菌群轉(zhuǎn)錄組譜，發(fā)現(xiàn)李斯特菌誘導(dǎo)型單核細胞增多小鼠中，3個miRNA（miRNA-192，miRNA-200b和miRNA-215）表達水平顯著減少，但在給予乳桿菌干預(yù)后，這3條miRNA表達水平開始上調(diào)，且許多與感染相關(guān)的基因表達水平發(fā)生改變，其中干擾素刺激基因改變最明顯。該研究進一步說明了腸道菌群失調(diào)會影響miRNA的表達，同時還提示，可通過干預(yù)腸道菌群轉(zhuǎn)錄組靶點miRNA的表達，對外來病原體引起的腸道菌群失調(diào)進行干預(yù)，由此說明在腸道菌群失調(diào)時給予乳桿菌等益生菌可糾正。

Hoeke等［3］研究發(fā)現(xiàn)，仔豬感染鼠傷寒沙門菌3 h后，miRNA-29a的表達水平開始升高，引起其靶蛋白CAV2表達降低，從而促進鼠傷寒沙門菌在細胞間遷徙轉(zhuǎn)移。該研究提示，降低miRNA-29a水平可靶向治療鼠傷寒沙門菌感染。Zhang等［4］研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)腸癌患者在感染幽門螺桿菌后，腸道黏膜上miRNA-21表達量顯著上高。細胞實驗證實，上調(diào)表達的miRNA-21可誘導(dǎo)癌細胞增殖和遷移。該研究認為，宿主感染幽門螺桿菌后，腸道菌群失調(diào)，造成miRNA表達改變，從而促進幽門螺桿菌在結(jié)腸癌中的作用。Fassi Fehri等［5］研究發(fā)現(xiàn)，小鼠感染幽門螺桿菌后，腸道菌群組成發(fā)生變化，miRNA-155在腸道上皮細胞表達量顯著升高，且與炎癥因子如IL-8的釋放呈負相關(guān)關(guān)系，提示miRNA-155可參與幽門螺桿菌感染所引起的炎癥反應(yīng)。Vikram等［6］發(fā)現(xiàn)，健康無病原菌C57BL/6小鼠主動脈血管壁中的miRNA-204水平顯著高于無菌小鼠，在加入廣譜抗生素飲用水喂養(yǎng)健康無病原菌小鼠6周后，該小鼠主動脈血管壁中的miRNA-204表達水平下降。該研究認為，廣譜抗生素可導(dǎo)致宿主腸道菌群發(fā)生改變，腸道菌群的改變影響宿主腸道外部miRNA的表達。外來病原體引起的腸道菌群失調(diào)會影響miRNA表達水平改變，其機制可能是外來病原體產(chǎn)生內(nèi)毒素刺激宿主腸道菌群，也可能是外來病原體與宿主相互作用時產(chǎn)生的一些代謝物作用于宿主腸道菌群，影響腸道菌群數(shù)量，導(dǎo)致miRNA的表達水平發(fā)生改變。外來病原體通過腸道菌群影響miRNA表達改變的具體機制還有待深入研究。

1.2 miRNA調(diào)節(jié)腸道菌群穩(wěn)態(tài)

miRNA可調(diào)節(jié)細菌生長并可影響宿主腸道微生物的組成，在調(diào)節(jié)腸道菌群穩(wěn)態(tài)、維持腸道健康這一過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)，miRNA可通過調(diào)節(jié)聚糖等物質(zhì)的產(chǎn)生而影響宿主體內(nèi)微生物菌群的生長與組成［7］。Liu等［8］發(fā)現(xiàn)，腸道上皮細胞（intestinal epithelial cell，IEC）-miRNA缺陷小鼠（Dicer1ΔIEC小鼠）表現(xiàn)出不受控制的腸道微生物群和惡化的結(jié)腸炎，他們使用miRNA分離試劑盒分離了健康野生型小鼠糞便中的miRNA并通過管飼法將其移植入Dicer1ΔIEC小鼠腸腔中，發(fā)現(xiàn)這些miRNA可恢復(fù)糞便微生物并改善結(jié)腸炎。該研究表明，miRNA對腸道菌群有一定的影響，對腸道菌群穩(wěn)定有一定的調(diào)節(jié)作用。Liu等［9］的另一個研究發(fā)現(xiàn)，糞便中存在的miRNA可進入腸道細菌，調(diào)節(jié)細菌基因的表達和細菌的生長，這對恢復(fù)和維持正常的腸道菌群有著十分重要的作用。Johnston等［10］利用野生型表達miRNA-21小鼠和敲除miRNA-21基因小鼠（miRNA-21-/-）模型研究miRNA-21對腸道菌群的影響，發(fā)現(xiàn)miRNA-21-/-小鼠對葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)的結(jié)腸炎敏感性降低；在無菌小鼠中移植入miRNA-21-/-小鼠的糞便，測序發(fā)現(xiàn)野生型小鼠組和植入miRNA-21-/-小鼠糞便組之間腸道菌群存在顯著差異，研究揭示了miRNA-21可改變腸道菌群從而影響腸道炎癥的發(fā)生發(fā)展。Du等［11］利用野生型和miRNA-146a缺陷型小鼠模型，發(fā)現(xiàn)在miR-146a缺失的情況下，腸道菌群發(fā)生有利的改變，對李斯特菌感染起到抑制作用。Runtsch等［12］的研究發(fā)現(xiàn)，miRNA涉及菌群識別和下游免疫活性基因的表達等過程。因此，miRNA通過調(diào)控腸道微生物群在腸免疫系統(tǒng)功能中發(fā)揮重要作用，且其可能通過各種途徑如調(diào)節(jié)腸道某種物質(zhì)的產(chǎn)生或進入細菌內(nèi)等方式直接或間接地影響腸道健康和正常功能，進而影響人體健康或疾病的發(fā)生發(fā)展。

2 腸道菌群失調(diào)和miRNA表達水平變化在腸道疾病中的作用

腸道菌群失調(diào)可能是許多胃腸道疾病如IBD，IBS和CRC等的重要病因，而微生物群影響宿主生理的一個可能機制是改變宿主基因的表達。研究發(fā)現(xiàn)，在患有這些疾病的患者中，正常的腸道菌群結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，且miRNA表達水平出現(xiàn)改變，提示腸道菌群和miRNA可作為診斷這些疾病的潛在的參考指標。

2.1 炎癥性腸癥

IBD是一種慢性腸道炎癥性疾病，主要包括潰瘍性結(jié)腸炎（ulcerative colitis，UC）和克羅恩?。–rohn disease，CD）。在哺乳動物的腸道中，當(dāng)腸黏膜屏障受損時，腸道易受到內(nèi)外病原微生物的攻擊而引起炎癥。研究表明，腸黏膜的屏障功能受到腸道菌群的調(diào)節(jié)，腸道微生物通過Toll樣受體4/骨髓分子因子8信號和核苷酸結(jié)合寡聚體結(jié)構(gòu)域蛋白2信號調(diào)節(jié)IEC，當(dāng)腸道菌群失調(diào)時，信號通路傳導(dǎo)異常，黏膜屏障功能障礙而發(fā)生疾病，此外，小鼠和大鼠腸道中的腸道共生菌如分段絲狀菌可緊密附著在IEC上并促進Th17細胞的分化，在與腸炎相關(guān)的檸檬酸桿菌感染的情況下，誘導(dǎo)有效的Th17細胞介導(dǎo)的反應(yīng)，從而起到調(diào)節(jié)腸道炎癥的作用［13］。普拉氏梭桿菌（Faecalibacterium prausnitzii）是一種正常的腸道共生菌［14］，屬于厚壁菌門，梭菌綱，瘤胃菌科，是該屬最主要的菌種。該菌生成的丁酸對于維持腸道平衡、促進腸道健康有十分重要的作用，是一種非常重要的益生菌。F.prausnitzii可通過阻斷NF-κB表達和IL-8分泌而具有抗炎作用，還可誘導(dǎo)針對病原體的定殖抗性［15］，所以該菌數(shù)量的減少將會導(dǎo)致丁酸生成減少進而引起腸道健康的失衡以及炎癥的發(fā)生［16］。在某些IBD患者中發(fā)現(xiàn)miRNA的差異表達，如miRNA-193a-3p表達下調(diào)時，會導(dǎo)致結(jié)腸區(qū)域的肽轉(zhuǎn)運蛋白1（peptide transporter 1，PepT1）的表達和活性升高，PepT1是一種二和（或）三肽轉(zhuǎn)運體，結(jié)腸PepT1可介導(dǎo)共生菌產(chǎn)物（如N-甲?；?，N-甲酰甲硫氨酰亮氨酰-苯丙氨酸和胞壁酰二肽）過量轉(zhuǎn)運到結(jié)腸上皮細胞的胞質(zhì)溶膠中，其水平增高將會引發(fā)細菌肽誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)［16-17］。研究發(fā)現(xiàn)，與健康對照相比，UC和CD患者具有不同的miRNA特性。在活動性UC患者血清中，有些miRNA包括miRNA-16，miRNA-21，miRNA-23a，miRNA-24，miRNA-29a，miRNA-126，miRNA-195，miRNA-155，miRNA-31，miRNA-126，miRNA-7，miRNA-135b，miRNA-223，miRNA-29a和miRNA-29b等水平較健康對照顯著增加，而部分如 miRNA-192，miRNA-375，miRNA-422b，miR?NA-125，miRNA-101，miRNA-26和miRNA-200b等則表達下降；與健康對照相比，CD患者血液中部分miRNA如miRNA-16，miRNA-23a，miRNA-29a，miRNA-106a，miRNA-107，miRNA-126，miRNA-191，miRNA-199a-5p，miRNA-200c和miRNA-362-3p等的表達水平顯著增高［18］。一研究指出，miRNA-200家族可能通過直接靶向鋅指E-盒結(jié)合同源蛋白異型盒-1和鋅指E-盒結(jié)合同源蛋白異型盒-2，使后者在CD所致的腸纖維化患者中顯著降低，因此可作為CD腸纖維化潛在的生物標志物［19］。IBD是一種高發(fā)的胃腸道疾病，其發(fā)病機制和病因尚未闡釋清楚。研究miRNA在IBD發(fā)生發(fā)展中的作用和機制以及致病菌和腸道益生菌在IBD發(fā)病和轉(zhuǎn)歸中的起到的作用，對于尋找IBD新的診斷標志物和更好的治療方法，具有十分重要的實踐意義。

2.2 腸易激綜合征

IBS是一種很常見的胃腸功能失調(diào)性疾病，包括便秘型IBS（IBS-C）、腹瀉型IBS（IBS-D）、混合型IBS（IBS-M）和未經(jīng)亞化的IBS等類型，具有反復(fù)腹痛和排便習(xí)慣改變等特征，IBS幾乎無有效的治療藥物，IBS的發(fā)病機制復(fù)雜且未完全闡明，腸道菌群在IBS中起到的作用得到了很多關(guān)注。與正常人群相比，IBS-D患者腸道微生物群落組成出現(xiàn)明顯改變，以厚壁菌、放線菌、擬桿菌和變形桿菌改變最為顯著，其中變形桿菌和厚壁菌繁殖增加，而放線菌和擬桿菌的數(shù)量則減少［20］。在一些臨床試驗中，使用抗生素或乳酸桿菌、雙歧桿菌、L植物乳桿菌299V和鼠李糖乳桿菌等益生菌治療可有效緩解IBS患者的腹部疼痛和不適的感覺［21］。研究表明，IBS患者體內(nèi)的某些miRNA如miRNA-199a/b表達水平和某些細菌如大腸桿菌數(shù)量與健康人不一致。Mansour等［22］分別選取了由20名IBS-C、18名IBS-D和32名IBS-M共70例IBS患者組成的病例組和由20例健康對照組成的對照組，測定并比較了2組之間血清miRNA-199b水平和糞便大腸菌群數(shù)量。結(jié)果顯示，IBS患者血清中miRNA-199b表達顯著降低，IBS患者糞便中大腸菌群顯著增加，其中IBS-D患者糞便中大腸菌群數(shù)量最多，而IBS患者血清miRNA-199b與糞便大腸菌群數(shù)量成負相關(guān)。Fourie等［23］的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)2種miRNA即miRNA-150和miRNA-342-3p在IBS患者的體內(nèi)差異表達，而它們都與炎癥和疼痛有關(guān)，說明IBS患者疼痛等癥狀可能與某些miRNA有關(guān)，但還需要更多的直接證據(jù)。Zhou等［24］研究評估了45例IBS-D和40例健康對照的內(nèi)臟疼痛嚴重程度和結(jié)腸鏡活檢，發(fā)現(xiàn)IBS-D患者結(jié)腸miRNA-199a/b表達降低與內(nèi)臟疼痛顯著相關(guān)，通過腹腔注射miRNA-199a前體物使體內(nèi)miRNA-199a表達上調(diào)可減少內(nèi)臟超敏性并降低內(nèi)臟疼痛，提示miRNA-199a可能是IBS患者內(nèi)臟疼痛有效的治療候選物。

2.3 結(jié)直腸癌

CRC是一種發(fā)病率和死亡率很高的消化道惡性腫瘤，CRC患者的腸道菌群在其病程中經(jīng)常會發(fā)生異常改變。2012年，Chen等［15］測序比較了CRC患者和健康對照組的腸腔、癌組織和匹配的非癌正常組織中的微生物群構(gòu)成，發(fā)現(xiàn)雙歧桿菌、糞便桿菌和布勞特菌（Blautia）等有益細菌在癌組織中明顯減少，而梭桿菌、卟啉單胞菌和消化鏈球菌等有害細菌則顯著增加。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，腸道中的具核梭桿菌和脆弱擬桿菌與結(jié)直腸癌的發(fā)病有關(guān)，其中具核梭桿菌可修飾腫瘤免疫微環(huán)境，而脆弱擬桿菌可在宿主細胞中產(chǎn)生DNA損傷性基因毒素，此外，卟啉單胞菌也被認為與CRC的發(fā)病相關(guān)，這些細菌可能通過影響結(jié)直腸癌細胞的脂多糖途徑誘導(dǎo)Toll樣受體4信號傳導(dǎo)并促進癌細胞存活，可增加癌細胞侵襲［25］。Lopez-Siles 等［26］比較了健康對照和CRC患者腸道黏膜當(dāng)中的F.prausnitzii數(shù)量，發(fā)現(xiàn)該菌在CRC患者腸道數(shù)量顯著減少，其作為一種正常的腸道共生菌易受疾病期間腸道環(huán)境（如pH，膽鹽或氧氣）條件變化的影響，而CRC發(fā)生時腸道微環(huán)境發(fā)生變化，從而影響F.prausnitzii的生存導(dǎo)致其數(shù)量的減少。這表明它的減少可能被視為腸道健康異常的一項指標。Hu等［27］的研究表明miRNA-17-92a基因簇在CRC中過量表達，miRNA-17-92a可促進癌細胞增殖并抑制癌細胞凋亡，使用抗癌物質(zhì)丁酸鹽治療后癌細胞中的miRNA-17-92a水平明顯下降，從而減弱了人CRC細胞增殖并促進癌細胞凋亡，進而可延緩CRC的進程，這可能與丁酸通過減少c-myc（一種原癌基因）而抑制了miRNA-17-92a的轉(zhuǎn)錄有關(guān)。Yu等［28］研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)腸癌患者的miRNA-21表達增加而miRNA-145表達下調(diào)，二者呈負相關(guān)關(guān)系，均可導(dǎo)致CRC癌癥干細胞的增殖和腫瘤的生長，促使癌癥的發(fā)生發(fā)展。體外和體內(nèi)實驗證明，使用miRNA-145前體物或miRNA-21拮抗劑可降低腫瘤干細胞增殖從而抑制腫瘤的生長。Zeng等［29］的研究選取了43名CRC患者的結(jié)腸組織樣品，其中有36份樣品呈現(xiàn)miRNA-146a表達下降，且下降幅度越小，癌細胞分化程度越高，而miRNA-146a表達量較高的患者壽命長于其表達量較低的患者。進一步研究發(fā)現(xiàn)miR-146a過表達可抑制CRC細胞增殖，提示其可作為CRC潛在的抗癌因子。

3 展望

腸道菌群失調(diào)與腸道疾病密切相關(guān)，miRNA作為小片段非編碼RNA，在疾病發(fā)生發(fā)展中的作用越來越受到重視。對腸道菌群和miRNA二者之間的關(guān)系展開研究，探討二者的交互網(wǎng)絡(luò)作用以及這種交互網(wǎng)絡(luò)調(diào)控作用對腸道疾病發(fā)生發(fā)展的影響至關(guān)重要。目前，測序技術(shù)的不斷完善和各種分子生物學(xué)分析手段迅猛發(fā)展，為深入研究腸道疾病中腸道菌群和miRNA二者交互網(wǎng)絡(luò)調(diào)控所起的作用提供了可行性。針對該問題展開探討，將有助于進一步深入了解腸道疾病的發(fā)生病因，揭示腸道菌群和miRNA二者互相調(diào)控的機制，最終為尋找到預(yù)防和治療腸道菌群的作用靶點提供科學(xué)依據(jù)。但目前研究仍存在一些尚未解決的問題，需要引起重視。如腸道菌群如何直接或間接影響宿主健康腸道菌群的變化，如何導(dǎo)致宿主miRNA的改變，如何合理制定益生菌和（或）合生元治療腸道疾病的量，益生菌和（或）合生元治療腸道疾病的表觀調(diào)控機制，miRNA在其中扮演的角色，以及腸道細菌或miRNA是否能成為診斷某種腸道疾病的標志物等仍需大量直接或間接證據(jù)的支撐。另外，在動物實驗研究中得到的結(jié)果推到人類臨床應(yīng)用上時，還需要格外謹慎。