肠道菌群与亚健康状态关系的研究进展

张星星,何璇昱,杨秋玉,蔡文文,白杨,阮伟清

【提要】 亚健康状态是从健康到疾病的过渡状态，处于亚健康状态者多伴有消化道症状，在此过程中，很可能是肠道内某些特殊菌群的异常变化促使疾病的发生。近年来，国内外已有开展关于亚健康状态与肠道菌群关联的研究。本文从肠道菌群与亚健康状态的机制、消化道微生态调节剂在改善亚健康状态中的运用等方面进行综述，总结近年来的研究进展及热点，为亚健康状态的菌群治疗、靶点研究奠定基础。

亚健康状态(sub-health status，SHS)是指人体处于健康和疾病之间的一种状态，其临床表现复杂多样且缺乏特异性，可影响生理、心理、社会交往方面。机体虽无明确疾病，却呈现活力降低、适应力不同程度减退，直接影响睡眠质量，加重身心疲劳，影响工作能力和生存质量[1]。若机体长时间处于亚健康状态，则可发展为亚临床状态，进而发展为疾病状态，如极易导致精神心理疾患，严重时影响寿命。随着社会经济的发展、生活环境的变化以及生活节奏的不断加快，越来越多的人暴露在亚健康状态中[2]。WHO的一项预测性调查显示全球亚健康比例已达75%，健康者只有5%[3]。调查显示我国约80%的成年人处于亚健康状态[4]，其中20～45岁中青年的亚健康状况较严峻[5]。目前，亚健康状态是一个不可忽视的潜在的健康威胁，亟需重视和及时干预。

肠道菌群(gut microbiome，GM)及其代谢产物在维持人体健康稳态中起至关重要的作用[6]。近年来，人们逐渐把GM研究的焦点转移到中枢神经系统，发现人类的精神心理健康与GM关系密切[7]。亚健康状态是一种心身相关的机体失衡状态，心理因素在亚健康状态的成因及发展、转化过程中处于核心位置[8]。目前，国内外已有针对亚健康状态与GM的相关研究[9, 10]。本文综述GM与亚健康状态的关联与最新进展，寻找关键菌群，及早对亚健康状态发出预警，为亚健康状态的菌群治疗奠定基础。

1 亚健康状态

20世纪80年代，Berkman首次提出机体存在一种介于健康状态和疾病状态之间的中间状态，WHO称之为第三状态[11]。在1995年北京“首届亚健康学术研讨会”上正式确定了亚健康这一名称及概念[12]。2009年，《亚健康中医临床指南》[1]规范亚健康的定义为：人体处于健康和疾病之间的一种状态。处于亚健康状态者，不能达到健康的标准，表现为一定时间内的活力降低、功能和适应能力减退的症状，但不符合现代医学有关疾病的临床或亚临床诊断标准。在国外的研究中，与我国研究者所称的“亚健康”概念相对应的是“慢性疲劳综合征(chronic fatigue syndrome，CFS)”，许军、罗仁等人认为应把慢性疲劳综合征归为亚健康状态中的一种亚型[13]。

亚健康状态的具体表现是多种多样的，主要分为躯体性亚健康状态、心理性亚健康状态、人际交往性亚健康状态三种亚型[14]。躯体性亚健康状态可表现为疲乏无力、肌肉及关节酸痛、头昏头痛、心悸胸闷、睡眠紊乱、性功能减退、怕冷怕热、易于感冒、眼部干涩等，此外，许多处于亚健康者伴有食欲不振、腹部不适、便溏便秘；心理性亚健康状态可表现为情绪低落、心烦意乱、焦躁不安、急躁易怒、恐惧胆怯、记忆力下降、注意力不能集中、精力不足、反应迟钝等；人际交往性亚健康状态可表现为不能较好地承担相应的社会角色，工作、学习困难，不能正常地处理好人际、家庭关系，难以进行正常的社会交往等[15]。

2 GM与亚健康状态

2.1 亚健康状态人群的GM

亚健康人群的GM与健康人群的菌群相比有明显差异，不仅反应在菌群的种类不同，而且同类菌群的数量也相差甚远。Sheedy[16]基于细胞培养的技术，研究了CFS组与健康对照组的粪便微生物，结果发现CFS人群肠道中的革兰氏阳性需氧菌明显占优势，尤其肠球菌和链球菌明显增加。肠球菌(Enterococcus)和链球菌(Streptococcus)的主要代谢产物是乳酸和少量的乙酸，已有报道显示D-乳酸的升高与认知功能障碍和神经功能缺损相关[17]，证明了CFS人群的头痛、虚弱、认知功能障碍、疲劳、疼痛、嗜睡等症状可能与乳酸的增高有关。但这与通过H-NMR代谢组学测定的血乳酸减少的报道形成对比，Cortes[18]认为这是由于乳酸性酸中毒仅影响CFS的一个亚型。Fremont等[19]人使用高通量16S rRNA基因测序，研究来自比利时和挪威的CFS组和健康对照组GM的差异，发现不同国家各人群的GM组成不同，且CFS组的类杆菌属(Bacteroides)均减少。Shukla[20]提出CFS人群的GM与健康对照者不同，是由于细菌从肠道向全身循环的转运增加所致。为了验证这一假设，他们分别收集了CFS组和对照组的极量运动前、运动后15 min、48 h、72 h的症状报告、血液和粪便标本。结果发现，CFS人群主要菌群的相对丰度增加更显著，血液中细菌清除时间延长。Giloteaux等[21]人基于16S rRNA基因测序技术，对CSF组和健康对照组的GM及其代谢物进行分析，并检测了血液中的炎症标志物，结果发现CFS组的GM多样性减少，主要是硬壁菌门的相对丰度和多样性的减少。研究还发现促炎性菌属的增加，抗炎性菌属的减少，尤其是粪肠杆菌(Faecalibacterium)，血液中的血清脂肪酶(LPS)、血清脂多糖结合蛋白(LBP)、可溶性CD14(sCD14)水平升高。这一研究提示了CFS人群的胃肠道是促炎环境，这种环境可能会损坏肠上皮，从而增加微生物转运并触发免疫反应。

2.2 GM引起亚健康状态的机制

近年来，研究表明GM参与脑肠轴(brain-gut axis，BGA)，在维持宿主心理健康、调控大脑功能及行为中发挥着重要作用。目前认为脑肠轴是一个双向应答系统，涉及内分泌，免疫和神经等多个系统的相互作用[22]。Sotzny等[23]人认为导致亚健康状态的主要原因正是免疫系统失调、自主神经系统和代谢的紊乱。

2.2.1 免疫系统

肠道作为内外物质交换的重要场所，具有丰富的免疫系统，大量的免疫细胞分布于肠道固有层[24]。肠道微生物可与肠黏膜细胞相互作用,诱导释放促炎和抗炎细胞因子,当促炎细胞因子明显多于抗炎细胞因子时,促炎细胞因子经过血脑屏障进入中枢神经系统，并直接诱导炎症反应[25]。肠道微生物还可将色氨酸代谢为色氨酸分解物,色氨酸分解物通过诱导调节T细胞分化,使细胞因子平衡向抗炎方向倾斜,从而促进免疫稳态[26]。

CFS通常以慢性低度炎症为特征，疲劳的严重程度与炎性疾病的活动相关，这与CFS的免疫学模型一致。早在2003年，Logan等[27]人就提出双歧杆菌水平低和小肠细菌过度生长可导致CFS人群的免疫功能异常。近年来，越来越多的文献提示CFS人群免疫功能障碍，如，传染性单核细胞增多症已被证明是CFS的危险因素[28]，以及该人群促炎细胞因子(脂多糖和肽聚糖)的升高，T淋巴细胞活化标记物(CD26和CD38)增加和自然杀伤细胞功能的下降[29]，这证明了免疫系统可能参与其中。

2.2.2 神经系统

肠道与脑进行沟通的神经途径包括迷走神经、神经递质等，肠脑轴之间的双向通讯主要是通过迷走神经进行的[30]，迷走神经与肠神经系统形成突触连接，构成“肠道菌群—肠神经—迷走神经—脑”的信息传递通路，将GM失调的信息传递到大脑，引起机体的焦虑和抑郁等慢性应激情绪[31]。迷走神经是植物神经系统中最长的神经，对参与呼吸的肺、心脏等器官具有副交感控制，副交感神经长期紧张便会出现头晕目眩、疲劳等症状[32]。

Gur[33]证明了CFS人群的自主交感神经和副交感神经系统功能失调，包括血管舒缩功能和胃肠道功能障碍，以及对疼痛和感觉刺激的敏感性增加。Wyller[34]发现CFS人群疲劳症状相关的改变与副交感神经活动减少和交感活动增加有关，Sanae Fukuda等[35]报道，症状的严重程度取决于交感神经过度活跃程度，这是通过表现状态测试来评估的。此外，GM还产生γ-氨基丁酸、去甲肾上腺素、多巴胺、乙酰胆碱等神经递质，这些神经递质除调节肠道活动外，γ-氨基丁酸作为抑制性神经递质还经迷走神经上行作用于中枢神经系统，调节机体大脑的学习记忆功能[36]。一项小样本研究确定了在CFS人群中特征明显的胆碱能受体SNP(mAChM3R)，与自然杀伤细胞的改变一致[18]。

2.2.3 内分泌系统

下丘脑—垂体—肾上腺轴(The hypothalamic-pituitary-adrenal axis，HPA)是内分泌调节的重要组成部分，通过心理和生理压力激活释放皮质醇，调控肠道免疫细胞的活动和细胞因子的释放，从而影响肠道的渗透性和屏障功能，改变GM的结构。相反，GM也能够调节HPA轴的活动，影响应激反应相关的神经回路和行为。Weerth[37]证明了肠道微生物群与HPA轴平行发展。

HPA失调，特别是皮质醇缺乏，可能会降低HPA激素抑制免疫系统的能力，使人衰弱而变得疲劳、虚弱和腹痛[38]，从而造成CFS的发生、发展。皮质醇水平降低的根本原因可能是由于昼夜变化减弱以及HPA响应度降低。Tak[39]的研究显示，CFS人群的皮质醇水平降低，且女性比男性更明显，这与亚健康人群中女性居多的特点一致。

2.2.4 代谢产物

除了GM构成的不同，还发现GM代谢产物的巨大差异，主要指短链脂肪酸(short-chain fatty acids，SCFAs)。丁酸盐、乙酸盐和丙酸盐是肠道中主要的三种SCFA，能够降解多糖，促进肠道蠕动和保持上皮屏障的完整性，也会影响免疫和炎症反应[40]。但SCFA，尤其是丙酸的累积，也可通过作用于神经胶质细胞而影响中枢神经系统，造成认知障碍。与健康对照组相比，CFS组的SCFA总量增加，可能与类杆菌减少，梭状芽孢杆菌增多有关。已知梭状芽孢杆菌能从乳酸和氨基酸中生成丁酸盐，这一过程可能是由于较高的pH值、肠道转运减少或微生物群落中细菌种类的变化而发生的[41]。

2.3 消化道微生态调节剂在改善亚健康状态中的运用

近年来，随着GM通过脑肠轴影响神经精神疾病研究的进展，益生菌也成为恢复亚健康状态人群原有GM的潜在干预措施。Rao等[42]人将39名CFS者随机分配到试验组或安慰剂组，试验组连续两个月每日服用两次干酪乳杆菌代田株(LactobacilluscaseistrainShirota)，两组在干预前后提供大便样本，并完成贝克抑郁和贝克焦虑量表。结果发现试验组肠道乳酸菌和双歧杆菌的数量均显著增加，焦虑症状也明显减少。这可能与双歧杆菌可以提高血浆中色氨酸的水平，并改变与抑郁症和焦虑症相关的大脑区域中血清素和多巴胺的代谢有关。在另一项研究中，服用益生菌菌株(副干酪乳杆菌F19、嗜酸乳杆菌NCFB 1748和乳双歧杆菌Bb12)可显著改善神经认知功能，但未改善疲劳和身体活动分数[43]。Groeger等[44]人给CFS人群口服6～8周婴儿双歧杆菌35624，结果发现，与安慰剂相比，试验组血浆C反应蛋白、肿瘤坏死因子-α水平降低，该结果证明了这种微生物在胃肠道条件下具有降低全身炎症生物标志物的能力，也间接证明了人体内GM的免疫调节作用不仅影响黏膜免疫系统，还扩展到了全身免疫系统。笔者认为，选择合适种类、适宜剂量的益生菌可以改善一定的症状，但单独使用益生菌并不能恢复亚健康人群的健康状态。

综上所述，GM失衡既可能是亚健康的结果，也可能加重亚健康状态，从而导致疾病的发生。国内外已开展关于亚健康状态与GM的关联研究，但国外多关注CFS，而国内少见基于测序技术的GM和亚健康状态相关性的报道。虽然目前基于测序技术的GM和亚健康状态相关性的报道较少，但现有证据表明，亚健康状态的人群GM及代谢物与正常人相比存在差异。现有研究由于测序技术、诊断标准、纳入标准、对照组的不同，导致结果相互矛盾，因此，还需要对亚健康状态的GM及代谢物进行更多高质量的研究。随着宏基因组学/高通量测序技术的发展，并将其成功应用于GM的分析，不仅有助于亚健康状态的机制探讨，而且可为亚健康的预警、菌群治疗奠定基础。