費(fèi)婉婉 鹿振輝 黃星 李翠 張惠勇 蔣雨薇
肺結(jié)核患者常伴有便秘、腹瀉等胃腸道反應(yīng)[1-2],而近年來越來越多的研究也發(fā)現(xiàn),腸道菌群與肺結(jié)核之間存在著交互影響,這與中醫(yī)“肺與大腸相表里”理論相契合。因此,筆者整理了近期腸道菌群與肺結(jié)核的相關(guān)性研究,對(duì)二者之間的交互關(guān)系做了詳細(xì)論述,同時(shí),嘗試闡述這一關(guān)系的中醫(yī)病機(jī)、生物學(xué)機(jī)制,以及二者的聯(lián)系,以期對(duì)肺結(jié)核的臨床治療提供新的思路。
研究發(fā)現(xiàn),許多肺結(jié)核患者會(huì)出現(xiàn)便秘、腹瀉等腸道反應(yīng),檢測(cè)其糞便樣本可觀察到嚴(yán)重的腸道微生物群失調(diào)[3-5],這種腸道菌群的改變與結(jié)核分枝桿菌(Mycobacteriumtuberculosis,MTB)的感染及抗結(jié)核治療均相關(guān)。Hu等[6]發(fā)現(xiàn)結(jié)核病患者的腸道微生物數(shù)量和多樣性明顯減少,且主要特征是短鏈脂肪酸(short-chain fatty acid,SCFA)產(chǎn)生菌及其相關(guān)代謝途徑的明顯減少;同時(shí),在另一項(xiàng)研究中觀測(cè)到MTB感染引起的腸道菌群α多樣性下降與類桿菌屬的豐度下降相關(guān)[7]。Luo等[3]在復(fù)發(fā)性肺結(jié)核患者中觀測(cè)到類桿菌門內(nèi)的微生物區(qū)系被耗盡,毛螺菌屬和普氏菌屬的微生物數(shù)量減少,而包含多種疾病致病菌的放線菌門和變形桿菌門的微生物數(shù)量則增加。Maji等[8]則發(fā)現(xiàn)結(jié)核病患者體內(nèi)產(chǎn)生丁酸鹽的腸道微生物區(qū)系增加。這些研究說明MTB感染會(huì)引起腸道菌群豐度及多樣性的改變。研究發(fā)現(xiàn),抗結(jié)核治療后,腸道微生物區(qū)系發(fā)生改變,雙歧桿菌、乳桿菌、彎曲桿菌、梭狀芽孢桿菌等水平明顯下降[4-5,7,9],其中包含腸道益生菌下降[10],但脆弱類桿菌、嗜血桿菌、普雷沃菌等增加[4,7]。這些研究表明,抗結(jié)核治療會(huì)極大地消耗多種具有免疫調(diào)節(jié)功能的腸道細(xì)菌,同時(shí)可能促進(jìn)無免疫調(diào)節(jié)功能的腸道細(xì)菌增長。Namasivayam等[5]在小鼠實(shí)驗(yàn)中觀察到,抗結(jié)核治療導(dǎo)致其腸道微生物區(qū)系的變化,在整個(gè)治療過程中持續(xù)存在,并在停止治療后至少持續(xù)3個(gè)月。Wipperman等[4]研究發(fā)現(xiàn),治愈的結(jié)核病患者(經(jīng)6個(gè)月的抗結(jié)核藥物治療),在停止抗結(jié)核治療一年多后,其腸道菌群與結(jié)核分枝桿菌潛伏感染隊(duì)列有明顯差別。這些研究表明,抗結(jié)核治療不僅在治療期間會(huì)對(duì)腸道菌群造成影響,在治療結(jié)束后仍存在長期影響。
腸道微生物群紊亂可能與肺結(jié)核的肺部病理損傷加重、易感性增加、疾病進(jìn)展等密切相關(guān)。Khan等[9]發(fā)現(xiàn),抗生素誘導(dǎo)的腸道微生物區(qū)系耗竭的小鼠在受到MTB感染后不僅表現(xiàn)為MTB菌落計(jì)數(shù)的增多,同時(shí)伴有更嚴(yán)重的肺組織病理損傷,在早期感染肝螺旋桿菌致使腸道微生物群改變的小鼠中也觀察到了類似的表現(xiàn)[10]。這些研究表明,腸道菌群的紊亂會(huì)增加肺結(jié)核的易感性,并且加重肺結(jié)核的進(jìn)展。微生物的失調(diào)表現(xiàn)出肺部細(xì)菌負(fù)荷的明顯增加及MTB向脾臟和肝臟的傳播。此外,Khan等[9]還觀察到抗生素誘導(dǎo)的腸道菌群紊亂的小鼠,肝臟和脾臟中MTB的細(xì)菌載量明顯增加。這項(xiàng)研究表明,腸道菌群的失調(diào)會(huì)導(dǎo)致MTB向脾臟和肝臟傳播,這可能是導(dǎo)致肺外感染的一個(gè)因素。此外,研究發(fā)現(xiàn)腸道微生物群改變的小鼠經(jīng)腸外結(jié)核疫苗注射后,表現(xiàn)出肺免疫應(yīng)答降低,對(duì)MTB攻擊的保護(hù)力也降低[11]。這說明腸道菌群的失調(diào)同樣也會(huì)影響結(jié)核疫苗的保護(hù)效力。綜上所述,腸道菌群對(duì)肺結(jié)核的易感性、進(jìn)展、傳播及結(jié)核疫苗效力均有重要影響。
腸道菌群與肺結(jié)核的交互作用,體現(xiàn)了中醫(yī)“肺與大腸相表里”的理論?!胺闻c大腸相表里”的理論最早可追溯到《黃帝內(nèi)經(jīng)·靈樞》,曰:肺合大腸,大腸者,傳導(dǎo)之腑,手陽明太陰為表里。其第一次提出了手太陰肺經(jīng)下絡(luò)大腸的觀點(diǎn),表明了肺與大腸相表里的絡(luò)屬關(guān)系。肺臟為里,腸腑為表,肺與大腸通過經(jīng)脈相連,氣血精津液在此交互運(yùn)行,肺與大腸生理病理上相互作用影響。在生理功能上,二者相互依存,相互制約,相互為用。在病理狀態(tài)下,二者相互影響,相互傳變,肺病及腸,腸病及肺。肺主行水,肺調(diào)節(jié)全身的水液代謝和輸布,同時(shí)也輸送于大腸,大腸得以濡潤,從而保持正常功能。肺主氣,肺具有主持調(diào)節(jié)全身之氣的功能,腸的傳導(dǎo)功能有賴于肺的宣發(fā)肅降。肺部感染MTB時(shí),肺臟功能受損,氣化失司,氣血津液無法輸布于腸腑,腸腑不得濡養(yǎng),傳導(dǎo)功能失司,從而引起腸道菌群的失調(diào)。大腸主津,大腸可重吸收小腸下注的飲食物殘?jiān)褪S嗨?,再轉(zhuǎn)輸于肺,使肺通調(diào)水道的功能正常發(fā)揮。大腸為“傳導(dǎo)之官”,大腸的傳導(dǎo)功能也會(huì)影響氣的升降,同時(shí)影響肺臟的功能。當(dāng)腸道菌群失調(diào),大腸傳導(dǎo)功能受損,影響氣機(jī)的升降,津液轉(zhuǎn)輸功能受損,肺臟功能受到影響,肺部免疫力降低,從而影響肺結(jié)核的易感性、進(jìn)展、傳播及結(jié)核疫苗的效力。
近年來,腸道微生物區(qū)系在肺部疾病中的作用也得到了越來越多的認(rèn)識(shí)。研究者們發(fā)現(xiàn)腸道和肺之間存在重要的“串?dāng)_機(jī)制”,他們將之稱為“腸肺軸”[12-13]。腸道與肺部通過“腸肺軸”相互聯(lián)系,雙向調(diào)控。一方面,呼吸系統(tǒng)疾病會(huì)影響腸道菌群的數(shù)量和多樣性;另一方面,腸道菌群的改變也會(huì)影響肺部疾病的發(fā)生和發(fā)展。當(dāng)肺部受到MTB侵襲時(shí),腸道細(xì)菌可通過調(diào)節(jié)固有免疫及適應(yīng)性免疫影響肺部免疫,并且通過分泌有抗結(jié)核作用的代謝產(chǎn)物來限制MTB在肺內(nèi)發(fā)生、進(jìn)展和傳播。
腸道菌群及其代謝產(chǎn)物通過調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞的功能,調(diào)控宿主固有免疫,從而影響肺結(jié)核的病理生理發(fā)展。巨噬細(xì)胞在宿主免疫中發(fā)揮著重要作用,MTB感染肺部時(shí),一部分MTB會(huì)被肺巨噬細(xì)胞吞噬。當(dāng)腸道菌群發(fā)生紊亂時(shí),會(huì)抑制肺巨噬細(xì)胞的備用呼吸能力、基礎(chǔ)呼吸和能量產(chǎn)生,使得肺巨噬細(xì)胞代謝障礙及殺菌活性受損,增加其對(duì)MTB的耐受性,從而增加機(jī)體對(duì)MTB的易感性[14-15]。此外,中性粒細(xì)胞是MTB和肉芽腫形成的早期免疫反應(yīng)的重要組成部分,其具有殺滅MTB的作用[16]。Martineau等[17]研究發(fā)現(xiàn),結(jié)核病患者密切接觸者患結(jié)核病的風(fēng)險(xiǎn)與外周血液中循環(huán)中性粒細(xì)胞的數(shù)量呈反比。Sugawara等[16]發(fā)現(xiàn),通過脂多糖刺激增加大鼠肺部中性粒細(xì)胞數(shù)量可以減少感染MTB后肺部菌落形成單位。在健康狀態(tài)下,來自腸道細(xì)菌的肽聚糖會(huì)增強(qiáng)源于骨髓的先天免疫細(xì)胞(如中性粒細(xì)胞)的功能,以幫助抵御系統(tǒng)性細(xì)菌感染[18]。
腸道微生物及其代謝物可以通過調(diào)節(jié)黏膜相關(guān)恒定T細(xì)胞(mucosal-associated invariant T cell,MAIT)、Th細(xì)胞及調(diào)節(jié)性T細(xì)胞,在結(jié)核病患者的適應(yīng)性免疫中發(fā)揮作用,影響MTB在肺內(nèi)的進(jìn)展和傳播。MAIT細(xì)胞是非典型的限制性T淋巴細(xì)胞,能夠識(shí)別微生物代謝產(chǎn)物或細(xì)胞因子并迅速做出反應(yīng),具有殺死細(xì)菌感染細(xì)胞的能力[19]。當(dāng)MTB侵入肺部時(shí),MAIT細(xì)胞能夠迅速識(shí)別反應(yīng),與其他固有免疫細(xì)胞共同實(shí)現(xiàn)先天免疫微環(huán)境對(duì)結(jié)核病的早期應(yīng)激反應(yīng)[20]。MAIT細(xì)胞的發(fā)育高度依賴于宿主腸道微生物區(qū)系[21]。研究發(fā)現(xiàn),抗生素誘導(dǎo)的腸道菌群失調(diào)的小鼠,出現(xiàn)了MAIT細(xì)胞的減少[22]。這說明腸道微生物可能通過維持MAIT細(xì)胞的功能,對(duì)MTB肺部定植的早期保護(hù)做出了貢獻(xiàn)。Th1細(xì)胞在抗MTB感染的宿主免疫中發(fā)揮重要作用,Th1細(xì)胞可通過產(chǎn)生γ-干擾素(interferon-γ,IFN-γ)激活肺泡巨噬細(xì)胞,限制MTB的傳播[23]。MTB感染肺部時(shí),通過與樹突狀細(xì)胞(dendritic cell,DC)Toll樣受體結(jié)合可誘導(dǎo)DC細(xì)胞成熟,致抗原所需的細(xì)胞表面主要組織相容性復(fù)合體(MHC)和共刺激分子表達(dá)上調(diào),同時(shí)趨化因子受體(如CCR7)上調(diào),將DC細(xì)胞引導(dǎo)到區(qū)域淋巴結(jié),并在此與T細(xì)胞相互作用,產(chǎn)生大量白細(xì)胞介素12(IL-12)和IL-4等細(xì)胞因子。這些細(xì)胞因子在調(diào)節(jié)潛在的保護(hù)性Th1細(xì)胞適應(yīng)性免疫反應(yīng)中起著核心作用[24]。腸道菌群的失調(diào),會(huì)降低肺微粒體的表達(dá),使得DC細(xì)胞功能和表達(dá)受損,激活Th細(xì)胞能力降低,效應(yīng)T細(xì)胞和記憶T細(xì)胞數(shù)量減少,進(jìn)一步抑制Th1細(xì)胞,降低IFN-γ和腫瘤壞死因子α(tumour necrosis factor-α,TNF-α)在肺內(nèi)的表達(dá),從而增加對(duì)MTB的易感性[9,25]。調(diào)節(jié)性T細(xì)胞是一組高表達(dá)IL-2受體α鏈的CD4+T細(xì)胞亞群[26],其介導(dǎo)的抑制是免疫介導(dǎo)炎癥負(fù)調(diào)控的重要機(jī)制,在自身免疫性和急、慢性感染中表現(xiàn)突出[27]。維持有效的抗結(jié)核Th1細(xì)胞反應(yīng)依賴于額外的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的反調(diào)節(jié)[26]。研究發(fā)現(xiàn),與健康對(duì)照組相比,活動(dòng)性肺結(jié)核患者的外周血和病變部位的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞都增加了,并且可以抑制Th1細(xì)胞對(duì)MTB的應(yīng)答產(chǎn)生IFN-γ[28]。研究表明,腸道微生物失調(diào)的小鼠,體內(nèi)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞數(shù)量增加,釋放IFN-γ和TNF-α的Th1細(xì)胞減少[9]。并且,通過糞便移植恢復(fù)腸道微生態(tài)后,會(huì)表現(xiàn)出Th1細(xì)胞免疫力的提高和較少的調(diào)節(jié)性T細(xì)胞種群。此外,腸道微生物區(qū)系會(huì)分泌不同的SCFA,如丙酸、丁酸、乳酸等[6]。研究發(fā)現(xiàn),SCFA 可通過抑制組蛋白去乙?;复龠M(jìn)調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的擴(kuò)張[29-30]。 Foxp3是指定調(diào)節(jié)性T細(xì)胞譜系的轉(zhuǎn)錄因子。腸道微生物中的脆弱桿菌的免疫調(diào)節(jié)分子多糖A被發(fā)現(xiàn)可以維持結(jié)腸中調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的發(fā)育,產(chǎn)生抗炎細(xì)胞因子[31],從而抑制肺結(jié)核的炎癥反應(yīng)。
腸道中的產(chǎn)孢子菌和梭狀芽孢桿菌能夠分泌一種叫吲哚-3-丙酸(indole propionic acid,IPA)的代謝物,這種代謝物被證實(shí)具有抗結(jié)核作用。研究發(fā)現(xiàn),感染MTB的小鼠在接受IPA治療后,脾臟中MTB的載菌量下降了7倍[32]。IPA的抗結(jié)核機(jī)制可能與色氨酸(tryptophan,Trp)的合成相關(guān)。IPA是Trp的脫氨基產(chǎn)物,其結(jié)構(gòu)類似于芳香族氨基酸。MTB中Trp的合成是通過反饋抑制來調(diào)節(jié)的:Trp作為鄰氨基苯甲酸合成酶(TrpE)的變構(gòu)抑制劑,催化Trp生物合成途徑中的第一步[33-34]。研究發(fā)現(xiàn),IPA可以通過模仿Trp作為TrpE的變構(gòu)抑制劑,抑制MTB中Trp的生物合成,從而限制MTB在宿主內(nèi)的生長[35]。綜上所述,腸道菌群可以通過分泌具有抗結(jié)核作用代謝物來抑制MTB在機(jī)體中的作用。
關(guān)于肺結(jié)核如何影響腸道菌群的具體機(jī)制目前仍不明確,至少應(yīng)包括菌群及其代謝物的血液循環(huán)機(jī)制。有研究通過脂多糖灌注小鼠肺部,造成肺部微生態(tài)的破壞,發(fā)現(xiàn)小鼠血液中的細(xì)菌總數(shù)增多,并且盲腸細(xì)菌總數(shù)在24 h內(nèi)明顯升高[36]。研究發(fā)現(xiàn),流感病毒進(jìn)入呼吸道后,CCL25/CCR9生物軸會(huì)介導(dǎo)肺源性CCR9+CD4+T細(xì)胞向腸道募集,進(jìn)而改變腸道微生物區(qū)系組成[37]。這些研究提示,肺部細(xì)菌可通過血液循環(huán)及免疫反應(yīng)的途徑,改變腸道微生態(tài),造成腸道菌群的改變,也為MTB感染影響腸道菌群的機(jī)制研究提供了方向??菇Y(jié)核治療同樣也會(huì)引起腸道菌群的改變,可能與抗結(jié)核化療藥物具有超強(qiáng)的殺菌作用相關(guān)。抗結(jié)核化療藥物經(jīng)口服后,在胃腸道中消化代謝,從而對(duì)腸道菌群產(chǎn)生影響。
從經(jīng)絡(luò)的表里絡(luò)屬角度,古代醫(yī)家認(rèn)為肺與大腸是通過經(jīng)絡(luò)相聯(lián)系的,但研究者在多年的“經(jīng)絡(luò)實(shí)質(zhì)”研究中,并未探尋到公認(rèn)的實(shí)體結(jié)構(gòu)。目前,對(duì)于肺腸相連的實(shí)體結(jié)構(gòu)主要集中在筋膜支架、血管、淋巴管方面[38-43]。細(xì)菌代謝物通常會(huì)進(jìn)入連接腸肺軸的淋巴系統(tǒng)[44-45]。此外,肺部的菌群破壞可通過血液系統(tǒng)影響腸道的菌群[36]。這提示,腸道菌群與肺結(jié)核的交互作用機(jī)制或與血液系統(tǒng)和淋巴系統(tǒng)相關(guān)。這從微觀角度體現(xiàn)了“肺與大腸相表里”的經(jīng)絡(luò)理論。從氣機(jī)升降的角度,中醫(yī)認(rèn)為,氣的升降運(yùn)動(dòng)是人體生理功能正常的基礎(chǔ),肺與大腸在氣機(jī)的升降中共同發(fā)揮著重要作用。中醫(yī)的“氣”,指人體內(nèi)一種細(xì)小難見,運(yùn)動(dòng)迅速,具有很強(qiáng)活力的精微物質(zhì),目前沒有公認(rèn)的現(xiàn)代物質(zhì)。但細(xì)菌同樣具備微小、運(yùn)動(dòng)迅速、超強(qiáng)活力的特點(diǎn),與“氣”的特性相似。此外,腸道菌群與“氣”在功能上也具有高度相似性。腸道菌群影響著宿主胃腸道的運(yùn)動(dòng),對(duì)動(dòng)物機(jī)體的基礎(chǔ)行為或也存在重要作用。研究發(fā)現(xiàn),腸道菌群能控制果蠅的運(yùn)動(dòng),無菌果蠅相較于正常果蠅會(huì)走得更快、更遠(yuǎn),且休息的時(shí)間也更短,但接觸短乳桿菌后運(yùn)動(dòng)恢復(fù)正常[46]。但目前尚未有對(duì)肺部細(xì)菌在局部或全身運(yùn)動(dòng)作用的研究,肺部菌群與腸道菌群的運(yùn)動(dòng)關(guān)系也亟待研究。綜上所述,腸道菌群與肺結(jié)核的關(guān)系在經(jīng)絡(luò)理論中的體現(xiàn)或與血液系統(tǒng)和淋巴系統(tǒng)有關(guān),在氣機(jī)升降理論中的體現(xiàn)或與菌群的運(yùn)動(dòng)相關(guān)。
根據(jù)“肺與大腸相表里”的理論,古代醫(yī)家提出“肺病治腸、腸病治肺、肺腸同治”等極具中醫(yī)特色的治療方法,在臨床上取得了較好的療效。這些方法同樣也可以指導(dǎo)肺結(jié)核的治療。腸道菌群與肺結(jié)核的感染、進(jìn)展、傳播及結(jié)核疫苗的效力息息相關(guān),腸道菌群或可成為今后肺結(jié)核治療的新靶點(diǎn)。目前可通過以下幾種方法調(diào)節(jié)腸道菌群:(1)增加乳酸菌等腸道益生菌。研究表明,乳酸菌治療對(duì)肺微粒體的刺激有增強(qiáng)作用,補(bǔ)充乳酸菌可以恢復(fù)肺DC細(xì)胞的表達(dá)及抗MTB的免疫應(yīng)答[25]。(2)糞菌移植。來自正常小鼠的糞菌移植可扭轉(zhuǎn)由抗生素誘導(dǎo)的腸道菌群紊亂,降低MTB載菌量,減少肺部肉芽腫,限制MTB的肺外傳播[9]。糞菌移植有望成為未來肺結(jié)核治療的有效手段。(3)合理使用抗結(jié)核藥物??菇Y(jié)核藥物的使用會(huì)使腸道菌群紊亂,降低肺部對(duì)MTB的免疫力,且不同的抗結(jié)核藥物對(duì)MTB及腸道菌群的影響不同[47],因此,合理選擇和使用抗結(jié)核化療藥物尤為重要。(4)改善飲食結(jié)構(gòu)。膳食纖維的攝入有助于腸道微生物增加SCFA的分泌[29],從而提高肺結(jié)核患者對(duì)MTB的免疫力。研究發(fā)現(xiàn),喂食高纖維食物的小鼠既提高了SCFA水平,又防止了肺部過敏性炎癥,這歸因于丙酸對(duì)先天免疫細(xì)胞造血的影響[29]。
腸道菌群與肺結(jié)核的交互關(guān)系,提示腸道菌群的調(diào)節(jié)或可成為未來治療肺結(jié)核的新方向。這一方法在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中得到了有效的驗(yàn)證,但是目前尚未有與之相關(guān)的臨床研究。筆者探討了腸道菌群與肺結(jié)核的交互作用的生物學(xué)機(jī)制,其中肺結(jié)核影響腸道菌群的具體機(jī)制尚不明確。呼吸道和胃腸道之間存在共生細(xì)菌,這些細(xì)菌之間的影響和作用或可成為今后研究的突破點(diǎn)。腸道菌群對(duì)肺結(jié)核的影響目前主要集中在宿主免疫及腸道菌群代謝物抗結(jié)核作用研究,但研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群可通過黏膜免疫對(duì)哮喘、膿毒癥等其他肺部疾病產(chǎn)生效用[48-50],腸道菌群能否在黏膜免疫方面對(duì)肺結(jié)核產(chǎn)生作用呢?這些問題在今后有待深入探究。此外,筆者探討了中醫(yī)理論與肺腸相關(guān)的生物學(xué)機(jī)制的內(nèi)在聯(lián)系,但這不是對(duì)“肺與大腸相表里”理論的具化,這一理論的價(jià)值更多體現(xiàn)在宏觀概念的指導(dǎo),深入了解這一理論有助于進(jìn)一步完善腸道菌群與肺結(jié)核之間的生物學(xué)機(jī)制研究,并為之提供更多的方向和啟迪。目前,卡介苗是唯一通過審批的治療肺結(jié)核的疫苗,但其對(duì)肺結(jié)核的保護(hù)效力不一,部分人群顯示無療效,部分人群顯示為80%的保護(hù)效力[51],更為有效和安全的疫苗已在研究之中[52]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)腸道菌群的紊亂會(huì)影響疫苗的保護(hù)效力,通過糞菌移植后疫苗的保護(hù)作用得到恢復(fù)[11],但具體機(jī)制尚不明確。針對(duì)腸道菌群對(duì)疫苗保護(hù)效力影響的相關(guān)機(jī)制的探索,或?qū)π滦鸵呙绲难邪l(fā)有重大意義。