肠道菌群及其在炎症性肠病中的作用①

刘乐恒 张 茜 薛庆节 王秋灵

(安徽医科大学第一临床医学院，合肥 232000)

肠道菌群为寄生在人体肠道内的庞大的细菌种群。肠道菌群在人体的物质代谢、免疫调节等方面发挥巨大的作用，是人体不可分割的一部分，故肠道菌群可被视为人体的另一大器官。随着肠道微生物基因组学的发展，人们对于肠道菌群的研究越来越重视，肠道菌群的组成、功能及其与一些疾病发生的因果关系也日益清晰。肠道菌群在许多疾病的治疗中具有光明的前景。

炎症性肠病(inflammatory bowel disease,IBD)包括溃疡性结肠炎(ulcerative colitis,UC)与克罗恩病(Crohn′s disease,CD)，是一组发病原因尚不明确的自身免疫性疾病。UC是一种结肠非特异性的炎症性疾病，可见于任何年龄，呈慢性进展，常反复发作，病变局限于大肠黏膜及黏膜下层，多位于直肠和乙状结肠，有时可延伸至降结肠乃至整个结肠；CD是一种肠道炎症性疾病，至今原因不明，可发生于胃肠道的任何部位，但多发于右半结肠和末端回肠。临床表现为腹泻、腹痛、肠梗阻，可伴有发热、营养障碍及眼、口腔黏膜、关节、皮肤、肝脏等肠外损害。

我国虽无IBD的流行，但近年来IBD的发病趋势逐渐上升，已经逐渐成为消化系统中的常见病[1]。IBD与多种因素有关，包括遗传因素、环境因素、免疫因素及肠道菌群失调，其发病为多种因素共同作用下使自身免疫系统异常激活，从而引起肠黏膜的损伤。在IBD的治疗中，除了传统的以氨基水杨酸及激素为主的内科治疗与以手术切除的外科治疗外，应用微生态制剂调节肠道菌群已成为临床上常用的治疗手段，且有着非常广阔的治疗前景。本文就肠道菌群的失调与紊乱对IBD的病因学作用以及应用微生态制剂调节肠道菌群对IBD治疗的临床应用作一综述。

1 肠道菌群

1.1肠道菌群组成 微生态学研究表明，正常人体肠道菌群由分属于30个属500个种的细菌组成[2],且数量极多，可超过1014个以上[3]。肠道内大部分细菌属于5个门类，即拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)和疣微菌门(Verrucomic-robia)，其中拟杆菌门和厚壁菌门数量较多，占健康人肠道细菌90%以上，而放线菌门、变形菌门和疣微菌门的数量较少[4]。见表1。正常人体肠道菌群可分为需氧菌、兼性厌氧菌以及厌氧菌，其中专性厌氧菌数量最多，可占肠道菌群的99.9%[5]。见表2。数量较多的几类细菌有双歧杆菌、真杆菌、类杆菌、消化球菌等，其他诸如大肠埃希菌、肠球菌、乳杆菌、韦荣球菌等占少数，还有极少数如铜绿假单胞菌、变形杆菌等为过路菌而并非肠道常驻菌群[6]。虽然构成肠道细菌的种类大致相同，但在不同个体以及每个个体的不同阶段，肠道菌群的具体组成和占比存在较大的差异。

表1 主要肠道菌群门类[4]Tab.1 Major intestinal flora[4]

表2 粪便中常见细菌数量[5]Tab.2 Number of common bacteria in feces[5]

1.2肠道细菌的定植与演替 伴随人的生长、发育、衰老，其肠道菌群也在不断进行着演替[7]。婴儿刚出生时其肠道处于无菌状态，出生后细菌可以通过口和肛门侵入体内并完成定植。由于新生儿肠道环境处于有氧状态，早期出现的细菌为需氧菌，如肠球菌、大肠埃希菌等，在出生2 d后，双歧杆菌等厌氧菌定植并迅速生长，逐渐取代需氧菌成为优势菌，在3个月后肠道菌群逐渐趋于稳定[8]。研究表明婴儿在2～3岁时其肠道菌群已经接近成年人肠道菌群水平[9]。随着人的衰老，肠道菌群也会发生一定程度的演替，即拟杆菌门和双歧杆菌等厌氧菌数量的减少和厚壁菌门数量的增多[10]。肠道菌群在一定时期内保持一定的稳定状态，但并不是一成不变的，它会受到各种原因的影响，如饮食结构的改变、环境因素和疾病状态。有研究发现改变人的饮食结构后，肠道菌群在一段时间内(24 h以内)即发生显著的改变[11]。不同的环境也会对肠道菌群产生影响，如季节的更替、海拔的高低等。

2 肠道菌群与IBD

2.1肠道菌群失调与IBD的发生 正常情况下肠道菌群与人体保持一定的平衡，共同参与人的生命活动。当各种原因打破这种平衡时如菌群移位、免疫紊乱、菌群失调等，肠道菌群就可能会促进一些疾病的发生。研究表明IBD的发生与肠道菌群密切相关，主要体现在如下方面：①无菌无炎症，具体表现在应用基因敲除获得的具有免疫缺陷的IBD动物模型中，设置无菌的肠道环境时不会诱发IBD的发生[12]；②部分IBD患者治疗过程中，应用针对肠道菌群的抗生素有一定的疗效。

多项研究发现，IBD患者存在着肠道菌群失调现象，主要体现在两个方面，一是致病菌数量增加，二是肠道菌群的正常比例改变。Ormsby等[13]对CD患者粪便标本分析发现，其肠道细菌含量明显高于正常人。Wang等[14]对CD患者肠道菌群进行定量分析，发现其肠道中产丁酸盐细菌含量较正常人明显减少。张艳丽等[15]对120余例CD患者统计研究发现，CD活动期患者的大肠杆菌与肠球菌较正常人多，而双歧杆菌与乳杆菌等益生菌数量减少。而亦有研究者发现CD患者双歧杆菌、拟杆菌及乳杆菌等益生菌数量增多，可能为肠道菌群紊乱后，经肠黏膜屏障发挥调节肠道菌群作用而产生的结果[16,17]。

致病菌的增多与肠道菌群失调可通过如下几种方式在IBD的发生发展方面起到诱导促进作用：①肠道致病菌数量增多，致病菌可通过侵袭力及分泌毒素破坏正常的肠道机械屏障与免疫屏障，使肠黏膜通透性增高，为细菌移位创造条件；移位的细菌过度激活免疫反应，从而引起肠道组织被免疫系统攻击、损害。Buhner等[18]发现，CD患者肠黏膜通透性较正常人明显增高，肠道内大量细菌及毒素易于进入肠黏膜，激活免疫细胞，从而会诱发强烈的免疫反应损伤肠道黏膜。②肠道发生菌群失调导致正常存在的益生菌数量减少。正常存在的肠道益生菌如双歧杆菌、乳杆菌等可以通过多种作用抑制病原菌的生长。益生菌可使肠道黏膜的通透性恢复正常，从而使菌群失调得以缓解[19]；肠道细菌中的拟杆菌属可激活肠道内的Paneth细胞分泌抗菌肽产生正常的抗菌作用，当肠道致病菌明显增多、拟杆菌减少时，抗菌肽分泌减少，引起免疫过度激活而损伤肠黏膜[20]。③肠道菌群失调打破了机体正常的免疫耐受状态。Hu等[21]将UD患者肠黏膜组织中的单个核细胞在体外与包含自身肠道细菌的肠液共同培养，单个核细胞出现明显增殖反应且大量释放炎症因子如TNF-α、IL-1、IL-2等，而正常人却无这种现象，提示UD患者机体的免疫系统产生针对正常肠道黏膜、细胞的损伤作用。

因此，肠道菌群失调诱发人体代谢成分紊乱，使致病菌产生的毒性因子通过与肠道黏膜受体的结合、刺激炎症因子分泌，与肠道其他微环境的变化一起，引起肠道炎症[22]。总体来说，肠道菌群失调诱导IBD的发病过程可概括为：存在遗传易感因素的个体中，可由于基因、环境以及致病菌增多、免疫耐受被打破、免疫过度激活等因素共同作用下，诱导IBD的病理过程。

2.2肠道菌群失调引起IBD的机制 目前关于IBD的发病机制主要是以免疫调节假说为主[22]。在IBD的始动环节中，涉及多种免疫细胞及炎症因子，其中T细胞分化亚群(Th1/Th2细胞、Th17细胞、Treg细胞等)所介导的免疫反应起着至关重要作用，而肠道菌群便可通过多方面的作用影响免疫调节过程，从而诱导IBD的发生[23]。

2.2.1Th1/Th2细胞 Th细胞为CD4+T细胞，在不同抗原刺激下可分化为Th1细胞及Th2细胞。Th1细胞主要表达的细胞因子为IFN-γ、TNF-α及IL-2等，而Th2细胞主要表达IL-4、IL-5及IL-10等。Th1细胞主要起诱导细胞免疫的作用，而Th2细胞主要功能是辅助体液免疫应答。现阶段研究中，普遍观点是认为CD的发生主要与Th1细胞、Th17细胞相关，而UC的发生为Th1、Th2细胞共同作用的结果[24,25]。正常情况下，肠黏膜屏障主要包括机械屏障(肠上皮细胞的完整性及其之间的紧密连接)和免疫屏障(上皮内淋巴细胞及其分泌的sIgA),阻止病原菌的入侵。如上所述，当肠道菌群紊乱时，肠黏膜通透性增加、出现菌群移位以及免疫耐受状态被打破，引起肠系膜淋巴组织中的淋巴细胞大量分泌炎症因子，在CD时主要表现为IFN-γ、TNF-α、IL-17等增高，在UC时主要表现为TNF-α、IL-5、IFN-γ等增高[26]。增高的炎症细胞因子通过募集中性粒细胞，激活NF-κB等炎症信号通路，引起炎症反应从而造成组织损伤。

2.2.2Th17细胞与Treg细胞 Th17细胞分泌的细胞因子主要为IL-17(包括IL-17A及IL-17F)、IL-21、IL-22等，在介导免疫损伤与自身免疫病的发生中起到促进作用。许多研究发现，在CD患者中Th17细胞及其相关细胞因子数量明显增多，且Th17细胞的异常激活与IBD的发生发展呈正相关[27,28]。Eddy等[29]研究发现，肠道微生物感染是导致IL-17异常激活的重要原因，系由肠道微生物感染坏死的肠黏膜细胞诱导巨噬细胞产生IL-6、TGF-β等炎症因子，通过STAT3及RORγ等转录因子的调控作用，诱导了Th细胞向Th17细胞分化。

Treg细胞是T细胞家族中的调控细胞，其主要转录因子为Foxp3。Treg细胞可以通过直接接触抑制或通过分泌TGF-β及IL-10对免疫系统进行负性调控。Th17细胞与Treg细胞为CD4+T细胞在不同细胞因子的刺激下所分化的不同细胞，上述Th17细胞的分化因子主要为IL-6及TGF-β，而Treg细胞的分化因子主要为TGF-β，显而易见，IL-6在决定CD4+T细胞的分化方向上起主要作用。在UD患者肠黏膜标本中，IL-6及其可溶性受体与Th17细胞的表达上调，而Treg细胞的表达下调[30,31]。Th17细胞分泌的IL-17对中性粒细胞的动员过程有极强的兴奋作用，也可以通过激活CXC趋化因子等途径共同促进炎症细胞的募集过程，同时由于减少了Treg细胞的负性调控作用，从而出现较为强烈的炎症反应[32]。

3 IBD的微生态疗法

肠道菌群的稳态是人体保持健康的必要条件，很多疾病的发生与肠道菌群的失调密切相关。在IBD的临床治疗上，采用肠道菌群的益生菌制剂如益生元、合生元、粪菌移植技术(fecal microbiota transplantation，FMT)等以及某些抗菌药物如喹诺酮类均取得了不错的疗效，未来针对肠道微生物靶向治疗也许是常规IBD治疗的突破。

3.1益生菌、益生元、合生元制剂 益生菌是一类有利于维持肠道菌群稳态的活的微生物制剂，通过补充一种或多种对人体有益的细菌(如双歧杆菌、乳酸菌等)从而起到稳定肠道菌群的作用[3]。益生元是一类人体较难消化的成分，可以促进结肠中部分有益菌的生长，对人体产生积极的生理作用[3]。合生元是一类将益生菌和益生元联合使用的制剂。

肠内营养(enteral nutrition,EN)是指通过经口摄食或管饲途径补充营养素的支持性治疗。研究表明：益生菌、益生元、合生元这三种制剂作为肠内营养制剂的添加成分，可能通过调节肠道菌群数量及比例减少IBD患者的肠道致病菌，维持肠道菌群的多样性和平衡性，从而发挥治疗效果；还可以维持肠道黏膜屏障的完整性，降低肠黏膜的渗透性；人工制成的EN还去除了普通饮食中引起肠道炎症的致敏因子，减少肠道黏膜抗原的暴露，从而达到减轻炎症的目的[33]。临床试验证明，添加益生菌的低脂高蛋白肠内营养制剂比普通低脂高蛋白制剂更能改善IBD患者的营养状况，并能更好地维持肠道菌群的稳定[34]。Petersen等[35]以双歧杆菌制剂作用于UC活动期患者，发现较对照组而言缓解率有所提升且差异有统计学意义。

3.2粪菌移植技术(FMT) 粪菌移植是一项有着悠久历史的治疗技术，我国在东晋时期便有相关记载。明朝李时珍在《本草纲目》上也有记载以粪便为处方治疗腹泻等疾病[36]。现代医学对此进行改良，通过将健康人的肠道菌群移植到患者肠道内，改善患者肠道菌群失调状态，从而对疾病的转归产生积极的影响。难辨梭状芽胞杆菌(clostridium difficile infection,CDI)是与IBD发病相关的致病菌，而FMT对CDI的复发性感染有着较好的疗效，且CDI的治愈率与IBD的治疗进展、预后呈正相关[37,38]。Colman等[39]对FMT在IBD的治疗案例中进行Meta分析，发现相较于UC(22.0%)，CDI患者应用FMT治疗后疗效较好(60.5%)。FMT在重症IBD的治疗中，取得了非常瞩目的效果，目前在临床上已得到了一些应用[40]。

4 展望

人们对肠道细菌的认识仅有百余年的历史，对每种肠道细菌的具体作用以及肠道菌群在疾病发生中的具体机制还没有完全认知，但以肠道菌群为靶点的治疗方法在临床上已经取得了不错的疗效。益生菌、益生元、合生元制剂与粪菌移植技术在IBD等疾病中已展现出其独特的功效。目前在临床上，VSL#3等一些微生物制剂已被用于UC疾病的治疗，并且已被写入临床指南[33,34]；但另外一些治疗IBD的方法，例如粪菌移植等仍存在一些争议。近年的研究中，一些新的进展显示粪菌移植对于UC的治疗是有效的，但迄今为止，仍无证据证明粪菌移植可以治疗CD患者[36]。IBD的发生发展与肠道菌群紊乱密切相关，针对肠道菌群的临床医学应用前景十分光明，还需要科研人员的进一步探索。或许在未来以肠道细菌为靶点可以成为更多难治疾病治疗的突破点。