基于肠道菌群防治绝经后骨质疏松症的相关研究进展

李丹 赵新正 于金晟 周昊景 苏海 陈檑 张镒 邵威捷 刘岩 肖鲁伟

绝经后骨质疏松症（postmenopausal osteoporosis，PMOP）是一种在绝经后常见的骨骼疾病，主要影响老年女性。随着年龄增长，女性的卵巢功能逐渐减退，导致体内雌激素水平降低，这个变化干扰了骨骼的正常代谢平衡，从而导致骨密度减少，最终引发一种代谢性疾病。PMOP 严重影响患者的生活水平及质量，大多数PMOP 患者因合并骨折或相关并发症而入院，特别是髋部和脊椎骨折的发生，导致患者死亡率正在逐年增加［1］。目前PMOP 的预防和治疗方面仍然存在较多缺点和不足，药物治疗的严重并发症，如颌骨坏死、不典型骨折等［2］。因此，探究新的治疗方法至关重要。肠道菌群作为体内关键的微生态系统，与人类的健康密切相关。“肠道-骨骼”轴表明肠道微生物群与PMOP 密切相关［3］。本文拟从肠道菌群与PMOP 的关系进行综述，为研究PMOP 的发病机制及治疗寻求新的切入点。

1 肠道菌群

人类胃肠道中的大量微生物（包括细菌、真菌、病毒和古生菌）与其宿主之间存在共生关系，这些微生物统称为肠道菌群。肠道菌群通过多种方式与宿主产生作用，如促进食物的消化吸收、维持肠道屏障功能、参与免疫系统的调节、改变药物的药代动力学等［4］。肠道菌群的组成和多样性也会由于较多因素的刺激而改变，如营养吸收、水分、pH、氧气、氧化还原反应和温度等［5］。同时，当疾病发生时，肠道菌群也会发生相应的变化。大量研究已将肠道菌群失调与一系列非传染性疾病联系起来，如炎症性肠病、肠易激综合征、骨关节炎、骨质疏松等［6］。

2 PMOP患者的肠道菌群变化

肠道菌群不仅参与调节肠道的动态平衡，还在“肠道-骨骼”轴上扮演至关重要的角色。女性绝经后，雌激素水平下降，可能对肠道微生物生态产生影响，这可能导致肠道益生菌减少，有害菌或中性菌增加，破坏肠道内菌群之间的平衡，扰乱肠道的局部免疫系统，导致破骨相关炎症因子增加，肠道屏障破坏，进而影响全身的免疫功能，最终导致PMOP的发生［7］。有学者对106 例绝经后女性进行肠道菌群检测，结果显示骨质疏松组的菌群多样性较低，相较于骨量减少组和正常组有显著差异。骨量减少组以变形菌门为主，包括克雷伯氏菌、大肠杆菌/志贺氏杆菌、肠杆菌等，而骨质疏松组则主要以异乳杆菌、乳酸菌和球拟杆菌等［8］。这为进一步研究何种肠道菌在PMOP 中发挥作用提供了借鉴。

3 肠道菌群调节PMOP的机制

3.1 肠道菌群通过介导免疫系统调控PMOP 肠道菌群对免疫炎症和骨量的调节至关重要。临床研究表明，雌激素水平与肠道菌群多样性之间存在正相关。绝经前后，肠道菌群经历明显变化，对局部和全身免疫系统产生影响，破坏了骨量的平衡，可能导致骨质疏松的发生［7］。有学者研究指出［9-10］，当雌激素降低时，肠道菌群易发生紊乱，导致免疫系统的异常激活，进而促进Th17 细胞表面RANKL 的高度表达、Th17细胞及其产生的TNF-α、IL-6、IL-17 等细胞因子的繁殖，刺激破骨细胞大量激活，引起骨质的溶解和吸收，导致骨质疏松的发生。相反，另一种常见的T 细胞亚群Treg 细胞通过分泌抗炎细胞因子，如IL-10、IL-35，来减少破骨细胞的分化［11］。因此，维持Treg/Th17 稳态是骨量平衡的关键。

在RANKL/RANK/OPG 系统中，骨保护素（osteoprotegerin，OPG）能够抑制骨吸收，其机制是通过与RANKL 竞争性结合RANK，从而阻止RANKL 与RANK 间的相互作用。在雌激素缺乏期间，RANKL 与OPG 间的平衡被破坏，炎症因子如IL-17、IL-6 和TNF-α 水平迅速升高并诱导RANKL 的表达。RANKL 激活RANK，导致TRAF6 的表达，最终激活成骨细胞中的NF-κB 通路。另一方面，TGF-β 等抗炎因子的表达减少会导致OPG 的分泌下降［12-13］。雌激素缺乏导致RANKL/OPG 信号传导失衡，进而导致骨丢失。因此，RANKL/RANK/OPG 信号的平衡是维持骨量的关键因素之一。综上，肠道菌群的稳定，是平衡Treg-Th17 和RANKL/OPG 的关键，并最终防止雌激素缺乏引起骨丢失的发生。

3.2 肠道菌群通过介导肠道屏障通透性调控PMOP 肠道屏障是指存在于肠道内的一系列层级结构，其具有防止有害物质进入身体组织和促进营养物质吸收的作用。具体包括：肠道微生物群、外部黏液层、上皮细胞层和黏膜固有层。然而，当绝经后女性雌激素水平下降时，会增加肠道屏障通透性，肠道内微生物及其代谢产物作为抗原进入肠上皮组织，引发免疫反应，上调TNF-α、RANKL 和INF-γ 等破骨细胞相关因子的表达，并通过肠道屏障进入血液流至全身，从而影响骨骼系统，最终导致骨量丢失［14］。研究表明［15-16］，在PMOP 小鼠模型中，肠道上皮细胞间紧密连接蛋白表达下降，导致肠道屏障通透性增加，促使毒素易于进入体内，进而激活免疫系统。因此，促炎细胞如Th17 细胞以及炎症因子如TNF-α、RANKL 和IL-17 的表达增加可导致破骨细胞活性增强，进而加速骨量的丢失，加重PMOP 的病情。另外，肠道内菌群的紊乱也会破坏肠道屏障，如大肠杆菌、空肠弯曲杆菌、沙门氏菌和产气荚膜梭菌等有害菌的数量增加，破坏了肠道屏障的完整性，促使细菌易位，增加炎症，加剧了骨量丢失［17］。

3.3 肠道菌群通过介导激素调控PMOP 迄今为止，研究人员发现肠道菌群与多种激素水平存在紧密关联。此外，肠道菌群还通过多种激素在骨转换中发挥关键作用，其中包括雌激素、瘦素、胰岛素样生长因子-1、5-羟色胺以及甲状旁腺激素［18］。

雌激素是主要调节女性骨代谢的激素，在人体中对骨骼具有多种作用，其可以维持骨代谢平衡，防止骨质流失［19］。因肝脏作用而失活的雌激素被肠道中具有β-葡萄糖醛酸酶活性的细菌激活，从而使雌激素被重新吸收到循环系统中，并增加血清中的雌激素水平。另有研究表明，益生菌可以降低β-葡萄糖醛酸酶水平，并可能延长雌激素的半衰期，因此肠道菌群可以通过调节β-葡萄糖醛酸酶活性对PMOP 产生影响［20-22］；此外，肠道菌群可以通过代谢植物雌激素，产生一种称为Equl 的代谢产物，这种产物具有较强的雌激素效应，可以模仿雌激素的作用，对骨骼产生影响，在PMOP 的发展中发挥调节作用［2］。了解这一机制有助于更好理解PMOP 的发病过程，并为该疾病的预防和治疗提供新的研究方向。

瘦素是绝经后女性骨组织的保护因子，对骨骼健康有积极作用，有研究发现，瘦素与骨密度、骨保护素存在正相关，而肠道菌群可以影响瘦素水平。有研究指出，双歧杆菌、乳杆菌和梭状芽孢杆菌与血清瘦素水平呈正相关，类杆菌和普氏杆菌与血清瘦素水平呈负相关，这表明肠道菌群是瘦素调节的潜在靶点［23-26］。

胰岛素样生长因子-1（insulin growth factor-1，IGF-1）主要由肝脏产生，在骨骼的发育和维持中起着关键作用。在前成骨细胞中，IGF-1 受体的激活引起Runx2 的表达，Runx2 是参与骨形成的关键转录因子。Runx2 进而激活osterix，进一步刺激重要的骨组织成分，如I 型胶原、碱性磷酸酶和骨钙素的分泌。此外，IGF-1 对于间充质干细胞转化为成骨细胞至关重要，IGF-1 直接与成骨细胞上的IGF-1 受体结合，促进其形成和分化［27-28］。肠道微生物对IGF-1 的产生和活性有显著影响。一项对无菌小鼠的研究表明，肝脏和血液中IGF-1 及其结合蛋白IGFBP3 的表达与正常肠道微生物的小鼠相比减少。将无菌小鼠移植肠道微生物后，其血清IGF-1 水平增加，表明肠道微生物直接影响IGF-1 的分泌。此外，给小鼠使用抗生素导致IGF-1 水平降低，但给予短链脂肪酸恢复了IGF-1水平［29-31］。总之，肠道微生物及其代谢产物在调节IGF-1 水平方面发挥作用，从而间接影响PMOP 的进展。

5-羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）在骨代谢中发挥着重要作用。肠道菌群通过调节5-HT 水平，可能影响骨细胞的活性，进而调节骨转换和骨骼健康。常规饲养小鼠的血清5-HT 水平和结肠色氨酸羟化酶1 水平高于无菌小鼠，这表明肠道微生物群改变了5-HT 的产生和分泌［2］。总之，肠道微生物可以通过调节5-HT 水平，间接对PMOP 的进展产生影响。

甲状旁腺激素（parathyroid hormone，PTH）是骨骼发育的重要调节因子。PTH 会对骨量产生双向影响，这取决于靶细胞是连续还是间歇暴露于PTH。持续接触甲状旁腺激素（cPTH）会刺激骨吸收，导致骨量减少。另一方面，间歇性暴露于甲状旁腺素（iPTH）刺激成骨细胞的产生，从而起到骨保护的作用。有研究表明，iPTH 可以防止去卵巢大鼠的骨丢失。体外研究也表明，iPTH 可以增加骨髓干细胞中碱性磷酸酶、骨形态发生蛋白2 和发育迟缓相关转录因子2 的表达。肠道菌群及其代谢产物可以调节甲状旁腺素水平，间接影响PMOP。有研究发现分段丝状菌通过影响PTH，使肠道内TNF的T 细胞和T 辅助细胞17 增加，同时，T 细胞从小肠进入骨髓，导致骨质流失［32］。LI 等［33］发现丁酸与iPTH 协同作用，使CD4+T 细胞分化成调节性T 细胞（Treg 细胞），这种T 细胞亚群诱导常规CD8+T 细胞释放Wnt10b，从而激活成骨细胞中的Wnt 信号通路，促进骨形成。

4 基于肠道菌群治疗PMOP现状

4.1 益生菌和益生元 肠道益生菌通过调节炎症因子的生成、改善肠道屏障通透性、促进营养物质吸收等机制参与调控PMOP［34］。具有抗炎特性的乳酸杆菌和双歧杆菌可以促进维生素D 的产生，减少破骨细胞分化，对去卵巢小鼠的骨量丧失具有保护效果［15］。YU 等［35］通过荟萃分析认为，补充益生菌显著降低PMOP 患者血清C 末端肽-I 水平，并防止腰椎的骨量丢失。一项研究发现，益生菌可以有效预防去卵巢大鼠的炎性牙槽骨吸收。这种预防作用可能是因益生菌促进肠道产生丰富的丁酸，改善大鼠的肠道屏障功能，从而降低肠道通透性。这进一步调节骨免疫反应，有效减缓牙槽骨的流失［36］。

益生元是一种能被肠道有益菌群利用的营养物质，其可以通过刺激、促进或恢复有益的肠道菌群，维持肠道微生态平衡，影响钙吸收及转化，维持骨代谢平衡，改善骨质疏松。常见的益生元有葡聚糖、低聚果糖、菊粉、木聚糖、低聚半乳糖等［18］。有实验研究证实去卵巢小鼠口服乳果糖，可以通过维持肠道屏障、宿主肠道免疫系统和肠道微生物群的稳态抑制破骨细胞形成并防止雌激素缺乏后引起的骨质流失［37］。研究发现灵芝和平菇中含有的益生元β-葡聚糖对PMOP 患者的骨代谢和人类成骨细胞活性具有积极影响。研究结果表明，服用蘑菇发酵产物组的RANK 水平明显低于对照组，而成骨细胞活性则高于对照组。同时，服用蘑菇发酵产物的绝经后妇女双歧杆菌、乳酸菌及短链脂肪酸的数量明显增加，这些微生物的增加有助于促进成骨细胞的活性。这些研究结果表明灵芝和平菇作为益生元，通过调节肠道菌群平衡，有助于促进成骨细胞活性，从而使骨代谢失衡的状态得到改善［38］。

4.2 粪菌移植 粪便微生物区系移植是将健康人的功能性菌群移植到患者的胃肠道中，改善肠道菌群失调，恢复肠道内微生物区系的多样性，作为治疗疾病的一种方法。粪便微生物群移植已被广泛证明可以治疗艰难梭菌感染和克罗恩病等疾病［39-40］。一项研究表明，在动物实验中，将儿童的肠道菌群移植到去卵巢小鼠中，可以有效防止骨丢失，并增骨强度，该研究还发现，移植的肠道菌群中含有丰富的阿克曼氏菌，而这种菌群的直接补充同样可以预防去卵巢小鼠的骨丢失。然而，虽然粪菌移植在治疗PMOP 方面表现出潜力，但目前在临床上的应用还不太实际。通过宏基因组学，可以研究与PMOP 相关的肠道菌群代谢产物，这可能为预防和治疗PMOP 提供一些新的见解［41］。

4.3 中医药治疗 中医药可以通过调节肠道菌群丰度、抑制炎症因子生成、改善骨内微环境等方式防治PMOP［42］。有学者通过研究灵芝提取物，发现其提取物可以改变PMOP 患者的肠道菌群构成，增加粪便中短链脂肪酸含量，抑制炎症因子生成，进而达到治疗PMOP 的目的［38］。王杰等［43］研究表明骨碎补可能通过增加肠道菌群的数量和多样性，调节肠道菌群结构，并介导Wnt/β-catenin 信号通路，来减少PMOP模型大鼠的骨量丧失。

5 小结与展望

随着人口老龄化越来越严重，患有PMOP 的人口数量会越来越多，但目前的治疗方法并不理想。然而，随着“肠-骨”轴的提出，通过干预肠道菌群治疗PMOP 受到越来越多学者的关注。肠道菌群通过多种途径参与PMOP 的病理过程，如影响免疫反应、调节激素分泌、影响肠道通透性等。益生菌、益生元和粪菌移植及中医药等方法已经在预防和治疗PMOP方面显示出疗效。因此，通过干预肠道菌群治疗PMOP 是一种全新的治疗理念。