肠道微生态在克罗恩病中的作用和治疗展望*

李 双 王 轩 王晓艳 唐岸柳#

中南大学湘雅医学院1(410013) 中南大学湘雅三医院消化内科2

克罗恩病(Crohn’s disease, CD)是一种胃肠道慢性炎性肉芽肿性疾病，临床常表现为疾病缓解和复发交替。近年来，我国和亚洲其他发展中国家的CD发病率和患病率呈逐年增加趋势[1]，因此探明CD的发病机制和治疗方法显得尤为迫切。

目前普遍认为，遗传、环境、免疫等因素参与CD的发生、发展。随着对CD的深入了解，肠道微生态紊乱在CD中的作用逐渐被重视。临床上CD患者常合并不同程度的肠道菌群失调[2]。诸多研究[3-5]表明CD患者与正常人肠道菌群存在明显差异，提示肠道微生态改变是CD发生、发展的重要因素之一，调节肠道微生态对CD有治疗作用。目前，CD的治疗目标主要是诱导并维持缓解和预防复发。传统的CD疗法如免疫抑制等可导致多种严重的不良反应和药物耐药性，且易引起疾病复发，对患者生理、心理和经济造成巨大压力，因此亟需安全有效的CD替代疗法。目前，尽管新型疗法如抗肿瘤坏死因子等对CD的治疗取得了一定进展，但在临床实践中，CD的有效治疗仍是一项艰巨挑战。因此调控肠道微生态是治疗CD的一项重要尝试。本文就肠道微生态在CD中的作用和治疗展望作一综述。

一、肠道微生态和CD

1.肠道微生态及其影响因素：人类肠道微生物的数量可达1013～1014，其中细菌最为常见，占99%以上。这些微生物集体基因组所含的基因至少为宿主基因组的100倍[6]。结肠中细菌总数约为3.8×1013个，是微生物数量最多的器官[6]。各种胃肠道菌群主要属于厚壁菌门、拟杆菌门和放线菌门，占98%以上[7]。肠道微生物的组成受个体所在环境、饮食、年龄、基因、分娩方式、抗菌药物使用等因素的影响，在个体间存在差异，但健康个体体内定植的肠道菌群相对稳定[8]。

肠道菌群既受先天因素影响，亦与抗菌药物使用、后天饮食模式等有密切关系。研究[9]发现，相对于未共同生活的人群，家庭成员间的肠道菌群更接近，提示肠道菌群的组成可能与生活环境有关。近来研究[10]表明，在无宫内感染的情况下，胎便、胎盘、脐带血、羊水等处均可测及细菌，表明肠道菌群的定植可能在子宫内即已开始。Wong等[11]在一项出生队列研究中对105名婴儿(62名阴道分娩、43名剖宫产)胎粪样本的细菌DNA进行了16S rRNA基因测序，发现剖宫产(相对阴道分娩)所生婴儿的埃希菌属相对丰度较低，提示分娩方式与婴儿肠道微生物组成相关。Arboleya等[12]的研究发现，与足月儿相比，出生后一个月内的早产儿拟杆菌科百分比降低，而乳杆菌科百分比升高，围手术期包括产前使用抗菌药物会导致新生儿肠杆菌科百分比升高，表明早产和围手术期使用抗菌药物均会影响肠道菌群的初步建立。有研究[13]认为肠道微生物可将摄取的营养物质作为其生物过程的燃料，因此宿主饮食模式的改变会影响细菌代谢，但对饮食敏感的微生物群通常仅占整个群落的一小部分。此外，不同年龄人群的肠道菌群亦会出现差异，肠道微生物群落组成会随时间推移而逐渐发生变化[14]。

2.CD患者肠道微生态的变化：伴随微生态学的发展和研究的不断深入，目前普遍认为肠道菌群与CD的发生、发展有关。CD患者肠道菌群结构较正常人发生较大改变。Alam等[15]收集了9份CD患者粪便标本、10份健康志愿者粪便标本，采用以16S rRNA 为基础的高通量测序方法进行检测，结果发现与健康志愿者相比，CD患者肠道菌群的物种丰度降低，且存在菌群群落种类和数量失衡，CD患者肠道中厚壁菌门和放线菌门丰度增加，拟杆菌数量减少2.4倍，而变形杆菌丰度增加3.8倍。He等[16]采用16S rRNA测序，比较同一组患者治疗前后肠道黏膜相关菌群的组成和功能变化，结果表明活动期CD较缓解期CD的肠道菌群发生明显变化，在诱导缓解后，乳杆菌、阿克曼菌等潜在有益菌数量有所增加，而梭杆菌减少。Lee等[17]从18例CD患者和9名健康对照者的肠黏膜组织中分离出大肠埃希菌菌株，进行黏附、侵袭和存活测定，并鉴定黏附侵袭性大肠埃希菌(AIEC)。结果发现CD患者大肠埃希菌菌株的黏附、侵袭和存活能力均显著升高，CD患者的AIEC患病率(38.9%)显著高于健康对照组(22.2%)。

高通量测序的发展使人类健康与UC关系的研究超越了肠道菌群，并扩大了对真菌菌群、病毒和蠕虫的认识[18]。Liguori等[19]利用16S和ITS2测序技术对CD患者回肠黏膜和粪便标本进行分析，结果表明真菌多样性增加，尤其以白色念珠菌、棒曲霉以及新孢子虫的多样性增加更为明显。Norman等[20]对由CD和非CD对照组组成的独立队列进行粪便滤液的宏基因组测序和丰度分析，发现有尾噬菌体(caudovirales)与微噬菌体(microviridae)间存在负相关关系，CD患者有尾噬菌体显著扩增，此种不相称的噬菌体丰度与CD发生相关。Ramanan等[21]的研究表明，肠道蠕虫感染会促进特定的有益菌群数量增加，限制致炎性菌群增殖。寄生虫引起的肠道感染可降低小鼠发生CD的风险。

二、肠道微生态失衡导致CD的可能机制

CD的发病机制尚未完全明确，目前普遍认为与遗传因素、环境因素、肠道微生态等密切相关。CD在易感基因的基础上，由环境等因素促发体内免疫系统和肠道微生态系统的平衡受损，从而导致炎症反应。

1.肠道微生态紊乱破坏肠黏膜屏障：正常肠道共生菌可通过抗菌保护、免疫诱导、保持胃肠道黏膜屏障完整性等多种途径维持肠道微生态平衡，抵御外来病原体损害[22]。在CD患者肠道菌群中，肠道优势菌、益生菌(如双歧杆菌、乳杆菌)减少，而条件致病菌(如大肠埃希菌、艰难梭菌)增加[15-16]。增多的致病菌如AIEC可直接损伤并进入肠黏膜屏障，被巨噬细胞吞噬，但致病菌可逃脱自噬，导致巨噬细胞分泌高水平肿瘤坏死因子(TNF)，引起肠道炎症以及致病菌进一步扩散定植，同时加速屏障功能失调[23-25]。此外，在人和小鼠CD中，长期炎症状态以及紧密连接蛋白破坏均会导致肠上皮细胞的完整性丧失，真菌可通过破坏黏膜屏障侵入宿主，从而导致更为严重的炎症反应[26]。

2.肠道微生态影响机体免疫反应：肠道菌群的关键功能除营养、代谢和产生能量外，亦包括促进免疫系统的发育和成熟。正常情况下，肠道免疫系统对食物和细菌抗原维持一种类似耐受的局部或系统性无反应状态，一旦此种稳态受损，黏膜接触抗原即会引起炎症反应。此外，部分特定微生物会促进不同T细胞亚群生长，影响肠道先天性免疫应答，从而破坏肠道稳态。动物实验显示，脆弱拟杆菌将其荚膜多糖A(PSA)以外膜囊泡的形式呈递至树突细胞，刺激CD4+FOXP3+调节性T细胞(Treg细胞)产生白细胞介素-10(IL-10)，从而抑制炎性反应[27]。在肠道中，FOXP3+Treg细胞以及分泌FOXP3+、IL-10的CD4+T细胞具有重要作用，编码FOXP3的基因缺失或功能丧失会导致小鼠发生致命的炎性疾病[28]。近期研究[29]显示，正常肠道益生菌通过多种保护性机制，如免疫调节、模式识别受体(Toll样受体家族等)介导，抑制Th17细胞的活性和IL-17的产生。然而CD患者的Treg细胞与Th17细胞比例失衡，Th17细胞积聚，并分泌IL-17等相关炎性分子，而Treg细胞相对减少[30]。

目前真菌在CD发病中的具体作用机制尚未明确，但已有研究[31]发现CD与宿主抗真菌免疫有关。前已述及，CD患者存在明显的真菌菌群失调，共生真菌对肠道免疫系统具有重要的调节作用，亟需更多研究深入探索真菌与CD的因果关系。

3.肠道微生态参与物质代谢：研究[32]显示，在小鼠模型中，通过调节微生物代谢物牛磺酸、组胺以及精胺的水平可改善小鼠肠道炎症。Tang等[33]的研究发现，肠道菌群代谢产物短链脂肪酸(SCFAs)、胆汁酸等可通过影响肠道屏障功能、自主神经、慢性炎性反应等影响机体功能。肠道生理性细菌以膳食纤维为食，并产生SCFAs(主要为乙酸盐、丙酸盐以及丁酸盐)。丁酸盐是结肠细胞的主要能源，可通过抗炎作用来维持肠道稳态[34]。在CD患者肠黏膜和粪便中，SCFAs水平降低，导致肠道上皮细胞增殖分化受阻，炎性反应失控[35]。此外，肠道菌群中拟杆菌、双歧杆菌等通过产生胆盐水解酶和脱羟基反应产生胆汁酸。适当浓度的次级胆汁酸具有免疫调节作用。与健康人相比，CD患者体内厚壁菌门丰度降低，导致胆汁酸含量减少，抗炎作用减弱[36]。

三、调节肠道微生态在CD治疗中的应用

CD传统的治疗药物主要包括氨基水杨酸制剂、糖皮质激素、免疫抑制剂等，但传统治疗不良反应多，疗效不甚满意。近年来，对肠道微生态的研究为CD的治疗提供了新的思路。

1.饮食：研究[37]显示，人体的体质量指数、血糖、血脂、饮食结构等均能影响肠道菌群结构及其产生的代谢产物。目前尚无明确证据证实缓解CD的具体食物因素。一项前瞻性研究[38]显示，地中海饮食(现泛指希腊、西班牙等处于地中海沿岸各国以蔬菜水果、鱼类、五谷杂粮、豆类和橄榄油为主的饮食风格)能显著降低迟发型CD的发病风险。国内外均有研究[39-40]提示肠内营养对CD的治疗具有明确疗效。但饮食治疗CD的具体作用机制以及饮食对CD的治疗与肠道菌群改变是否有因果关系仍需进一步研究。

2.益生菌和益生元：益生菌是特定的活性微生物，适量摄入可促进宿主健康。益生菌与益生元合并在同一产品中协同作用时称为合生元。Guslandi等[41]的研究发现，单独接受美沙拉嗪治疗的患者中，37.5%出现临床复发，但将美沙拉嗪与益生菌布拉酵母菌联合使用的患者仅6.25%出现临床复发，推测布拉酵母菌可用于CD的维持治疗。Dore等[42]对78例CD和122例溃疡性结肠炎(UC)患者进行了一项为期36个月的临床观察，结果表明持续服用益生菌的CD患者中，全身使用激素、住院治疗、手术治疗等不良事件的发生率减少了64%，且CD患者服用益生菌时间越长不良事件发生率越低。但Schultz等[43]的研究表明，乳杆菌GG对诱导或维持CD缓解未显示出任何益处。Shen等[44]的meta分析显示，乳杆菌GG不仅对CD无效，且服用后可能会增加复发率。

目前，将益生元或合生元用于CD治疗的临床研究较少。乳果糖可被肠道菌群无氧酵解为乳酸和乙酸，进而促进双歧杆菌、乳杆菌等益生菌的生长。乳果糖的代谢产物还可与自由基发生反应，从而抑制细胞炎性通路激活，减轻炎症水平[45]。近年来，乳果糖的益生元效应愈加受到重视。但相关研究显示，乳果糖对CD的治疗效果较UC差。Hafer等[46]对17例CD患者进行研究，其中9例患者单独接受标准药物治疗，8例患者在标准治疗的基础上联合10 g乳果糖作为辅助治疗，结果显示4个月后接受乳果糖治疗的CD患者的临床活动指数、内镜评分以及免疫组化指标均无明显改善，因此推测口服乳果糖对CD无显著疗效。但Fujimori等[47]的研究表明，相对益生菌治疗组，益生菌与益生元联合治疗组的平均组织学评分明显改善，可作为治疗活动性CD的辅助疗法。

综上所述，不同研究对益生菌、益生元治疗CD的疗效结果差异较大，此可能由样本的个体差异所致。Zmora等[48]的研究发现，相同菌种在不同个体中可表现出完全不同的肠道定植情况，即人类肠道黏膜对益生菌的定植具有个体特异性，而此种特异性可能与个体肠道中固有菌群的结构和功能相关。因此益生菌和益生元对CD患者的疗效尚需进一步探讨。此外，仍需更严格的临床研究明确特定益生菌菌株和益生元物质在CD不同临床分期、活动度分级以及分型的中最佳疗效。

3.粪菌移植(fecal microbiota transplantation，FMT)：FMT是将健康人粪便中的功能菌群移植至患者胃肠道内来重建肠道菌群的治疗方法。鉴于肠道菌群在CD中的作用，FMT的治疗策略备受关注。但目前尚缺乏相关临床随机对照试验的证据。Xiang等[49]评估了FMT对CD的治疗价值，治疗目标包括腹痛、腹泻、便血、发烧、类固醇依赖性、肠瘘以及活动性肛周瘘，接受FMT后1个月发现分别有72.7%、61.6%、76%以及70.6%的患者腹痛、腹泻、便血以及发烧情况获得改善；此外，50%的类固醇依赖患者达到无类固醇缓解。Xu等[50]的研究表明，在105例CD患者中，56.19%对FMT临床疗效满意，74.29%的患者愿意接受第2次FMT，89.52%的患者表示愿意向其他患者推荐FMT。FMT可有效重建患者肠道菌群，使其结构逐渐向供体靠近，并保持相对稳定，从而通过恢复肠道微生态平衡来发挥治疗的作用。但需进一步研究明确FMT在CD治疗中的益处以及其能否介导维持长期缓解。

四、总结和展望

近年来，CD在全球的发病率呈逐渐升高趋势，但其具体发病机制尚未明确，揭示确切发病机制具有重要意义。已有研究证实，环境等因素导致的肠道微生态改变与CD的发生有关；同时，CD导致的人体内环境的改变亦能引起机体肠道微生态发生改变，但此过程中仍存在诸多疑问有待解答，如肠道微生态失衡与CD发病的因果关系、CD的发生是否具有特异性致病菌以及具体的免疫和分子机制等，仍需进一步研究阐明。相关研究结果可为临床治疗提供新方向，如改变患者饮食结构，给予益生菌、益生元、合生元以及进行FMT治疗等。进一步揭示肠道菌群与CD的关系，可更好地促进上述治疗方法的有效应用，如在明确CD发生、发展中起关键作用的微生物的基础上，FMT可采取人工培养的微生物，此种标准化生产的药物具有更高的安全性和可操作性。此外，通过研究肠道菌群或可提示更清晰的CD相关免疫、分子机制，寻找潜在的药物靶点，从而促进相关药物的研发应用。

综上所述，随着测序技术的不断发展和完善以及肠道宏基因组计划的开展，未来肠道微生态的研究将有助于从多个层面阐明细菌甚至真菌、病毒等在CD发病中的具体机制，可为CD患者的肠道微生态治疗进一步提供理论基础。