肠道菌群在脊髓损伤诊治中的研究进展

周孝敏 王强 李卓伦 鱼丽萍

1陕西中医药大学第二临床医学院（陕西咸阳712000）；2陕西中医药大学（陕西咸阳712046）；3咸阳市第一人民医院（陕西咸阳712099）

肠道菌群指主要存在于结肠、胃和小肠内的细菌、古细菌、病毒和真核微生物，又称肠道微生物群。过去认为肠道菌群数量约是人体细胞数的10 倍，最近研究发现他们数量约为1∶1［1］。大量研究表明肠道微生物群对免疫系统、新陈代谢、甚至各器官的发育都至关重要，肠道菌群紊乱与人体多种疾病的发生、发展相关［2］。出生后肠道菌群便发生定植，肠道菌群的建立主要分为三个阶段，每个阶段都以不同微生物的优势为特征，其稳定阶段不是一成不变而是保持一个相对稳定的动态平衡［3］，同时其存在个体间差异，主要与饮食结构、性别、年龄、种族以及抗生素的使用等相关［4-5］。

脊髓损伤（spinal cord injury，SCI）是指由于坠落、车祸等因素导致的一种毁灭性的中枢神经系统损伤，除了致死致残外，还常导致各种各样的并发症，严重降低患者后期生活质量。据统计，全球每年约有100 万新病例，2 700 万患者患有脊髓损伤后遗症［6］，每个脊髓损伤患者平均每年花费约72 047 美元［7］。脊髓损伤主要包括原发损伤与继发损伤［8］，继发损伤病理机制复杂多样，包括慢性缺血缺氧、过度氧化应激、炎症反应以及神经退行性改变等［9-10］。多种病理机制相互交织常引起SCI 患者发生全身变化，全身变化常涉及肠道菌群的变化。了解脊髓损伤后肠道菌群的变化，有助于深入了解继发性损伤的机制，促进对SCI 的进一步治疗。

随着不断研究发现，肠道菌群与多种中枢神经系统病变相关［11］。动物实验和临床研究均发现，脊髓损伤会打破肠道菌群的稳态，进而影响SCI 后期的功能恢复［12-13］。近年来，大量研究提示肠道菌群不仅可以作为脊髓损伤的生物标志物，而且还可以作为SCI 的治疗靶点。本文以此为着眼点展开综述，为将来肠道菌群在脊髓损伤的临床诊治及进一步研究提供一定参考。

1 SCI 的肠道菌群特征

肠道菌群形成了一个复杂而相对稳定的生态系统，这对维持人体健康至关重要。肠道菌群的这个生态系统发生紊乱常导致或加剧疾病。2016年GUNGOR 等［14］首次将SCI 神经源性肠功能障碍患者与健康受试者的肠道菌群运用16S rDNA 高通量测序发现，与健康组相比，上运动神经元性（UMN）肠功能障碍组罗氏菌属（Roseburia）、假丁酸弧菌属（Pseudobutyrivibrio）、小杆菌属（Dialister）和巨单胞菌属（Megamonas）菌总数显著降低；（UMN）肠功能障碍组（Marvinbryantia）菌属的菌总数明显低于下运动神经元性（LMN）肠功能障碍组；LMN肠功能障碍组罗氏菌属、假丁酸弧菌属和巨单胞菌属菌总数明显低于健康组。这提示脊髓损伤导致肠道菌群紊乱且代谢产生丁酸盐的有益菌群减少。同年，KIGERL 等［12］在动物实验上也得出相似结论，即创伤性脊髓损伤会导致严重的肠道菌群失调，延缓运动功能的恢复。最近RONG 等［15］通过体内外实验结合也证实，SCI 小鼠表现出明显的肠道菌群紊乱，且其会导致促炎因子升高，加重脊髓损伤，在肠道-中枢神经系统之间形成一个恶性循环。

ZHANG 等［16］进一步研究SCI 患者与肠道菌群多样性发现，SCI 组患者与健康对照组间肠道菌群在Alpha 和Beta 多样性上均存在明显差异。然而，最近一项研究［17］提示SCI 组与对照组之间肠道菌群只在Beta 多样性存在显著差异。这与之前ZHANG 等［16］结论存在一定的不同，可能是由于前一项研究纳入对象全为男性等因素所致。虽然目前不同研究结果之间存在一定的差异，但目前临床和动物实验均提示，脊髓损伤会导致肠道菌群紊乱，而菌群的紊乱也影响着SCI 的进展。

2 肠道菌群对SCI 的生物标志作用

2.1 SCI 严重程度的生物标志物 目前SCI 患者病情严重程度和预后判断的方法主要依靠美国脊髓损伤协会（the American Spinal Injuries Association，ASIA）评分［18］、神经系统体格检查以及影像学检查。但ASIA 评分受到许多限制，如：脊髓休克期、患者昏迷状态下均难以执行评估，同时存在主观性强以及费时等缺点。而连续的影像学检查对大多数患者是难以实现的。因此，临床工作中需寻找易于检测且具有特异性的标志物来评估SCI患者病情和临床预后。近年来研究发现肠道菌群与SCI 的严重程度、病变节段以及一些血清学标志物都密切相关。因此，肠道菌群对于SCI 是一个不错的候选标志物。

ZHANG 等［16］分别纳入四肢瘫痪、截瘫的创伤性脊髓损伤男性患者和健康男性，并收集他们的新鲜粪便标本。通过对16S rRNA 的V3-V4 区测序检测发现，SCI 组肠道菌群的多样性减少，其结构组成与健康男性组有所不同。其中SCI 组的韦荣氏球菌科（Veillonellaceae）和普雷沃氏菌科（Prevotellaceae）丰度增加，拟杆菌科（Bacteroidaceae）和拟杆菌属（Bacteroides）丰度下降。四肢瘫组的拟杆菌科、拟杆菌属、氨基酸球菌科（Acidaminococcaceae）、布劳特氏菌属（Blautia）、紫单胞菌科（Porphyromonadaceae）、酪酸杆菌（Lachnoclostridium）的丰度明显高于健康男性组。这提示不同节段脊髓损伤导致不同的菌群紊乱。随后关于脊髓损伤程度与肠道菌群之间的相关性逐渐受到大家关注。YU等［19］将完全性胸段脊髓损伤（CTSCI）患者、不完全性胸段脊髓损伤（ITSCI）患者和健康患者进行对比分析肠道微生物的多样性和组成。结果显示，CTSCI患者的平均神经源性肠（NBD）评分高于ITSCI 患者；SCI 组肠道微生物群多样性减少，且随着损伤程度的增加，Alpha 多样性逐渐减少；CTSCI 患者与健康组之间差异也比ITSCI 与健康组之间差异更显著。这提示，这些特征的肠道微生物可以作为肠道功能、完全性脊髓损伤和不完全性脊髓损伤之间的生物标志物。同年，BAZZOCCHI 等［20］对不同节段、不同病因以及不同性别的SCI 患者研究发现，脊髓损伤后急性期（≤60 d）患者的肠道菌群发生显著失调，表现为潜在的致病性、促炎性和粘液降解菌群的增加，以及代谢产生短链脂肪酸（SCFAs）的菌群减少。相比下，脊髓损伤越严重的患者表现出越严重的肠道微生物群紊乱［20］。DU等［21］对完全消除了交感神经张力的T4 节段和部分消除了交感神经张力的T10 节段脊髓损伤小鼠模型收集粪便进行宏基因组测序提示，SCI 小鼠模型表现出有益的菌群和噬菌体相对丰度减少，而致病的菌群和噬菌体增加。虽然所有SCI 小鼠的微生物组都发生了变化，但一些菌群紊乱程度与损伤节段的高度成正相关。这些临床和动物实验均提示脊髓损伤会导致相应的肠道微生物群紊乱，且肠道菌群紊乱可作为脊髓损伤严重程度、病变节段的标志物。

2.2 并发症的生物标志物 脊髓损伤除了直接导致的损伤平面以下感觉、运动以及自主神经功能障碍外，常伴随着多种共病，严重影响患者生活质量。然而目前临床上缺乏具有特异性的早期诊断标志物来防治并发症的发生、发展。由于肠道菌群紊乱与SCI 之间的相关性，其有望作为早期诊断的一项生物标志物。O′CONNOR 等［22］通过动物模型研究发现，脊髓损伤后肠道菌群在科、属和种水平上均发生显著变化，肠道菌群的紊乱导致肠道通透性增加，使患者更容易患共病。

随后更进一步研究也证实肠道菌群紊乱与SCI 相应并发症密切相关。对创伤性颈段脊髓损伤（TCSCI）男性患者粪便微生物分析显示，TCSCI患者的肠道微生物群多样性降低。同时，TCSCI 患者显示出与脂质代谢相关的血清生物标志物的改变。其中厚壁菌门（Firmicutes）起积极作用，而疣微梭菌（Verrucomicrobia）对脂质代谢有负面影响（P＜0.05）。在属水平上，拟杆菌（Bacteroides）和布劳特氏菌属（Blautia）在患者中明显高于健康受试者，并与脂质代谢相关（P＜0.05）。这提示脂质代谢标志物相关的粪杆菌、巨单胞菌和普雷沃氏菌可能作为诊断TCSCI 患者脂质代谢紊乱早期生物标志物［23］。LI 等［24］对急性脊髓损伤（A-SCI）患者、长期脊髓损伤（L-SCI）患者分别在损伤后7 天和18年后分别采集粪便样本与健康人对照分析发现，与健康对照组相比，SCI 组的微生物组具有与代谢综合征、炎症性肠病、抑郁症等相关的微生物组特征；而与A-SCI 和对照组相比，L-SCI 具有与体力活动减少相关的菌群特征。这提示肠道菌群可作为脊髓损伤后短期和长期并发症的诊断标志物。最近有研究也发现脊髓损伤后肠道菌群紊乱与心脑血管疾病相关的吲哚硫酸酯和苯乙酰谷氨酰胺明显升高［25］。目前关于肠道菌群与脊髓损伤并发症相关的研究之间从纳入对象到结论之间都不尽相同，但均提示肠道菌群紊乱与SCI 相关的并发症的发生、发展密切相关，需进一步找到相应并发症的特征性菌群以期作为早期诊断相应并发症的特异性标志物。

3 肠道菌群作为SCI 治疗靶点

目前脊髓损伤的治疗主要包括手术减压、药物治疗及康复训练等。然而，这些方法目前临床疗效仍十分有限，迫切需要联合其他更有效的方法来治疗脊髓损伤［26］。随着肠道菌群在SCI 中的特殊作用被不断发现，将为肠道菌群作为SCI 治疗靶点带来新的方向和希望。

3.1 粪便移植 JING 等［27］将未损伤小鼠的粪便移植（FMT）给SCI 小鼠发现，FMT 可促进SCI 小鼠的功能恢复，增强肠道屏障完整性和胃肠道运动。高通量测序显示，SCI 小鼠粪便样本中厚壁菌门减少，FMT 显著重塑了肠道微生物群。同时，FMT 处理的SCI 小鼠的SCFAs 增加，这与肠道通透性和运动功能恢复相关。SCHMIDT 等［28］也证实粪便移植治疗可以预防脊髓损伤引起的生态失调和焦虑样行为的发展；但FMT 治疗并不影响病变的大小和运动功能的恢复，这与JING 等［30］研究结果之间存在差异。随后该团队进一步研究供体本身状态是否会影响脊髓损伤后FMT 的疗效，发现本身具有焦虑行为的大鼠作为FMT 供体不仅不能防止SCI 引起的肠道微生物群变化，而且还增加了受体大鼠的肠道通透性和焦虑样行为［29］。这些研究提示，粪便移植为脊髓损伤的治疗带来了新的方向，但考虑粪便移植治疗时，首先考虑受体安全之外，更优的供体选择对于提高FMT 的成功至关重要。在未来的工作应研究是否需要特定的菌群以及最佳的治疗时间和剂量等。

3.2 药物 除了直接粪便移植，通过药物调节肠道菌群紊乱也被证实对SCI 康复有一定效果。通过腹腔注射褪黑素给胸段脊髓挫伤小鼠可调节肠道菌群的组成，使梭状芽孢杆菌相对丰度降低，乳酸杆菌和乳酸菌相对丰度增加，同时可改善脊髓损伤后肠道屏障的完整性、上调紧密连接成分、改善胃肠道运动，并降低IL-17、IFN-γ 和单核细胞趋化蛋白（MCP）-1 等促炎因子的表达水平，以减轻肠道炎症，促进运动恢复［30］。国内学者李鹏飞［31］运用高乌甲素治疗SCI 大鼠模型发现，高乌甲素通过调节肠道菌群，促进有益菌的生长来调节“菌群-肠-脑轴”的平衡，促进损伤脊髓的修复。郑苏阳［32］通过脊髓康干预C57BL∕6 脊髓损伤模型，同样提示，脊髓康通过调节肠道菌群促进血浆中SCFAs 含量升高，调节小胶质细胞的活化，从而促进SCI 导致的运动功能恢复［32］。SCHMIDT 等［33］用二甲胺四环素干预SCI 小鼠发现，二甲胺四环素对肠道菌群多样性、组成和功能都有显著的影响，同时证明这些影响可促进脊髓损伤后的焦虑状态的恢复，但不能促进运动恢复也不改变病变大小。这些研究均证实肠道菌群是治疗脊髓损伤的重要靶点。

4 小结与展望

综上，多项临床和动物实验都从不同角度对肠道菌群与脊髓损伤展开研究，虽然研究结果之间存在一定的差异，但总体上均提示，脊髓损伤会导致肠道菌群发生显著变化，进而在菌群-肠-脑轴之间形成恶性循环，影响SCI 后期恢复。同时，肠道菌群的紊乱对于SCI 的严重程度、病变节段以及多种并发症具有生物标志作用，也证实通过粪便移植、药物等来纠正肠道菌群的紊乱可以促进部分功能恢复。但仍缺乏更直接的证据阐明肠道菌群紊乱对SCI 以及相关并发症的具体影响机制。肠道菌群本身受到很多因素的影响，所以在未来需更大样本、多中心的临床研究和更均一化的基础研究来进行更深层次的研究，找到更特异性的预测脊髓损伤严重程度以及并发症相关的特定肠道菌群，为SCI 的治疗和并发症的预防提供更精准化的治疗靶点。