炎症性肠病肠道微生态新进展*

马玲玲 冀建斌

天津中医药大学第一附属医院消化科 国家中医针灸临床医学研究中心，天津市 300381

炎症性肠病(Inflammatory bowel disease,IBD)包括溃疡性结肠炎(Ulcerative colitis,UC)和克罗恩病(Crohn’s disease,CD)，是由多种功能失调的免疫反应介导的慢性复发性炎性肠病，是基因易感宿主中由环境、微生物组和免疫调节因素相互作用的结果而发展的。研究发现IBD的时空和地理分布似乎都与社会的工业化和城市化平行，以前认为由于生活方式的影响，IBD主要发生在西方发达国家，近几十年来，趋势已转向亚洲、非洲和南美的发展中国家和新兴工业化国家[1]。

人体拥有一个庞大而复杂的生态系统，其中包括细菌、真菌、古细菌、病毒和原生动物，统称为微生物组，存在于皮肤、呼吸道、泌尿生殖道等，而最丰富的位于结肠，微生物组具有重要的代谢和免疫功能。研究发现，肠道稳态在IBD的发生发展中起着重要作用,近年来肠道微生态与IBD的关系受到越来越多关注，基于此的IBD防治亦成为研究热点，本文对相关研究新进展做一综述。

1 肠道微生态与IBD

1.1 细菌 人类结肠平均每克粪便中含有上千亿个细菌细胞，肠微生物组的成分在个体及不同胃肠段间变化很大。

1.1.1 IBD肠道菌群失调。肠道菌群失调指宿主和肠道菌群间平衡丧失导致其组成和功能发生变化，是IBD发病机理的潜在相关机制及主要特征，细菌负荷高的区域(尤其是末端回肠和结肠)与IBD发生率更高相关[2]。其特点为：共生缺失，微生物群落改变，潜在病原体丰富及细菌多样性减少。主要由于厚壁菌门成员减少，变形菌门和放线菌门成员丰富，脆弱拟杆菌的功能及活性降低，普拉梭菌在体内外均具有很强的抗炎作用，可保持肠道健康[3]，在IBD肠道菌群失调的多项研究中，该菌减少致其保护功能减少，对疾病有重要的影响，这种微生物成为“健康的肠道标记物”。

1.1.2 IBD菌群失调代谢组学变化。研究发现，鲁米诺球菌产生一种复杂的葡甘露聚糖，可有效诱导树突状细胞分泌炎性细胞因子肿瘤坏死因子(Tumor necrosis factor，TNF)-α[4],IBD患者鲁米诺球菌RNA丰度与健康对照组相比明显增加，而DNA丰度只少量增加，意味着鲁米诺球菌丰度即使在DNA水平有很小变化时对IBD患者的影响可能超出预期。研究发现普拉梭菌、普通拟杆菌、Alistipes putredinis对IBD患者代谢途径的转录有重要贡献，在转录活性方面，梭菌、梭状芽孢杆菌和念珠菌的基因丰度显著增加进一步支持这些发现[5]。研究发现IBD患者的肠道细菌会消耗具有生物学活性和重要功能的代谢产物，短链脂肪酸是结肠上皮细胞的能量来源，并促进结肠中调节性T细胞的扩增，包括乙、丙、丁酸盐，是重要的抗炎性细菌代谢产物，IBD患者中产生这些代谢产物的细菌减少，特别是丁酸盐产量的下降与拟杆菌和梭状芽孢杆菌Ⅳ和ⅪⅤa的消耗有关，包括普拉梭菌[6]。IBD患者血清中通常不会缺乏维生素，人们注意到维生素泛酸酯和烟酸酯在肠道中特别贫乏，而烟碱酸盐在肠道中具有抗炎和抗凋亡的特性[7]。研究发现UC患者的白细胞介素(Interleukin，IL)-22信号传导可能受到影响，IL-22结合蛋白的表达在UC患者中显著上调，且与宿主糖基转移酶MGAT4A和MGAT4B的表达呈负相关，表明UC患者中IL-22信号传导受损可能会导致宿主糖基化异常，从而引发肠道菌群失调，包括考拉杆菌属数量的减少[8]。

1.1.3 IBD菌群失调的危险因素。饮食：西方饮食主要由动物蛋白、总脂肪、饱和脂肪和单糖组成，与细菌定植减少和类杆菌(主要是粘蛋白降解细菌)数量增加有关，研究发现低纤维饮食会导致微生物群消耗黏液层而上皮变薄，增加了侵袭性病原体的侵袭机会。地中海饮食是基于大量食用水果、蔬菜、未精制的谷物和鱼类以及低消耗的红肉，这种饮食和有益于肠道菌群、降低大肠杆菌负荷并增加短链脂肪酸水平相关。

质子泵抑制剂：由于质子泵抑制剂作用导致胃内pH值升高及通过直接作用于微生物质子泵导致缺乏杀伤力，可能影响肠道微生物群组成。日本一项研究从三个时间点研究患者粪便样本(质子泵抑制剂治疗前及治疗后第4周、第8周)，发现细菌总数差异不明显，但兼性厌氧菌(如乳酸菌、链球菌、葡萄球菌和肠杆菌)总数在治疗后明显增加[2],提示细菌易位已发生。

抗生素：抗生素能够抵抗病原菌，亦会影响共生生物，导致微生物多样性丧失、代谢能力改变及对入侵性病原体的定植抗性降低。抗生素治疗后数天内肠道菌群会发生深刻而迅速的变化,微生物组可能会在很长一段时间内受到轻微干扰，一些菌株会无限期消失，而抗生素耐药性的后果可能会持续更长时间。抗生素治疗的另一个问题是艰难梭菌的定植和感染，与非IBD个体相比，IBD患者，尤其是UC风险更高。

1.2 鞭毛蛋白 共生细菌和致病细菌通常表达的抗原是鞭毛蛋白，是细菌鞭毛的主要结构蛋白，包含许多抗原表位。研究发现IBD患者的调节性鞭毛蛋白特异性CD4+T细胞比例都有相对的增加，可能与肠道微生物组变化相关，证据表明这些细胞的表型与疾病严重程度明显相关，可深入了解鞭毛蛋白特异性CD4+T细胞在IBD中的潜在作用[9]。

1.3 真菌 研究表明IBD患者的肠道真菌发生改变，可能与其发病机理相关。在CD患者的粪便和黏膜中，尤其是念珠菌和马拉色菌属的总真菌负荷增加，UC患者的粪便中的真菌多样性较低，UC中含有胱天蛋白酶募集域蛋白-9(CARD-9)多态性有利于马拉色菌定植，使肠道炎症恶化，高碳水化合物饮食增加了念珠菌物种的总丰度，而富含蛋白质的饮食则相反[10]。

1.4 肠道单核吞噬细胞 肠道单核吞噬细胞(Mononuclear phagocytes，MNPs)在通过激活适当的免疫反应控制病原体侵袭来维持上皮屏障完整性中起着至关重要的作用，MNPs控制肠道的稳态，通过维持对病原体触发免疫反应的能力来保持对饮食和普通抗原的免疫耐受力。在遗传易感人群中，认为肠道菌群不受控制的免疫激活可能是最终导致IBD慢性黏膜炎症的基础。因此，MNPs参与微调黏膜免疫系统反应，并在维持体内稳态或IBD潜在地出现中起关键作用。但是，MNPs的不适当活化会诱导持续性炎症和组织损伤导致自身免疫和慢性炎症性疾病，如IBD[12]。UC患者肠道巨噬细胞(Macrophages，Mfs)在基础条件下及在Toll样受体刺激后会产生更多促炎细胞因子，如TNF、IL-23、IL-1β和IL-6，引起炎症的其他机制也可能导致IBD发病，如髓样细胞触发受体1(Triggering receptors expressed on myeloid cells-1，TREM-1)+Mfs的数量和频率，尤其是未成熟的Mfs在IBD患者活动性病变区域的增加，研究发现CD14+单核细胞中的TREM-1表达水平与自噬及Fcγ受体活性降低导致的抗TNF单克隆抗体治疗后M2型调节巨噬细胞的分化降低相关[12]。数据显示来自IBD患者肠道不同位置发炎组织中单核细胞、M1 巨噬细胞、活化的及浆细胞样树突状细胞富集，这种富集与疾病严重程度相关，在IBD发病机理中起到重要作用[13]。

1.5 CARD9基因突变 CARD9是位于参与模式识别受体Dectin-1信号传导的衔接蛋白胱天蛋白酶募集域的蛋白，可识别真菌细胞壁的组成部分，CARD9信号传导是响应Dectin-1对真菌配体的识别而发生的，Dectin-1的改变与医学上难治性溃疡性结肠炎有关。研究表明[14]，敲除CARD9的小鼠易患结肠炎与微生物色氨酸代谢受损有关。色氨酸代谢物通过激活淋巴组织中的芳基碳氢化合物受体(AhR)，在小鼠肠道黏膜反应性平衡中起重要作用，AhR促进调节性T细胞的分化，对于IL-22的产生是必需的，在患有IBD和CARD9突变的人类受试者中，粪便样品中缺乏AhR配体，AhR基因敲除小鼠表现出由22型先天淋巴细胞引起的IL-22分泌的减少，并增加了对肠道细菌感染的敏感性，而能够将色氨酸代谢成AhRs的乳杆菌菌株可以减轻CARD9基因敲除小鼠的结肠炎。

1.6 病毒 研究发现病毒可能导致肠道炎症和菌群失调，这些结果得到了小鼠结肠炎T细胞转移模型的支持，与对照组相比，治疗组映射到长尾病毒科、短尾病毒科和肌病毒科的读数更高，映射到有尾噬菌体目的读段占病毒总读段的不到0.01%[15]，UC患者的直肠黏膜的分析显示了有尾噬菌体目的扩增，与健康对照相比，该顺序的多样性、丰富性和均匀性有所降低，表明UC患者的黏膜病毒可能发生了实质性改变。宏基因组学分析发现IBD患者粪便样本中病毒序列的数量和丰度差异，研究发现患有疱疹病毒科序列的患者其微生物组多样性增加，与CD患者和对照组相比，UC患者的疱疹病毒转录物数量更高，该研究使用了早期诊断未经治疗的IBD患者样本，其肠黏膜特征是较低浓度的去氧核糖核酸病毒和芜菁花叶病毒[16]。

2 基于肠道微生态的IBD治疗

IBD的病因尚不明确，人们普遍认为其原因可能是宿主遗传、环境因素等。该疾病在治疗上也缺乏特异性，传统的治疗方法有5-氨基水杨酸、糖皮质激素、免疫抑制剂等。尽管这些药物能够减轻肠道炎症，缓解临床症状，但长期服用耐药性高、不良反应多、疗效欠佳。近年来对肠道微生态的关注越来越多，许多研究观察到UC患者存在肠道微生态失调紊乱，进而引发各种免疫反应，由此提出通过益生菌、菌群移植、细胞分子免疫调节、信号转导等代替药物来改善肠道病变的方法，这将成为未来IBD治疗突破的关键点。

益生菌是活的微生物，最常用的是双歧杆菌属、乳杆菌属、乳球菌属和布拉氏酵母菌。在细菌竞争营养和黏膜黏附的情况下，益生菌可以增加胃肠道微生物群的多样性和减少病原微生物(如艰难梭菌、产气荚膜梭菌、粪肠球菌等)。在UC常规治疗中添加益生菌可改善轻至中度活动性UC结肠炎的诱导和维持缓解。益生元是不可消化的多糖和低聚糖，它们在结肠中发酵，引起胃肠道菌群的组成和/或功能发生特定变化，选择性地支持保护性生物(尤其是双歧杆菌和乳杆菌)的肠道生长，降低肠道通透性和代谢内毒素血症。抗性淀粉是益生元的一种特殊形式，它对IBD肠蠕动和炎症的益处引起了越来越多的关注，在活动性UC中补充益生元与粪便钙卫蛋白的早期减少有关。研究发现母乳喂养可预防IBD，其具有益生菌和益生元的功效，在微生物上具有多样性，喂养时间越长，其益处越大。

抗真菌疗法主要用于治疗IBD中的白色念珠菌或荚膜组织胞浆菌感染，而补充真菌益生菌腓肠酵母、布尔酵母和酿酒酵母CNCM I-3856菌株的初步研究显示对IBD具有治疗作用[10]。

吸烟具有复杂的相互作用，在IBD中可以预防UC，研究表明，吸烟可能通过改变肠道免疫微生物的相互作用及产生黏液来影响肠道微生物群，其中拟杆菌的数量相对增加，而厚壁菌和变形杆菌的数量相对减少[17]。吸烟者肠道菌群中看到的某些差异反映出CD和UC患者的差异，提示吸烟、微生物群变化和IBD的发展之间存在潜在联系。

迄今为止在治疗IBD上的重大突破，可能是抑制促炎细胞因子，是抗TNF治疗[12]。研究支持发炎的肠道黏膜中新募集的单核细胞是驱动IBD免疫发病机制的核心，因此可开发出抑制这些细胞数量和/或病理功能的有效途径。肠道Mfs的总体缺乏可能增加对感染的敏感性并抑制它们组织修复活动的收益、减少肠Mfs中炎症反应。人类中TREM-1+Mfs在IBD患者中增加，当TREM-1拮抗剂抑制它的时候，其参与增强了促炎性细胞因子分泌，Verstockt等证实TREM-1在全血和肠黏膜中的低表达可预测抗TNF治疗应答[18]，因此，TREM-1可以成为预测抗TNF治疗效果的潜在生物标志物，其次，阻断TREM-1对IBD治疗可能是有吸引力的目标。改善肠道稳态的其他方法可能有促进Mfs的抗炎和促分解功能，这个可以通过，如增强TLR信号的负调节和凋亡细胞的沉默清除，及通过增强IL-10受体信号来实现，由于它们具有高吞噬能力，可通过如纳米材料和生物材料之类的“传递系统”来促进靶向肠道Mfs[19]，使用代谢物对Mfs进行重编程会成为一种有希望减轻肠道炎症的方法，如短链脂肪酸正丁酯和衣康酸酯诱导Mfs的抗炎程序，这可能是治疗IBD的机会。研究发现有大量炎性未成熟Mfs流入，导致IBD中的炎症和组织损伤，IBD中虽然看起来是成熟Mfs维持其抗炎和组织修复功能，但炎症期间未成熟Mfs占主导地位，它们的相对丰度是降低的，因此开发新的疗法来恢复Mfs成熟过程和/或驱动单核细胞募集的中和因素对治疗IBD有益，另一种替代方法是应用细胞因子来促进抗炎反应,如IL-2、IL-10、IL-22或TNF-β1[20]。IBD治疗的另一个支柱是阻断免疫细胞转运分子，例如α4β7和MadCAM-1，防止潜在致病细胞流入肠道[21]。鉴于来自IBD临床前模型的数据支持常规树突状细胞(conventional dendritic cells,cDCs)在肠道炎症中的作用，选择性靶向cDCs可以是一种治疗策略，肠道cDCs对饮食变化和病原体暴露等环境因素具有快速反应能力，表明其环境反应性可被利用来影响其功能，他们也产生并响应与IBD发病机制相关的关键细胞因子。其他可能被用于调节cDCs功能作为治疗方法的药物敏感途径也存在[20]，包括通过阻断启动和/或存活信号，干扰细胞内信号通路，中和其产生的效应细胞因子，或干扰cDCs转运至靶器官(在IBD情况下是肠黏膜和肠系膜淋巴结)，来阻止cDCs激活。

肠道微生态在维持肠道稳态及宿主免疫系统的发育和激活中起着重要作用，为IBD的治疗提供了新的选择。尽管目前以益生菌、粪菌移植等为代表的疗法取得了一定的成效， 但仍存在一些争议，IBD与肠道微生态间的关系错综复杂，具体机制仍需不断探讨，通过进一步更新更详尽的研究，可能对IBD的病因及发病机制有进一步的认识，以期对IBD的治疗提供更为之有效的方法。另外，未来通过临床实践为不同患者找到个性化的治疗方案还需要长期的研究和探索。