王 鵬 李延青

山東大學(xué)齊魯醫(yī)院消化內(nèi)科(250012)

腸易激綜合征(irritable bowel syndrome, IBS)的病理生理機制復(fù)雜，長期以來一直缺乏充分的科學(xué)依據(jù)。IBS患者常伴有焦慮、抑郁等精神心理因素，發(fā)現(xiàn)精神心理改變對胃腸道癥狀的影響，使研究者對腦-腸之間聯(lián)系的認識由單向性向雙向性轉(zhuǎn)變。隨著二代測序技術(shù)在疾病研究領(lǐng)域的應(yīng)用，大量生物信息學(xué)數(shù)據(jù)和臨床數(shù)據(jù)得以被挖掘，腸道微生態(tài)這一人體內(nèi)最大的微生態(tài)系統(tǒng)開始被視為精準醫(yī)療相關(guān)研究的重要靶點。

對于食物-消化產(chǎn)物-腸道菌群-功能性胃腸病(functional gastrointestinal disorders, FGIDs)之間的相互關(guān)系，過去認識極為有限，近年來隨著研究成果的快速進展，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)腸道微生態(tài)與腸道免疫之間存在密切聯(lián)系，腸道微生物能促進腸道免疫系統(tǒng)發(fā)育和發(fā)展，腸道微生態(tài)一旦失衡，則將影響免疫系統(tǒng)，進而導(dǎo)致各種功能性、器質(zhì)性疾病，包括炎癥、腫瘤等的發(fā)生[1]。作為最常見的FGIDs，IBS是否存在腸道微生態(tài)失衡及其在IBS發(fā)病中的地位是近年討論的熱點。目前基礎(chǔ)研究領(lǐng)域正應(yīng)用環(huán)境微生物轉(zhuǎn)錄組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)等方法探討IBS患者的腸道菌群改變、這些改變與IBS的哪些特征相關(guān)、會導(dǎo)致IBS患者的腸道或整體發(fā)生怎樣的病理生理學(xué)改變及其可能的分子機制。這些信息對調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)的IBS臨床治療研究具有重要指導(dǎo)意義?，F(xiàn)有研究已聚焦于應(yīng)用不同益生菌、糞菌移植(fecal microbiota transplantation, FMT)等干預(yù)手段，嘗試尋找調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)治療IBS的最佳方案，并已取得一定成效。本文就近年來腸道菌群與IBS基礎(chǔ)與臨床研究的熱點問題作一述評。

一、基礎(chǔ)研究——IBS腸道菌群異常及其參與IBS發(fā)病的機制

1. IBS腸道微生態(tài)結(jié)構(gòu)的改變與臨床癥狀相關(guān)

①IBS結(jié)腸菌群改變：二代測序技術(shù)促成了研究人類腸道內(nèi)龐大菌群的技術(shù)瓶頸的突破，已有較多研究發(fā)現(xiàn)IBS患者的腸道菌群組成與一般人群存在差異[2]。盡管腸道菌群可能受飲食、年齡、地域、藥物等諸多因素影響，但通過數(shù)據(jù)對比分析，目前比較一致的結(jié)論是IBS患者腸道菌群種類的相對豐度與健康人群相比有顯著差異，主要表現(xiàn)為微生物多樣性、黏膜相關(guān)菌群種類以及菌群比例的改變。IBS菌群的微生物多樣性較一般人群有減少趨勢，這一部分IBS群體主要為腹瀉型IBS(IBS with diarrhea, IBS-D)；IBS-D患者的黏膜相關(guān)菌群總體數(shù)量增多，主要為擬桿菌和梭菌，雙歧桿菌比例降低[3]。部分IBS患者糞便菌群中厚壁菌門/擬桿菌門(F/B)比值升高，高F/B比值者腸道癥狀更為顯著[4]。對于便秘型IBS(IBS with constipation, IBS-C)患者的腸道菌群組成，目前尚無一致結(jié)論。

②IBS小腸細菌改變：小腸細菌過度生長(small intestinal bacterial overgrowth, SIBO)所表現(xiàn)出的消化不良、腹部不適、腹瀉等癥狀與IBS極為相似，關(guān)于IBS患者是否以及有多大比例存在SIBO，目前仍有較多爭議。據(jù)報道，IBS患者存在SIBO的比例在4%～78%之間，而正常對照人群在1%～40%之間[5-6]。研究結(jié)果差異較大的主要原因在于檢查方法和診斷標準不統(tǒng)一，作為金標準的小腸液細菌培養(yǎng)實施困難，目前應(yīng)用較多的葡萄糖氫呼氣試驗(glucose hydrogen breath test, GHBT)和乳果糖氫呼氣試驗(lactulose hydrogen breath test, LHBT)在敏感性和特異性方面均有所欠缺，前者特異性高而敏感性低，總體準確性為71.1%；后者特異性低，準確性為55.1%[7-8]。因此在評價IBS與SIBO關(guān)系的研究中，如何找到合適的檢查方法至關(guān)重要，新近基于16S rDNA菌群測序和基因組學(xué)的菌群分析可能是可應(yīng)用于該研究領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)[8]。根據(jù)目前研究結(jié)論和相關(guān)趨勢，盡管部分IBS患者確實存在SIBO，但SIBO并不是IBS發(fā)病的主要原因。

需注意的是，研究者在參考以上研究結(jié)論時，需考慮人群間巨大的異質(zhì)性和個體微生物多樣性，正常個體突發(fā)不適或旅行等都會導(dǎo)致腸道微生態(tài)的改變[9]。在樣本量有限的情況下，很多顯著相關(guān)性可能只是巧合。因此在今后的研究中，采用對同一個體進行重復(fù)腸道微生物取樣的研究方式，對于鑒別某一類菌群與IBS的因果關(guān)系具有重要意義。

2. 腸道菌群參與IBS腦-腸互動，構(gòu)成菌群-腸-腦軸

①腸道菌群與神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)控：中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system, CNS)能通過自主神經(jīng)系統(tǒng)(autonomic nervous system, ANS)和下丘腦-垂體-腎上腺軸(hypothalamic-pituitary-adrenal axis, HPA軸)的交感神經(jīng)、副交感神經(jīng)影響胃腸道活動，通過對腸道黏液分泌和黏膜免疫的神經(jīng)調(diào)控影響腸道微環(huán)境，例如應(yīng)激可增加腸道通透性，使腸道微生物直接進入黏膜下層激活黏膜免疫，或通過其代謝產(chǎn)物如短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids, SCFAs)、膽酸、蛋白酶、興奮性神經(jīng)遞質(zhì)[γ-氨基丁酸(GABA)、色氨酸、5-羥色胺(5-HT)、兒茶酚胺]激活腸神經(jīng)系統(tǒng)(enteric nervous system, ENS)和腸黏膜免疫系統(tǒng)，繼而影響CNS[10]。既往研究者主要關(guān)注腦-腸軸異常在IBS發(fā)病中的作用，現(xiàn)認為腸道菌群也是其中一個不可或缺的環(huán)節(jié)，即存在“菌群-腸-腦軸”，該軸具有雙向調(diào)節(jié)性，任一環(huán)節(jié)的變化都會影響其他環(huán)節(jié)，因此針對此軸的基礎(chǔ)研究顯得較為困難，目前仍處于起步階段。新近已有研究[11]嘗試根據(jù)糞便菌群測序結(jié)果對IBS進行亞組分類，同時行功能磁共振成像并作關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)基于菌群分類的IBS各亞組間腦區(qū)結(jié)構(gòu)改變存在明顯差異。該研究系首次對IBS的腸道菌群與腦直接進行關(guān)聯(lián)研究，開拓了IBS“菌群-腸-腦軸”研究的新領(lǐng)域。

②菌群代謝產(chǎn)物的作用：代謝產(chǎn)物是腸道微生物發(fā)揮作用的重要方式，微生物將食物轉(zhuǎn)化為多種代謝產(chǎn)物，包括乙酸、丙酸、丁酸等，這些SCFAs在一定量或一定濃度范圍內(nèi)通常是有益的，高水平的SCFAs則可能與IBS癥狀產(chǎn)生有關(guān)。近年來相關(guān)研究不斷開展，并得到有價值的信息。IBS患者腸道中乙酸、丙酸等濃度升高，可通過激活腸黏膜內(nèi)表達于肥大細胞的SCFAs受體G蛋白偶聯(lián)受體43(GPR43)、GPR41改變5-HT的釋放，或直接激活腸神經(jīng)叢神經(jīng)元的GPR43、GPR41，誘發(fā)IBS癥狀[12]；腸道菌群發(fā)酵碳水化合物還可產(chǎn)生H2和CO2，導(dǎo)致IBS患者的腹脹癥狀和腹部膨脹[13]。正常狀態(tài)下，腸道菌群構(gòu)成的生物屏障對腸道上皮起保護作用，一旦發(fā)生菌群失調(diào)，這一平衡將被打破。不斷積累的證據(jù)顯示IBS患者存在腸黏膜屏障損傷，上皮細胞間緊密連接蛋白包括ZO-1、JAM-1、E-cadherin、claudins和occludin表達減少，腸道通透性隨之發(fā)生改變，這一點在IBS(特別是IBS-D)動物模型實驗和相關(guān)臨床試驗中均得到證實。導(dǎo)致IBS患者腸屏障損傷的一個重要因素可能是腸腔內(nèi)蛋白酶增多并激活，對緊密連接蛋白造成破壞，而這些蛋白酶中有相當(dāng)一部分可能來源于腸道菌群對蛋白質(zhì)的代謝增加，最終可能通過腸上皮細胞蛋白酶激活受體-2(PAR-2)的過度激活誘發(fā)緊密連接蛋白降解[14]。

③腸道菌群與IBS腸黏膜免疫激活：IBS患者可能存在“低度炎癥”和“免疫激活”的觀點最早是在感染后IBS(post-infectious IBS, PI-IBS)中被提出的，主要表現(xiàn)為腸黏膜CD4+、CD8+T細胞增多[15]，后續(xù)還發(fā)現(xiàn)部分IBS-D患者存在腸黏膜和外周血促炎細胞因子白細胞介素-1β(IL-1β)表達升高[16]?，F(xiàn)已逐漸被接受的是PI-IBS和IBS-D患者腸黏膜低度炎癥和免疫激活顯著，前者程度更高，關(guān)于IBS-C的文獻報道仍較少。腸道菌群在IBS患者腸黏膜免疫激活中可能發(fā)揮重要作用。研究[17]發(fā)現(xiàn)PI-IBS腸黏膜(P<0.01)和糞便(P=0.05)菌群的微生物多樣性均較對照組和非感染后一般IBS減少。PI-IBS患者擬桿菌門豐度更高，厚壁菌門(特別是梭菌屬Ⅳ、ⅪVa)則在非感染后一般IBS患者中豐度更高。IBS患者菌群失調(diào)激活腸黏膜免疫的完整機制尚不明確，可能的機制為細菌和(或)其代謝產(chǎn)物通過受損的腸上皮屏障直接與黏膜內(nèi)巨噬細胞、樹突細胞、肥大細胞、M細胞接觸而啟動炎癥信號通路，較多相關(guān)基礎(chǔ)研究以此為基礎(chǔ)展開。其中Toll樣受體(toll-like receptors, TLRs)在IBS發(fā)病中的作用受到廣泛關(guān)注。TLRs是人體細胞膜表面廣泛表達的模式識別受體，可識別多種微生物配體，IBS尤其是IBS-D患者腸上皮細胞表面TLRs表達顯著增高，以TLR2、TLR4高表達為主要特征，更有部分TLRs如TLR4、TLR3、TLR7可表達于黏膜下和肌間神經(jīng)元，推測腸道微生物可能通過某些途徑作用于這些受體而發(fā)揮作用，具體分子機制有待進一步研究發(fā)掘[18]。

不同致病菌激活腸黏膜免疫的機制各不相同，如志賀菌主要通過腸上皮M細胞進入黏膜固有層并與巨噬細胞和樹突細胞接觸，啟動NOD樣受體4(NOD-like receptor 4, NLRC4)依賴的炎癥小體激活[19]。明確不同菌種在IBS發(fā)生中作用的具體機制有助于臨床靶向個體化治療，因此有很好的研究前景和研究價值。

二、臨床前瞻——菌群干預(yù)治療IBS的研究現(xiàn)狀和存在的問題

IBS患者存在腸道菌群改變近年來已被廣泛證實，然而面對眾多研究結(jié)論，如何針對菌群異常進行有效調(diào)節(jié)是現(xiàn)階段面臨的難點。由于影響腸道菌群的因素眾多，精確調(diào)節(jié)IBS腸道菌群仍有較大困難，目前策略主要有飲食干預(yù)、應(yīng)用抗菌藥物、益生菌以及FMT等。

1. 飲食干預(yù)：飲食結(jié)構(gòu)是影響人腸道菌群結(jié)構(gòu)和功能的決定性因素。東西方人群腸道菌群結(jié)構(gòu)存在巨大差異很大程度上系源于兩者長期飲食模式的差異。長期和短期飲食均會顯著或較小程度地影響腸道微生態(tài)構(gòu)成。腸道菌群可將復(fù)雜的食物成分轉(zhuǎn)化為多種多樣的代謝產(chǎn)物。研究[12]發(fā)現(xiàn)，IBS患者糞便中乙酸和丙酸濃度較高，提示高水平的SCFAs可能與IBS癥狀相關(guān)。近年備受關(guān)注的FODMAPs(可發(fā)酵低聚糖、二糖、單糖和多元醇)飲食誘發(fā)IBS癥狀的機制之一即為腸道碳水化合物經(jīng)細菌發(fā)酵產(chǎn)生H2等。日常飲食中避免此類短鏈碳水化合物，即低FODMAP飲食能改善IBS癥狀[20]。研究[21]顯示FODMAPs飲食能改變IBS患者的組胺水平和微生物構(gòu)成及其代謝物組分，與高FODMAP飲食相比，低FODMAP飲食組患者H2產(chǎn)生略減少，組胺含量顯著降低，放線菌豐度和多樣性增加，高FODMAP飲食組患者細菌相對豐度明顯降低。

2. 抗菌藥物：目前對抗菌藥物在IBS治療中的應(yīng)用尚有爭議，因為應(yīng)用不當(dāng)將帶來更多不良反應(yīng)或?qū)е滦碌木何蓙y。近年來，非吸收性口服抗菌藥物的出現(xiàn)使IBS患者應(yīng)用抗菌藥物靶向調(diào)節(jié)腸道菌群成為可能。利福昔明(rifaximin)是目前惟一被美國食品藥品管理局(FDA)批準用于治療IBS-D的非吸收性口服抗菌藥物，我國2015年IBS專家共識意見亦對利福昔明作出了抗菌藥物治療IBS的惟一推薦。國內(nèi)外針對利福昔明的臨床研究眾多，大多數(shù)結(jié)果支持其對IBS腸道菌群具有一定調(diào)節(jié)作用。研究發(fā)現(xiàn)口服利福昔明可增加腸道中的乳桿菌、雙歧桿菌等有益菌數(shù)量，減少腸桿菌等機會致病菌數(shù)量，但具體機制仍需進一步研究[22-23]。

3. 益生菌：關(guān)于益生菌治療IBS的文獻報道已有較多積累，包括高質(zhì)量的隨機雙盲安慰劑對照研究以及meta分析[24]。益生菌中，乳桿菌、雙歧桿菌以及新近研究[25]發(fā)現(xiàn)的丁酸梭菌等菌種在改善IBS-D總體癥狀、生活質(zhì)量等方面的療效均優(yōu)于安慰劑。然而，使用益生菌治療IBS在臨床實踐中仍面臨諸多困惑，歸結(jié)為一點就是：如何合理地補充益生菌？而解決這一問題需對益生菌在腸道中發(fā)揮作用的內(nèi)在機制有深入了解。益生菌種類繁多，不同菌種在腸道中的存活和定植方式、與腸道固有菌群的相互作用方式、腸上皮細胞對益生菌的免疫識別方式以及益生菌對腸黏膜免疫的調(diào)節(jié)方式等均有所不同，研究每一種益生菌的作用機制是一項龐大的科研任務(wù)。目前已知一部分益生菌可在腸道定植，如長雙歧桿菌、多形擬桿菌，可成為腸道菌群的一部分發(fā)揮作用；而更多菌種雖可在腸道內(nèi)存活，但無法長期定植，原因可能為固有菌群的競爭性抑制作用，如嬰兒雙歧桿菌、干酪乳桿菌、動物雙歧桿菌，這些益生菌系通過影響固有腸道菌群發(fā)揮作用[26]。有研究[27]發(fā)現(xiàn)，IBS患者口服嬰兒雙歧桿菌8周后，糞便擬球梭菌、直腸真桿菌豐度較治療前顯著增加。然而益生菌具體通過何種機制與固有腸道菌群相互作用仍不明確，有待進一步研究。此外，益生菌本身作為一種細菌，可被腸上皮細胞通過模式識別受體識別，此點與致病菌相似，但又有著明顯的區(qū)別，因為益生菌發(fā)揮的是“有益”作用，是調(diào)節(jié)腸道免疫而非激活腸道免疫，如促進腸黏膜樹突細胞抗炎細胞因子分泌，具體機制有待進一步闡明[28]。

4. FMT：FMT是一種比益生菌更“徹底”的重建腸道微生態(tài)系統(tǒng)的治療方法，其應(yīng)用于復(fù)發(fā)性難辨梭菌感染、炎癥性腸病等的研究已取得重要進展[29]。糞菌提取分離技術(shù)已日趨成熟，歐美已有一些研究嘗試將其用于治療IBS，結(jié)果顯示可達到36%(20/55)的治愈率和70%～89%的癥狀緩解率[30]，顯示出較好的臨床應(yīng)用前景。但FMT仍有眾多問題亟待解決，如糞菌捐助者的選擇、移植方案的選擇、適用IBS患者的選擇、長期應(yīng)用的安全性等均是將來需研究解決的問題，并期待有高質(zhì)量的前瞻性臨床研究進一步驗證其療效[31]。

三、結(jié)語

綜上所述，轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)的成熟和應(yīng)用將腸道微生態(tài)研究推入了一個新的大數(shù)據(jù)時代，腸道微生態(tài)失衡及其失衡方式、程度可能參與了包括IBS在內(nèi)的眾多臨床疾病的發(fā)生、發(fā)展。菌群-腸-腦軸可能是貫穿于IBS發(fā)病整個病理生理過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，開展基于菌群-腸-腦軸的深入的基礎(chǔ)和臨床研究有望為未來闡明IBS的發(fā)病機制開辟新的道路。