益生菌治疗炎性肠病的研究进展

杨敏琪，张吉翔综述 董卫国审校

炎性肠病(inflammatory bowel disease,IBD)是一组病因尚未阐明的慢性非特异性肠道炎性疾病，包括溃疡性结肠炎(ulcerative colitis,UC)和克罗恩病(Crohn’s disease，CD)。UC主要为局限于黏膜和黏膜下层的连续性炎性反应，病变多自直肠开始，可累及全结肠甚至末段回肠；CD则为节段性的肉芽肿性炎性反应，可累及消化道任何部位，但多常见于末段回肠和邻近结肠。IBD的传统治疗方法包括氨基水杨酸制剂、糖皮质激素、免疫抑制剂、生物制剂等，都可抑制肠道炎性反应，但存在价格高、安全性低、不良反应明显、治疗作用有限等缺点。近年来，越来越多的研究人员注意到益生菌在治疗IBD中的显著作用。本文就肠道菌群与IBD的关系、益生菌在IBD治疗中的临床应用及其作用机制作一综述。

1 肠道菌群与IBD

1.1 肠道菌群 人体肠道微生物群由10万亿～100万亿微生物组成，其数量约为人体细胞的10倍[1]。肠道菌群种类多达1 000余种，主要分为厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门、变形菌门[2]，其中拟杆菌门和厚壁菌门为优势菌门。在消化道的不同部位，细菌的种类和数量均存在差异，从胃到结肠，细菌的数量逐渐增加，结肠的细菌数量约为1012CFU/ml，以厚壁菌门和拟杆菌门为主[3]。近年来，肠道菌群被认为是一种“内分泌器官”，它们在维持肠道正常生理活动中发挥重要作用，包括营养代谢、促进机体免疫系统的成熟、参与脑—肠轴调节等功能；其与机体为相互依存的共生关系。研究表明，吸烟、饮食、抗生素的使用及情绪的变化等因素均可作用于肠道菌群，引起有益菌的丰度下降，致病菌的丰度升高，从而引起肠道炎性反应[4]。

1.2 菌群与IBD 许多研究表明，IBD的发病机制为在环境、遗传、饮食、肠道菌群等因素的作用下，启动了肠道免疫反应，破坏肠道免疫稳态[5-6]，进而引起肠道慢性炎性反应。近年来，肠道菌群与IBD的关系越来越受到重视。一些动物实验表明，在肠道无菌的条件下，遗传易感小鼠不会发生肠道炎性反应；此外，IBD最好发于肠道细菌数量最多的部位，且在肠道细菌数量最多和丰富度最大的部位疾病活动最明显[7]；抗生素治疗可在一定程度上使IBD患者获得临床改善[8]；益生菌、粪菌移植(faecal microbiota transplantation,FMT)等调节肠道菌群的方式也被证明是安全且有效的方法[9]。以上均可说明肠道菌群与IBD发病的相关性，但肠道菌群与IBD之间并非简单的因果关系。研究发现，IBD患者存在不同程度的肠道菌群失调，主要表现为总体微生物多样性降低，肠道有益细菌数量减少，致病细菌数量增多[6, 10]。IBD患者肠道菌群中，厚壁菌门丰度减少，而变形菌门，包括大肠杆菌丰度增加[5]。一项研究表明，病变部位不同的患者，其肠道菌群存在差异；有研究表明，疾病活动度越高的患者，其肠道中肠杆菌数目也越多，但未发现UC患者疾病活动度指数与肠道菌群间有明显关联；此外，病程较长的IBD患者的肠道菌群中变形杆菌的丰度增加[11]，即IBD患者的病变部位、疾病活动度及病程等均可在一定程度上影响肠道菌群。综上所述，肠道菌群与IBD关系密切且相互影响。因此，治疗肠道菌群失调越来越成为IBD综合治疗中不可或缺的角色。

2 益生菌在IBD治疗中的临床应用

根据国际益生菌和益生元科学学会(ISAPP)发表的共识声明，益生菌是指“当施以足够量时对宿主健康有益的活的微生物”[12]。益生菌种类繁多，人体内就有超过400种。从目前已报道的益生菌来看，大致可分为以下5类：乳杆菌类，如干酪乳杆菌、植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌等；双歧杆菌类，如长双歧杆菌、短双歧杆菌等；芽孢杆菌类，如布拉地芽孢杆菌、丁酸梭状芽孢杆菌等；链球菌属：如嗜热链球菌；肠球菌属，如耐久肠球菌、粪肠球菌等[13]。已有大量研究证实，益生菌在缓解或治疗IBD中起到重要作用。有研究表明，益生菌可提升肠道黏膜自身预防机制，且可拮抗致病菌的致病作用，还可以控制炎性因子的释放及短时间内恢复肠道菌群[14]。

2.1 益生菌作用于UC 大量临床研究表明，益生菌及其制剂对于UC患者的活动期诱导临床缓解和缓解期预防复发均有一定作用[15]。日本的一项多中心试验结果显示，长双歧杆菌可有效促进轻至中度活动性UC患者的临床缓解[16]。乳酸杆菌GG在缓解UC效果方面与美沙拉嗪差异无明显统计学意义，但在延缓UC复发方面则更有优势[17]。一项研究评估了不同条件下益生菌对IBD患者的疗效，结果显示不同益生菌在不同条件下对UC患者均有明显疗效[18]。VSL#3是一种益生菌混合物，其已被证实可减轻肠道炎性反应及促进肠黏膜修复[19]。Akkermansia 菌是一种属于疣状结肠菌门的益生菌，对宿主肠道炎性反应有着显著的缓解或治疗作用，已有动物实验证实其可显著改善葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的急性结肠炎小鼠的症状[20]，未来有望成为治疗UC的有效制剂。但目前益生菌在维持UC患者的临床缓解方面尚未显示出明显优势[21]。

2.2 益生菌作用于CD 有研究表明，益生菌对于CD活动期的治疗及缓解期的维持方面未有明确优势[22]。一项对照试验表明，布拉迪酵母菌可使CD患者的肠道屏障功能得到一定程度的改善[23]。研究发现，给CD患者补充可产生丁酸盐的细菌可增加患者肠上皮屏障的完整性[24]。CD患者在接受回肠切除术和回结肠吻合术后30 d内接受VSL#3治疗，其90 d和365 d内镜复发率及结肠黏膜促炎细胞因子水平均降低，早期使用VSL#3治疗能获得更好的疗效[25]。在一项研究中，将61例CD患者随机分为2组，分别给予益生菌补充剂及安慰剂，结果显示2组患者之间的黏膜炎性标志物水平及临床疾病活动度没有明显差异，亦未观察到严重的不良反应[8]。益生菌对于CD是否具有治疗作用仍存在争议，需要进一步的研究来证实。

3 益生菌治疗IBD的作用机制

随着对益生菌的研究越来越深入，其缓解或治疗IBD的机制也逐渐被揭示出来。其在IBD中的作用机制如下。

3.1 调节肠道菌群 肠道菌群失调是促进IBD发生与发展的一个重要因素，研究发现，益生菌能够通过Toll样受体促进Th1细胞分化，进而改变黏膜免疫系统，增强肠道保护功能，增加肠道菌群多样性[7]。有研究表明，植物乳杆菌Q7的细胞外囊泡(EV)可调节肠道微生物群，增加肠道中乳酸杆菌、双歧杆菌等有益细菌的丰度并降低变形杆菌等有害细菌的丰度[26]。益生菌还可通过竞争营养、拮抗等方式与肠道微生物群相互作用，降低致病菌活性，以及产生某些抑菌性物质，如有机酸，直接抑制病原菌的生长[27]。上述研究表明，益生菌可以通过调节肠道菌群影响IBD的发生和发展。

3.2 调节肠道免疫，减轻肠道炎性反应 宿主与肠道菌群之间的互利共生关系被破坏，肠道免疫稳态被破坏，可导致IBD的发生。免疫和炎性反应需要细胞因子的参与，IL-6是一个关键的炎性反应因子，其水平在IBD中升高[28]；TNF-α是IBD的重要调节因子，也是调节肠上皮细胞增殖和凋亡的主要因子；IL-10可限制并最终终止T细胞对微生物病原体的过度反应，以防止慢性炎性反应和组织损伤。梭状芽胞杆菌属会影响结肠中上皮内淋巴细胞(IELs)的积累并增加Treg细胞的数量，从而抑制炎性细胞因子(TNF-α、IL-12、IFN-γ、IL-1β和IL-6)的表达，并上调抑制性细胞因子(IL-10)的表达，此外，丁酸梭菌产生的丁酸盐可以通过抑制组蛋白去乙酰化酶(HDAC)直接促进Tregs的分化[29-30]。研究表明，DSS诱导的结肠炎小鼠应用Q7-EV下调了Toll样受体4(TLR4)及MyD88基因表达，与配体结合后，MyD88依赖性信号转导可能导致NF-κB的磷酸化，从而调节IL-1β、IL-6和TNF-α转录因子的水平，即Q7-EV通过调节TLR4-MyD88-NF-κB途径改善了结肠炎[26]。一项评估了不同益生菌在二硝基苯磺酸(DNBS)结肠炎模型中的抗炎作用的实验结果显示，IL-1β和TNF-α与miR-155和miR-223之间存在正相关性，EcN能够显著降低miR-155和miR-223的上调表达[31]。最近有证据表明，益生菌可以通过调节树突状细胞(DC)的成熟和产生耐受性DC(tolDC)来影响免疫调节，反过来又可能抑制炎性反应。脆弱双歧杆菌衍生的外膜囊泡(OMV)的多糖A(PSA)能够通过影响DC来改善DSS诱导的小鼠的结肠炎[32]。综上，益生菌及其代谢产物可通过多种途径调节肠道免疫功能，减轻肠道炎性反应。

3.3 增加机体抗氧化能力 氧化应激在IBD相关组织损伤中起重要作用。氧化系统主要包括产生过量的ROS，可诱发氧化应激，引起脂质过氧化，导致结肠黏膜损伤[33]。SOD是一种重要的过氧化物分解酶，其可以抑制肠道中的脂质过氧化，并通过降低氧自由基的水平来稳定细胞膜[34]。植物乳杆菌ZS62通过改善肠道氧化应激对DSS诱导的IBD发挥缓解作用，其可促进GSH-Px的产生并催化H2O2的分解，从而消除过氧化应激产物，防止ROS介导的细胞损伤，同时可以通过增加体内T-SOD、Cu/Zn SOD和Mn SOD的水平来清除自由基[35]。Nrf2信号通路在细胞抗氧化防御中起着至关重要的作用，在生理条件下，细胞质蛋白伴侣Keap1与Nrf2相互作用以保持静止状态。在发生氧化应激时，Nrf2能够从Keap1中逸出并转移到细胞核并诱导一系列抗氧化酶(SOD、CAT和GSH)基因的转录，布拉氏酵母菌可促进Nrf2信号传导激活，减轻氧化应激导致的结肠损伤[36]。总之，上述研究证实了益生菌在增加肠道抗氧化应激能力中的重要作用。

3.4 降低肠道通透性，增强肠道屏障功能 肠道屏障由单层柱状上皮细胞组成，这些细胞由紧密连接蛋白(TJP)连接，包括occludin、ZO-1、claudin等。分泌蛋白黏蛋白-2(MUC-2)也是结肠中保护性黏液层的主要成分。UC中TJP复杂性受损和TJP的下调可能是导致肠屏障功能障碍的重要机制[37]。研究表明，双歧杆菌可上调ZO-1、MUC-2、Claudin-3和E Cadherin-1 这4种TJP的水平[38]，植物乳杆菌-12也通过上调MUC-2表达来增强肠道屏障功能[39]。在DSS诱导的结肠炎小鼠中，MUC-2水平与Akkermansia菌丰度呈正相关，可通过补充Akkermansia菌增加结肠黏液层厚度，加强结肠黏膜屏障[20]。短链脂肪酸(SCFAs)是肠道微生物的代谢产物，包括乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐等，具有缓解炎性反应、保护肠道屏障功能、维持上皮完整性等重要作用。丁酸梭菌可以通过丁酸激酶(buk)途径产生丁酸盐，这可能是其发挥肠上皮保护作用的机制之一[30]。另一项研究表明，在急性肠道损伤后，IL-17A可以通过调节TJP水平来降低肠道通透性并保持屏障完整性[40]。有研究证实，丁酸梭菌588(CBM 588)显著促进了结肠固有层(cLP)中产生IL-17A的γδT细胞和CD4细胞的扩增，这有助于保持肠道上皮屏障的完整性[37]。综上所述，益生菌可通过上调TJP水平、增加肠道黏液层厚度等方式发挥其肠道保护作用来缓解或治疗IBD。

4 总结与展望

越来越多的研究证实益生菌在调节肠道菌群、调节肠道免疫，减轻肠道炎性反应、增加机体抗氧化能力、降低肠道通透性、增强肠道屏障功能等方面发挥重要作用，益生菌或可成为缓解或治疗IBD的新手段。但目前仍有很多问题需要解决，如益生菌的给药剂量、给药间隔及疗程等，且其不良反应尚存在争议，未来需要更多的临床试验进行进一步探究。