李開(kāi)鋒，楊均興，戴 東

(廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院，廣東 湛江524001)

原發(fā)性硬化性膽管炎(PSC)是一種以特發(fā)性肝內(nèi)外膽管炎癥和纖維化導(dǎo)致多灶性膽管狹窄為特征、慢性膽汁淤積病變?yōu)橹饕R床表現(xiàn)的自身免疫性肝病，其病因不明，目前被認(rèn)為是人類(lèi)遺傳因素與環(huán)境因素相互作用的結(jié)果，充滿(mǎn)著復(fù)雜性，預(yù)后差異也比較大[1]。近70-80%PSC患者患有炎癥性腸病(IBD)，通常是潰瘍性結(jié)腸炎(UC)[2]。與普通人群相比，PSC發(fā)生惡性腫瘤(膽管癌，膽囊癌，肝細(xì)胞癌和結(jié)直腸癌)風(fēng)險(xiǎn)顯著增加，有近50%PSC患者的死亡是由癌癥引起的[3]。盡管熊去氧膽酸在PSC中被廣泛使用，但依然沒(méi)有什么治療能夠持續(xù)減緩疾病的進(jìn)展[4]。最終，PSC仍然是許多國(guó)家肝移植的重要指征。PSC與IBD之間的密切聯(lián)系表明腸道菌群可能在疾病發(fā)病過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，同時(shí)也引發(fā)了關(guān)于 PSC的發(fā)病機(jī)理的探究(例如，腸道粘膜損傷后導(dǎo)致細(xì)菌和細(xì)菌產(chǎn)物滲入門(mén)脈循環(huán)以及腸內(nèi)活化的淋巴細(xì)胞歸巢至肝臟)[5]等。本文就腸道菌群在PSC發(fā)病機(jī)制中最新研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 腸道菌群及其功能

腸道菌群，也稱(chēng)為腸道微生物，是生活在人類(lèi)消化道中的微生物，人體腸道內(nèi)有1000多種約 100 萬(wàn)億細(xì)菌，其在機(jī)體中的數(shù)量超過(guò)人體自身細(xì)胞的10倍以上，DNA容量更是人類(lèi)基因組的100多倍[6]。自2007年美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院人類(lèi)微生物組計(jì)劃和歐盟人體腸道宏基因組計(jì)劃啟動(dòng)以來(lái)，被譽(yù)為人類(lèi)的"第二基因組"的腸道菌群倍受人們關(guān)注，然而超過(guò)70%的腸道微生物卻無(wú)法用傳統(tǒng)方法分離和培養(yǎng)，這極大地限制了科學(xué)家對(duì)微生物的了解，宏基因組測(cè)序技術(shù)的出現(xiàn)讓研究人員能夠研究腸道內(nèi)的“微生物暗物質(zhì)”[7]；人源化小鼠模型的構(gòu)建則使科學(xué)家能更好地模擬體內(nèi)腸環(huán)境，進(jìn)而揭示復(fù)雜的生態(tài)機(jī)制[8]。隨著人們認(rèn)識(shí)的進(jìn)一步深入，腸道菌群與我們之間的共生關(guān)系遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出想象，目前認(rèn)為胃腸道中特定的微生物群對(duì)健康或者疾病有著重要影響，包括新陳代謝、免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)以及癌癥風(fēng)險(xiǎn)等。相反，當(dāng)宿主體內(nèi)的微生物群種類(lèi)和結(jié)構(gòu)遭到破壞，紊亂的微生物系統(tǒng)易引發(fā)糖尿病、肥胖、自身免疫性肝病、IBD[9]、腸易激綜合征、痛風(fēng)，抑郁癥、關(guān)節(jié)炎甚至是衰老等。

人類(lèi)腸道菌群的基本特征是不同個(gè)體之間存在的細(xì)菌分布差異較大，而菌群功能則非常相似[10]。疾病中整個(gè)元基因組(即存在的所有細(xì)菌基因)的確定，可以為腸道菌群改變的功能后果提供線(xiàn)索。迄今為止，只有極少數(shù)的研究在針對(duì)疾病的研究中應(yīng)用了大規(guī)模的完整宏基因組學(xué)[11]，而在PSC中則沒(méi)有，因?yàn)樗鼈儼嘿F且計(jì)算量大。不少研究提出腸道菌群對(duì)人類(lèi)代謝組的影響是腸道健康影響的主要途徑。Wang等關(guān)于三甲胺-N-氧化物(TMAO)在心血管疾病中的研究則很好地證明了這一點(diǎn)[12]。

Goodrich等研究表明，腸道菌群部分是可遺傳的[13]。從對(duì)諸如PSC之類(lèi)的炎性疾病的遺傳學(xué)研究中擴(kuò)展出來(lái)，人們?cè)絹?lái)越有興趣研究疾病易感性基因是否會(huì)影響微生物群。但是，使用獨(dú)特的健康個(gè)體作為PSC中最強(qiáng)的遺傳危險(xiǎn)因素的純合子，即HLA-B*08：01-DRB1*03:01單倍型，只能觀察到與腸道菌群組成非常適度的關(guān)聯(lián)，這表明效果很小或單倍型不會(huì)通過(guò)腸道增加疾病易感性[14]。 相反，在IBD中，基于參與細(xì)菌處理的易感性基因的遺傳風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分與健康個(gè)體的腸道菌群特征相關(guān)[15]，表明IBD風(fēng)險(xiǎn)基因影響腸道微生物組成。

2 原發(fā)性硬化性膽管炎中腸道菌群變化及可能致病機(jī)制

發(fā)現(xiàn)PSC的病因機(jī)制是當(dāng)下我們?cè)诟尾W(xué)研究中面臨的主要挑戰(zhàn)之一。在過(guò)去的幾十年中，宿主-微生物相互作用研究在生物醫(yī)學(xué)研究中的比例不斷增加，這主要是由于人們希望更好地了解與微生物相關(guān)的人類(lèi)疾病。在眾多的醫(yī)學(xué)疾病中，如胃腸道疾病，尤其是IBD，已在實(shí)驗(yàn)小鼠模型或臨床研究中進(jìn)行了廣泛的研究，證明了其病程受腸道菌群的影響[16]。 Karlsen等指出UC發(fā)生在多達(dá)80%的PSC(PSC-IBD)患者中，但其臨床表現(xiàn)與通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)研究確定的遺傳多態(tài)性之間的臨床表現(xiàn)有明顯差別[17]。有多項(xiàng)隊(duì)列研究[18-20]發(fā)現(xiàn)，與UC和健康對(duì)照相比，PSC患者的腸道微生物譜有顯著差異。在研究之間鑒定出的微生物類(lèi)群差異也并不一致。這使得在PSC中探索特定的微生物介導(dǎo)的疾病機(jī)制具有挑戰(zhàn)性。 Rühlemann等人提出了該領(lǐng)域迄今為止最大的研究，該研究由來(lái)自挪威和德國(guó)的388個(gè)人(137個(gè)人為PSC)組成[21]。他們證實(shí)，盡管UC隊(duì)列中的糞便鈣衛(wèi)蛋白水平中位數(shù)較高，但PSC患者的腸道(糞便)微生物譜與UC和健康對(duì)照組不同，并且與藥物治療或結(jié)腸炎無(wú)關(guān)。同時(shí)他們也發(fā)現(xiàn)PSC和PSC-IBD之間的腸道微生物群沒(méi)有差異，這表明在PSC中發(fā)現(xiàn)的這種營(yíng)養(yǎng)不良與結(jié)腸炎無(wú)關(guān)。通過(guò)薈萃分析，他們確定了PSC中腸道菌群種類(lèi)的已知差異和新穎差異，這可能具有潛在的病理生理學(xué)意義。此外，他們發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組相比，PSC中表達(dá)韋榮球菌屬的胺氧化酶和表達(dá)乳桿菌的膽汁鹽水解酶的富集程度高于對(duì)照組，這提示擬議的PSC異常腸道-肝淋巴細(xì)胞運(yùn)輸和膽汁酸途徑失調(diào)的疾病機(jī)制值得詳細(xì)考慮。

Nakamoto等通過(guò)構(gòu)建Mdr-/-2小鼠模型(一種原發(fā)性硬化性膽管炎的小鼠模型，其特征在于營(yíng)養(yǎng)不良，腸屏障功能障礙和肝損害)，同時(shí)利用FMT、16SrRNA測(cè)序等技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了腸道菌群在PSC-UC疾病發(fā)病機(jī)制中的作用，其中肺炎克雷伯菌直接破壞腸道上皮屏障，在肝臟和腸系膜淋巴結(jié)中啟動(dòng)T輔助17細(xì)胞(Th17)反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)菌易位和肝炎性反應(yīng)。同時(shí)也表明了抗生素治療可改善由PSC衍生的菌群誘導(dǎo)的Th17免疫應(yīng)答。這些結(jié)果突出了病原菌在腸屏障功能障礙和肝臟炎癥中的作用，為PSC的潛在治療策略提供了見(jiàn)識(shí)[8]。但是，這項(xiàng)研究還需要通過(guò)進(jìn)一步分析腸腔和粘膜菌群，并對(duì)確定的關(guān)鍵病原體進(jìn)行進(jìn)一步的機(jī)制研究，并在更大的PSC-UC樣本中證實(shí)這些結(jié)果。Liao等使用Mdr-/-2小鼠模型研究了腸道菌群在PSC發(fā)育中的功能，表明與Mdr2相關(guān)的膽汁淤積會(huì)引發(fā)腸道營(yíng)養(yǎng)不良。反過(guò)來(lái)，內(nèi)毒素易位到門(mén)靜脈和隨后的NLRP3炎性小體活化將會(huì)導(dǎo)致更嚴(yán)重的肝損傷[22]。早前Fickert等對(duì)硬化性膽管炎的膽管損傷的機(jī)制的探索研究表明，多藥抗性蛋白2(Mdr2)的基因缺失會(huì)導(dǎo)致宿主缺乏磷脂酰膽堿，從而增加了膽汁中游離膽汁酸的濃度，最終導(dǎo)致膽管炎的發(fā)生[23]。鑒于膽汁酸代謝和腸道菌群之間的相互作用已確定會(huì)對(duì)免疫系統(tǒng)產(chǎn)生影響[24]，Wahlstr?m等推測(cè)，與Mdr-/-2小鼠病理性膽汁成分有關(guān)的營(yíng)養(yǎng)不良可能在疾病發(fā)展中起因果作用。這項(xiàng)工作為揭示PSC在人類(lèi)和動(dòng)物模型中宿主-微生物群的相互作用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也為了解PSC的發(fā)病機(jī)理開(kāi)辟新的視角。

3 結(jié)語(yǔ)

腸道菌群的研究在科學(xué)上是最新趨勢(shì)，并且隨著測(cè)序技術(shù)和相關(guān)生物信息學(xué)的迅速發(fā)展，該領(lǐng)域有望繼續(xù)擴(kuò)大。越來(lái)越多的證據(jù)證明腸道菌群在PSC病因中起著作用，但它也強(qiáng)調(diào)，在PSC中需要進(jìn)行深入和縱向的多級(jí)分析及研究，以闡明潛在的機(jī)制和目標(biāo)。