张晋东,郑浩楠,张涛,段丽萍
肠易激综合征(irritable bowel syndrome,IBS)是一种以反复发作的腹痛并伴有排便习惯改变为特征的功能性肠病[1]。世界范围内IBS的患病率为5%~10%[2],严重影响患者的生活质量和工作效率,给患者家庭及社会带来了很大的经济压力。近年来,随着测序技术的不断发展,消化领域学者对肠道菌群与IBS关系的认识也逐渐深入。现有研究表明IBS发病机制主要包括遗传易感性、肠道感觉与动力异常、内脏高敏感、肠黏膜屏障和免疫功能紊乱[1]。2016年更新的《功能性胃肠病罗马Ⅳ诊断标准共识》提出,肠-脑互动异常是IBS的病理生理基础[3],该共识同时强调了肠道菌群紊乱在IBS发病中起到的重要作用。目前学者已针对该领域开展了多种靶向肠道菌群治疗手段的研究,包括益生菌、益生元、肠道非吸收性抗生素[4]和粪菌移植(fecal microbiota transplantation,FMT)[5-6]等。然而现阶段各种靶向肠道菌群的治疗手段在药物种类、剂量、疗程等方面存在较大的异质性,以至于上述治疗手段对于肠道菌群的影响尚无统一结论。范围综述是一种基于循证实践的文献分析方法,其可针对性地探索某一类研究主题的研究范围、研究深度与不足之处。本文采用范围综述的方法,通过对既往相关文献进行查询汇总,进一步分析靶向菌群治疗对IBS患者肠道菌群的影响,以期为临床选择合适的治疗方法提供参考。
1.1 确定研究问题 临床实践中所使用的以肠道菌群为靶点的治疗方法对IBS患者菌群多样性、结构及细菌丰度的影响。
1.2 文献检索策略 以“Web of Science核心合集”“PubMed”“Embase”“Cochrane Library”为文献来源数据,检索截至2022-5-20发表的相关文献。检索策略为:“IBS OR irritable bowel syndrome”“Probiotics OR Saccharomyces OR Lactobacillus OR Bifidobacterium OR Escherichia OR Clostridium”“Prebiotics OR inulin OR fructooligosaccharide OR fructooligosaccharide OR galactooligosaccharide OR galactooligosaccharide”“Antibiotics OR anti-bacterial agents OR penicillins OR cephalosporins OR rifamycins OR quinolones OR nitroimidazoles OR tetracycline OR doxycycline OR amoxicillin OR ciprofloxacin OR metronidazole OR tinidazole OR rifaximin”“((FMT)OR(bacteriotherapy))OR(((fecal)OR(faecal)OR(stool)OR(feces)OR(faeces)OR(microbiota)OR(microflora)OR(fecal flora)OR(faecal flora)OR(fecal microbiota)OR(feacal microbiota))AND((transplant*)OR(transfusion)OR(implant*)OR(instillation)OR(donor)OR(enema)OR(reconstitution)OR(infusion)OR(transfer)))”“Microbiota OR microbiome OR microbes OR microflora”。
1.3 文献纳入与排除标准 纳入标准:(1)研究对象为IBS患者;(2)接受单一种类的益生菌、益生元、抗生素和FMT治疗;(3)原始研究;(4)包含干预后肠道菌群结果。排除标准:(1)使用多种手段联合治疗的研究;(2)无法获得全文;(3)重复文献;(4)无肠道菌群结果。
1.4 文献筛选与资料提取 由两名研究者根据文献纳入与排除标准筛选符合要求的文献,独立筛选、提取信息并进行核对,若两名研究者意见存在分歧则与第三名研究者讨论后确定。提取的主要信息包括:第一作者、发表时间、国家、研究类型、诊断标准、IBS亚型、样本量、药物种类(益生菌、益生元、抗生素)、FMT途径与部位、剂量与疗程、菌群检测标本与方法、菌群检测结果。
2.1 文献检索结果 通过检索策略共获得相关文献3 044篇,初步筛选后获得文献2 414篇,根据纳入与排除标准筛选后,最终纳入文献41篇,其中益生菌研究11篇,益生元研究8篇,抗生素研究5篇,FMT研究17篇,文献筛选流程见图1。
图1 文献筛选流程图Figure 1 Flow chart of studies enrollment
2.2 益生菌对菌群的影响 本研究所纳入11篇益生菌相关文献均为随机对照试验(randomized controlled trial,RCT),有2项研究采用了RomeⅡ共识中的IBS诊断标准,6项研究采用了RomeⅢ标准,2项研究采用了RomeⅣ标准,1项未报道诊断标准。在报道了纳入患者IBS亚型的研究中,腹泻型IBS(IBS-D)是纳入患者中最多见的亚型。乳杆菌是使用最多的益生菌属,包括干酪乳杆菌、副干酪乳杆菌、植物乳杆菌、加氏乳杆菌,此外各有1项研究使用了双歧杆菌、丁酸梭菌、凝结芽孢杆菌和酿酒酵母进行干预。4周为最常用的干预时间,最长的干预时间为80 d。对菌群的分析均采用粪便标本,16S rRNA扩增子测序是使用最多的检测方法(8/11)。
通过菌群分析可知,菌群多样性在益生菌治疗前后[7]或治疗后的益生菌与安慰剂组之间[8]存在显著差异,但在另外两项研究中,菌群多样性与结构在治疗后的益生菌与安慰剂组之间无显著差异[9-10]。接受乳杆菌干预后,粪便中乳杆菌科[11]、乳杆菌属[12-14]及其下级菌种[15]丰度显著升高,表明补充乳杆菌后,其可在肠道中保持活性,这是其稳定定殖发挥益生菌作用的前提。颤螺菌属(Oscillospira)[11-12]、双歧杆菌属(Bifidobacterium)[14,16]与脱硫脱硫弧菌(D.desulfuricans)[17]丰度在乳杆菌干预后也出现升高。加氏乳杆菌[14]、凝结芽孢杆菌[7]干预可使放线菌门(Actinobacteria)丰度升高,变形菌门(Proteobacteria)丰度降低。此外,SUN等[8]发现,对丁酸梭菌治疗应答的患者治疗后狭义梭菌属(Clostridium sensu stricto)丰度较无应答者降低程度更大。益生菌干预对IBS患者肠道菌群的影响见表1。
表1 研究基本特征及益生菌对IBS患者肠道菌群的影响Table 1 Basic characteristics of studies on the effect of probiotics on gut microbiota in IBS patients
2.3 益生元对菌群的影响 本研究所纳入8篇益生元相关文献均为RCT,有1项研究采用了RomeⅡ共识中的IBS诊断标准,6项研究采用了RomeⅢ标准,1项研究采用了RomeⅣ标准。除1项研究仅纳入了IBS-D患者、1项研究未报道IBS亚型外,其余6项研究均纳入了各IBS亚型患者。5项研究使用了低聚糖进行干预,包括低聚半乳糖、低聚果糖,另外3项研究则使用了具有益生元属性的植物提取物。干预时间为4周或6周,其中1项研究进行了2轮干预。菌群分析方法包括测序、原位杂交、实时定量PCR。
6项研究报道了粪便中双歧杆菌属丰度在益生元干预后有显著升高[18-23],同时结肠黏膜中也存在该菌属丰度的升高[21],但该项研究也表明粪便中双歧杆菌属丰度在干预结束后4周时降低至干预前的水平。益生元干预后拟杆菌-普氏菌属(Bacteroides-Prevotella spp.)丰度在研究之间结论不一,包括降低[18]与升高[21],同时干预后应答者拟杆菌-普氏菌属丰度较无应答者高[24],提示其可作为治疗有效的标记物。仅有1项研究报道在益生元干预后肠道菌群未发生显著变化[25]。益生元干预对IBS患者肠道菌群的影响见表2。
表2 研究基本特征及益生元对IBS患者肠道菌群的影响Table 2 Basic characteristics of studies on the effect of prebiotics on gut microbiota in IBS patients
2.4 抗生素对菌群的影响 本研究所纳入5篇抗生素相关文献所使用的抗生素均为利福昔明,3项研究为开放标签(open label)试验,1项为RCT,另外1项为初始进行开放标签试验,在对应答者随访至18周时纳入其中复发的患者再进行RCT。干预时间为10 d或14 d。对菌群的分析均采用了粪便标本,其中1项研究同时采集了直肠黏膜进行菌群检测。16S rRNA扩增子测序是使用最多的检测方法(4/5)。
利福昔明干预对粪便[26-27]及直肠黏膜[28]菌群的结构无明显改变,或仅有一过性改变[27],菌群的物种丰富度显著降低[29-30]。利福昔明干预后丰度升高的菌属包括粪杆菌属(Faecalibacterium)[26]、嗜胆菌属(Bilophila)、副萨特氏菌属(Parasutterella)[30]、粪芽孢菌属(Coprobacillus)、霍尔德曼菌(Holdemania)、双歧杆菌属、真杆菌属(Eubacterium)[28],丰度降低的菌属包括多尔菌属(Dorea)、肠杆菌属(Enterobacter)、嗜血杆菌(Haemophilus)、埃希菌属(Escherichia)[28]、弯曲杆菌属(Catabacter)[30]。抗生素干预对IBS患者肠道菌群的影响见表3。
表3 研究基本特征及抗生素对IBS患者肠道菌群的影响Table 3 Basic characteristics of studies on the effect of antibiotics on gut microbiota in IBS patients
2.5 FMT对菌群的影响 本研究所纳入的17项FMT研究中,有4项研究为开放标签试验,其余13项为RCT。RomeⅢ是采用最多的诊断标准,1项研究重点关注了FMT治疗感染后IBS及抗生素所诱发IBS后的菌群变化。在RCT中,通过肠镜进行FMT的研究所使用的安慰剂为患者自体的粪菌,口服胶囊安慰剂为外观与粪菌胶囊一致的胶囊。FMT途径主要包括胃镜、十二指肠管、鼻空肠管、结肠镜及口服胶囊。16S rRNA扩增子测序是采用最多的菌群检测方法。
菌群结构分析表明,接受FMT治疗后,患者的菌群结构趋同于其相应的粪菌供者[31-37]。 有研究对异体移植患者的粪便与黏膜菌群先后使用人肠道芯片及16S扩增子测序方法进行检测,发现移植后菌群结构趋同于供者,并可导致新引入微生物在肠道持续至少6个月的长期定殖[47-48]。FMT治疗后患者的α-多样性升高[34-36],菌群紊乱指数(Dysbiosis index)降低[38]。FMT后双歧杆菌属[33,39]、另枝菌属(Alistipes)[38-40]、普氏菌属[38,40-43]丰度升高在各项研究中报道较一致。嗜黏蛋白阿克曼菌丰度变化报道不一,在3项研究中FMT后丰度升高[35,40,44],在 1 项研究中 FMT 后丰度降低[33]。粪杆菌属在1项研究中FMT后丰度升高[41],在3项研究中 FMT 后丰度降低[35,42-43]。
多项研究还比较了FMT后应答与无应答患者的菌群特征。FMT后,应答者较无应答者丰度升高的菌属包括乳杆菌属、另枝菌属[40],降低的菌属包括Desulfitispora、巨球型菌属(Megasphaera)/小杆菌属(Dialister)[39]、拟杆菌属[40]。应答者与无应答者在基线时的菌群结构差异显著,前者的菌群物种多样性高于后者[44-45],拟杆菌门/厚壁菌门比值也高于后者[37]。FMT干预对IBS患者肠道菌群的影响见表4。
表4 研究基本特征及粪菌移植对IBS患者肠道菌群的影响Table 4 Basic characteristics of studies on the effect of fecal microbiota transplantation on gut microbiota in IBS patients
已有研究证实IBS患者存在肠道菌群结构与功能的紊乱[49-50],因此以肠道菌群为干预靶点的治疗手段获得了越来越多的重视。本文对目前临床实践中常用的益生菌、益生元、抗生素,以及有希望得到推广的FMT方法干预后的肠道菌群变化进行了总结,结果发现以上治疗手段对IBS患者肠道菌群的物种多样性、整体结构、细菌种类均有一定程度的影响,但研究间也存在结论不一致的情况,值得进一步探讨。
3.1 益生菌 在国际益生菌与益生元科学协会(ISAPP)于2014年发布的关于益生菌的共识声明中,将益生菌定义为:当摄入足够数量活的微生物时,会给宿主带来健康益处[51]。在临床实践中所应用的常见益生菌属有乳酸杆菌、双歧杆菌、肠球菌、链球菌、芽孢杆菌等。使用靶向肠道菌群的治疗方法目的是恢复肠道菌群的稳态,补充有益菌、抑制疾病状态下肠道有害菌的过度生长是重要的重建手段。益生菌是使用历史最久的靶向菌群治疗方法,本文所纳入的研究中,传统益生菌乳杆菌是使用最多的益生菌属。IBS患者摄入乳杆菌后可在粪便中检出较高丰度,为其在肠道定殖创造了条件。益生菌在肠道的定殖是其发挥作用的前提。需要注意的是,粪便中高丰度并不能充分说明益生菌在肠道的稳定定殖。近期一项研究表明,传统益生菌在人体肠黏膜的定殖具有明显的个体差异,存在易定殖与抗定殖个体[52]。本文所纳入研究均采用粪便标本进行菌群检测,未来在研究中可同时进行粪便与肠黏膜菌群的检测与对比,以更好地制订益生菌摄入的剂量、疗程等,从而优化治疗。
3.2 益生元 益生元的概念产生于1995年,ISAPP在2016年对其概念进行了更新:能够被宿主体内的菌群选择性利用并转化为有益于宿主健康的物质[53]。更新后的概念已不局限于传统的碳水化合物类果聚糖和半乳聚糖,也包含了可能的非碳水化合物物质,且不局限于食物。因此本文中也纳入了洋车前子纤维、富含β-多糖的芦荟、Salacia提取物等植物来源的益生元。这些研究重点关注了益生元对双歧杆菌的富集作用,使用了包括原位杂交、实时定量PCR、一代测序和二代16S测序等检测方法均发现益生元使用后可升高双歧杆菌的丰度。IRIBARREN等[22]还发现,益生元还可升高结肠黏膜中双歧杆菌的丰度,表明益生元有利于双歧杆菌在肠道的定殖。
3.3 抗生素 利福昔明是在肠道局部发挥作用的非吸收性抗生素,已被美国食品药品监督管理局(FDA)批准应用于IBS的治疗。本文纳入的5项利福昔明研究报道其对菌群结构无显著影响[26-30],而物种丰富度显著降低,这与其广谱抗菌活性相符。利福昔明可降低临床常见病原菌如肠杆菌科、肠球菌科的丰度,升高益生菌粪杆菌属和双歧杆菌属的丰度。因此,利福昔明可能更适用于合并肠道细菌尤其是病原菌过度生长的患者。
3.4 FMT FMT已被欧洲临床微生物与感染学会指南推荐用于艰难梭菌感染的治疗[54],在炎症性肠病中的研究也在逐渐增多,而针对IBS的治疗尝试还处于起步阶段。不同于前述三种药物,影响FMT效果的因素较多,主要包括宿主来源、菌液制备、移植途径、移植频次等。本文纳入的研究中移植途径有胃镜、小肠插管、结肠镜以及口服胶囊等,这些手段可能会影响菌群的分析结果。但从各项研究的结论来看,大部分患者接受FMT治疗后菌群结构均趋同于其相应的供者,表明供者的粪菌在患者肠道有了相对稳定的定殖,这是FMT重建患者菌群的前提。FMT可使某些益生菌如双歧杆菌、另枝杆菌、普氏杆菌的丰度升高,这表明某些关键菌在FMT治疗中发挥了重要作用,值得进一步挖掘。
3.5 研究的局限性及改进方向
3.5.1 患者纳入 由于入选研究的时间跨度较大(2009—2021年),IBS的诊断标准几经更新,因此各研究使用的IBS诊断标准不同,此外一部分研究纳入了全部IBS亚型的患者,另一部分则仅纳入单一亚型的患者,不同亚型患者间的基线菌群可能存在显著差异,会造成他们对同一治疗方法的不同应答。未来研究可统一诊断标准,并针对某一IBS亚型设计研究,这样更有助于根据患者的基线情况精准选择靶向菌群的治疗手段。
3.5.2 菌群检测手段 由于研究当时菌群检测技术的发展阶段不同,研究所使用的菌群检测手段各不相同,这会在一定程度上影响患者的纳入及菌群的分析,甚至出现一些相互矛盾的结果。随着近年来高通量测序技术的发展,16S扩增子测序、宏基因组测序手段已广泛应用于临床研究,可将测序数据注释至菌种、菌株水平,今后可统一使用该测序手段,使分析结果更加精准。
3.5.3 随访时间 各项干预措施的随访时间不同。FMT后最长的粪便采样时间为12个月,而益生菌、益生元及利福昔明多于干预结束后立即采样进行菌群测序,仅有1项研究在为期2周的利福昔明干预后继续随访56 d,发现干预后56 d的菌群结构与基线时相似。IBS具有慢性、易复发的特点,因此短时间内补充益生菌可对病情缓解有益,但在停服后可能会出现病情的反复,靶向菌群治疗的疗程、是否需维持治疗、复发时如何根据菌群情况再次选择治疗策略等是需要考虑的问题,值得进一步的探讨。
综上,益生菌、益生元、抗生素、FMT均可通过影响肠道菌群发挥对IBS的治疗作用,富集益生菌、抑制有害菌,重建肠道微生态的平衡,是IBS的重要治疗手段。今后的研究需要采用统一的诊断标准,选择合适的IBS亚型,采用更先进的菌群检测技术,精准把控随访时间等方法,这将有助于选择精准的靶向菌群手段、制订长期的治疗策略。
作者贡献:张晋东进行文章构思与设计、数据整理及论文撰写;郑浩楠、张涛进行文献检索、筛选、数据整理;段丽萍进行结果解释与分析及文章修改,对文章整体负责,监督管理。
本文无利益冲突。