肠道菌群与慢性内脏痛的相关性研究

盛淑婷， 魏子白， 杨长青

长治医学院附属和平医院消化科，山西 长治 046000

慢性内脏痛(chronic visceral pain，CVP)的临床发病率高达20%[1]，常见于肠易激综合征(irritable bowel syndrome，IBS)、炎症性肠病等疾病。IBS是临床上最常见的胃肠功能紊乱之一，全球发病率为10%～25%[2]，其典型表现为伴随排便习惯及粪便性状改变的腹痛。所以，本文以IBS为主探讨肠道菌群在其腹痛发病机制中所起的作用。

1 应激诱导的肠道菌群失衡与CVP的相关研究

机体的应激反应主要通过“下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA)”和“下丘脑-自主神经系统轴(HANS)”调节。研究表明，长期压力刺激可使疼痛感知途径敏化，使糖皮质激素负反馈调节减弱，破坏脑相关区域糖皮质激素受体表达，促进IBS的前反馈，加重IBS症状，而调节微生物群可以影响应激系统的发育和降低应激水平[3-5]。

通过对孕期大鼠应激干预及新生期大鼠母婴分离模型研究发现，产前和出生后的应激均可影响肠道菌群的定植和平衡，特别是罗伊氏乳杆菌的减少，影响结直肠扩张(colorectal distention，CRD)压力依赖性传入神经纤维的放电活动，降低直肠对压力的敏感性[6]。

利用细菌标记对小鼠盲肠菌群研究发现，应激能增加小鼠血液中IL-1和单核细胞趋化蛋白-1的水平，IL-1通过激活淋巴细胞，参与炎症反应，增加肠壁的通透性，导致细菌及其产物移位[7]，同时刺激肠黏膜神经感受器，通过肠神经系统传入脊髓中枢，反馈调节大脑对炎症刺激的反应[8]。

IBS患者肠动力反应过强、感觉阈值降低及精神障碍与5-HT浓度有关。而肠道菌群可通过提高肠上皮细胞的合成能力，促进色氨酸羟化酶-1(tryptophan hydroxylase 1，TPH-1)的表达及5-HT的合成[9]。TPH-1介导肠嗜铬细胞(enterochromaffin cells，ECs)中5-HT的合成，并调节结肠和血清中5-HT的水平。体内95%的5-HT来源于ECs，其中90%储存于ECs中，10%存在于肠神经系统。外周血中5-HT的失调与IBS、心血管疾病等有关。研究[10]发现,来自肠道的土著孢子形成菌(indigenous spore-forming bacteria，SP)的代谢产物能够促进宿主胃肠道中5-HT的生物合成，并影响胃肠动力和血小板功能。5-HT释放后激活5-HT1P受体启动蠕动反射，在此基础上5-HT4受体激活后可促进相关神经末梢的递质释放，Ach和P物质产生增加，导致平滑肌收缩。

2 抗生素诱导的肠道菌群失衡与CVP的相关研究

抗生素是一类能干扰其他细胞发育功能的刺激性代谢产物。研究[11]发现，长期使用抗生素可改变肠道菌群的组成，增加肠道炎性细胞活性，导致内脏高敏感及中枢神经系统(central nervous system，CNS)的永久性改变。实验证明，动物在早年接触抗生素后，会在其成年期发展为内脏超敏反应[12]，而成年期的抗生素治疗会减弱由乙酸或辣椒素引发的内脏疼痛相关反应[13]，也可增加其对CRD的敏感性。

研究发现，多达84%的IBS患者存在小肠细菌过度生长，新霉素可以改善这种现象，但只有25%的有效率，利福昔明对IBS患者小肠细菌过度生长的根除率高达70%，是唯一被证实在IBS治疗中断后仍持续获益的抗生素，其口服23～48 h内，可以有效提高旅行者腹泻患者肠道内的优势菌群，特别是乳杆菌类，如：嗜酸乳杆菌、詹石氏乳杆菌等细菌。研究发现，慢性避水应激和重复压力刺激可以诱导大鼠出现内脏高敏反应[14]，并伴有黏膜炎症和屏障功能受损，利福昔明可以改变回肠细菌群落的组成(乳酸杆菌属成为优势菌种)，下调NF-κB介导的促炎因子的表达，降低致病菌对肠黏膜的黏附，防止黏膜炎症、肠道屏障功能障碍和对慢性应激反应的内脏痛觉过敏[15]。

抗生素也可直接作用于神经系统，影响肠-脑信号的传递，改变内脏敏感性。如克拉霉素可以拮抗突触后膜上γ-氨基丁酸受体，增加大鼠神经元的兴奋性。林可类抗生素可通过调节结肠上皮细胞离子转运，抑制胆碱能神经传递。红霉素可减少P物质和ACh的释放，抑制豚鼠小肠肌间神经丛活性。另外，研究[16]发现刺激瞬时受体电位香草酸受体1(transient receptor potential vanilloid 1，TRPV1)可诱导过量Ca2+内流，导致感觉功能缺失和传导递质枯竭，改善IBS患者的腹痛症状。而新霉素可拮抗TRPV1，以非杀菌的方式抑制内脏高敏感。

3 益生菌与CVP的相关研究

益生菌在IBS治疗中的疗效是肯定的，但机制尚不清楚，可能与抑制促炎细胞因子和氧化应激有关。研究[17]表明，益生菌通过阿片类药物和大麻素受体促进肠上皮细胞分泌组胺、白三烯、肾上腺素、γ-氨基丁酸等，通过肠道微生物信号感受机制、肠神经系统，最终影响感知疼痛和胃肠功能的CNS，可使CRD的疼痛阈值提高20%。

研究发现，益生菌混合物(VSL#3)可抑制新生期大鼠母婴分离引起内脏超敏反应[18]，逆转TPH-1基因的上调，减少5-HT、白介素等炎症介质的释放，降低内脏敏感性。同样的益生菌混合物在预防性给予大鼠时，可以预防结肠内乙酸注射所致炎症诱发的内脏超敏反应[19]。

此外，肠道屏障功能的破坏可能是引起内脏痛的另一种机制。实验发现，鼠李糖乳杆菌CNCM I-3690可通过恢复肠道屏障完整性并增加紧密连接蛋白、闭合蛋白和上皮细胞钙黏蛋白的水平，保护肠道屏障[20]。双歧杆菌可通过调节免疫系统的表达，产生有机酸竞争性地黏附于黏膜和上皮，改变肠道菌群，增加双歧杆菌和乳酸菌的比例，也可通过促进紧密连接蛋白Claudin-1、Occludin的表达，抑制促炎性细胞因子IL-6和IL-7的表达，降低纵行肌条间ACh的收缩反应性，加强肠道上皮屏障功能[21]。

4 微生物-肠-脑轴与CVP的相关研究

内脏疼痛和不适的感知机制复杂，包括外周感觉神经的敏化，以及CNS内丘脑和皮质激素的信号通路失调。微生物-肠-脑轴是由脑、自主神经系统、腺体、肠道、免疫细胞和胃肠微生物群组成的动态平衡结构，以复杂的多向通信维持体内平衡并抵抗外来因素对系统的扰动[22]。因此，与疼痛表现和感知相关的中枢和外周通路均与该轴的失衡有关。

研究[23]表明，肠道菌群可通过神经、内分泌和免疫途径与CNS交流，影响大脑的功能和行为，且个体的微生物群组成可影响他们对焦虑和抑郁症的易感性。无菌动物与正常有菌动物相比，海马中5-HT及其主要代谢产物5-羟吲哚乙酸浓度升高，血浆中色氨酸(5-HT的前体)浓度增加，表明微生物群可以通过体液途径影响CNS中5-HT传递。用柠檬酸杆菌感染小鼠发现，血清皮质酮水平降低，小鼠焦虑样行为增加，认知功能障碍。人类IBS和动物模型脑功能成像研究发现，前扣带回及前庭和下丘脑皮层对内脏疼痛和压力刺激的反应增强 。

研究[24]发现，外周传入的敏化在IBS的发病机制中起着关键作用，外周致敏涉及的受体有很多，包括TRPV家族、PAR、胆囊收缩素受体、血清素受体、大麻素受体及一些离子通道如ATP-门控离子通道、电压门控钠和钙通道和酸敏感离子通道等。 证据表明，涉及内脏痛觉的中枢或外周机制可能受到肠道菌群的影响，如乳酸杆菌和双歧杆菌属可以减轻应激和IBS引起的内脏疼痛[25]、大鼠摄入婴儿双歧杆菌35624会增加疼痛阈值和减少CRD后的疼痛行为[22]、嗜酸乳杆菌可通过诱导大麻素2受体和μ-阿片样物质1受体在结肠上皮中的表达，降低大鼠内脏的超敏反应。

5 总结与展望

肠道菌群可通过影响内脏高敏感影响CVP的发生、发展。临床上通过改善肠道菌群来治疗IBS等疾病的方法也取得了一定的效果。但CVP的机制仍不明确，可能与NOX1、大麻素受体及囊泡谷氨酸转运体基因的表达有关。相信随着研究的深入，CVP的机制会更加明确，治疗也会更加具有针对性。