廖紫瓊,紀(jì)秋鳳,周本杰

廖紫瓊,紀(jì)秋鳳,周本杰, 中山大學(xué)附屬第七醫(yī)院藥學(xué)部 廣東省深圳市518107

0 前言

炎癥性腸病(inflammatory bowel disease,IBD)是慢性的反復(fù)發(fā)作的腸道炎癥性疾病,患者常常在小腸和大腸黏膜處有持續(xù)性的潰瘍,主要分為兩種類(lèi)型,潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis,UC)和克羅恩病(Crohn’s disease,CD).21世紀(jì)以前,IBD在西方國(guó)家的發(fā)病率比較高,但隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化發(fā)展,其在亞太地區(qū)的發(fā)病率也逐漸上升.IBD在香港、臺(tái)灣、澳門(mén)和中國(guó)大陸等地區(qū)的發(fā)病率均有上升的趨勢(shì),在我國(guó)逐漸成為一種常見(jiàn)病[1-3].然而,目前尚無(wú)可根治IBD的藥物,IBD治療藥物的研究仍然需要廣大科研人員的不斷努力.

對(duì)IBD發(fā)病機(jī)制的理解是確定IBD治療藥物研究策略的關(guān)鍵.IBD的發(fā)病機(jī)制極其復(fù)雜,可能與遺傳易感性、環(huán)境因素、腸道菌群、腸黏膜功能、免疫、氧化應(yīng)激和炎癥等因素有關(guān),接下來(lái)我們將對(duì)IBD的發(fā)病機(jī)制和基于腸道菌群的IBD治療藥物研究策略進(jìn)行詳細(xì)闡述.

1 IBD的發(fā)病機(jī)制

1.1 遺傳因素 目前大量的全基因組關(guān)聯(lián)研究表明,像IBD這樣復(fù)雜的遺傳相關(guān)的疾病是由多種基因多樣性引起的,具有多基因性.目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)超過(guò)200個(gè)與IBD相關(guān)的基因位點(diǎn),且其中70%的基因位點(diǎn)也存在于其他復(fù)雜的自身免疫性疾病和免疫缺陷性疾病[4].增加CD易感性的遺傳變異主要和先天免疫、自噬和吞噬有關(guān),而與UC易感性相關(guān)的遺傳變異主要與腸屏障功能有關(guān)[5,6].已知16號(hào)染色體上的核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域蛋白2基因(nucleotide-binding oligomerization-2,NOD2,又被稱(chēng)為CARD15和IBD1)是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的與IBD密切相關(guān)的基因[5],NOD2基因的激活被證明會(huì)影響組織相容性復(fù)合體的交叉表達(dá)、自噬的誘導(dǎo)和對(duì)細(xì)胞內(nèi)細(xì)菌感染的抵抗力[7-9].在自噬途徑中發(fā)揮關(guān)鍵作用的自噬相關(guān)基因16L1(autophagy related 16 like 1,ATG16L1)和免疫相關(guān)鳥(niǎo)苷三磷酸酶基因(immunityrelated GTPase family M protein,IRGM)的多態(tài)性與IBD也有密切聯(lián)系[8,9],在自噬過(guò)程中要實(shí)現(xiàn)有效的細(xì)胞內(nèi)消化和細(xì)菌清除,NOD2和ATG16L1功能的完整性都是必需的[10].也有研究發(fā)現(xiàn)X染色體的連鎖的凋亡抑制蛋白(X chromosome linked inhibitor of apoptosis protein,XIAP)的基因突變與難以治療的早發(fā)性IBD有關(guān)[11].此外,炎癥因子23/輔助性T 細(xì)胞17(interleukin 23/T helper cell 17,IL-23/Th17)信號(hào)通路中的許多基因,如白介素23受體基因(interleukin 23,IL23R)、白介素12B基因(interleukin 12B,IL12B),酪氨酸激酶(Janus activated kinase,JAK3)和信號(hào)轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)錄因子的激活劑3(Signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)和IBD的發(fā)展有關(guān)[5,12].

1.2 環(huán)境因素與生活方式 雖然IBD的發(fā)病機(jī)制和遺傳因素有關(guān),但目前僅有25%的IBD遺傳可能性被遺傳研究闡明[13],且本流行于發(fā)達(dá)國(guó)家的IBD在工業(yè)化后在發(fā)展中國(guó)家也出現(xiàn)了流行的趨勢(shì),由此可見(jiàn),環(huán)境因素和生活方式可能在促進(jìn)IBD遺傳易感人群患IBD中發(fā)揮著重要作用.

吸煙被認(rèn)為是IBD的獨(dú)立高危因素[14],但也有研究表明吸煙與IBD沒(méi)有聯(lián)系,產(chǎn)生這些矛盾的結(jié)果的原因仍需要我們進(jìn)一步研究[15].據(jù)報(bào)道,富含飽和脂肪酸的飲食和加工肉類(lèi)的過(guò)多攝入會(huì)增加患IBD的風(fēng)險(xiǎn)[16,17],相反,高纖維飲食人群患CD的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)降低40%,這種現(xiàn)象可能與膳食纖維可被腸道菌群代謝成具有抗炎作用的短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFAs)有關(guān)[18].此外,一些藥物的使用,如非甾體類(lèi)抗炎藥、避孕藥、他汀類(lèi)藥物和抗生素等,也會(huì)增加易感人群患IBD的風(fēng)險(xiǎn)[19-22].這些環(huán)境因素和生活方式對(duì)IBD的影響被認(rèn)為可能和腸道菌群組成的破壞有關(guān).

1.3 腸黏膜屏障 腸黏膜屏障由機(jī)械屏障、化學(xué)屏障、免疫屏障與生物屏障共同構(gòu)成.上世紀(jì)70年代,首先有科學(xué)家提出,CD的發(fā)生可能與腸黏膜屏障受損和功能發(fā)生異常有關(guān),之后的研究也逐漸證實(shí)腸黏膜屏障異常和受損可增加腸道菌群等抗原通過(guò)腸黏膜的機(jī)會(huì),引起腸道免疫的過(guò)度反應(yīng),導(dǎo)致持續(xù)的慢性炎癥[23,24].現(xiàn)有研究報(bào)道,與正常人相比,IBD患者腸上皮細(xì)胞通透性增加和腸黏膜屏障功能受損,且在CD患者復(fù)發(fā)前可觀察到腸道通透性增加的現(xiàn)象[25-27].此外,有研究報(bào)道CD患者和IBD模型動(dòng)物的腸道緊密連接蛋白(如Claudin-1蛋白、Occludin蛋白和ZO-1蛋白)的含量會(huì)下調(diào),且與腸上皮再生相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子,如同源框蛋白質(zhì)NKX2-3和肝細(xì)胞核因子4,也被報(bào)道與IBD有聯(lián)系[28,29].腸黏膜屏障功能受損可能會(huì)導(dǎo)致腸道內(nèi)促進(jìn)腸道菌群和腸上皮細(xì)胞分離、殺害滲透性腸道菌群和抑制過(guò)度免疫反應(yīng)的功能出現(xiàn)紊亂,腸道發(fā)生持續(xù)的免疫反應(yīng),從而致腸道內(nèi)發(fā)生持續(xù)性的慢性炎癥.因此,腸黏膜屏障功能的受損和腸道菌群的分離殺害在IBD的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[30].

1.4 免疫反應(yīng) IBD與免疫反應(yīng)的紊亂有關(guān),且不同類(lèi)型和程度的IBD的免疫失調(diào)存在差異,如CD患者腸道黏膜上的T細(xì)胞主要是輔助性T細(xì)胞1(T helper 1 cell,Th1細(xì)胞),而UC患者腸道黏膜上的T細(xì)胞主要是輔助性T細(xì)胞2(T helper 2 cell,Th2細(xì)胞),可以分泌轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)和IL-5[31,32].可分泌大量IL-17A、IL-17F、IL-21和IL-22等細(xì)胞因子的Th17細(xì)胞也被認(rèn)為可影響IBD的發(fā)生和發(fā)展[33].Tregs細(xì)胞可以維持腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài),因此也有研究者提出把Tregs細(xì)胞作為控制IBD過(guò)度炎癥的替代策略[34,35].此外,IBD患者體內(nèi)還存在細(xì)胞因子的失衡,導(dǎo)致體內(nèi)免疫反應(yīng)的持續(xù)激活,目前正在開(kāi)發(fā)的IBD免疫療法也主要是對(duì)不同細(xì)胞因子相關(guān)通路的下游通路的阻斷和抑制,從而減輕IBD的炎癥,如JAKs和信號(hào)轉(zhuǎn)換器和STATs[36].因此,IBD炎癥的發(fā)生和腸道內(nèi)免疫反應(yīng)的失調(diào)和持續(xù)激活有關(guān).免疫反應(yīng)失調(diào)導(dǎo)致腸道炎癥的過(guò)程可簡(jiǎn)單理解為:腸道菌群等抗原入侵并通過(guò)腸黏膜屏障,遺傳易感人群體內(nèi)樹(shù)突狀細(xì)胞等抗原遞呈細(xì)胞發(fā)起一系列的促炎和抗炎信號(hào),從而激活不同區(qū)域的免疫細(xì)胞亞群并促使循環(huán)淋巴細(xì)胞向腸道發(fā)生炎癥的位點(diǎn)遷移,引起腸道的炎癥,且抗炎和促炎因子進(jìn)一步失調(diào)并導(dǎo)致腸道內(nèi)持續(xù)的炎癥[37-40].由此可見(jiàn),免疫反應(yīng)是IBD重要的發(fā)病因素和藥物研究的重要靶點(diǎn),腸道菌群在引起持續(xù)性免疫反應(yīng)中發(fā)揮著不可忽視的作用.

1.5 腸道菌群 腸道菌群被認(rèn)為是連接外界環(huán)境和腸道黏膜的紐帶,其和宿主防御反應(yīng)之間的動(dòng)態(tài)平衡對(duì)IBD的發(fā)生和發(fā)展產(chǎn)生影響[41].目前研究表明,IBD患者及該疾病模型中均出現(xiàn)腸道菌群失調(diào)的現(xiàn)象,其變化主要表現(xiàn)出以下幾個(gè)共性特征[42-45]:(1)腸道菌群的生物多樣性降低:16S rRNA和宏基因組測(cè)序的結(jié)果均顯示IBD患者體內(nèi)腸道菌群的種類(lèi)顯著少于正常健康者;(2)有益菌的相對(duì)豐度減少:IBD患者體內(nèi)兩個(gè)主要的菌群,擬桿菌門(mén)(Bacteroidetes)和厚壁菌門(mén)(Firmicutes)的相對(duì)豐度顯著降低;(3)潛在致病菌相對(duì)豐度升高:在IBD患者體內(nèi)可以發(fā)現(xiàn)變形菌門(mén)(Proteobacteria)和放線菌門(mén)(Actinobacteria)的相對(duì)豐度明顯增加.其中部分變形菌門(mén)的菌群已被報(bào)道與IBD密切相關(guān),如腸桿菌科(Enterobacteriaceae)的大腸桿菌(Escherichia coli)、產(chǎn)堿菌科(Alcaligenaceae)的薩特菌屬(Sutterella)和脫硫弧菌科(Desulfovibrionaceae)的脫硫弧菌屬(Desulfovibrio)等.

通過(guò)上文可知,環(huán)境因素和生活方式可通過(guò)改變腸道菌群的組成影響IBD的發(fā)生和發(fā)展,且腸道菌群與宿主的上皮細(xì)胞及腸黏膜免疫系統(tǒng)相互作用,破壞腸黏膜屏障的功能,引起遺傳易感人群腸道內(nèi)持續(xù)的免疫反應(yīng),從而導(dǎo)致腸道內(nèi)的慢性炎癥[6,46],圖1.由此可知,腸道菌群是IBD的發(fā)病關(guān)鍵因素,也是IBD治療藥物研究的重要靶點(diǎn).

2 腸道菌群對(duì)IBD的作用

腸道菌群是IBD治療藥物研究的重要靶點(diǎn),正確認(rèn)識(shí)腸道菌群在宿主體內(nèi)發(fā)揮的關(guān)鍵作用有助于對(duì)IBD進(jìn)行有選擇性和有針對(duì)性的干預(yù),為IBD治療藥物的研究提供理論依據(jù).

2.1 調(diào)節(jié)基本生命活動(dòng) 進(jìn)入結(jié)腸未被宿主利用的碳水化合物、黏蛋白或者宿主的分泌物都可以被腸道菌群利用,產(chǎn)生SCFAs、其他有機(jī)酸和二氧化碳等產(chǎn)物,影響機(jī)體的能量代謝、腸道黏膜的正常功能和新陳代謝等生命活動(dòng).首先,基因測(cè)序結(jié)果顯示,腸道菌群中含有許多與蔗糖、淀粉、多糖、阿拉伯糖、甘露糖、木糖、異種化合物代謝相關(guān)的基因.也有研究發(fā)現(xiàn)IBD患者體內(nèi)腸道菌群對(duì)碳水化合物的代謝和利用能力下降,而小檗堿干預(yù)可以改善腸道菌群的該功能,并調(diào)節(jié)宿主能量代謝[47,48].同時(shí),厚壁菌門(mén)(Firmicutes)等腸道菌群可對(duì)碳水化合物進(jìn)行代謝產(chǎn)生SCFAs,調(diào)節(jié)腸道的酸堿平衡,參與腸道內(nèi)多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收、激素的產(chǎn)生與調(diào)控和宿主的能量代謝等生命活動(dòng)[49-51].再者,腸道菌群的氨基酸代謝也可參與腸道穩(wěn)態(tài)的維持,色氨酸可代謝成芳香羥受體(Aryl hydrocarbon receptor,AhR)的配體,發(fā)揮促進(jìn)腸上皮細(xì)胞更新和保護(hù)腸黏膜的完整性的作用,而IBD患者體內(nèi)腸道菌群對(duì)色氨酸的代謝能力明顯下降,表現(xiàn)出明顯的代謝失調(diào)[16,52-55].此外,腸道菌群對(duì)膽汁酸的代謝產(chǎn)物可以反過(guò)來(lái)影響腸道菌群和機(jī)體相關(guān)基因的表達(dá),從而影響機(jī)體的生命活動(dòng)[56].總而言之,在宿主體內(nèi)腸道菌群可以通過(guò)特有的菌群結(jié)構(gòu)、活動(dòng)及代謝產(chǎn)物等影響著機(jī)體的生理活動(dòng)以及新陳代謝,從而維持體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài),而IBD患者體內(nèi)出現(xiàn)腸道菌群結(jié)構(gòu)和代謝的失調(diào).因此,腸道菌群對(duì)宿主生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)也是IBD治療藥物潛在的作用機(jī)制.

圖1 炎癥性腸病的發(fā)病機(jī)制.IBD:炎癥性腸病.

2.2 調(diào)節(jié)免疫反應(yīng) 腸道菌群與宿主的免疫反應(yīng)也密切相關(guān).腸道內(nèi)成千上萬(wàn)的腸道菌群可以產(chǎn)生大量的有害物質(zhì)、配體和抗原,如脂多糖等,這些物質(zhì)可能影響腸黏膜的功能,激活致病性先天免疫反應(yīng)和適應(yīng)性免疫反應(yīng),從而引起一系列的持續(xù)性的免疫反應(yīng)[57-59].同時(shí),腸道菌群可能參與宿主免疫系統(tǒng)的發(fā)育,已知無(wú)菌小鼠全身免疫系統(tǒng)發(fā)育不全,固有層、腸系膜淋巴結(jié)和脾臟的細(xì)胞結(jié)構(gòu)減少,黏膜免疫功能下降,然而,在無(wú)菌小鼠上重建腸道菌群可以一定程度上恢復(fù)無(wú)菌小鼠的免疫能力,由此可見(jiàn),免疫系統(tǒng)的成熟與腸道菌群的完整密不可分[60-62].此外,腸道菌群的代謝產(chǎn)物SCFAs對(duì)免疫細(xì)胞Tergs細(xì)胞具有調(diào)節(jié)作用,且Th17細(xì)胞的激活也受到腸道菌群的影響[48,63].有研究發(fā)現(xiàn),IBD患者體內(nèi)乳桿菌屬(Lactobacillus)可以代謝色氨酸產(chǎn)生吲哚乙酸等有效活性物質(zhì)并調(diào)節(jié)IL-22的分泌,從而減輕腸道的炎癥[54].色氨酸代謝物對(duì)宿主免疫的調(diào)節(jié)可能與AhR、核因子κB和磷酸肌醇3-激酶等免疫信號(hào)通路的激活有關(guān)[60,64].總而言之,腸道菌群可引起腸道的持續(xù)性免疫反應(yīng),對(duì)免疫系統(tǒng)的發(fā)育具有重要調(diào)節(jié)作用,基于腸道菌群的IBD治療藥物的研究應(yīng)關(guān)注腸道菌群對(duì)免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)作用.

2.3 抵御腸道菌群失調(diào) 穩(wěn)定的腸道菌群有助于宿主防御病原體,腸道內(nèi)共生菌可競(jìng)爭(zhēng)性地阻止病原菌的入侵,這種防御機(jī)制稱(chēng)為“定植抗性”[65].研究表明,無(wú)菌環(huán)境下的動(dòng)物更易受到腸道病原體的感染,這可能與免疫系統(tǒng)的異?；颉岸ㄖ部剐浴钡娜笔в嘘P(guān).此外,腸道菌群可以通過(guò)直接或間接的作用機(jī)制增強(qiáng)對(duì)腸道病原體的抵抗作用:(1)通過(guò)爭(zhēng)奪營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),如多形擬桿菌(Bacteroides thetaiotaomicron)可通過(guò)消耗檸檬酸桿菌(Citrobacter rodentium)所需的碳水化合物從而實(shí)現(xiàn)抑制作用;(2)通過(guò)分泌抑制物質(zhì)直接抑制腸道病原體[66],如蘇云金桿菌(Bacillus thuringiensis)可分泌一種針對(duì)桿菌和梭狀芽胞桿菌的細(xì)菌素競(jìng)爭(zhēng)性地抑制艱難梭桿菌(Clostridium difficile)的定植[67];(3)通過(guò)激活免疫反應(yīng)間接抵御病原體,腸道菌群的共生菌群及其產(chǎn)物,如脂多糖和鞭毛蛋白等,可激活免疫反應(yīng)并通過(guò)免疫反應(yīng)間接抵御和清除病原體[68,69].腸道的共生菌通過(guò)“定植抗性”發(fā)揮抵御病原體和保護(hù)宿主健康的重要作用,因此在IBD治療藥物研究過(guò)程中應(yīng)關(guān)注腸道菌群共生菌的穩(wěn)定性和腸道菌群穩(wěn)態(tài)的重構(gòu).

3 基于腸道菌群的IBD治療藥物研究策略

3.1 模型動(dòng)物的選擇 在IBD治療藥物的研究過(guò)程中,常用動(dòng)物模型探討藥物對(duì)IBD的治療效果和作用機(jī)制.用于IBD研究的動(dòng)物模型有許多,其各有優(yōu)缺點(diǎn),主要分為3大類(lèi)[48,70-73]:(1)自發(fā)性腸炎模型,自然界動(dòng)物自然發(fā)生或近親繁殖形成的自發(fā)性的腸炎,如SAMPl/Yit小鼠和C3H/HejBir小鼠可產(chǎn)生和人類(lèi)IBD相似的腸道炎癥,但該類(lèi)模型比較稀少和昂貴,且實(shí)驗(yàn)過(guò)程中難以控制炎癥的發(fā)展進(jìn)程;(2)誘導(dǎo)產(chǎn)生的腸炎模型,主要分為化學(xué)試劑誘導(dǎo)的腸炎[如2,4,6-三硝基苯磺酸(TNBS)、葡聚糖硫酸鈉(DSS)、醋酸]、病原菌誘導(dǎo)的腸炎和免疫誘導(dǎo)的腸炎,該類(lèi)模型相對(duì)比較穩(wěn)定,可用于IBD藥物療效和發(fā)病機(jī)制的研究[48,73,74];(3)基因改造動(dòng)物模型,指通過(guò)轉(zhuǎn)基因或條件性基因剔除等技術(shù)建立的腸炎模型,如白介素10(Interleukin 10,IL-10)基因敲除的小鼠可產(chǎn)生和IBD相似的癥狀,該類(lèi)模型可用于研究特定基因的功能和調(diào)控機(jī)制,但模型的建立耗時(shí)長(zhǎng),成本高[75].

IBD治療藥物的研究常用到以上這些動(dòng)物模型,但這些模型在基于腸道菌群的IBD治療藥物研究上均存在一定的局限性.由于以上模型的建立方法機(jī)制不一,且人類(lèi)和動(dòng)物的腸道菌群也不完全一致,所以以上動(dòng)物模型的腸道菌群和IBD患者的腸道菌群會(huì)存在一定的差異,無(wú)法充分研究IBD患者在治療過(guò)程中腸道菌群的變化及發(fā)揮的作用.因此,在進(jìn)行腸道菌群相關(guān)研究的時(shí)候,可將糞便中的腸道菌群從有或沒(méi)有疾病或病癥的個(gè)體移植到無(wú)菌的嚙齒動(dòng)物中,建立相應(yīng)的模型,然后對(duì)受體動(dòng)物的病理表型進(jìn)行比較,并進(jìn)一步研究藥物療效和作用機(jī)制.這種模型叫做人體菌群相關(guān)動(dòng)物模型,可以更好地闡述腸道菌群和疾病、藥物療效的因果關(guān)系,是在確立腸道菌群改變與人類(lèi)自身疾病的因果關(guān)系的研究中的金標(biāo)準(zhǔn)和基石.有研究者利用人體菌群相關(guān)小鼠模型將健康人和IBD患者的腸道菌群定植于無(wú)菌小鼠上進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)IBD患者腸道菌群的定植導(dǎo)致Th17細(xì)胞和Th2細(xì)胞數(shù)量的增加和RORγt+Treg細(xì)胞數(shù)量的減少[76].Gobert等[77]人利用人體菌群相關(guān)動(dòng)物模型發(fā)現(xiàn)了特發(fā)性腸易激綜合征患者的腸道菌群可能通過(guò)嗜黏蛋白艾克曼菌(Akkermansia muciniphila)對(duì)DSS誘導(dǎo)的腸炎發(fā)揮抗炎作用.由此可見(jiàn),人體菌群相關(guān)動(dòng)物模型可以有效應(yīng)用于IBD與腸道菌群相關(guān)的潛在發(fā)病機(jī)制和相關(guān)治療藥物的研究.

3.2 糞便移植的應(yīng)用 腸道菌群的穩(wěn)定對(duì)維持宿主的健康十分重要.進(jìn)行糞便移植可以重塑腸道內(nèi)穩(wěn)定的腸道菌群.現(xiàn)在的研究也表明,糞便移植在與腸道菌群具有明確關(guān)系的疾病如艱難梭狀桿菌感染的治療有良好的療效.此外,糞便移植也可應(yīng)用于基于腸道菌群的IBD治療藥物的研究,將藥物治療后的糞便移植至IBD模型動(dòng)物中,可驗(yàn)證藥物對(duì)IBD的療效是否通過(guò)腸道菌群的重塑發(fā)揮作用,有效地探討腸道菌群在疾病治療過(guò)程中扮演的角色.例如,有研究者將小檗堿治療UC后的糞便移植至UC小鼠中,證明了小檗堿可通過(guò)腸道菌群調(diào)節(jié)Th17細(xì)胞并緩解UC的癥狀[78].目前,糞便移植在IBD治療藥物的研究中得到了廣泛應(yīng)用.然而,由于“定植抗性”的存在,糞便移植過(guò)程中腸道菌群是否能在受體中成功定植也是進(jìn)行IBD治療藥物研究過(guò)程中需要關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題,而將糞便移植至無(wú)菌小鼠或利用抗生素建立的偽無(wú)菌小鼠上可減少腸道菌群“定植抗性”的影響[79-81].在糞便移植之前使用抗生素可能會(huì)增加受體耐藥菌定植的幾率,而在糞便移植時(shí)將劑量提高兩倍有利于耐藥菌在受體的去定植.此外,大部分腸道菌群是厭氧菌,在糞便移植中,糞便置于空氣中操作和反復(fù)凍融也可能降低腸道菌群的定植率,無(wú)菌操作可以提高供體腸道菌群的定植率[82].雖然糞便移植發(fā)生重大不良反應(yīng)的幾率較低,但還是會(huì)存在一定的風(fēng)險(xiǎn),其可能會(huì)導(dǎo)致供體致病因子的感染,如耐藥菌和供體接種疫苗后可能還停留在糞便中的脊髓灰質(zhì)病毒等[83].因此,在進(jìn)行糞便移植時(shí)需要對(duì)供體進(jìn)行嚴(yán)格的微生物篩查并建立標(biāo)準(zhǔn)化的流程,特別是應(yīng)用于人體的臨床試驗(yàn)時(shí).

3.3 生菌的富集和有害菌的抑制 隨著高通量測(cè)序技術(shù)的發(fā)展,IBD患者體內(nèi)腸道菌群的失衡已經(jīng)被廣泛報(bào)道[44,84,85].在IBD治療藥物的研究中應(yīng)關(guān)注藥物與和IBD密切相關(guān)的腸道菌群的關(guān)系,鑒定出發(fā)揮關(guān)鍵作用的腸道菌屬.此外,靶向這些關(guān)鍵的異常腸道菌屬,如減少致病性強(qiáng)的菌屬和提高有益菌屬的濃度和代謝活性,可以提高藥物治療IBD的潛力.目前抗生素、益生菌和能刺激益生菌生長(zhǎng)的益生元等應(yīng)用于IBD的治療已得到廣泛的報(bào)道[47,86,87].可抑制有害菌的利福平、克林霉素和小檗堿等廣譜抗生素對(duì)IBD模型動(dòng)物具有良好的保護(hù)作用;雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)、乳桿菌屬(Lactobacillus)和柔嫩梭菌屬(Faecalibacterium)等益生菌已被證實(shí)可以減輕IBD的炎癥;一些復(fù)合多糖、低聚果糖和菊粉等益生元?jiǎng)t可保護(hù)益生菌的生長(zhǎng)和代謝,起到與益生菌相似的療效[78,88-90].益生菌的富集和有害菌的抑制可能通過(guò)調(diào)節(jié)炎癥因子的分泌和代謝影響腸道的免疫反應(yīng)和腸道黏膜屏障的功能等發(fā)揮改善IBD的作用,如有研究發(fā)現(xiàn)柔嫩梭菌屬(Faecalibacterium)與CARD9基因(胱天蛋白酶募集域蛋白9,Caspase recruitment domain 9)共同影響色氨酸的代謝,并調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)和免疫因子IL-22的表達(dá),從而影響IBD的發(fā)生和發(fā)展[54].這些抗生素、益生菌和益生元組成的復(fù)合物可有效地抑制病原菌且促進(jìn)益生菌的生長(zhǎng),是良好的治療IBD的潛在藥物.

3.4 結(jié)合多技術(shù)探究因果關(guān)系 基于腸道菌群的IBD治療藥物研究中,許多科研人員利用基因組學(xué)、代謝組學(xué)和蛋白組學(xué)等技術(shù)研究藥物對(duì)IBD的治療效果、腸道菌群結(jié)構(gòu)和功能的影響,探討關(guān)鍵分子(腸道菌屬、代謝分子和蛋白等)與藥物對(duì)IBD療效的相關(guān)性[74,78].然而,目前較多研究?jī)H立足于藥物對(duì)IBD療效與腸道菌群變化的相關(guān)性研究,藥物療效與腸道菌群、代謝物和蛋白的變化之間的聯(lián)系究竟是因果關(guān)系還是伴隨關(guān)系仍需要更多的研究,比如上文提到的具有較大潛力的益生菌和益生元治療IBD的具體作用機(jī)制的研究目前仍然比較欠缺,且許多研究仍然停留在動(dòng)物水平階段,仍需要更多深入的研究.對(duì)腸道菌群的變化與藥物療效的因果關(guān)系進(jìn)行探究可深入揭示疾病的發(fā)病機(jī)制和藥物的作用機(jī)制.例如,有研究者結(jié)合多種技術(shù)揭示了CARD9基因的缺乏會(huì)導(dǎo)致腸道內(nèi)乳桿菌屬(Lactobacillus)等菌屬無(wú)法代謝色氨酸產(chǎn)生AhR配體,從而導(dǎo)致IBD的發(fā)生的發(fā)展,探討了腸道菌群的變化、宿主和基因多樣化的直接聯(lián)系,也為IBD治療藥物的研究提供了新靶點(diǎn)[57].因此,在未來(lái)IBD治療藥物的研究中,我們需要關(guān)注和重視IBD治療和腸道菌群變化的因果關(guān)系,利用復(fù)雜的分子微生物學(xué)技術(shù),將腸道菌群的變化與宿主、基因多態(tài)性和基因表達(dá)等相結(jié)合,探究藥物治療IBD過(guò)程中腸道菌群與宿主的相互作用,明確腸道菌群發(fā)揮的關(guān)鍵作用,深入探討藥物的治療機(jī)制,也為IBD的治療提供更多可靠的治療靶點(diǎn).

4 結(jié)論

IBD發(fā)病機(jī)制復(fù)雜,目前尚無(wú)可根治的藥物,亟需更多藥物的研究.環(huán)境因素可影響腸道菌群和腸黏膜屏障的功能,而腸道菌群的改變和致病病原菌的入侵可能誘發(fā)遺傳易感人群腸道發(fā)生持續(xù)性免疫反應(yīng),導(dǎo)致腸道內(nèi)的慢性炎癥.此外,腸道菌群具有抵制腸道菌群失調(diào)、調(diào)節(jié)宿主基本生命活動(dòng)和免疫反應(yīng)的作用,是IBD治療藥物研究的重要靶點(diǎn).人體菌群相關(guān)動(dòng)物模型和糞便移植的應(yīng)用可更有效地闡明腸道菌群變化和藥物治療IBD的因果關(guān)系,可富集益生菌或抑制有害菌的藥物具有巨大的治療IBD的潛力.最后,結(jié)合基因組學(xué)、代謝組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)和分子微生物學(xué)等技術(shù),將藥物治療IBD過(guò)程中腸道菌群的變化與宿主、基因多態(tài)性和基因表達(dá)等相結(jié)合,可探究腸道菌群與藥物治療IBD的因果關(guān)系和作用機(jī)制,也是未來(lái)IBD治療藥物研究需重點(diǎn)關(guān)注的領(lǐng)域.