胃食管反流病和消化道微生物菌群关系的研究进展

陈子佼 陈彦君 杨奕 严苏*

胃食管反流病（GERD）是指胃内容物反流入食管，导致反流症状和（或）黏膜损害。目前GERD 主要分为非糜烂性反流病（NERD）、反流性食管炎（RE）和Barrett 食管（BE）三大临床类型。GERD 是一种复发性疾病，在西方国家的发病率较高［1］，近年来在亚太地区的发病率有逐步升高的趋势。随着中国人口老龄化日益加重，GERD 的患病风险随之增加［2］，我国发病率由原来不足5%上升至12.5%［3］。GERD降低患者的生活质量，重度食管炎及Barrett 食管患者需接受PPI 长期维持治疗。此外，胃食管反流可导致食管黏膜炎症、肠化甚至食管腺癌的发生。GERD 是一种多因素参与的疾病，但其发病机制尚不完全清楚。本文对GERD 与消化道微生物菌群关系的研究进展进行综述。

1 消化道微生物菌群的概述

随着高通量测序技术的发展，16s rRNA 基因测序已被广泛应用于获取微生物的大量信息，人类微生物菌群的多样性及复杂功能不断显现。人类和微生物共同进化的结果之一便是互利共生，微生物菌群可以帮助消化吸收营养物质并促进生长发育，刺激宿主产生免疫应答，排泄毒素和致癌物，并能抑制和排斥外籍菌的入侵和定植，维持宿主微生态的平衡等。相反，微生态的紊乱会导致病理改变和疾病的发生，已有多项研究表明，人类消化道微生物菌群的改变与肠易激综合征、炎症性肠病、糖尿病及肥胖等疾病密切相关［4-6］。

近年来有关各种食管疾病的流行病学指出微生物菌群是潜在的致病因素，并提出这样的可能性：某些微生物菌群的改变可能直接导致炎症环境，从而引起各种食管疾病的发生［7］。一项研究发现，在食管炎和Barrett 患者的食管活检中出现微生物菌群的变化，提高这些异常群落在食管疾病发病机制中起因果作用的可能性［8］。因此识别GERD 中复杂的微生物菌群及二者之间关系有助于进一步探讨微生物在食管疾病中所发挥的作用。

2 GERD和消化道微生物菌群的关系

2.1 GERD 和胃微生物菌群 由于胃酸的分泌，胃内有着独特的生态环境和微生物群落。过去人们常认为胃酸形成的高强度酸性环境是无菌的，但已有研究证实大量的耐酸细菌菌株存在于胃中［9］。最新的一项研究表明GERD 患者和健康人在胃黏膜和肠道中的微生物菌群具有显著差异，与健康人群相比，GERD 患者有着更大的群落多样性及细菌丰富度［10］。值得注意的是，在食管炎和BE 患者的胃液中观察到肠杆菌科细菌的增加［11］。该研究首先证明即使同为GERD，拥有正常食管组织的GERD 患者与食管炎或BE 患者相比，胃反流物的微生物菌群是不同的，且此研究结果表明肠杆菌科（主要是埃希菌属）在食管炎和BE 患者中显著丰富，由此得出，胃微生物菌群的改变可能在食管炎和BE 的发病机制中起一定作用。幽门螺杆菌（Hp）是胃内一种重要的病原体，有流行病学研究表明与健康对照组人群相比，Hp 感染在GERD 患者中更加少见［12］。此外，一项对于观察性研究的系统综述表明Hp 与GERD 呈负相关［13］。对于Hp 感染对胃食管反流病是否具有保护作用有着较大争议。还有研究指出根据Hp 在胃内分布部位的不同，胃窦胃炎患者的GERD 风险随胃酸分泌增加而上升，而胃体胃炎伴萎缩的患者有着较低的GERD风险［14］。然而并非所有患者均受到胃酸分泌变化的影响，因GERD 是一种多因素参与的疾病。大量研究已证明胃黏膜中Hp 的定植状态显著改变胃的微生物群［15］。

2.2 GERD 和肠道微生物菌群 有研究认为人类疾病的根源在于肠道菌群的失调或微生物的代谢产物转移至远处器官［16］。最近研究表明，人类肠道微生物菌群的组成与宿主健康和疾病发展密切相关［17］。越来越多的证据表明，肠道微生物菌群的不平衡导致肠道内环境的改变，从而导致食管黏膜炎症或肿瘤的发生。有研究发现为期9 个月的慢性高脂饮食作为一个独立危险因素诱发食管炎症和上皮化生，作为BE和食管腺癌发病机制的第一步［18］。动物实验研究发现，高脂饮食导致食管发育不良与肠道微生物菌群的改变以及食管组织中中性粒细胞与自然杀伤细胞的比例增加有关［19］。由此可见，肠道微生态可能参与着GERD 的发生与发展过程。精神心理因素是GERD的另一危险因素，GERD反复发作者常伴有睡眠障碍，甚至导致焦虑、抑郁状态的发生，恶化的精神心理状态进一步加重反流，从而陷入恶性循环。暴露于压力或应激状态导致“脑-肠轴”的改变，而肠道菌群可通过“微生物-脑-肠轴”这一双向交流机制，影响中枢神经系统的功能及内脏神经调控［20］，间接参与GERD 的发生发展过程。有研究表明益生菌可能对“微生物-肠-脑轴”产生深远的影响，并减弱压力诱导的消化道疾病的发展［21］。

2.3 GERD 和食管微生物菌群 在过去由于微生物学研究主要依靠传统的细菌培养方法，再加上食管的解剖结构导致精确取材难度的增加，食管被认为是无菌的，或者只是简单包含从口腔引入的瞬时微生物群。一项研究对4 例成人的正常食管组织进行活检，运用16s rDNA 基因测序技术观察到这4 份样本中的微生物菌群是相似的，并由此推测人食管中的微生物菌群是相对稳定的，而不仅仅是口咽定植的产物［22］。YANG 等［23］证实人类食管远端存在复杂的微生物群，其复杂性可与口腔、胃肠道、皮肤等器官中微生物群相媲美。链球菌被认为是正常食管微生物群的主要组成部分。一项初步研究报告表明，对于食管远端活检标本中，BE 患者比非BE 患者更易检测到细菌［24］。MACFARLANE 等［25］研究也表明在BE 患者标本中发现更多种类的细菌和更多数量的链球菌，意味着BE 患者中微生物多样性更高。GALL 等［26］发现链球菌和普氏菌在BE 患者上消化道数量上占优势，二者比例因人及解剖部位的不同而异。日本一项研究调查正常食管人群及RE 和BE 患者食道远端的细菌组成，通过对现有的标本进行门级分析后发现三组的微生物菌群在门和属两个水平上均存在差异［27］。YANG 等［24］比较12 例食管正常者、12 例食管炎患者以及10 例BE 患者食管远端活检组织的微生物群多样性，发现健康人与食管炎或BE 患者的微生物组成存在差异，并通过聚类分析将食管远端微生物分为两型，分别命名为Ⅰ型菌群和Ⅱ型菌群，推断Ⅱ型菌群与异常的食管黏膜组织具有显著关联，并由此提出两种假说：一是假定每个个体都有稳定的Ⅰ型或Ⅱ型微生物群，而Ⅱ型中占优势的革兰阴性菌可产生脂多糖LPS，此物质可以通过激活诱导型一氧化氮合酶（iNOS）途径引起食管下括约肌异常松弛，已知食管下括约肌异常松弛是GERD 的病理生理基础之一，由此推论Ⅱ型微生物群也许是GERD 的致病因素；另一种假定食管微生物群是暂时性的，以链球菌为主的Ⅰ型微生物群代表正常口腔菌群通过吞咽的唾液延伸至食管，Ⅱ型微生物群是胃反流引起的继发性改变。此研究表明食管的炎症和肠化生与食管远端微生物群的改变有关。

2.4 GERD 和口腔微生物菌群 口腔是复杂的微生物环境之一，口腔微生物群特别是唾液和齿周袋中的微生物菌群，除了与各种口腔疾病密切相关之外，还影响较多全身性疾病的发病机制和病程［28］。唾液对于维持口腔内稳态也极为重要，其是天然抗菌蛋白和免疫介质的混合物，对口腔内微生物的定植有重大影响。有研究表明，唾液缓冲能力下降是造成胃食管反流病食管侵蚀的原因之一。胃酸引起的牙蚀症是GERD的食管外症状之一，可因患者缺乏典型症状而忽略病因，需要注意的是胃食管反流物到达口腔会影响口腔微生物群的结构，因此研究GERD 患者口腔中微生物群的组成差异是十分必要的。最新的一项研究比较GERD 患者和非GERD 患者唾液中微生物群特征，结果表明GERD 患者唾液的微生物群落结构与非GERD 患者相比有所不同，在GERD 患者的唾液样本中，韦荣氏球菌属、纤毛菌属和放线菌属的相对丰度明显较高，其中具有代表性的大多数菌群可产生有机酸，导致唾液pH 值下降，最终导致牙釉质退化和龋齿的发生［29］。还有研究发现，口腔中的Hp 增加胃食管反流发生的几率［30］。有研究表明健康人类口腔黏膜菌群与食管菌群有相似之处，与食管相比，口腔中的细菌浓度较高［31］。因此，口腔微生物可能是改变食道微生物的治疗靶点，并可能改变各种食道疾病的风险和结局。口腔微生物组作为多种胃肠道恶性肿瘤的生物标记物被研究，包括食管鳞癌、胃癌、胰腺癌和结直肠癌等。目前对于GERD 患者的口腔微生物组分仍知之甚少，深入了解口腔菌群在GERD 发生发展中可能产生的作用是十分必要的。

3 PPI与消化道微生物菌群

PPI 是治疗GERD 的最常用药物，有研究发现PPI 降低GERD 患者胃黏膜微生物群的相对细菌多样性，与不使用PPI的GERD 患者及健康的对照组人群相比，PPI 使用组胃黏膜菌群中动性球菌科、草酸杆菌科和鞘氨醇杆菌科的丰度更高。长期使用PPI 的GERD 患者比短期使用PPI 的GERD 患者有更丰富的嗜甲基菌属［10］。有报道称PPI 治疗显著增加肠道艰难梭状芽胞杆菌感染（CDI）的风险。一项对23 项研究的荟萃分析发现，PPI 使用者中难治性梭状芽孢杆菌相关腹泻（CDAD）风险增加65%［32］。也有报道称存在其他肠道微生物菌群失调，特别是链球菌、肠球菌及埃希菌属的过度生长。长期PPI 使用者粪便菌群中瘤胃球菌属的丰度显著高于短期PPI 使用者［33］。一项研究发现埃索美拉唑显著改变口腔微生物群的组成，此研究报道上消化道酸的抑制可能会影响口腔微生物菌群，但其确切机制尚不清楚［34］。

4 小结

消化道微生物菌群与GERD 的发生发展密切相关，目前对于两者关系的研究仍有诸多不足，如尚未明确消化道微生物菌群在GERD 发病机制中的潜在作用，仍不清楚GERD 患者菌群组分及是否存在与发病相关的特定菌群；是宿主个体的微生物群改变引发疾病的发生发展，还是上皮细胞类型的变化或持续存在的反流导致菌群的改变，抑或存在一种复杂的相互作用，各种问题均有待更多研究进一步阐明。如能更好地了解微生物菌群在GERD 中的作用，就有可能通过调整消化道微生态为GERD 的诊治开辟新的途径和方向。当然，导致临床疾病演变的真正因果机制是复杂的，GERD 是多因素参与的疾病，不能归于任何一种因素，重要的是扩大对微生物组分变化促进疾病状态的过程的理解，以提高对微生物组分与疾病间潜在联系的理解。