肠道微生态与酒精性骨质疏松症发病机制的研究进展

杨亚锋 高伟 徐培福 徐西林 李远峰 任树军*

1.黑龙江中医药大学研究生院，黑龙江 哈尔滨 150040 2.黑龙江中医药大学附属第二医院，黑龙江 哈尔滨 150001 3.黑龙江中医药大学附属第一医院，黑龙江 哈尔滨 150040

酒精性骨质疏松症是因长期、过量饮酒使得人体骨量减少、骨微观结构退化，使骨脆性增加，易于骨折的一种全身性骨骼疾病[1]。目前公认的长期、过量的范围为饮酒史≥6个月，女性饮酒>40 g/d，男性饮酒>60 g/d[2]，根据长期过量饮酒史、临床表现、辅助检查等易于诊断，骨密度是重要诊断指标[1]。现有研究表明酒精性骨质疏松的发病机制可能为：酒精可影响成骨细胞、破骨细胞和前体细胞，同时通过影响蛋白质代谢、肝功能、内分泌等其他途径[3]破坏骨代谢稳态，导致发病，但发病机制尚未完全阐明。肠道微生态系统由处于稳态的肠道菌群和正常的肠道环境两部分组成，其核心是肠道菌群，而稳定性是肠道菌群的显著特征，肠黏膜结构及功能在这个系统的正常运行中起重要作用。已有大量研究论述了肠道微生态与骨质疏松的关系，本文试从酒精对肠道微生态的影响以及氧化应激反应等方面来论述酒精通过影响肠道微生态从而导致酒精性骨质疏松症发病的机制研究。

1 肠道菌群失衡

1.1 酒精对肠道菌群的影响

在一项对象为健康成年男性的研究中显示，饮酒组拟杆菌门含量(54.41%)多于不饮酒组(40.93%)，厚壁菌门含量(41.42%)少于不饮酒组(49.23%)[4]，说明酒精会减少厚壁菌门，增加拟杆菌门，这与国外的一些研究结论[5-6]一致。在此基础上，Kirpich等[7]在酗酒男性与健康男性的对比中发现，酗酒者的双歧杆菌和乳酸杆菌数量显著减少，Kosnicki等[8]也观察到了乳酸菌的减少，但双歧杆菌是增加[4]还是减少存在争议，这或许与观察对象以及酒精摄入量、摄入时间等因素有关。

有研究显示，厚壁菌门与骨密度呈正相关，拟杆菌门与骨密度呈负相关[9]，而乳酸杆菌能够增加骨保护素(OPG)，缓解骨质疏松[10]，因此拟杆菌门增加和厚壁菌门减少尤其是乳酸杆菌的减少可能是酒精暴露引起肠道菌群失衡从而导致酒精性骨质疏松症的重要因素。

1.2 肠道菌群影响骨代谢的机制

1.2.1菌群对骨代谢的影响：乳酸杆菌能够减少破骨细胞生成激活剂细胞因子的形成，从而影响破骨细胞的形成[11]，同时通过Wnt通路调节成骨细胞生成[12]，维持骨矿含量[13]。此外，其在肠道内发酵产生的乳酸、丁酸等代谢物可以提高钙的利用率，促进维生素D的吸收[14]。双歧杆菌可以增加骨量，提高骨骼强度[15]，有骨保护作用[16]。厚壁菌门可调节免疫系统，如梭状芽胞杆菌[17]能够刺激调节性T细胞(Treg)的功能表达，通过Treg分泌白细胞介素-4、白细胞介素-10、转化生长因子-β(TGF-β)等阻碍破骨细胞的形成，进而抑制骨吸收[18]。Treg细胞也可以被乳酸杆菌和双歧杆菌诱导，但诱导机制尚未阐明[19]。此外，厚壁菌门和拟杆菌门或通过抑制雌激素在骨代谢中发挥作用[20]。

1.2.2激素调节：(1)瘦素是一种可以调节诸如骨量、能量消耗和食欲等生理过程的激素。研究表明，肠道中乳酸菌、双歧杆菌等细菌的数量与外周血清瘦素浓度呈正相关，而拟杆菌属则与瘦素水平呈负相关[21]，瘦素可直接通过OGP/RANK/RANKL系统促进成骨，也可与受体ObRb结合刺激下丘脑抑制成骨因子释放[22]。(2)肠促胰岛素包括葡萄糖依赖性促胰岛素释放肽(GIP)和胰高血糖素样肽(GLP)，是小肠内分泌细胞分泌的多肽，乳酸杆菌、双歧杆菌可以调节肠促胰岛素分泌[23]，肠道菌群通过其代谢产物如短链脂肪酸等与肠道内分泌细胞上的短链脂肪酸受体结合，促进肠促胰岛素分泌[24]。成骨细胞和破骨细胞表面有GIP受体，GIP与之结合能加快胶原基质成熟，增加TGF-β分泌，正向调节骨代谢，增加骨量，GLP-1可促进胰岛素、降钙素分泌，进而增加成骨，减少骨丢失[25]。

此外，乳酸杆菌、双歧杆菌还可促进胰岛素样生长因子-1(IGF-1)分泌[26]，IGF-1可直接影响成骨、破骨细胞，刺激骨形成[25]。

1.2.3菌群代谢产物短链脂肪酸(SCFAs)的调节：SCFAs是肠道微生物发酵而来，在已有的研究中，它是肠道菌群影响人体的主要中介，除了可以抗炎外，还能增加小鼠的骨密度[27]，但酒精会减少丁酸等短SCFAs的生成[28]。

(1)SCFAs直接或间接的影响破骨、成骨细胞，调节骨代谢[29]。SCFAs可以诱导破骨细胞代谢重编下调破骨细胞TRAF6基因和NFATc1基因，抑制破骨细胞的生成[30]。SCFAs还可减少组蛋白去乙酰化酶生成，加快原始T淋巴细胞转化为Treg细胞的进程[31]，而Treg细胞是激活CD8+T细胞的因素之一，后者活化后，一方面分泌Wnt10b，通过激活Wnt通路开启机体的骨形成过程[32]，另一方面其活化会抑制破骨细胞的活性，减少骨吸收[33]。SCFAs还可以通过免疫途径[34]间接调节破骨细胞生成，减弱骨吸收。

(2)SCFAs可以影响肠道对钙、磷等离子的吸收。人与鼠的结肠上皮Caco-2细胞的钙结合蛋白D9K与瞬时性受体电位通道香草酸受体6的转录水平[35]以及核小体的定位和组蛋白去乙酰化酶[36]，这几者一定程度上均受SCFAs调节，在SCFAs影响下，肠上皮细胞的吸收能力得到加强，减少了肠道内钙、磷等离子的流失，丁酸盐是肠黏膜细胞的首选能量来源，其氧化供能可为肠道细胞提供能量，在充足能量的供应下，小肠绒毛结构和小肠上皮的表面积增加，间接增加了对钙的吸收[36]。SCFAs还可以增加肠腔内氢离子浓度，降低肠道pH值，利于矿物质溶解[37]，促进钙吸收。

2 肠道屏障通透性改变

2.1 肠道屏障通透性增大

酒精及其代谢物直接或间接地影响肠道的通透性，其影响肠道屏障通透性的机制可能是：(1)酒精能上调肠道上皮细胞中MicroRNAs(如miR-122、miR-212)表达来抑制紧密连接蛋白zonula occludens-1生成，削弱了肠上皮细胞之间的联系，使得肠道屏障变得易于通过[38]。(2)酒精可以减少丁酸等短链脂肪酸的生成，削弱其对肠道屏障的保护作用，进而破坏肠道屏障、增加肠道通透性[28]。(3)酒精会破坏肠上皮细胞的黏液分泌功能，减少黏液分泌，从而损害肠道屏障的完整性[39]。

2.2 肠道屏障影响骨代谢的机制

病原相关分子模式(MAMPs)是指脂多糖(LPS)、肽聚糖、鞭毛蛋白和细菌分泌的或细胞死亡后保留的无细胞DNA等结构，肠道屏障易于透过导致MAMPs进入体循环增多，一旦分布到骨骼等远程器官，MAMP与Toll样受体 2(TLR2)(与肽聚糖结合)和TLR4(与脂多糖结合)等相结合并激活免疫细胞，使其合成并释放一系列促炎细胞因子，导致慢性炎症反应从而诱导骨量减少[40]。LPS可以双向调节破骨细胞的分化，在仅有LPS而无核因子KappaB受体活化因子配体(RANKL)的环境中，破骨细胞前体细胞仅转化为吞噬细胞，此时破骨细胞前体细胞活性降低，骨吸收减少，而在RANKL存在的环境中，RANKL/OPG比例升高，LPS与 Toll样受体结合，破骨细胞生成增多，骨丢失增加[41]。

3 氧化应激反应的影响

氧化应激反应是指体内的超氧化物水平升高，导致超氧化物的大量聚集的现象。酒精引起的肠道微生态的变化可以促进酒精诱导的氧化应激[42]，一方面缩短骨细胞存活时间，使骨重建失衡，另一方面增加机体的炎症因子，而炎症因子多数能够刺激破骨细胞的生成，使骨吸收多于骨形成[43]。

4 总结与展望

目前关于酒精对肠道菌群影响的研究，结果并不统一，这或许与酒精摄入量、摄入时间、试验对象等因素的差异有关，但是厚壁菌门和拟杆菌门以及乳酸杆菌的变化在大部分研究中一致，这一结果与原发性骨质疏松患者的肠道菌群特点相似[4,9,14]，这或许提示酒精是骨质疏松发病的促进因素，它加速了肠道菌群的失调，从而导致骨质疏松的发病。可惜的是，在关于酒精对肠道菌群的研究中，尤其是人作为观察对象的研究中，并没有研究者做骨密度以及骨代谢相关标志物的检测，这失去了可以更加直接地验证本综述观点的机会，仍然需要更多的实验去观察与阐明酒精性骨质疏松的发病机制，肠道微生态仅仅是为此提供了一个可能的方向。

肠道微生态对骨代谢有重要的调节作用，长期大量的酒精摄入改变了菌群组成和肠道环境，破坏了肠道微生态的稳定性，加之酒精诱导的氧化应激反应的影响，这几者共同作用下直接或间接的影响骨代谢，打破了骨代谢平衡，最终导致酒精性骨质疏松的发病。祖国医学治疗酒精性骨质疏松多从脾肾入手，且已证明了补肾健脾益气法的疗效[44]，其中生髓健骨胶囊能够提高酒精性骨质疏松大鼠血清中与成骨相关的生化指标[45]，提高骨矿含量[46]，使骨的生物力学性能得到改善[47]，目前中药调节肠道菌群的作用也逐渐得到重视，比如白术[48]、人参[49]等，这从肠道微生态的角度为中西医结合防治酒精性骨质疏松提供了新思路。