炎症性肠病与肠道菌群
2018年05月23日 【健康号】 王俊珊     阅读 10889

  炎症性肠病(inflammatoryboweldisease,IBD)包括溃疡性结肠炎(ulcerativecolitis,UC)和克罗恩病(Crohn´sdisease,CD),是一种慢性复发性非特异性肠道炎性疾病,由环境、遗传、感染和免疫因素共同参与,目前认为是肠道微生物刺激引发遗传易感个体对肠道共生菌的异常免疫应答所造成的肠道损伤。


  伴随分子生物学和宏基因组学技术的发展,越来越多研究表明炎症性肠病患者肠道菌群发生了明显变化,且肠道菌群在IBD的发病机制中起重要作用。抗菌药物和益生菌可以通过减少有害菌和重建有益菌群,对IBD的诱导和维持缓解发挥一定作用。


  一、正常人肠道菌群及检测方法

  肠道是体内正常细菌定植的主要场所,人体的肠道菌群具有数量大、多样化、复杂性和动态性的特点。主要菌群在(107~108)/g以上,主要为原籍菌或常驻菌,包括拟杆菌属、优杆菌属、双歧杆菌属等,对宿主发挥生理功能。次要菌群数量在(107~108)/g以下,主要为外籍菌或过路菌,包括肠球菌、大肠杆菌和链球菌等,可能有潜在致病性。乳杆菌虽为次要菌群,但对宿主发挥正常生理功能有一定作用。


  过去,传统微生物鉴定方法包括培养法和形态学法,不仅耗时长、特异性差、灵敏度低,而且可培养细菌仅占l%~10%。之后,分子生物学技术16SrDNA和rRNA的方法得以开展,它是利用细菌可变区序列的差异对不同菌属和菌种的细菌进行分类鉴定,可以高分辨地从遗传水平研究微生物的多样性。新近,宏基因组学技术将肠道菌群的研究带入了新时代,提取人类肠道全部微生物DNA,种类高达1000余种,78%为新发现种类,为解析人类健康、疾病与肠道菌群的关系提供了必不可少的条件。


  二、IBD患者肠道菌群的变化

  IBD是发生在肠道的疾病,菌群的变化在所难免。早期研究提示UC和CD多发生于存在高浓度肠道细菌的结肠和末段回肠,肠道菌群与IBD的关系也越来越受到关注。分子生物学技术帮助我们深入认识肠道菌群,多项肠道菌群或粪便菌群研究发现,IBD患者的肠道菌群构成及代谢较正常人群发生了明显变化:乳杆菌、双歧杆菌减少,放线菌、变形菌、拟杆菌等增加,菌群多样性减少,稳定性降低,尤以CD患者表现更明显;但个体间菌群差异较大,未发现特异性致病菌。IBD患者和健康人群相比,有益菌和有害菌的平衡受到破坏,某些特定菌群通过释放炎性因子和直接作用于肠上皮细胞及免疫细胞而调节黏膜免疫。UC患者回肠储袋肛管吻合术(ilealpouch-analanastomosis,IPAA)后储袋炎的发生率可高达23%~40%,而家族性息肉病患者行IPAA后并不出现储袋炎,究其原因考虑与IBD患者与家族性息肉病患者肠道菌群不同有关,包括变形菌增加,拟杆菌和厚壁菌门减少等。尽管人们没有在IBD患者肠道菌群中找到特定致病菌,但发现厚壁菌门中的柔嫩梭菌在IBD患者中较正常人群明显减少,其可通过产丁酸阻止促炎因子的信号表达传递,起到抗炎作用,这一现象越来越受到学者们关注。


  Willing等对40对双胞胎IBD患者研究发现,回肠型CD患者柔嫩梭菌和罗斯菌减少,肠杆菌和瘤胃球菌增加。Joossens等对68例CD患者、84例患者的健康亲属及55例配对对照者进行过一项很有意思的研究,一方面发现CD患者双歧杆菌、柔嫩梭菌、小类杆菌和一种特殊梭状芽孢菌减少,活泼瘤胃球菌增多,表明CD患者与其亲属虽然具有同样的生活环境和遗传基因,但肠道菌群构成并不相同;另一方面,Joossens等亦发现CD患者的健康亲属与正常对照者的肠道菌群构成也不同,表现为产气柯林斯菌和志贺毒素大肠杆菌减少,瘤胃球菌增多。上述研究表明,IBD患者的粪便或肠道黏膜菌群数量和构成发生变化,多样性减少,稳定性减低,有益菌和有害菌的平衡被打破。


  三、肠道菌群与IBD发病

  1、无菌无炎症:目前认为肠道菌群参与IBD发病。首先,肠道菌群的存在是IBD发病的必需因素,即所谓“无菌无炎症”。Madsen等探讨了先天性IL-10缺陷小鼠肠道通透性增高与肠道炎症的关系,基因缺陷小鼠置有菌环境中2周龄时,肠道通透性即有增高,但尚无肠道损伤,肠黏膜内TNFα、IFNγ浓度已开始增高,肠道通透性增高与这两种细胞因子浓度相平行;而基因缺陷小鼠置于无菌环境中,肠道通透性正常。另一方面,粪便转流会导致肠黏膜炎症反应减轻甚至黏膜愈合,而肠内容物再次输注会激发炎症。上述研究均表明,肠腔菌群是肠道异常免疫反应导致肠黏膜损伤的必要条件。


  2、遗传因素与肠道菌群失调:宿主遗传基因可导致免疫调节异常,影响肠道菌群构成和失衡。2001年在白种人中发现CD易感基因NOD2/CARD15基因,N0D2/CARD15为一种胞内模式识别受体,在机体免疫系统抵抗胞内菌感染过程中起重要作用。ATG16L1和IRGM基因可介导自噬作用清除胞内细菌。N0D2和ATG16L1基因变异与IBD患者菌群失调有关。


  3、宿主-肠道菌群免疫反应与IBD发病:肠道菌群与宿主之间的免疫反应是IBD发病的重要因素。Duchmann等发现,活动性IBD患者炎症肠段黏膜固有层单个核细胞在体外与自身肠道细菌裂解液共育后可发生强烈的增生反应,分泌大量细胞因子IL-2、IFNγ等;而正常人肠道黏膜固有层单个核细胞对自身肠菌裂解液共育不发生增生反应。表明IBD患者对自身菌群的耐受性受到破坏,发生异常免疫反应,导致肠黏膜屏障功能受损,通透性增高,肠腔内抗原和内毒素等促炎物质进入肠黏膜固有层诱发免疫反应。


  肠道免疫系统通过Toll样受体和NOD样受体介导识别和杀灭细菌,同时保持对肠道共生菌的耐受性,从而维持肠道稳态。IBD患者肠黏膜对肠腔共生菌分泌会诱发炎症的IgG抗体,且肠黏膜T细胞处于高敏状态。肠淋巴相关组织中的抗原递呈细胞和幼稚T细胞起重要作用,正常情况下抗原递呈细胞通过IL-10、转化生长因子β(TGFβ)或直接通过细胞间相互作用诱导调节性T细胞(Treg),抑制效应Thl、Th2和Thl7应答,Th细胞分泌IL-17诱发多种自身免疫病和炎性疾病。肠道菌群可以提供天然屏障,避免Treg细胞诱发的病理性免疫,通过抑制NF-KB减少促炎因子。


  四、抗菌药物与IBD

  抗菌药物不仅用于IBD合并感染如瘘管、肛周脓肿、狭窄梗阻继发小肠细菌过度生长等,而且可以通过减少有害菌和减轻组织炎症发挥作用。Ohkusa等进行双盲安慰剂对照多中心研究,105例中重度UC患者服用阿莫西林四环素甲硝唑2周,1年后治疗应答率(49.5%比21.8%,P=0.001)、内镜评分改善(P=0.002)以及缓解率(26.7%比14.9%,P=0.041)明显高于安慰剂组,糖皮质激素依赖患者停用糖皮质激素率明显提高(34.7%比13.1%,P=0.019)。Wang等分别对10项CD患者和9项UC患者的随机安慰剂对照临床试验进行Meta分析,发现CD和UC患者应用抗菌药物组较安慰剂组临床症状改善的OR值分别为1.35(95%Cl1.16~1.58)和2.17(95%CI1.54~3.05)。上述研究均表明联合抗菌药物治疗可以有效提高IBD患者病情诱导和维持缓解率。此外,Sartor总结发现,与安慰剂比较,甲硝唑不仅可以有效防止IBD患者术后复发,且和环丙沙星均可有效治疗UC患者IPAA后的储袋炎。


  Shaw等研究发现,婴幼儿期间应用抗菌药物引起肠道共生菌的变化与IBD的发病存在一定相关性,在36例IBD儿童患者中1岁内曾应用抗菌药物者占58%,而360名正常儿童中仅为39%(OR=2.9,95%CI1.2~7.0)。


  五、益生菌与IBD

  益生菌、益生元和合生元有助于重建有益菌群,作用机制包括:通过降低肠腔pH值、分泌杀菌蛋白、阻止上皮细胞结合定植来抑制肠道致病菌;通过产生短链脂肪酸、增强黏膜屏障来改善肠黏膜屏障功能;通过分泌和诱导IL-10、TGFp、刺激分泌型IgA的分泌和减少TNFα的表达来调节免疫。目前研究较多的益生菌包括乳杆菌、双歧杆菌、大肠杆菌Nissle1917和酵母菌等,此外还有复合益生菌如VSL#3含有4种乳杆菌、3种双歧杆菌和1种唾液链球菌。不同益生菌对于IBD的作用机制不同,鼠李糖乳杆菌通过抑制TNFα介导肠上皮细胞凋亡,大肠杆菌Nissle通过T细胞亚群遏制炎症反应,VSL#3通过过氧化物体酶增殖物激活受体γ起作用。IBD患者肠黏膜中非致病性的大肠杆菌会强烈刺激释放促炎因子和趋化因子,从而引发整个炎症反应,激活金属蛋白酶降解胶原基质和造成上皮细胞脱落,最终形成溃疡。益生菌可以通过下调上述关键促炎因子和趋化因子表达,减轻大肠杆菌的促炎效应,保护肠黏膜不产生异常炎性反应破坏肠道,甚至可以产生抗炎因子IL-10。


  1、益生菌与UC:UC患者中,益生菌有助于诱导和维持缓解,以及防止术后复发,且对IPAA后的储袋炎有效。Venturi等对20例5-氨基水杨酸(5-ASA)不耐受的UC患者服用VSL#3效果进行观察,1年后乳酸杆菌、双歧杆菌和唾液链球菌量明显增加,拟杆菌、梭状芽孢杆菌、大肠杆菌浓度无明显变化,其中15例患者在服用益生菌VSL#3期间可维持缓解。此外,大肠杆菌Nissle也可替代5-ASA用于UC维持缓解。布拉酵母菌750mg/d联合5-ASA可以诱导轻中度复发型UC患者维持缓解率达71%。益生菌不仅对成人UC患者具有维持缓解作用,在儿童UC患者中也具有诱导缓解的作用。Oliva等对6~18岁UC患者进行前瞻性随机对照研究发现,罗伊乳杆菌ATCC55730灌肠联合口服5-ASA治疗8周,较单用5-ASA组Mayo评分和组织学评分均明显下降。Shen等也通过Meta分析发现,益生菌VSL#3较安慰剂组诱导活动性UC缓解率明显增高。此外,益生菌VSL#3可以有效预防和治疗UC患者IPAA后储袋炎,且对存在储袋炎的患者可维持缓解,减少临床复发。柔嫩梭菌目前被认为对肠道菌群平衡和IBD起保护作用,增加柔嫩梭菌数量有益于维持UC患者病情稳定。


  2、益生菌与CD:在CD患者中,尚无足够证据表明益生菌可以诱导和维持CD缓解,需要进一步大规模前瞻随机对照研究明确。Bourreille等对165例缓解期CD患者进行研究发现,布拉酵母菌1g/d组与安慰剂组复发率、复发时间无明显差异,不能有效维持CD患者缓解。但另一项32例CD患者小样本研究中,布拉酵母菌1g/d联合美沙拉嗪2~3g/d,可减少临床缓解CD患者病情的复发(6.25%比37.5%)。对于CD术后患者的维持缓解方面,服用约氏乳酸杆菌LA1约6个月后,内镜复发率同安慰剂组比较无明显差异(49%比64%,P=0.15),另对70例回盲肠切除术后CD患者研究也得到相同结论,服用约氏乳酸杆菌LA1和安慰剂组相比,复发率无明显差异。上述研究均表明乳杆菌不能有效防止CD术后复发。但有研究发现CD患者回盲部柔嫩梭菌量减少与CD复发有关,或许柔嫩梭菌在将来会成为更有前景的益生菌。


  六、总结与展望

  肠道菌群在IBD的发病机制中起重要作用,可能是参与IBD发病的始动和持续因素。IBD患者粪便菌群和肠黏膜菌群的构成及代谢发生了明显变化,但菌群个体差异较大,尚未发现特征性菌群变化或特异性致病菌。益生菌可以通过抑制肠道致病菌、改善肠黏膜屏障功能和调节免疫,来诱导和维持UC缓解以及治疗储袋炎。未来,伴随宏基因组学技术的到来与发展,我们对IBD和肠道菌群的认识会不断深入,以柔嫩梭菌为代表的新型益生菌,以及粪菌移植会为IBD的治疗提供新的前景。

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王俊珊
主治医师
上海市第十人民医院
消化内科,消化内科门...
主要从事炎症性肠病、消化道肿瘤、及其他胃肠道疾病的诊疗、熟练掌握胃肠镜诊断操作及内镜下治疗... 更多
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