肠道菌群与功能性便秘的研究进展

刘海宁（综述） 陈玉琢 吴 昊 刘韬韬（审校）

（复旦大学附属中山医院消化科 上海 200032）

功能性便秘是临床上常见的胃肠道功能性疾病。我国成人慢性便秘的患病率为4%～6%，＞60岁的人群患病率可高达22%，在西方国家发病率约为27%［1－2］。便秘一词有多种含义，主要包括排便次数减少（＜3次／周）、粪便干硬和排便困难。慢性便秘的病程≥6个月［2］。功能性便秘的发病机制主要包括以下4种：纤维素、水分摄入不足；肠道平滑肌肌张力降低，蠕动减弱；肠蠕动受机械性阻碍；排便肌群的活动障碍。国内外研究表明，除以上4种始动发病因素外，肠道菌群紊乱可参与慢性便秘的发生与进展。“脑－肠－菌”轴 （brain－gut－bacteria axis，BGBA）作为胃肠病学的新概念亦可帮助阐释便秘的发病机制与临床表现。除此之外，肠道微生态制剂作为便秘的辅助治疗亦有明确的治疗效果。本文即从以上几方面对肠道菌群与便秘相关性及其研究进展作一综述。

肠道正常菌群 成人肠道内细菌总数约1×1013～1×1014，由400～500种细菌组成，以厌氧菌为主［3］。2011年 Arumugam 等［4］指出，人体肠道优势菌群存在宿主特异性，可分为3种肠型，分别为拟杆菌肠型、普雷沃菌肠型、瘤胃球菌肠型。以“门”的水平来排序，正常菌群的组成依次为厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门、变形菌门、互养菌门、疣微球菌门、梭杆菌门等。以“属”的水平排序，则为拟杆菌属、柔嫩梭菌属、双歧杆菌属、毛螺旋菌科诸属、粪球菌属、瘤胃球菌属、优杆菌属、普雷沃氏菌属、梭菌目诸属、链球菌属、埃希菌属等。

便秘患者的肠道菌群改变 菌群的研究方法可分为培养法和非培养的分子技术。培养法主要见于早期菌群研究。鉴于肠道菌群的巨大数量和多样性，传统的标准培养技术已不适用［5］，因为没有一种培养基适合培养如此多种类的微生物。Zoppi等［6］利用培养的方法研究了28名患慢性功能性便秘的婴儿和14名健康婴儿的肠道菌群，得出便秘儿童粪便中梭菌属和双歧杆菌属细菌比健康儿童显著升高的结论。Khalif等［7］用培养的方法研究57名成人功能性便秘患者，双歧杆菌属和乳杆菌属细菌含量均有显著降低，而潜在致病性细菌或真菌升高。国内毕红玲等［8］采用活菌定量培养计数法，动态观察58例成人便秘患者与56例健康对照者的粪便菌群的变化，发现相比于对照组，便秘组患者粪便中的双歧杆菌、拟杆菌、乳杆菌均显著减少，梭杆菌、肠杆菌显著增高。受研究方法所限，实验所用培养基无法做到与肠道环境一致，培养后的菌群与原生肠道菌群有一定差异，因此以上3个试验所得出的结论也具有局限性。

近年来出现了多种非培养的分子技术方法，包括荧光免疫原位杂交（FISH）、DNA微阵列、实时定量PCR（qPCR）、变性梯度凝胶电泳（DGGE）、高通量焦磷酸测序［9］。国内王林等［10］通过变性梯度凝胶电泳法（DGGE）研究10例顽固性便秘患者和6例健康人的结肠黏膜菌群，指出顽固性便秘患者菌群有明显改变，与对照组比，顽固性便秘患者结肠黏膜菌群物种丰富度和香农多样性指数显著降低。此实验仅从整体角度描述肠道菌群的变化，未具体到属或门的水平。

新一代的高通量焦磷酸测序方法可检测更丰富的微生物类群，提供更多的信息，可确定到属的水平。Zhu等［11］使用新一代高通量焦磷酸测序法研究8例便秘儿童和14例健康儿童的粪便微生物组成。从门的水平来看，健康人群拟杆菌门占比59．18%，为第一优势菌群，厚壁菌门占比34．98%，两者合计占比93．56%，构成肠道菌群的主体部分。便秘人群两者比例调转，厚壁菌门占比57．98%，为第一优势菌群，拟杆菌门占比33．69%。从属的水平来看，便秘组患者粪便的粪球菌属、瘤胃球菌属显著增加，普雷沃氏菌属则显著下降。而双歧杆菌属、梭杆菌属未检出显著差异。便秘人群柔嫩梭菌属比例为健康人群的2．8倍（P＝0．165）。此实验采用高通量焦磷酸测序法，大大提高了数据准确性，不足之处是病例数尚少，亦未检测乳杆菌、优杆菌、肠杆菌等常见菌群。

便秘与菌群改变的机制探究 结合微生物学相关研究，可对以上部分菌群改变结果进行合理解释，并有助于探究肠道菌群对便秘发病、进展的影响。De Filippo等［12］比较了非洲儿童（以素食为主）和欧洲儿童（以“西方饮食”为主）的肠道菌群，普雷沃氏菌在欧洲儿童组显著下降，进一步推出普雷沃氏菌的丰度与饮食中纤维含量成正相关。纤维素的缺乏导致食糜难以促进肠道的蠕动，正是便秘的发病机制之一。因此，普雷沃氏菌的丰度下降侧面反映了便秘患者的病因。

粪球菌、柔嫩梭菌有共同的代谢特征---产丁酸［13］。动物实验表明，丁酸可以抑制结肠平滑肌收缩而引起慢传输型便秘［14］，又可以刺激结肠对水的吸收使粪便干硬［15］。由此可推断，大量产丁酸盐的粪球菌和柔嫩梭菌的丰度增加可以加重便秘。粪球菌和柔嫩梭菌的丰度的改变虽不是便秘发生的始动因素，却可加重粪便干硬和排便困难。目前尚没有明确证据表明功能性便秘患者结肠内丁酸丰度增加，因而还有待代谢组学的进一步检验。

Attaluri等［16］及 Sahakian等［17］的研究均表明肠道菌群的甲烷排泄会减慢肠道蠕动速度。亦有多项研究肯定了产甲烷菌与便秘型肠易激综合征的关联［18－19］。由于甲烷代谢属特殊的能量代谢方式，不存在于真核生物和真细菌，仅存在于严格厌氧的一类古细菌---产甲烷菌，因此可推断肠道产甲烷菌的丰度增加可协助诱导并加重慢传输型便秘或便秘型肠易激综合征。遗憾的是，并无高通量测序实验检测便秘患者产甲烷菌的丰度变化。

已有充分证据显示，肥胖、糖尿病、结直肠癌、肠易激综合征等多种疾病伴有肠道菌群改变，且肠道菌群的紊乱在这些疾病的发病机制中起着重要的作用［20］。上述疾病皆可能伴有便秘的临床表现。继发性便秘虽有明确的发病机制，例如糖尿病的高血糖可引起肠神经退化，使肠蠕动减慢；结直肠癌引起肠腔内梗阻等。但原发疾病引起的肠道菌群改变亦可加重或减缓便秘症状。

便秘的不同分型对肠道菌群的影响可能也是不同的。功能性便秘可分为慢传输型便秘、出口梗阻型便秘。纤维素、水分摄入不足以及肠道平滑肌肌张力降低导致肠蠕动减弱均引起慢传输型便秘，其特点是粪质坚硬，直肠指检时无粪块或有坚硬粪块。慢传输型便秘的粪便中水分减少，在肠道中长期瘀滞。微生物的生长受pH、温度、水分、氧气影响［21］。细菌约占粪便体积的50%［22］，可见其余的食物残渣是肠道菌群的良好“培养基”。“培养基”水分的多少属于参与竞争生长的微生物的环境条件。出口梗阻型便秘的病因则为排便肌群的活动障碍、直肠肛门器质性改变，其特点是排便不尽感或下坠感，直肠指检时有大量泥样粪便，用力排便可出现矛盾性收缩。出口梗阻型便秘的粪便在肠道中贮存时间与正常人无异。在日后肠道菌群改变的研究中，若能区分这两种类型，可能会有更多有益的发现。

BGBA与便秘 随着肠道菌群研究的深入，BGBA的概念应运而生。BGMA包括中枢神经系统、神经内分泌－神经免疫系统、自主神经系统、肠神经系统和肠道菌群［23］。中枢神经系统是胃肠道功能调控的高级神经中枢，能够接收内外环境变化时传入的各种刺激，整合后通过自主神经系统和神经内分泌系统的下丘脑－垂体－肾上腺轴将其调控信息传递给肠神经系统，或直接作用于胃肠道效应细胞，从而对胃肠平滑肌、腺体、血管起调节作用。胃肠道腺体、免疫细胞在以上神经调控作用下分泌胃肠激素、细胞因子，改变肠道环境，致使肠道菌群组成及功能变化。肠道菌群的变化又可以反过来引起神经系统和肠功能的改变［24］。

精神紧张、心理压力大是功能性便秘的病因之一，其机制可由BGBA概念解释。精神紧张引起交感神经兴奋，从而抑制肠神经系统活动。肠神经系统可分泌抑制性神经递质，如一氧化氮、血管活性肽［24］，进而引起胃肠运动减弱、黏膜分泌减少，促使慢传输型便秘的发生。胃肠运动减弱亦可导致肠道菌群繁殖加快、向上移位。细菌代谢产生更多的一氧化氮等抑制性神经递质，加重便秘的进展。

另一方面，便秘患者的粪块积滞于结直肠，可引起神经反射性症状，如腹胀、食欲减退、恶心、头晕、疲乏等［25］，这些也是肠神经系统反馈至中枢神经系统的体现。

5－羟色胺（5－hydroxytry ptamine，5－HT，又名血清素）是一种广泛存在于中枢神经系统、肠神经系统、肠黏膜内分泌细胞的重要神经递质。5－HT作用于5－HT4受体，可加快肠平滑肌收缩，加强肠蠕动；作用于中枢5－HT受体，影响精神、行为和内脏痛阈。便秘型肠易激综合征的5－HT异常低下［24］，应是便秘症状产生的重要原因。因此，5－HT4受体激动剂替加色罗被用于治疗功能性便秘和便秘型肠易激综合征。肠道菌群亦可以反作用于“脑－肠”轴。Desbonnet等［26］的研究表明，双歧杆菌可诱导大鼠神经递质多巴胺、5－HT血浆浓度升高。便秘型肠易激综合征患者经双歧杆菌治疗后，5－HT分泌增多，肠道动力显著改善［27］。这也为便秘和肠易激综合征的益生菌治疗提供了一项有利依据。

便秘的微生态治疗 与腹泻的治疗不同，肠道微生态制剂并不作为便秘的一线治疗药物。作为一线治疗药物的泻药包含多种缺陷，如长期应用蒽醌类刺激性泻药（大黄、番泻叶、芦荟等）可导致一种癌前病变---结肠黑变病。容积性泻药易导致胃肠胀气，盐类泻剂可导致体内电解质紊乱，润滑性泻剂需肛用而不方便。微生态制剂的不良反应较少，又含有多方面的生理性获益，因此可作为慢性便秘的长期辅助用药。微生态制剂包括益生菌、益生元、合生元等。新兴的粪便菌群移植治疗也属于广义的肠道微生态治疗。

益生菌是指对宿主有利无害的活菌群或死菌，可以是单一菌株制成，也可以是多种菌的复合制剂［3］。常用于治疗便秘的益生菌主要有干酪乳杆菌代田株、嗜酸乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、动物双歧杆菌乳酸亚种、长双歧杆菌、嗜热链球菌等［28］。国内外研究常用每周排便次数、便秘相关症状总评分和粪便性状总评分来描述益生菌的治疗效果。王小蕾等［28］对国外8篇文献所作的系统综述显示，摄入益生菌制剂两周后，每周排便次数较基线增加1．46次（99%CI：0．41～2．51，P＜0．01），但研究间存在异质性（I2＝81%）。Ford等［29］对2个随机对照试验进行Meta分析显示服用益生菌组每周排便次数较基线增加1．49次（95%CI：1．02～1．96）。国内谭彬等［30］及张片红等［31］皆采用自身对照方式，发现使用益生菌1个月左右，便秘相关症状总评分和粪便性状总评分均有显著降低。以上研究结果可推知，益生菌制剂疗效虽不及泻药那样立竿见影，但坚持服用益生菌制剂一段时间，便秘相关症状可减轻，排便次数会增加。益生菌的可能作用机制为通过代谢产生多种有机酸，使肠腔内pH值下降，从而调节肠道蠕动。基于此机制，有民间验方提出陈醋可治疗便秘［32］，但缺乏相关研究数据支持。前述双歧杆菌可诱导神经递质多巴胺、5－HT血浆浓度升高，亦可加快肠平滑肌收缩，加强肠蠕动。

益生元是指不被宿主消化吸收，可以选择性地刺激肠内有益菌的活性或生长繁殖而增进宿主健康的食物成分。益生元主要为非消化性的低聚糖，包括菊粉、乳果糖、低聚果糖、低聚半乳糖、低聚甘露糖等。广义的益生元还包括纤维补充剂。纤维补充剂被广泛应用于便秘的治疗。水溶性纤维（果胶、欧车前）起保水的作用，有利于增加粪便的黏稠度，但不影响粪便的量与在结肠中的转运时间。不溶性纤维（纤维素、半纤维素、木质素，几乎无保水作用，但可增加粪便量，且刺激结肠蠕动［33］。然而，纤维补充剂是作为容积性泻药使便秘缓解，而不是其“益生”作用。相反，由于其不加选择地刺激肠内各种细菌的生长［34］，菌群的发酵和产气会加重便秘型肠易激综合征患者的腹痛、腹胀症状。关于益生元与便秘治疗的临床研究相当少。Linetzky等［35］使用菊粉和瓜耳胶（主要含半乳糖和甘露糖）的混合物治疗便秘，每周排便次数增加，但未有显著差异，且观察到服安慰剂组亦有增加。由此可见，益生元缓解便秘的疗效并不确切，由于要先刺激益生菌的生长，增多了中间环节，因此不如直接服用益生菌。

合生元是同时含有益生菌和益生元的制剂，所添加的益生元既能促进制剂中的益生菌生长，又可促进肠道中原生菌群的增殖。合生元制剂治疗便秘的研究亦不多。Bazzocchi等［36］发现服用合生元制剂（内含5种益生菌和益生元欧车前）8周后，粪便稠度增加至正常水平，粪便结肠通过时间显著下降。但如前述，欧车前在里面发挥容积性泻药作用可能更多。Waitzberg等［37］的研究表明，服用合生元制剂（内含低聚果糖、乳杆菌和双歧杆菌）30天后，患者每周排便次数显著增多、粪便性状总评分显著下降。2个实验都肯定了合生元制剂不输于益生菌制剂的治疗效果。

粪便菌群移植是将健康人粪便中的菌群移植到患者胃肠道内，以重建具有正常功能的肠道菌群。作为一个新兴的治疗方法，粪便菌群移植在复发性艰难梭菌感染、炎症性肠病、肠易激综合征、肥胖等疾病均取得了可喜的研究成果［38］。粪便菌群移植在治疗便秘方面的研究尚少。1995年，Andrews等［39］对45名便秘患者采用粪便菌群移植的方法，使其中40例患者移植后即有排便困难的缓解，同时腹胀与腹痛症状亦减轻，经随访60%的患者停止服用泻药也可保持正常排便。由于移植他人粪便具有一定的风险性，如传播供者体内的病毒、致病菌等，便秘患者的粪便菌群移植的研究也受到了很大的局限。

结语 相比于炎症性肠病、肠易激综合征等疾病，便秘与肠道菌群的研究数量似乎与其高发病率不符。综合以上论述中所提到的问题，未来的研究可专注于以下几方面：（1）利用新一代高通量焦磷酸测序法，并扩大样本量，得出信度更高、更加全面的便秘患者肠道菌群的改变图谱，进一步确认低丰度但具有重要功能或特性的菌群的改变，如产甲烷菌的丰度变化；（2）利用代谢组学研究便秘患者粪便代谢产物的改变，结合微生物学的基础研究，对菌群改变及其致病机制相互验证；（3）深入探究便秘的分型及继发性便秘对菌群的影响；（4）使用更大剂量或多种益生菌组合制剂，或与传统泻药相结合，探究对便秘的治疗更为有效的方法，进行大样本的随机对照临床试验；（5）根据菌群变化开发新型益生菌种，开展药物临床试验。

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