張偉 代夢 曾令聰 周玲 黃毅

益生菌是一種具有活性的,能夠在宿主體內(nèi)產(chǎn)生一種或多種對(duì)人類健康有益的微生物,其可分為乳桿菌類、雙歧桿菌類、革蘭陽性球菌類三大類[1],益生菌在平衡機(jī)體免疫,維持腸道菌群、促進(jìn)消化道營養(yǎng)物質(zhì)吸收及代謝方面有重要作用[2]。支氣管哮喘(哮喘)是臨床常見的一種慢性呼吸道疾病,主要以可逆性氣流受限、氣道高反應(yīng)性、慢性氣道炎癥為主要特征,臨床表現(xiàn)常為反復(fù)發(fā)作的喘息、氣急,伴或不伴胸悶或咳嗽等癥狀。據(jù)流行病學(xué)調(diào)查結(jié)果顯示[3],目前全世界有超過3億人患有支氣管哮喘,至2025年,預(yù)計(jì)哮喘患病人數(shù)將增加到4億人。盡管目前支氣管哮喘的治療取得了重大的進(jìn)步,但治療仍然主要依賴糖皮質(zhì)激素,長期糖皮質(zhì)激素治療給患者帶來一些常見并發(fā)癥。近年來研究發(fā)現(xiàn)微生物群失調(diào)會(huì)加劇肺部炎癥和哮喘相關(guān)癥狀,益生菌輔助治療哮喘有著積極作用[4]。本文主要從腸道菌群角度闡述益生菌在哮喘防治中的作用及相關(guān)機(jī)制,以期為進(jìn)一步利用益生菌預(yù)防及治療哮喘提供證據(jù)。

一、微生物群與哮喘概述

目前,支氣管哮喘的發(fā)病機(jī)制并未完全研究清楚,主要涉及氣道炎癥機(jī)制、免疫調(diào)節(jié)機(jī)制、遺傳、環(huán)境因素以及神經(jīng)調(diào)節(jié)機(jī)制等方面[5]。早在1989年,就有學(xué)者提出經(jīng)典的 “衛(wèi)生假說”,認(rèn)為微生物的改變會(huì)減弱機(jī)體免疫功能,使機(jī)體傾向于過敏狀態(tài),導(dǎo)致哮喘發(fā)病[6]。隨著宏基因組學(xué)及代謝組學(xué)分析的發(fā)展,揭露了肺和腸道微生物群在哮喘發(fā)生發(fā)展中的調(diào)控作用。腸道微生物的改變會(huì)對(duì)肺部的免疫功能產(chǎn)生影響,而肺部微生物同時(shí)也會(huì)影響腸道中的微生物群體,它們之間的相互作用稱為“腸-肺軸”理論[7]。

1 哮喘肺部微生物群

既往觀點(diǎn)普遍認(rèn)為肺部是無細(xì)菌的,但是近來的研究顯示,健康的肺含有大量細(xì)菌,而健康成人的呼吸道微生物群主要由口腔(而非鼻腔)微生物傳播[8]。研究表明健康人呼吸道內(nèi)主要定植著厚壁菌門、擬桿菌門、變形菌門、放線菌門和梭桿菌門5大菌門[9]。Li等[10]通過對(duì)哮喘病人的誘導(dǎo)痰測序發(fā)現(xiàn),嗜酸性粒細(xì)胞型哮喘患者腸桿菌科和放線菌科更豐富。越來越多的國內(nèi)外研究提出肺部微生物組的改變與哮喘的表型、內(nèi)型、反復(fù)急性發(fā)作及控制不佳有關(guān)[11]。

2 哮喘腸道微生物群

腸道微生物(腸道菌群)是指動(dòng)物腸道內(nèi)數(shù)千種微生物群,按照一定比例組合、相互制約、相互依存,形成的龐大而復(fù)雜的微生態(tài)系統(tǒng)。腸道不僅是人體消化吸收的重要場所,同時(shí)也是最大的免疫器官,在維持正常免疫防御功能中發(fā)揮著極其重要的作用。腸道菌群主要由5種菌屬構(gòu)成,其中有擬桿菌屬、厚壁菌屬、變形桿菌屬、放線桿菌屬、軟壁菌屬等。其中,最常見、最穩(wěn)定的是擬桿菌和雙歧桿菌[12]。哮喘的發(fā)生、發(fā)展與腸道菌群的改變主要涉及兩個(gè)方面,其一是腸道菌群豐富度的改變影響肺部微生物群,可能是哮喘患病風(fēng)險(xiǎn)增加的關(guān)鍵因素。Stokholm等對(duì)690名1歲齡兒童糞便樣品中常見的20種微生物進(jìn)行微生物豐度檢測,結(jié)果發(fā)現(xiàn)哮喘患病風(fēng)險(xiǎn)增加與腸道菌群的豐度升高有關(guān)[13]。Demirci等[14]在92例哮喘兒童和88名健康兒童的糞便樣本中分離出細(xì)菌DNA,發(fā)現(xiàn)與健康對(duì)照組相比,哮喘組的嗜黏蛋白阿克曼菌和普氏棲糞桿菌的豐度均減少,并指出二者可能通過誘導(dǎo)抗炎細(xì)胞因子IL-10產(chǎn)生以及抑制IL-12等促炎細(xì)胞因子的分泌,從而抑制哮喘的炎癥反應(yīng)。其二是腸道菌群代謝物可能會(huì)影響體內(nèi)的遠(yuǎn)端免疫應(yīng)答,從而改變機(jī)體免疫、炎癥,導(dǎo)致哮喘發(fā)生發(fā)展[15]。Roduit等[16]對(duì)出生在農(nóng)場12個(gè)月嬰兒的糞便進(jìn)行代謝組學(xué)分析,與對(duì)照組相比發(fā)現(xiàn)代謝物丁酸鹽有助于減少哮喘發(fā)生率,對(duì)哮喘具有保護(hù)作用。Wypych等[17]使用限制性抗體庫的小鼠模型,確定了抗體-微生物相互作用具有增強(qiáng)腸道菌群L-酪氨酸代謝能力,并得出甲酚硫酸鹽可選擇性地減少CCL20減輕支氣管氣道炎癥。總之,腸道菌群及其代謝產(chǎn)物在哮喘的發(fā)病機(jī)制中起到重要的作用。

二、實(shí)驗(yàn)研究

益生菌是一種主要通過腸道吸收的微生物,包括對(duì)人體有益的微生物或死亡微生物,特別是活性微生物[18]。因?yàn)樗梢詭椭⒏脑炷c道的微生物群,所以被廣泛地應(yīng)用于各種消化系統(tǒng)疾病、炎癥、神經(jīng)系統(tǒng)和腫瘤等疾病。在哮喘中,實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)輔助益生菌治療,可以有效地防止和改善過敏性疾病,其中研究較多的是乳桿菌屬、雙歧桿菌屬及其對(duì)腸道菌群代謝物的調(diào)節(jié)作用。

1 乳桿菌屬

乳桿菌屬是一種應(yīng)用最早、制劑種類最多、效果最好的益生菌。其種類包括鼠李糖乳桿菌、植物乳桿菌、乳酸桿菌、瑞士乳桿菌等[19]。其中在支氣管哮喘中研究最多的為鼠李糖乳桿菌。鼠李糖乳桿菌最初從健康人的腸道中分離并命名,是一種不用乳糖發(fā)酵的革蘭氏陽性菌,可利用葡萄糖、麥芽糖、阿拉伯糖等單糖。該菌具有調(diào)節(jié)腸道菌群[20]、調(diào)節(jié)腸道免疫[21]、抗氧化[22]等功能。Spacova等[23]研究發(fā)現(xiàn)鼠李糖乳桿菌GR-1降低了哮喘小鼠模型中氣道高反應(yīng)性,推測可能與降低肺泡灌洗液中嗜酸性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)及IL-1β水平有關(guān)。同時(shí),一項(xiàng)鼠李糖乳桿菌聯(lián)合糖皮質(zhì)激素治療哮喘動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)[24],發(fā)現(xiàn)較低劑量的糖皮質(zhì)激素不僅可以抑制氣道高反應(yīng)性、還可以減少血清IgE和IgG1水平,抑制IL-4、IL-5、IL-6、IL-8、IL-13和IL-17產(chǎn)生。此外,Ghiamati等[25]也發(fā)現(xiàn)鼠李糖乳桿菌聯(lián)合姜黃粉能夠明顯降低哮喘小鼠肺泡灌洗液中嗜酸性粒細(xì)胞、IL-5、CCL17、IL-13,表明能抑制Th2細(xì)胞反應(yīng)。Makino等[26]研究發(fā)現(xiàn)瑞士乳桿菌LH2171抑制了小鼠脾臟IL-4和 IL-13產(chǎn)生,增加了IFN-γ和IL-10,同時(shí)也減輕了小鼠過敏癥狀。在一項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中[27],證明了植物乳桿菌-CQPC11降低了哮喘小鼠肺泡灌洗液中炎性細(xì)胞因子(TNF-α、IL-4、IL-13、IL-5 和 IL-6)的水平。更多的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)乳桿菌屬改善哮喘癥狀的機(jī)制可能與維持Th1/Th2平衡及抑制嗜酸性粒細(xì)胞產(chǎn)生有關(guān)。有趣的是,鼠李糖桿菌不僅與上述機(jī)制有關(guān),還可以擴(kuò)增小鼠腸系膜CD103+樹突狀細(xì)胞,從而減輕過敏性氣道炎癥,其作用機(jī)理可能與調(diào)節(jié)MLNCD103+樹突狀細(xì)胞參與生成維甲酸促進(jìn)Treg肺轉(zhuǎn)移相關(guān)[28]。

2 雙歧桿菌屬

雙歧桿菌是一種革蘭氏陽性菌,具有無運(yùn)動(dòng)、無孔、溶糖性等特性,是一種厭氧、多態(tài)性的細(xì)菌,對(duì)免疫系統(tǒng)的成熟起著關(guān)鍵作用[29-30]。一項(xiàng)隊(duì)列研究表明,嬰兒在2個(gè)月時(shí)食用富含乳酸雙歧桿菌的配方奶粉,能降低哮喘發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[31]。此外,用含人乳寡糖基因母乳喂養(yǎng)嬰兒,能夠使腸道菌群乳酸雙歧桿菌增多,導(dǎo)致腸道黏膜中Th2細(xì)胞和Th17細(xì)胞因子被沉默,降低哮喘發(fā)生率[32]。證明乳酸雙歧桿菌在生命早期對(duì)免疫的調(diào)節(jié)具有積極作用。Raftis等[33]研究發(fā)現(xiàn),通過給嚴(yán)重哮喘的屋塵螨小鼠管飼喂養(yǎng)雙歧桿菌MRx0004治療后,在肺支氣管肺泡灌洗液中觀察到中性粒細(xì)胞和嗜酸性粒細(xì)胞浸潤明顯減少。另外在一項(xiàng)糞菌移植實(shí)驗(yàn)研究[34]中發(fā)現(xiàn),嬰兒腸道雙歧桿菌可以通過促進(jìn)Th1免疫反應(yīng)和抑制Th2免疫反應(yīng),減少哮喘小鼠肺泡灌洗液炎癥細(xì)胞浸潤。Kim等[35]研究以觀察雙歧桿菌IM55和IM76對(duì)小鼠變應(yīng)性鼻炎的作用,發(fā)現(xiàn)益生菌制劑能明顯改善大鼠的臨床癥狀,減少血漿IgE含量,能明顯抑制大鼠肺、結(jié)腸組織IL-5的表達(dá),還能促進(jìn)Th細(xì)胞向Treg細(xì)胞的分化。大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)均表明乳酸雙歧桿菌作用機(jī)制主要在于糾正Th1/Th2平衡及促進(jìn)Treg活化,減輕氣道炎癥反應(yīng)。

3 調(diào)節(jié)腸道菌群代謝物

近年來隨著代謝組學(xué)的興起,以短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFA)為代表的代謝產(chǎn)物成為益生菌制劑作用機(jī)制的研究熱點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)嬰幼兒糞便中丁酸鹽和丙酸鹽含量較高時(shí),發(fā)生過敏狀態(tài)及未來發(fā)生哮喘的概率降低[36]。Liu等[37]進(jìn)行了一項(xiàng)隨機(jī)、雙盲和安慰劑對(duì)照人體試驗(yàn),研究發(fā)現(xiàn)給予益生菌聯(lián)合吸入布地奈德-福莫特羅組與單用布地奈德-福莫特羅吸入組相比,輔助益生菌治療組顯著降低FeNO水平,且哮喘癥狀得到進(jìn)一步控制,同時(shí)有益菌雙歧桿菌、長雙歧桿菌和普氏菌增加,并且腸道微生物活性代謝物(亞油酰乙醇酰胺、腎上腺素酸、赤蘚酸)和血清代謝物(色氨酸、鞘磷脂)水平升高,表明哮喘癥狀的改善與腸道有益菌群增加和代謝物改變有關(guān)。國內(nèi)研究[38]發(fā)現(xiàn),普氏糞桿菌可以通過豐富絨毛梭菌體,促進(jìn)正常的糖、脂代謝,從而促進(jìn)SCFA的生成,達(dá)到抑制哮喘的目的。機(jī)制主要為菌群代謝物與G蛋白偶聯(lián)受體(GPR43、GPR41、GPR109A)結(jié)合,影響了Treg生物學(xué)功能、腸道穩(wěn)態(tài)和IgA抗體反應(yīng),同時(shí)還通過抑制組蛋白脫乙酰酶的表達(dá)和功能影響基因轉(zhuǎn)錄[39]。

三、益生菌的安全性及注意事項(xiàng)

近年來,健康功能微生物和腸道菌群成為研究熱點(diǎn),益生菌在治療各種疾病問題上已展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。益生菌使用的安全性引起了人們的高度重視。因?yàn)橐嫔腔罹?在疾病治療中應(yīng)用益生菌會(huì)不會(huì)引起潛在的感染,益生菌是否會(huì)產(chǎn)生抗藥性,這些都是大家所關(guān)心的問題。同時(shí),益生菌輔助治療應(yīng)注意以下情況[40]:①益生菌功效的發(fā)揮具有菌株和個(gè)體特異性,因此,在選擇服用益生菌時(shí),既需要在菌株水平上進(jìn)行相關(guān)益生功能的確認(rèn),又要依據(jù)自身特點(diǎn)進(jìn)行益生菌個(gè)性化的應(yīng)用。②對(duì)于某些特殊人群(免疫力低下或免疫缺陷患者)應(yīng)謹(jǐn)慎使用。有個(gè)案報(bào)道[41],患兒在合并血液系統(tǒng)疾病、免疫缺陷疾病時(shí),使用益生菌后出現(xiàn)了敗血癥、肝膿腫等并發(fā)癥。③服用益生菌時(shí),不要與抗生素一起服用,建議最好時(shí)間間隔保持在2個(gè)小時(shí)以上。④不要用熱水沖服益生菌,建議水溫不宜超過40℃,與人體正常體溫相近最佳,避免益生菌受熱失活引起活性降低或喪失。⑤服用益生菌期間,多服用蔬菜水果,蔬果中含有豐富的膳食纖維和益生元更能促進(jìn)益生菌在腸道中定植?，F(xiàn)有的研究顯示,益生菌輔助治療哮喘主要適用于嬰幼兒及兒童哮喘患者,具有一定療效且未出現(xiàn)副作用。對(duì)成人哮喘患者輔助益生菌治療是否有效仍需進(jìn)一步探究。另外,益生菌輔助治療哮喘關(guān)于劑量、使用時(shí)間、菌種選擇、療程、有效性及安全性方面仍存在爭議,因此,需要進(jìn)一步的多中心、大樣本的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn),為哮喘的防治提供新的方法和策略。

四、總結(jié)與展望

越來越多的實(shí)驗(yàn)研究已經(jīng)證實(shí)[42]腸道微生態(tài)和過敏性疾病息息相關(guān),同時(shí)證明了益生菌對(duì)免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用。益生菌輔助治療哮喘不僅能夠預(yù)防哮喘發(fā)生率和減輕哮喘癥狀,同時(shí)也減少了傳統(tǒng)藥物的使用。然而,有關(guān)哮喘微生物組與宿主細(xì)胞、分子機(jī)理之間的關(guān)系卻鮮有報(bào)道。關(guān)于益生菌治療哮喘沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),還需要進(jìn)一步的基礎(chǔ)試驗(yàn)證實(shí)益生菌和腸道微生物對(duì)人體免疫系統(tǒng)的作用機(jī)制,以及更多的臨床試驗(yàn)規(guī)范和指導(dǎo)哮喘的治療,從而為哮喘個(gè)體化診療提供新的思路。