肠道菌群与溃疡性结肠炎

6 肠道菌群与溃疡性结肠炎 沈冰冰，钱家呜△ (中国医学科学院北京协和医学院消化科，北京100730) 【摘要】 溃疡性结肠炎(UlcerativeColitis，UC)的病因和发病机制目前尚不十分清楚，近来愈来愈多的研究认为免 疫调节紊乱是关键的直接发病机制，肠道菌群是这种免疫损伤过程的重要激发因素。本文重点介绍肠道菌群在UC的 变化以及益生菌在UC中的应用。 【关键词】 溃疡性结肠炎；肠道菌群；益生菌 【中图分类号】R378；R574．62 【文献标识码】A 【文章编号】1672石170(2008)05-0006-03 IntestinalfloraandulcerativecolitisSHENBing．bing。QIANJia．ming(DepartmentofGastroenterology。 PekingUnionHospital．Beijing100730，China) 【Abstract】Theetiologyandetiopathogenesisofulcerativecolitis(UC)arenotwellknown110W．Recentlymoreandmore studiesconsiderimmunologicalregulationdisturbanceisresponsibleforthedisease。inwhichintestinalfloraisanimportanttrig— geringfactor．ThefocusofthispaperistoaddressthechangesofintestinalflorainUCandtheapplicationofbeneficialbacteria ￡o UC． 【Keywords】Ulcerativecolitis；Intestinalflora；Beneficialbacteria 炎症性肠病(Inflammatoryboweldisease，IBD)包括 溃疡性结肠炎(UlcerativeColitis，UC)和克罗恩病 (Crohn’Sdisease，CD)两个独立的疾病，是一类病因和 发病机制尚不十分清楚的肠道炎症性疾病。关于IBD 发病机制方面研究主要集中在遗传易感性、免疫异常、 肠道菌群改变。近来愈来愈多的研究认为IBD可能主 要由遗传易感体质决定，免疫调节紊乱是关键的直接发 病机制，肠道菌群是这种免疫损伤过程的重要激发因 素，环境精神等因素可能是发病的诱因，这一观点得到 大多数学者的支持。本文重点介绍肠道菌群在UC的 变化以及益生菌在UC中的应用。 1 肠道菌群组成及分布 人体消化系统中有正常微生物群，是定植在宿主消 化道有益宿主的、并为宿主所必需的微生物群落，统称 为肠道正常微生物群(简称为肠道正常菌群)。肠道正 常菌群主要是由厌氧菌、兼性厌氧菌和需氧菌组成，厌 氧菌占多数(99％)，其中又以类杆菌与双歧杆菌为多， 占总菌数的90％。目前已认识的种群最少包括50个 菌属的400—500个菌种，总数约10H。肠道正常菌群 △【通讯作者简介】钱家呜(1957．)，女，北京人，主任医师，教授，博士生 导师．中华医学会消化病学分会副主任委员，从事炎症性肠病及 胰腺疾病临床及研究工作。 的分布是上胃肠较少，回肠与结肠，特别结肠菌数明显 增多，如乳酸杆菌在十二指肠约为103cfu／ml，而在回肠 增至102～105cfu／ml，至结肠在104～109cfu／ml。肠 道的菌群大致可分为三大类：①与宿主共生的生理性细 菌，为专性厌氧菌，是肠道的优势菌群，分别是类杆菌 属、双歧杆菌属、乳酸杆菌属、C．1eptum菌属、 c．coeeoides菌属和肠杆菌属，具有营养及免疫凋节作 用；②与宿主共栖的条件致病菌，以兼性需氧菌为主，为 肠道非优势菌群(肠球菌与肠杆菌)，当肠道菌群紊乱 或不平衡时，对人体有害；③病原菌，大多为过路菌，长 期定植的机会少，体内生态平衡时，即便存在，由于数量 少，不足以致病，一旦数量超出正常则致病(变形杆菌 和假单胞菌)。肠道菌群的组成目前尚未明确，主要原 因是取样及培养困难，粪便标本中大约50％的可通过 显微镜检出的细菌不能通过培养获得。有研究 明⋯，肠道黏膜层的细菌与肠腔内和存在于肠道细胞 表面的细菌有很大不同。 2肠道菌群在UC发病机制中的作用 肠道内固有菌丛与IBD的关系是近年的研究热 点。尽管IBD发病机制目前仍不清楚，早有研究发现 在目前应用较多的小鼠DSS模型存在肠道菌群的变 化，主要为拟杆菌和梭状芽胞杆菌的增多，提示肠道菌 群很可能参与小鼠DSS结肠炎的发病旧1；用转基因或 万方数据 敲除基因方法造成免疫缺陷的IBD动物模型H’41，在肠 道无菌环境下不会发生肠道炎症，但如重新恢复肠道正 常菌丛状态，则出现肠道炎症。上述动物模型的研究表 明：①基因背景影响IBD表现及严重程度；②无菌环境 下多数模型不能形成IBD；③肠道菌群成分是IBD形成 的必需条件。可以认为细菌是IBD相关的一个重要环 境因素，研究肠道菌群的变化对于了解IBD发病机制 是非常重要的。研究表明”1，UC患者肠腔内和肠黏膜 内含有高浓度的细菌，结肠细菌数量高于回肠1000～ 10000倍。DickinsonRJ等I刮发现，uc患者的粪便标本 中存在具有黏附和侵袭特性的大肠杆菌，此类大肠杆菌 菌株致病因子包括黏附素、溶血素和致坏死毒素。Oh- kusaT等【73从UC患者分离并培养出变形梭状杆菌，上 清液具有细胞毒性，用含有变形梭状杆菌的上清液给小 鼠灌肠，小鼠发生类似人类UC样改变。进一步研究发 现IBD患者肠道菌群发生变化。李润美等【81应用肠杆 菌基因间的重复共有序列(ERIC)-PCR技术分析10例 IBD患者及10例正常对照者的肠道细菌DNA指纹图 谱，其中UC9例，CD1例，结果表明IBD组ERIC—PCR 指纹图谱电泳DNA条带较少，且所有样本主带分布非 常一致，均出现在约1．1kb处，提示正常人肠道细菌种 类多，而IBD患者少。HiromasaT等∽3采用16sRNA探 针定量PCR法检测UC患者粪便标本发现脆弱类杆菌 属明显低于正常对照，与Manichanh等的报道一致，而 与以往报道不同，可能与鉴定方法不同有关，而且粪便 pH及有机酸测定结果间接UC患者肠道菌群的变 化。许多方法证实，与对照组相比，UC患者肠道黏膜 有大量细菌。KleessenB等¨刮使用荧光原位杂交技术 (fluorescentin—sitehybridisation，FISH)证实UC患者 83％结肠切除标本中黏膜表层组织所含细菌多于正常 对照组，细菌侵袭黏膜的现象非常明显。SwidsinskiA 等⋯1同样应用FISH技术发现IBD患者黏膜细菌浓度 明显高于正常人及肠易激综合征(IBS)患者，而且细菌 大多具有黏附现象。崔海宏等¨21采用梯度稀释法对 UC患者肠黏膜菌群进行分析，发现急性期肠杆菌、肠 球菌和小梭菌增加，而双歧杆菌和乳酸杆菌减少；缓解 期拟杆菌和双歧杆菌较急性期明显上升，而小梭菌数量 下降。有学者发现¨3’14]，UC结肠切除术后囊袋炎患者 需氧菌数量增加，厌氧菌与需氧菌比例下降，多数患者 甲硝唑治疗近期有效，而慢性囊袋炎则需要益生菌治 疗，表明细菌过渡生长与囊袋炎发生相关。虽然上述研 究提示肠道菌群可能参与UC发病，但迄今为止流行病 学资料尚未发现任何UC特异性致病菌，临床上应用抗 生素治疗UC的疗效并不明显，而激素治疗有效，说明 致病菌感染的连接作用很难解释UC发病。 7 进一步研究发现，1BD时肠道免疫系统对肠道内已 发生变化的菌群不能耐受。DuchmannR等【1纠发现，将 活动性IBD患者炎症肠段的黏膜固有层单个核细胞 (LPMC)在体外与自身肠道内细菌裂解液共育后， LPMC发生强烈的增殖反应，伴有大量的细胞因子如白 介素_2(IL-2)、干扰素-7(IFN-7)、IL-10等分泌，而正常 人LPMC对自身肠菌裂解液不发生增殖反应，说明正常 人对自身的肠菌存在耐受，IBD患者的这种耐受打破。 肠道菌群对肠道通透性改变的影响也引起了人们的注 意。肠屏障功能受损，通透性增高，肠腔内的抗原、内毒 素等促炎症物质进入肠黏膜固有层，诱发免疫反应。 MadsenKL等|1刮探讨了先天性IL-10缺陷小鼠肠道通 透性增高与肠道炎症的关系，置于有菌环境中的基冈缺 陷小鼠2周龄时肠道尚未有损伤表现，肠道通透性即有 增高，并且肠黏膜内TNF—Or．、IFN一1的浓度也开始增 高，肠道通透性增高与这两种细胞因子浓度相平行。而 置于无菌环境中的基因缺陷小鼠肠道通透性正常，浓度 也正常，表明先天性II。一10缺陷的小鼠对肠道菌群的黏 膜免疫反应发生异常，导致肠道通透性增加，且先于肠 道炎症反应。微生物成分对于异常炎症反应的启动作 用目前已得到证实。UC与人类Toll样受体4(TLR-4) 基因变异有关¨“，该基因编码脂多糖(1ipopolysaccha． ride，LPS)，LPS是G一菌细胞壁的重要组成部分，由 TLR-4识别，细菌LPS通过刺激TLR-4或其他受体导致 NF．KB表达系统活化，继而诱导一系列炎症反应¨引。 上述研究初步揭示了基因易感、肠道菌群、黏膜免疫三 者在UC发病中的可能关系。 3益生菌治疗UC 益生菌虽有百余年历史，但真正应用于临床还是最 近几十年。上世纪九十年代中后期，相关的益生菌的临 床应用与基础研究屡见不鲜，取得了令人鼓舞的效果。 本世纪，KruisW等¨引报道在327例UC患者维持治疗 中比较美沙拉嗪和益生菌的治疗效果，两组患者分别口 服美沙拉嗪500mg3次／天和大肠埃希杆菌Nisslel917 1次／天，疗程12个月，两组的复发率、缓解天数及疾病 活动指数接近，说明益生菌治疗可取得与抗炎药物相似 的疗效，且无不良反应。传统药物治疗无反应的34例 轻、中度活动期UC患者接受6周益生菌制剂VSL#3 (含有4种乳酸杆菌、3种双歧杆菌和1种链球菌)治 疗，缓解率为53％，24％患者有反应，说明VSI．#3对UC 有一定的治疗作用瑚j。KatoK等。2¨观察微生态制剂 治疗10例活动期UC患者，UDAI与安慰剂组比较明显 下降。一项32例活动性UC开放性研究[22l显示VSl．#3 诱导UC缓解率为77％。GionchettiP等心纠应用益生菌 万方数据 8 制剂VSL#3维持治疗慢性囊袋炎，服药9个月后，VSL# 3组仅3例复发，而安慰剂组全部复发，提示益生菌可 有效地用于慢性囊袋炎缓解期的维持治疗。Mimura T㈣得到了类似的结果。从目前资料看，益生菌的作用 主要体现在对囊袋炎和UC缓解期的维持治疗，对活动 期疗效不显著。 基础研究表明，益生菌直接或间接作用于肠上皮发 挥有益作用。MacfarlaneS等汹1给活动期的UC患者口 服含有双歧杆菌的合生元1个月，实验前后用细菌学检 验和直肠活组织检查方法检查患者肠内细菌比例，结果 发现定植在肠黏膜上的双歧杆菌明显增加，表明益生菌 可改善肠道菌群。崔海宏等1261对30例uc患者应用 双歧杆菌治疗后，其核转录因子KB(NF—KB)与DNA结 合蛋白表达明显减少，表明益生菌可下调NF—KB。霍利 娟等I27]应用益生菌和柳氮磺胺吡啶(SASP)治疗UC模 型大鼠，发现黏膜中的IL一1BmRNA和TNF—otmRNA均 较模型组显著下降，说明益生菌町能通过抑制炎性因子 的表达，与SASP同样起到治疗UC的作用。LeeT 等乜引将活的、死的和照射灭活的益生菌饲于TLR-2、 TI．R4、TI。R-9、MyD88基因敲除的IBD模型小鼠，研究 表明益生菌可减轻孔R一2、TIJR4基因敲除小鼠结肠炎 症的严重程度，对于TLR-9、MyD88基因敲除小鼠则无 这种作用，喂给小鼠益生菌DNA也能减轻小鼠结肠炎 症的严重程度，而喂给小鼠甲基化DNA、小牛胸腺 DNA、DNA酶处理的益生菌则无效，提示益生菌的这种 保护作用主要是其自身DNA介导的，与其代谢产物和 定植能力关系不大。接下来的研究中，他们发现细菌 DNA通过TLR-9诱导免疫细胞产生l型干扰素，后者 可阻止破坏肠上皮屏障，从而起到抗炎的作用。 综上，肠道菌群与UC发病密切相关，随着肠道黏 膜免疫系统及遗传易感性研究的不断完善，将逐步揭示 肠道菌群在UC发病机制中的重要作用。 益生菌治疗UC取得了一定疗效，但仍存在一些问 ，如益生菌治疗时机选择、剂量、疗程、安全性等问题， 益生菌临床治疗评价今后尚需大宗病例的随机对照长 期观察研究。 【参考文献】 [1]SwidsinskiA．LadhoffA，PemthalerA，eta1．Mucosalfloraininflammato— ryboweldisease[J]．Gastroenterology，2002，122(1)：44-54． 【2]HansW，ScholmerichJ，GrossV，eta1．Theroleoftheresidentintestinal florainacuteandchronicdextransalfatesodium—indueeelcolitisinmice [J】．EuropeanJofGastroenterology＆Hepatology。2000，12(2)：267— 273． [3]SellonRK．TonkonogyS．SchultzM．eta1．Residententericbacteriaare necessaryfordevelopmentofspontaneoascolitisandimmunesystemacti— vationininterleukin-10一deficientmice[J]．Infectlmmun，1998，66 (11)：5224．5231． [4]TaurogJD，RichardsonJA．CroftJT．eta1．Thegermfreestateprevents developmentofgutandiointinflammatorydiseaseinHLA—B27transgen— icrats[J]．JExpMed，1994，180(6)：2359-2364． 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