双歧杆菌四联活菌对重症急性胰腺炎肠屏障功能的影响和相关作用机制研究

梁锦慧,尹毅霞,覃月秋,梁秋利,陆俞安

[1. 右江民族医学院研究生学院,广西 百色 533000;2. 广西分子病理学(肝胆疾病)重点实验室,广西 百色 533000;3. 右江民族医学院临床医学院,广西 百色 533000]

重症急性胰腺炎(severe acute pancreatitis,SAP)是一种以胰蛋白酶原激活、炎性细胞浸润、腺泡细胞破坏为特征的炎症性疾病,胰腺局部炎症导致促炎细胞因子聚集释放,这将诱发全身炎症和多器官功能障碍综合征(multiple organ dysfunction syndrome,MO-DS),导致高发病率和高死亡率[1-3]。SAP约占急性胰腺炎(acute pancreatitis,AP)患者的20%～30%,通常是由胆道疾病、酗酒、暴饮暴食等原因引起,具有持续性(>48 h)器官衰竭,病死率高,医院死亡率约为13%～35%[4-5]。胃肠道作为人体内最大的储菌库和内毒素库,被认为是全身炎症反应综合征(systemic inflammatory response syndrome,SIRS)的触发器和始动器,是脓毒症和MODS的中心器官[6-7]。SAP起病之初,肠道内缺血、缺氧引起肠上皮细胞凋亡增加,肠道通透性增加,引起肠黏膜屏障功能障碍[8],此时机体防御功能受损,易导致肠道菌群失调,胃肠道微生物(大肠杆菌、变形杆菌、肺炎克雷伯菌等)和毒素的移位[9],引起肠源性感染及胰腺继发感染的发生,加重炎症反应,对SAP患者造成二次打击。中国微生态调节剂专家共识推荐对胃肠功能障碍者启动微生态治疗[6]。益生菌是指含有充足的特定活菌、能维持宿主微生态平衡的微生物制剂,当给予适当剂量时,对人体健康有积极影响[10]。益生菌因其可纠正肠道内菌群失调、维持肠道免疫稳态、保护肠黏膜屏障和降低体内炎症反应等方面作用,成为治疗SAP的研究热点。本文通过回顾性分析双歧杆菌四联活菌治疗SAP的相关文献,对双歧杆菌四联活菌影响SAP肠屏障功能相关机制、疗效进行综述。

1 双歧杆菌四联活菌概述

研究发现,SAP动物及患者肠道内双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌丰度明显减少,而以大肠埃希菌为主的致病菌比例增高,肠道菌群中厌氧菌与需氧菌比值严重倒置,且炎症因子水平及细菌易位程度升高[11-13],而经使用益生菌治疗后SAP动物及患者肠道内双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌株丰度增加,炎症水平下降,细菌易位减少[12]。SAP患者肠屏障功能受损、肠道菌群失调是增加患者感染率、死亡率的重要因素,微生态营养理念认为通过添加益生菌制剂能有效调节肠道菌群,保护肠屏障功能。目前用于人体的益生菌主要为乳酸杆菌属、双歧杆菌属、肠球菌属、链球菌属、芽胞杆菌属、梭菌属和酵母菌属[6],临床上应用的益生菌制剂有单一的益生菌及复合益生菌制剂,种类繁多,每种制剂包含的活菌种类不一,其中复合益生菌制剂包括不同活菌,补充有益菌种类更多,相互也能发挥协调作用,相比于单一的益生菌制剂效果更优。其中双歧杆菌四联活菌是一种由婴儿双歧杆菌、嗜乳酸杆菌、粪肠球菌、蜡样芽胞杆菌联合的微生态制剂,作为微生态制剂的代表之一,起到调节肠道内菌稳态平衡的作用。双歧杆菌及嗜酸乳杆菌与调节胃肠动力、免疫功能、参与物质代谢及生物拮抗等生理功能密切相关[14-15]。粪肠球菌定植于肠道并形成一层生物薄膜,保护肠屏障免收外界细菌侵袭[16]。蜡样芽胞杆菌作为一类兼性厌氧菌,可以充分消耗氧气,使得肠道环境中氧的浓度下降,并利于双歧杆菌、乳杆菌在肠道内生长繁殖,充分发挥它们的作用[17]。SAP肠道内缺乏双歧杆菌、乳酸杆菌等有益菌株,双歧杆菌四联活菌可直接补充4种不同种属的益生菌,4种活菌在肠道内可联合起到补充益生菌数量、充分消耗肠道内氧气、定植形成生物薄膜、抑制致病菌繁殖的作用,对改善胃肠功能障碍效果显著。

2 双歧杆菌四联活菌影响SAP肠屏障功能的相关机制

2.1机械屏障 正常生理情况下肠道上皮细胞在肠腔、固有层和黏膜相关淋巴组织之间形成物理屏障,肠上皮细胞通过紧密连接与邻近的上皮细胞连接,组成防止大分子物质、毒素等发生扩散转移的机械屏障[18]。肠机械屏障是肠道抵抗有害物质入侵的第一道防线,是构成肠屏障的最基本框架,其结构基础是肠黏膜上皮细胞及细胞与细胞之间完整的紧密连接,它由跨膜蛋白Claudin、Occludin以及闭合小环蛋白(Zonula occludens,ZOs)组成,对维持肠机械屏障功能的完整及细胞之间稳固排列发挥重要功能,一旦紧密连接发生破坏则会导致肠黏膜屏障功能受损[19]。一些研究表示,应用双歧杆菌四联活菌对SAP患者肠机械屏障功能有着保护及改善肠屏障功能障碍的作用,其中嗜酸乳杆菌可以通过增强紧密连接蛋白磷酸化来增强上皮屏障的完整性,双歧杆菌可以修复肠上皮紧密连接,降低肠黏膜通透性,减少肠道内致病菌及内毒素移位到其他器官[20],粪肠球菌则通过自身的附着能力定植在动物肠道黏膜上,形成肠道外层生物屏障,防止肠道致病菌侵入。肠道菌群的代谢产物也参与了肠道内的代谢及肠屏障功能的维护,主要包括短链脂肪酸、吲哚衍生物、多胺、有机酸和维生素,其中短链脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFAs)是肠道菌群最常见的代谢物。SCFAs是肠上皮细胞的主要能量来源,SCFAs可以促进肠上皮细胞的增殖分化,减少细胞凋亡,在维持肠黏膜的机械屏障中发挥重要作用,同时,SCFAs还可以刺激中枢神经系统产生神经信号,传递到肠道刺激肠上皮细胞分泌激素和生长因子,促进肠道发育[21]。研究还表明,SCFAs可促进肠上皮紧密连接蛋白的合成,增加ZO-1和Occludin蛋白的表达,抑制肠道通透性,增强肠黏膜机械屏障功能[22]。SCFAs主要由肠道菌群发酵产生,双歧杆菌、嗜乳酸杆菌属是肠道内厌氧菌,可发酵食物中不易消化的碳水化合物、肽和氨基酸产生SCFAs,增强肠机械屏障功能,降低SAP肠道通透性,显著改善患者的肠黏膜屏障功能,有利于SAP患者肠屏障的康复[23]。

2.2化学屏障 胃肠道内的黏液、消化液、溶菌酶及肠道菌群产生的有机酸等化学物质被称之为化学屏障。双歧杆菌、嗜酸乳杆菌、粪肠球菌为乳酸菌,当其在肠道内生长、繁殖时,能产生有机酸,降低肠腔内pH值,不利于致病菌在肠腔内生长,从而起到防御致病菌、保护胃肠道黏膜的作用[24]。其中,双歧杆菌是糖类分解菌,可将进入结肠的碳水化合物发酵分解成有机酸如SCFAs、乳酸,降低肠腔内pH值,抑制致病菌繁殖,起到降低肠道感染风险、纠正肠道菌群失调的作用,并通过竞争肠道上皮上的受体和胆汁酸来抑制病原体的生长[14]。而蜡样芽胞杆菌在肠道中能将高分子碳水化合物分解为单糖,再由其他菌种将单糖转化为乳酸,降低肠腔内pH值,同时,分解产生的乳酸还可以通过破坏细菌细胞壁的外膜来增强宿主溶菌酶的抗菌活性,能起到抑制致病微生物在肠道内定植的作用[25]。肠黏液主要由杯状细胞合成的黏蛋白(mucoprotein,MUC)骨架和复杂的O-连接低聚糖修饰而成,MUC2是由小肠和结肠的杯状细胞合成和分泌的主要黏蛋白,肠黏液覆盖胃肠道,形成一层保护性的黏液凝胶层,在空间上将细菌分隔到管腔,防止细菌侵袭上皮细胞[24],同时起到润滑作用,防止粪便磨损和撕裂肠道上皮细胞。FISHMAN J E等[26]通过胰胆管结扎法制作胰腺炎大鼠模型,可观察到与对照组相比,胰腺炎大鼠肠道通透性增加,在镜下可观察到肠黏液层丢失,失去黏液层覆盖的肠道绒毛数量显著增加。张美曦等[27]通过对雏鸡喂养双歧杆菌,可见使用双歧杆菌后雏鸡肠道杯状细胞数量、肠道MUC2 mRNA表达、肠液MUC2含量明显增高。双歧杆菌、乳酸杆菌可以增加MUC2基因的表达,促进MUC2的合成,引起结肠黏液层的积累和更新[24,28]。因此,对SAP应用双歧杆菌四联活菌可以通过促进肠黏液的分泌、增加溶菌酶的抗菌活性以及降低肠腔内pH值起到保护肠化学屏障作用。

2.3免疫屏障 免疫屏障主要是协助消化道的抗原识别并起杀菌或抑菌作用的黏膜免疫系统。肠道免疫系统主要由肠黏膜上皮的免疫相关组织、免疫细胞和分子构成,它们共同构成肠道免疫屏障,可以及时识别外来抗原以及自身异常抗原,诱导局部及全身免疫应答反应,维持肠道动态平衡[29]。分泌性IgA(secretory IgA,sIgA)是由肠黏膜固有层浆细胞分泌的免疫球蛋白,它是黏膜分泌物中含量最丰富的免疫球蛋白,在肠道免疫屏障中起到核心作用[30]。肠黏膜表面的sIgA对肠道菌群尤其是G-杆菌具有特殊亲和力并包裹细菌,封闭细菌与肠上皮细胞结合的特异部位,保护肠道上皮免受肠道毒素和病原微生物侵袭,具有减弱细菌吸附、穿透肠黏膜上皮的能力,而且sIgA能结合抗原分子形成免疫复合物介导吞噬细胞清除病原微生物,减少肠道细菌移位数量[31]。研究表示SAP大鼠因肠道血供障碍可导致肠黏膜绒毛缩短,杯状细胞脱落和功能下降,浆细胞数量减少,肠腔内sIgA分泌量减少,肠屏障功能受损[32]。嗜乳酸杆菌自身及代谢产物可作为抗原物质被M细胞摄取,随之迁移至派尔集合淋巴结的T淋巴细胞区或系膜淋巴结,将抗原提呈给初始T淋巴细胞,激活Th2细胞,产生大量IL-5,活化派尔集合淋巴结生发中心的B淋巴细胞,使其转化为浆细胞分泌IgA,提高sIgA的含量水平[33]。使用双歧杆菌四联活菌能保护SAP肠免疫屏障功能,机制可能与促进肠黏膜内浆细胞分泌sIgA,提高肠腔内sIgA水平相关,有助于降低致病菌吸附在肠黏膜表面的能力,纠正失衡的肠道菌群,保护肠道屏障功能[14]。

2.4生物屏障 肠道内相对稳定的共生菌构成机体生物屏障,这类共生菌定居动物内环境中,对维持肠道微生态平衡,对免疫功能的提高起到重要的作用。肠道内的益生菌可以竞争有限的营养和与上皮细胞的黏附位置,防止潜在致病性微生物的过度生长和入侵。SAP患者胃肠激素分泌紊乱,肠平滑肌能量代谢障碍,动力减退,可导致胃肠动力的功能障碍或麻痹性肠梗阻,使肠道无法通过蠕动将有害物质及时排出体外,从而使细菌在小肠近端过度生长,引发菌群失调[34-35]。相关研究表明SAP患者出现肠道菌群失衡,具体表现为双歧杆菌、乳酸杆菌等益生菌减少,而以大肠埃希菌为主的致病菌比例增高[36]。当出现肠道菌群失调时正常菌群不能通过竞争结合位点和营养物质去抑制致病菌的生长,导致致病菌大量繁殖,对肠道上皮细胞和肠道黏膜屏障造成损伤,细菌会通过肠腔转移到其他组织和器官中,激活释放各种炎症介质,造成炎症因子风暴,从而对机体构成“二次打击”[37-38]。谭超超等[39]通过逆行胰胆管注射牛胆磺酸钠构建急性胰腺炎动物模型,予益生菌组大鼠双歧杆菌及乳酸杆菌制成的微生态制剂,发现急性胰腺炎模型组大鼠肠道内双歧杆菌属细菌、乳杆菌属细菌明显减少,致病菌肠杆菌、肠球菌等均明显升高,而益生菌灌胃组肠道内双歧杆菌属细菌、乳杆菌属细菌显著升高,易位感染发生率较模型组降低62.5%,同时评价肠黏膜通透性的指标二胺氧化酶、D-乳酸水平降低。刘金凤[12]研究结果显示经使用双歧杆菌四联活菌片的SAP患者炎症指标、细胞因子水平较前治疗明显下降,肠道内双歧杆菌、乳酸杆菌比例均高于治疗前,大肠杆菌、葡萄球菌比例均低于治疗前。目前各实验表明双歧杆菌四联活菌对肠道生物屏障的保护作用,补充双歧杆菌四联活菌可增加了肠道内有益菌的数量,抑制了致病菌的繁殖,对维持机体生物屏障起到有力作用。其中,双歧杆菌、嗜乳酸杆菌、粪肠球菌可定植于肠道上皮表面,与致病菌竞争结合位点和营养物质,抑制致病菌在肠道内的定植和繁殖,另外,嗜酸乳杆菌、粪肠球菌能通过产生细菌素抑制肠道常见病原菌的生长繁殖[40-41],而蜡样芽孢杆菌为厌氧菌,可以充分消耗氧气,使得肠道环境中氧的浓度下降,有利于双歧杆菌、乳杆菌等厌氧菌在肠道内生长繁殖,从而抑制需氧菌的繁殖[42]。

注:sIgA为分泌性IgA;MUC2为黏蛋白;SCFAs为短链脂肪酸。图1 双歧杆菌四联活菌作用于肠屏障机制图

3 小结和展望

综上所述,肠屏障功能障碍是SAP的重要并发症,随着对SAP研究的不断深入,应用微生物制剂治疗肠屏障功能障碍是目前的研究热点,双歧杆菌四联活菌在对肠道的机械屏障、化学屏障、免疫屏障、生物屏障均有有益作用。但目前在临床上对应用双歧杆菌四联活菌的安全性及有效性仍有争议,仍有待更多的临床样本数量、更具体深入的研究以便指导临床患者治疗,进一步改善患者的预后。