胃肠道微生态系统与胃食管反流病关系的研究进展

沈小雪 俞 汀 林 琳

南京医科大学第一附属医院消化科(210029)

胃肠道微生态系统与胃食管反流病关系的研究进展

沈小雪*俞 汀 林 琳#

南京医科大学第一附属医院消化科(210029)

胃肠道中存在着人体内最复杂的微生态系统，其微生态平衡对人体健康具有重要作用。胃食管反流病(GERD)的发生、发展与食管、胃、肠微生态密切相关，胃肠道微生态系统的变化可能通过多种途径参与诱导食管黏膜炎症反应和下食管括约肌(LES)松弛、增加胃内压力、延迟胃排空，最终引发或加重胃食管反流。本文就胃肠道微生态系统与GERD关系的研究进展作一综述。

微生物群落； 胃肠道； 胃食管反流病； 炎症； 自主神经系统； 有益菌种

胃肠道中存在着人体内最复杂的微生态系统，栖息着约30属1 000余种细菌，包括与宿主共生的生理性细菌、共栖的条件致病菌和病原菌。近年研究表明，胃肠道微生态与多种疾病的发生、发展密切相关[1]。胃食管反流病(gastro-esophageal reflux disease, GERD)是指由胃内容物反流入食管引起的不适症状和(或)并发症，是一种常见消化系统疾病，其发病机制尚未完全明确[2]。随着胃肠道微生态系统逐渐走入大众视线，研究者们开始探讨微生态改变与GERD的关系。本文就胃肠道微生态系统与GERD关系的研究进展作一综述。

一、胃肠道微生态系统与人体疾病

胃肠道微生态系统在人体内的生理作用主要包括以下几点。①营养作用：胃肠道内正常微生物能合成多种维生素，如维生素K、B1、B2、B6等，并参与碳水化合物和蛋白质的代谢；②生物拮抗作用：生理性细菌定植于黏膜上皮，产生定植抗力，可联合胃肠黏膜屏障、胃肠道内抗菌物质、免疫系统等，共同抵御外籍菌的黏附和定植；③免疫调节作用：正常菌群可促进免疫器官发育成熟，促进肠黏膜分泌IgA，调节机体免疫功能；④抗癌作用：某些细菌具有预防肿瘤发生或抑制肿瘤生长的作用，如有研究[3]发现青春双歧杆菌能通过抑制肿瘤细胞增殖和有害酶类活性而发挥抗肿瘤作用。

胃肠道微生态平衡对人体健康具有重要作用，而胃肠道微生态紊乱可能通过释放毒素或引起异常免疫应答直接或间接损伤胃肠黏膜，导致诸多胃肠道疾病，如慢性胃炎、消化性溃疡、炎症性肠病等，已有多种微生态制剂以及粪菌移植等微生态疗法被用于这些疾病的临床治疗[4-5]。目前观点认为GERD的发病因素主要包括食管抗反流屏障功能障碍如下食管括约肌(lower esophageal sphincter, LES)功能异常、食管蠕动障碍、食管黏膜损伤、胃内压力升高、胃排空延迟等[6]，而胃肠道微生态作为一种环境因素，通过多种途径参与了上述病理生理过程。

二、微生态紊乱与GERD

1. 食管内微生态与GERD：食管是胃肠道微生态系统中一个特别的区域，其微生态平衡不仅受原籍菌的影响，亦受邻近器官微生物的影响。Gagliardi等[7]对正常食管微生物的分析显示，食管内存在数量有限的原籍菌群以及因吞咽或反流而进入食管的菌群，其中最常见的是草绿色链球菌。随着分子生物学研究和相关技术的进展，细菌的分类鉴定已进入基因型分类水平。高通量16S rDNA PCR技术的出现，为准确分析食管菌群提供了有力的工具。Pei等[8]应用16S rDNA PCR技术对正常食管远端黏膜进行检测，发现大多数食管菌群与口腔菌群类似或相同，82%的食管细菌可被识别、培养；远端食管原籍常驻菌可归入厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门、变形菌门、梭菌门和TM7门六大门类，按丰度高低排序，最常见的菌属依次为链球菌属(39%)、普氏菌属(17%)和韦荣球菌属(14%)。然而远端食管中不存在口腔中常见的螺旋体门和杆菌门[9]。

对胃食管反流相关疾病，如反流性食管炎和Barrett食管(肠上皮化生)的16S rDNA PCR检测显示其食管下段存在复杂的常驻菌群变化[9-11]。Yang等[10]对正常食管、食管炎和Barrett食管远端黏膜微生物组成进行分析并将之分为2种类型：Ⅰ型微生物群为革兰阳性需氧菌，多由厚壁菌门组成，主要为链球菌属，集中分布于正常食管；Ⅱ型微生物群含有较高比例的革兰阴性厌氧菌/微需氧菌，包括拟杆菌门、变形菌门、梭菌门、螺旋体门，主要为韦荣球菌属、普氏菌属、嗜血杆菌属等，与食管炎(OR=15.4)和Barrett食管(OR=16.5)相关。有研究者指出，菌群变化的原因可能为胃内菌群反流入食管或反流物引起食管远端黏膜损害，如炎症、肠上皮化生，导致食管下段菌群寄生环境异常[8-10]。

2. 胃内微生态与GERD：胃在胃肠道微生态系统中亦具有一定特殊性，由于胃酸分泌而构成了独特的生态环境和特征性的微生物群落。1983年，Marshall和Warren从胃黏膜组织中分离出幽门螺杆菌(Hp)[12]，从此开启了Hp相关胃肠道疾病研究的新篇章。Hp作为胃内微生物的代表，其相关研究远较胃内其他菌种透彻。人体研究证实Hp与胃内其他菌群之间存在相互影响。Yin等[13]发现，Hp在胃内长期定植可影响胃十二指肠原籍菌的分布和数量，Hp感染后的胃内微环境不适合乳酸杆菌繁殖，肠球菌、金黄色葡萄球菌、双歧杆菌和拟杆菌则对Hp感染表现出较好的适应性。

Hp感染及其根除与GERD发病的关系是近年研究热点，但研究结果仍存在争议。一项纳入10项随机对照试验的meta分析显示，根除Hp能显著改善GERD症状(OR=0.55, 95% CI: 0.35～0.87)[14]。一项以社区为基础的病例对照研究[15]则显示，Hp感染及其细胞毒素相关基因cagA阳性与Barrett食管呈负相关，即Hp定植于胃黏膜对Barrett食管的发生起保护作用。Nam等[16]以体检人群为研究对象，探讨了Hp现症感染与反流性食管炎的关系，同样发现Hp感染与反流性食管炎呈显著负相关，而Hp根除可增加反流性食管炎的患病率；但该研究显示Hp感染或根除与反流症状无关。一项对日本人群的研究[17]亦显示，成功根除Hp是反流性食管炎的危险因素。综上，目前尚无充分研究证据可明确Hp感染与GERD的关系。欧洲Hp感染处理的Maastricht Ⅳ共识指出，Hp感染尤其是CagA阳性菌株感染与GERD发病间存在负相关关系[18]。

3. 小肠微生态与GERD：除食管和胃微生态外，GERD还与肠道微生态系统密切相关。研究[19]显示，与健康对照者相比，反流性食管炎患者中合并小肠细菌过度生长(small intestinal bacterial overgrowth, SIBO)者的比例显著增高，口盲传输时间(oro-cecal transit time, OCTT)延长，尤以合并SIBO者为著，提示GERD可能与SIBO和小肠动力异常有关。但该研究样本量较小，研究结果可能存在偏倚。

三、微生态紊乱与GERD间相互影响的机制

1. 炎症信号通路：GERD、Barrett食管和食管腺癌患者食管组织中核转录因子NF-κB表达普遍增高。NF-κB通过上调下游目的基因表达，参与细胞炎症反应以及固有和适应性免疫应答，在GERD中扮演极其重要的角色。微生态紊乱激活炎症通路的机制可能为革兰阴性细菌数量增多，其胞壁成分脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)相应增多，一方面，LPS可激活Toll样受体4(Toll-like receptor 4, TLR4)，进而激活下游NF-κB信号通路，上调一系列促炎细胞因子基因表达，引起炎症反应；另一方面，LPS可诱导炎症细胞产生白细胞介素-1β(IL-1β)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)，后者通过与细胞因子受体结合的旁路激活途径间接激活上皮细胞NF-κB炎症反应通路[11,20]。此外，NF-κB激活后，其下游诱生型一氧化氮合酶(iNOS)和环氧合酶-2(COX-2)表达上调，可分别引起LES松弛和胃排空延迟，参与反流性食管炎发生[11]。

Hp感染影响GERD的机制尚处于探索阶段。胃内感染的Hp如移行并定植于食管黏膜，可通过上调COX-2和前列腺素E2(PGE2)表达加重食管黏膜炎症，从而增加Barrett食管甚至食管腺癌的发生风险[21]。胃内定植的Hp则可能通过以下机制影响GERD：①提高LES压力：胃窦部Hp感染可致胃泌素释放增加[22]，而胃泌素可能提高LES压力。②降低胃内反流物酸度，减轻反流物对食管黏膜的攻击作用：一方面，Hp尿素酶分解尿素产生的氨可中和胃酸；另一方面，Hp感染引起的胃体黏膜炎症甚至萎缩亦可减少胃酸分泌[23]。③调节机体免疫炎症反应： Hp感染可诱导机体产生调节性T细胞(Treg细胞)，其分泌的IL-10可抑制Hp感染引起的IL-8表达和NF-κB激活，减轻宿主免疫炎症反应，维持Hp与宿主间的共生平衡状态[24]，因此根除Hp可能导致免疫炎症反应增强，加重食管黏膜炎症损害。由此可见，胃内Hp对GERD的发生主要起保护作用。

2. 自主神经功能异常：GERD患者自主神经功能异常的发生率显著高于健康人[25]，有研究[26]发现GERD患者空腹时交感神经活性增高，副交感神经活性降低，并认为胃肠道自主神经功能异常可能是反流性食管炎的病因之一。交感神经兴奋可抑制小肠运动，小肠运动减弱或停滞、进入小肠的细菌过多超出机体清除能力时，可发生SIBO[19]。SIBO时，小肠中的革兰阴性细菌胞壁成分LPS可通过TLR4/NF-κB炎症信号通路引发免疫炎症反应[27]，导致肠神经系统、内脏感觉和胃肠动力异常，进而参与GERD发生[19]。研究[28]证实胃食管反流动物模型的食管平滑肌反应性降低。此外，SIBO时肠内细菌产生的甲烷可通过增强小肠收缩活动而减慢小肠转运[29]，进而影响胃排空，诱发胃食管反流。目前关于SIBO与GERD的研究较少，SIBO影响GERD的具体机制有待进一步研究明确。

3. 胃食管动力异常：胃食管动力异常是GERD的重要病因之一。LPS是研究胃食管微生态与GERD关系的重要靶点，研究发现革兰阴性细菌产生的LPS可通过TLR4/NF-κB炎症信号通路上调NOS表达，使一氧化氮(NO)合成增多，且LPS能激活MAPK信号通路，从而降低LES压力，导致GERD及其并发症发生[11,30]。胃内容物排空可降低胃内压力，从而减少反流。动物实验显示正常小鼠的胃在两餐间的大部分时间处于排空状态，LPS处理则可明显延迟胃排空、增加胃内压力[31]，导致反流发生。

LES是食管抗反流屏障的重要组成部分，LES松弛是GERD最重要的发病机制之一。食管下段菌群的改变以及Hp对LES的结构和功能是否产生影响，进而引起或加重GERD，目前国内外关于这方面的研究报道尚少，相关研究有待开展。

四、GERD的微生态治疗

目前临床治疗GERD最常用的方法是促动力药、质子泵抑制剂与黏膜保护剂联合应用。严重反流伴食管裂孔疝等病变时可采取内镜或手术治疗。益生菌是一类对宿主有益的活性微生物，主要包括乳酸杆菌、双歧杆菌、粪链球菌等，目前已应用于多种疾病的治疗[4，32]。益生菌可分泌有机酸、防御素、细菌素等以调节胃肠道菌群紊乱，可与病原菌竞争生存空间、纠正菌群失调、参与菌膜重建[33]，从而有利于调节GERD患者的食管内微生态平衡。研究发现外源性乳酸杆菌可上调黏膜细胞表皮生长因子受体(EGFR)磷酸化水平以及鸟氨酸脱羧酶、bcl-2蛋白表达，发挥胃食管黏膜修复作用，减少炎症反应发生[34]。此外，乳酸杆菌还具有上调消化道上皮细胞局部免疫功能、调节平滑肌细胞收缩、刺激胃肠肌电活动等作用[35]，可促进胃肠动力恢复、促进胃排空、减少胃内容物反流入食管。益生菌制剂对GERD的治疗作用需开展大规模临床研究加以验证。

五、结语和展望

GERD的发生、发展与食管、胃、肠微生态密切相关，胃肠道微生态系统的变化可能通过激活炎症信号通路、自主神经功能异常、胃肠动力异常等多种途径参与诱导食管黏膜炎症反应和LES松弛、增加胃内压力、延迟胃排空，最终引发或加重胃食管反流，Ⅱ型微生物群可能在其中发挥重要作用。目前对参与GERD发病的菌群种类尚存争议，GERD中胃肠道菌群数量、种属的动态变化规律及其内部机制仍需深入研究。希望在不久的将来，研究者能从胃肠道微生态学角度出发，采用基于宏基因组学策略的16S rDNA高通量测序等技术更深入地揭示GERD状态下食管、胃、肠菌群的构成、菌群间的相互作用、对GERD的影响以及相关机制，从而有助于指导GERD的临床治疗。通过选择性使用抗菌药物或益生菌制剂使 Ⅱ 型微生物群为主的菌群向 Ⅰ 型转换、减少革兰阴性菌LPS/TLR4/NF-κB炎症信号通路的不利影响可能是治疗方向之一，NF-κB、NOS抑制剂亦为可考虑的治疗手段。

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(2016-07-30收稿；2016-09-05修回)

Advances in Study on Gut Microbial Ecosystem and Gastroesophageal Reflux Disease

SHENXiaoxue,YUTing,LINLin.

DepartmentofGastroenterology,theFirstAffiliatedHospitalofNanjingMedicalUniversity,Nanjing(210029)

LIN Lin, Email: lin9100@aliyun.com

Gastrointestinal tract contains the most complicated microbial ecosystem of the human body, and balance of microbial ecosystem has been proved to play an important role in human health. Gastroesophageal reflux disease (GERD) is closely related to the esophageal, gastric and intestinal microecology. It has been revealed that alterations in gut microbial ecosystem may induce mucosal inflammation, relax lower esophageal sphincter (LES), increase intragastric pressure and delay gastric emptying via various pathways and subsequently cause or exacerbate gastroesophageal reflux. In this article, the advances in study on gut microbial ecosystem and GERD were reviewed.

Microbial Consortia; Gastrointestinal Tract; Gastroesophageal Reflux Disease; Inflammation; Autonomic Nervous System; Probiotics

10.3969/j.issn.1008-7125.2017.04.012

*Email: shenxiaoxue0066@163.com

#本文通信作者，Email: lin9100@aliyun.com