唐亮 鮑玉成 張文龍

腸道菌群與結核病的發(fā)生和進展互相作用，其中，抗結核藥品對腸道菌群的影響越來越受到關注[1]，尤其耐藥結核病的治療需要多種藥品聯(lián)合及長時間應用[2]，藥品對腸道菌群的選擇壓力不能忽視。為此，筆者對目前抗結核藥品對腸道菌群的影響研究進行綜述。

一、腸道菌群與腸道屏障穩(wěn)態(tài)

腸道菌群是由機械、化學、免疫和微生物四種屏障共同組成的腸道屏障的核心，其多樣性的種屬結構和代謝產物與人體互相作用，塑造腸道屏障并維持其穩(wěn)態(tài)，進而促進全身的營養(yǎng)代謝與免疫平衡，參與多種系統(tǒng)及組織、器官的疾病生理過程，但菌群本身也受到多種因素影響，個體差異較大[3]。

(一)人體腸道菌群結構及功能

人體腸道菌群是由數(shù)百種細菌構成的動態(tài)微生態(tài)系統(tǒng)，菌群濃度隨消化道延伸逐漸提高，在盲結腸可迅速增加到1011～1012菌落形成單位(CFU)/ml，其中，厚壁菌門和擬桿菌門細菌為優(yōu)勢菌群，占90%以上，以專性厭氧菌為主體[4]。腸道菌群協(xié)助機體對腸道內成分進行代謝，產生大量營養(yǎng)底物及具有多種生物活性的物質，如膳食纖維代謝產物短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids，SCFA)和色氨酸代謝產物吲哚丙酸(indole propionic acid，IPA)[3,5]，降解、轉化毒性成分[6]，參與腸道屏障穩(wěn)態(tài)調控，機制包括維持腸腔酸堿平衡和氧梯度環(huán)境，營養(yǎng)腸道上皮并促進其生長分化[7]，提高上皮DNA穩(wěn)定性、抑制其凋亡[8]，穩(wěn)定上皮緊密連接[9]，促進黏液和抗菌肽分泌[10]，激發(fā)和維護腸道黏膜及機體免疫，建立免疫耐受[11]，并通過對定植黏附位點和營養(yǎng)底物的競爭，維持定植抗力抑制致病菌[12]。

(二)腸道菌群穩(wěn)態(tài)的影響因素

人體腸道菌群受到多種因素影響，異質性較大，造成其基礎研究及臨床轉化困難?；蚪M學、轉錄組學、蛋白質組學、代謝組學，甚至還有免疫組學技術的進步促進對人體腸道菌群結構和功能的深入研究[3,13]。以基因多樣性為遺傳背景，外源性因素作用于腸道菌群和機體免疫，啟動腸道菌群穩(wěn)態(tài)的建立及成熟[14]。外源性因素包括地域、生活習慣(飲食、鍛煉等)[3,13]、多種疾病狀態(tài)，如糖尿病[15]、HIV感染[16]、自身免疫性疾病[17]等，也包括藥品應用，尤其是抗生素[18]，可以造成人體腸道菌群穩(wěn)態(tài)急劇波動，種屬多樣性降低，物質能量代謝和轉運能力下降，如SCFA、膽汁酸、膽固醇、激素及維生素等，定植抗力水平下降，致病菌群定植、擴增，耐藥基因轉移擴散。

二、抗結核藥品與腸道菌群改變

抗結核藥品作為抗生素影響腸道菌群的結構和功能，限于人體腸道菌群異質性較大和目前研究設計的局限，結論難以統(tǒng)一，臨床轉化困難[19]。

(一)抗結核藥品對腸道菌群的選擇壓力

參考世界衛(wèi)生組織(WHO)抗結核藥品分組和我國實際情況，抗結核藥品分為一線藥品，包括利福平(rifampicin，R)、異煙肼(isoniazid，H)、乙胺丁醇(ethambutol，E)、吡嗪酰胺(pyrazinamide，Z)和鏈霉素(streptomycin，S)，其余均為二線藥品，常用的包括利福噴丁(rifapentine，Rft)、左氧氟沙星、莫西沙星、丙硫異煙胺、環(huán)絲氨酸、利奈唑胺等。大部分口服藥品吸收較快、生物利用度高，雖然利福平、利福噴丁、鏈霉素、左氧氟沙星、莫西沙星和利奈唑胺是廣譜抗生素，但只有利福平、利福噴丁主要經腸、糞便排泄，理論上對腸道菌群影響較大。然而，無論是WHO推薦的初治敏感肺結核(6個月、4聯(lián)藥物)、復治肺結核(8、9個月，4、5聯(lián)藥物)、肺外結核(12個月，4聯(lián)藥物)、耐多藥結核病(長程18～20個月，至少5聯(lián)；短程9～12個月，6、7聯(lián)藥物)、廣泛耐藥結核病(耐多藥結核病治療方案，至少2年)應用的治療方案，還是逐漸得到重視的潛伏性結核感染預防性化療方案(H、R單藥或聯(lián)合，3～9個月，H、Rft聯(lián)合，3個月)，都包含至少一種廣譜抗生素且應用強度大、時間長，對腸道菌群的選擇壓力不容忽視[19-20]。

(二)抗結核藥品對腸道菌群的影響

動物體內研究發(fā)現(xiàn)，一線抗結核藥品聯(lián)合應用可造成明顯的菌群結構變化，急劇降低腸道菌群多樣性，變化可延續(xù)至停藥以后很長時間，同時，窄譜前體藥物異煙肼、吡嗪酰胺單獨或聯(lián)合應用也可以引起菌群結構變化，但利福平的作用最為明顯，且菌群物質與能量代謝相關基因發(fā)生富集或者減少，可以預測菌群功能的改變[21-22]。最近人體研究中普遍應用了細菌16S rDNA(或rRNA)擴增和宏基因組測序技術研究腸道菌群結構及功能改變，獲得了大量數(shù)據(jù)有待分析[13]。

美國Wipperman等[23]橫斷面研究設計，發(fā)現(xiàn)正在治療(H-R-E-Z，平均3.4個月)和6個月方案治療結束后的兩組肺結核患者的腸道菌群結構明顯變化且持續(xù)至少1.2年，但整體多樣性改變并不明顯，菌群中梭桿菌屬、普氏菌屬相對豐度提高，乳桿菌屬、糞球菌屬、瘤胃球菌屬、擬桿菌屬和雙歧桿菌屬相對豐度降低，其中不少菌種與機體炎癥免疫反應相關[24-25]。應用微生物組代謝網絡對宏基因組數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)脂肪酸氧化和維生素合成通路基因的富集，結合膽汁酸合成通路基因的減少。

中國Luo等[26]通過橫斷面研究設計，發(fā)現(xiàn)復發(fā)肺結核患者(用藥史不詳)和新發(fā)肺結核患者(藥物治療<1周)腸道菌群結構都發(fā)生明顯變化，尤其復發(fā)患者菌群多樣性明顯提高，擬桿菌門和厚壁菌門相對豐度降低，變形菌門(包括很多機會致病菌)和放線菌門相對豐度提高，菌屬水平發(fā)現(xiàn)普氏菌屬、毛螺菌屬相對豐度降低，而鏈球菌屬、埃希菌屬和柯林斯菌屬相對豐度提高。

印度Maji等[27]通過隊列研究設計，發(fā)現(xiàn)肺結核患者(6例)用藥(H-R-E-Z)前及用藥后1周、1個月共3個時間點的腸道菌群結構都發(fā)生了明顯變化，多樣性提高且個體間差異更為明顯，擬桿菌屬和一些SCFA產生菌群(如糞桿菌屬、糞球菌屬、考拉桿菌屬和假丁酸弧菌屬)相對豐度提高，普氏菌屬、雙歧桿菌屬相對豐度降低，且一些致病菌增加，如宋氏志賀菌、大腸埃希菌、肺炎鏈球菌和前庭鏈球菌。菌群功能相關基因明顯變化，如丙酸鹽和丁酸鹽(屬于SCFA)代謝通路基因富集，氨基酸及輔酶合成和維生素代謝基因減少，細菌致病性相關基因富集，如與鞭毛組配、細菌趨化、ABC轉運蛋白相關基因等。用藥后菌群結構恢復不明顯，但是功能相關基因部分恢復。

中國Hu等[28]通過橫斷面研究設計，發(fā)現(xiàn)單純結核感染人群(未用藥，包括潛伏性結核感染和活動性結核病)腸道菌群多樣性略有下降，種屬結構波動不明顯，但抗結核藥品(H-R-E-Z)應用后菌群結構發(fā)生快速、顯著的變化，多樣性明顯下降，活潑瘤胃球菌、糞桿菌屬相對豐度降低，擬桿菌門、擬桿菌屬中的成員，如擬桿菌OTU230和脆弱擬桿菌相對豐度提高，而雙歧桿菌屬相對豐度于用藥1周時下降，已經治愈時反而明顯提高。

以上研究受到地域、生活習慣等復雜的外源性因素和遺傳背景影響，且大部分采用橫斷面研究設計(僅有1項小樣本隊列研究)，所得結論難以統(tǒng)一，但基本認為主要一線抗結核藥品聯(lián)合應用可以造成明顯的腸道菌群結構變化，且可持續(xù)至停藥以后很長時間，與菌群代謝及致病性相關基因發(fā)生富集或減少。

三、腸道菌群改變對機體的影響

抗結核藥品引起的腸道菌群結構及功能變化對機體可能會產生多方面影響。

(一)結核病復發(fā)與腸道菌群

建立人體對結核分枝桿菌(Mycobacteriumtuberculosis，MTB)的有效持久免疫是結核病防治的根本[29]，而抗結核藥品的成功治療卻可能損害結核免疫。Verver等[30]和Glynn等[31]都發(fā)現(xiàn)既往結核病患者由于MTB再感染而復發(fā)的風險高于新發(fā)結核病患者。Khan等[22]通過動物研究發(fā)現(xiàn)，H-Z方案和單用R方案引起菌群結構的變化不同，H-Z方案引起梭菌群(Clostridia Ⅳ and ⅩⅣ clusters，梭菌群Ⅳ和ⅩⅣ)相對豐度的提高，并發(fā)現(xiàn)菌群變化與肺泡巨噬細胞MHCⅡ受體表達減少、線粒體功能下降和促炎細胞因子[腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、白細胞介素-1β(IL-1β)]表達下降相關，導致巨噬細胞對MTB的清除能力下降，證明抗結核藥品通過作用于腸道菌群進而損害機體對MTB的免疫；Luo等[26]發(fā)現(xiàn)普氏菌屬和毛螺菌屬相對豐度與外周血CD4+T淋巴細胞計數(shù)在新發(fā)結核病患者中呈正相關，而在復發(fā)患者中呈負相關，討論認為抗結核藥品可能通過腸道菌群影響機體結核免疫。

前述研究證明抗結核藥品對梭菌群、擬桿菌屬相對豐度具有影響[21-23,26-28]。梭菌群Ⅳ和ⅩⅣ(屬于厚壁菌門，占腸道菌群10%～40%)和擬桿菌屬構成結腸腸道菌群的主要部分[32]，其在營養(yǎng)代謝、黏膜及機體免疫調控等多方面具有重要作用，其代謝產物如SCFA[33]、膽汁酸[34]及IPA[35]與結核相關免疫關系密切；擬桿菌屬可以通過分泌囊泡攜帶多聚糖，作用于樹突狀細胞誘導調節(jié)性T細胞(Treg細胞)，促進抗炎因子表達，進行免疫調節(jié)、調整免疫耐受[36]；擬桿菌門(擬桿菌屬為主)主要代謝產生乙酸鹽和丙酸鹽(屬于SCFA)，厚壁菌門(梭菌群Ⅳ和ⅩⅣ為主)主要代謝產生丁酸鹽(屬于SCFA)，厚壁菌門與擬桿菌門的比例對SCFAs的濃度和組成有明顯影響[37]。另外，前述研究中相對豐度改變的糞球菌屬、瘤胃球菌屬[23]可以抑制TNF-α和IFN-γ的表達[24]，雙歧桿菌屬[23]可以誘導Th 17細胞反應[25]，這些促炎因子在保護腸道屏障功能和清除MTB中起重要作用，但過度激活可誘導自身免疫相關的組織損傷。

腸道菌群可以通過多種途徑影響結核相關免疫[38]，進而影響結核病的發(fā)生、進展，前述研究[21-23,26-28]初步探索了抗結核藥品對腸道菌群的影響，但腸道菌群對結核相關免疫作用的具體機制尚不明確。SCFA是目前研究最為深入的腸道菌群代謝產物，介導腸道菌群和機體免疫之間的相互作用，尤其丁酸鹽可以促進抗炎因子IL-10的表達，抑制促炎因子TNF-α、IL-1β、IFN-γ和IL-17的表達，促進叉頭框蛋白P1在CD4+和CD8+T細胞的表達(趨向于Treg細胞活性)，進而抑制巨噬細胞的吞噬和殺菌作用，阻止巨噬細胞對MTB的清除[39]，但其也有降低炎癥損傷和免疫保護的作用[33]。抗結核藥品對腸道菌群SCFA代謝的影響和SCFA介導菌群對結核相關免疫作用的具體機制需要深入研究。

(二)消化道反應與腸道菌群

抗結核藥品消化道反應十分常見[40]，尤其對于耐藥結核病，多種藥品聯(lián)合、長時間應用，胃腸道屏障面臨嚴峻考驗，消化道反應更為嚴重，造成治療停止甚至失敗[2]。消化道反應可以有惡心、嘔吐、腹痛、腹脹、腹瀉、便秘等多種表現(xiàn)，在排除肝損傷或者藥物成分直接刺激胃腸黏膜及并發(fā)胃炎、胃潰瘍等情況后，臨床可考慮腸道菌群失調相關的抗生素相關性腹瀉(antibiotic-associated diarrhea，AAD)或者腸易激綜合征(irritable bowel syndrome，IBS)[41]。

1.抗生素相關性腹瀉與腸道菌群：定植抗力常被用來定義腸道菌群抵抗外源性和內源性潛在致病菌在腸道定植、擴增及致病的能力[12]，是ADD機制研究中的核心概念，以其為基礎探索可以提供良好抗力的菌群組成模式[42]或提出以雙歧桿菌屬和(或)腸桿菌屬的比例衡量定植抗力[43]等研究，具有臨床應用前景，但抗結核藥品與定植抗力關系的研究尚不充分。

王靜等[44]報告了1例與抗結核藥品治療相關的艱難梭狀芽胞桿菌(Clostridiumdifficile，Cd)相關性感染(Cd infection，CDI)導致腹瀉的患者，停用抗結核藥品以及接受萬古霉素和雙歧桿菌乳桿菌三聯(lián)活菌片治療9 d后癥狀緩解。Cd是一種革蘭陽性厭氧芽胞桿菌(梭菌屬)，既是腸道正常菌群也是院內感染性腹瀉常見細菌(占15%～25%)[45]。王靜等[44]考慮機制可能為利福平長時間應用導致菌群失調，出現(xiàn)更利于耐藥Cd定植擴增的厭氧環(huán)境，產生毒素，導致CDI。聯(lián)合基因組測序和細菌培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)擬桿菌門、厚壁菌門，尤其擬桿菌科、雙歧桿菌科和毛螺菌科菌群相對豐度與CDI呈負相關[46]；膽汁酸在腸道內膽鹽水解酶(腸道菌群產生)作用下轉換為初級膽汁酸，進一步在腸道細菌(如閃爍梭菌和索氏梭菌)作用下經7α-羥基脫氧后轉化為次級膽汁酸，其可抑制Cd的孢子萌發(fā)、擴增和毒素活性[47-48]。另外，閃爍梭菌和索氏梭菌作為益生菌治療CDI相關腹瀉[48]，也可分別分泌色氨酸代謝產物，1-乙?；?β-咔啉和妥布霉素A，經次級膽汁酸增強，抑制Cd和其他腸道細菌的生長[49]。

廣譜抗生素氟喹諾酮類藥品不單獨應用于抗結核治療，但臨床報道其也可引起CDI造成腹瀉[50]。藥物體內、體外單獨應用可以引起腸道菌群結構的變化[51-53]，引起腸球菌、乳酸桿菌、雙歧桿菌、擬桿菌屬等變化，體外人體菌群模型中發(fā)現(xiàn)氟喹諾酮類藥品可以促進耐藥Cd孢子萌發(fā)和細胞毒素的產生[51]，但菌群結構與Cd的關系尚需進一步研究。

腸道菌群維護定植抗力影響CDI發(fā)生，前述研究發(fā)現(xiàn)抗結核藥品導致多種CDI相關菌群的變化[21-23,26-28,46,51-53]，但未見報道Cd豐度的改變。前述研究目的是挖掘菌群變化基因數(shù)據(jù)，未收集消化道反應臨床數(shù)據(jù)，尚無法對應觀察腸道菌群與Cd的關系，有待深入探索。

2.IBS與腸道菌群：IBS患者表現(xiàn)為慢性、反復的腹痛不適、便秘、腹脹及排便習慣的改變等，其診斷以臨床表現(xiàn)為依據(jù)，需要排除器質性疾病，考慮為一種功能性胃腸疾病。IBS人群發(fā)病率可以達到10%～15%，分為腹瀉型(IBS-Diarrhea，IBS-D)、便秘型(IBS-Constipation，IBS-C)和混合型(IBS-Mixed，IBS-M)[54]。多種抗結核藥品，尤其二線藥品聯(lián)合、長期應用且并發(fā)其他疾病(如HIV感染)，可以造成明顯的消化道反應，嚴重時造成藥物應用中斷[55-56]。受限于臨床對IBS尚未廣泛關注，大多數(shù)研究并未將IBS與食道及胃黏膜刺激、胃炎、胃潰瘍等情況進行區(qū)分進而收集數(shù)據(jù)，且不同研究異質性較大，故消化道反應的發(fā)生概率差別較大[40,57-58]，抗結核藥品導致IBS的發(fā)病率及機制尚不明確，但是Lin等[59]通過補充益生菌干酪乳酸菌改善了抗結核藥品導致的胃腸道反應，應當引起關注。

IBS與腸道菌群密切相關。Zhu等[54]研究IBS患者腸道菌群基因組和代謝組學變化，發(fā)現(xiàn)IBS患者腸道菌群多樣性提高，許多種屬發(fā)生豐度變化，其中，毛螺菌屬和梭菌屬明顯增加，毛螺菌屬中的許多菌株可以代謝產生乙酸鹽和乳酸鹽，抑制腸道黏蛋白分泌導致便秘[60]，梭菌屬中的艱難梭狀芽孢桿菌可以導致感染后的IBS[61]；IBS患者有31種代謝產物濃度增高，其中同型半胱氨酸與大鼠IBS相關，小鼠予以降低同型半胱氨酸飲食可以保護腸道上皮屏障[62]，進一步分析代謝組學信息，發(fā)現(xiàn)一組與腹痛、腹部不適、糞便性狀、癥狀持續(xù)時間相關的代謝模塊，可以指導尋找臨床相關的代謝產物。不同IBS分型之間腸道菌群結構及代謝也不同[63-65]。例如，IBS-D患者腸道中乳酸菌屬豐度下降，而IBS-C患者腸道中韋榮球菌屬和擬桿菌門細菌豐度提高，放線菌門細菌豐度下降，IBS-D患者血清和尿液中代謝產物濃度明顯變化。因此，有研究通過定義有益菌群(如乳酸桿菌和雙歧桿菌)和有害菌群(如梭菌屬、大腸埃希菌、沙門菌屬、志賀菌屬和假單胞菌屬)，建議探索補充益生菌、益生元、合生元或者糞便菌群移植等多種治療IBS的策略[66]。

雖然目前缺乏對抗結核藥品導致IBS的廣泛關注，但在前述研究中多種與IBS的相關菌群明顯變化，臨床上應該引起關注，尚需進一步研究?？傊?，腸道菌群與人體多種疾病生理活動密切聯(lián)系，且抗結核藥品對腸道菌群的結構及功能作用明顯，腸道菌群對機體的影響可能更為廣泛，如營養(yǎng)不良[67]、感染免疫性疾病[68-69]、代謝性疾病(糖尿病)[70]等，這些疾病狀態(tài)對于結核病的發(fā)生和發(fā)展也會產生深遠影響，有待進一步研究。