方秀才

中國醫(yī)學科學院 北京協(xié)和醫(yī)學院 北京協(xié)和醫(yī)院消化內科(100730)

功能性胃腸病(functional gastrointestinal dis-orders, FGIDs)涵蓋了胃腸道一系列的功能性疾病，各類疾病的癥狀各有其特點，羅馬診斷標準的修訂和完善正是基于對這些癥狀及其所對應的病理生理學機制的理解。2016年頒布的《羅馬Ⅳ：功能性胃腸病》中明確指出，F(xiàn)GIDs的癥狀特點不僅是胃腸道動力紊亂、內臟高敏感的表現(xiàn)，腸道微生態(tài)改變、腸道黏膜和免疫功能異常、中樞神經系統(tǒng)(central nervous system, CNS)對腸道信號處理功能異常亦參與其中，共同決定FGIDs的癥狀特點[1]。從病理生理學角度審視，F(xiàn)GIDs實質為腸-腦互動異常(disorders of gut-brain interaction)。腸易激綜合征(irritable bowel syndrome, IBS)是FGIDs中最具代表性的一類疾病，表現(xiàn)為反復發(fā)作的腹痛伴有排便頻率和(或)糞便性狀改變。新近研究發(fā)現(xiàn)，腸道微生態(tài)、腸道黏膜屏障功能異常、腸神經系統(tǒng)(enteric nervous system, ENS)調控功能和形態(tài)學改變在IBS發(fā)病中起重要作用。本文就上述IBS發(fā)病機制相關研究進展作一概述。

一、IBS腸道微生態(tài)改變

腸道微生態(tài)是近年生命科學領域研究的熱點之一，越來越多的研究資料表明IBS患者存在腸道微生態(tài)改變。急性胃腸道感染后人群發(fā)生IBS的風險明顯高于非感染對照人群[2-3]；IBS患者檢出小腸細菌過度生長(small intestinal bacterial overgrowth, SIBO)的比例明顯高于健康對照者[4]，補充益生菌或口服不吸收抗菌藥物如利福昔明治療SIBO可改善IBS癥狀和內臟高敏感[5-6]。上述發(fā)現(xiàn)提示了腸道微生態(tài)改變與IBS的相關性。由于人體腸道菌群的個體差異較大，且易受飲食、環(huán)境等因素的影響，加之研究方法各異，現(xiàn)有文獻報道的IBS患者腸道菌群改變存在較大的異質性。相關系統(tǒng)評價顯示，與健康對照者相比，IBS患者腸道潛在有害菌如腸桿菌科(Enterobacteriaceae)、擬桿菌屬(Bacteroides)增加，潛在有益菌梭菌目(Clostridiales)、糞桿菌屬(Faecalibacterium)、雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)減少，部分患者同時存在菌群多樣性降低[7]。國內研究者還發(fā)現(xiàn)，腹瀉型IBS(IBS with diarrhea, IBS-D)患者糞便菌群特征與抑郁癥患者相似，大多表現(xiàn)為高比例擬桿菌屬腸菌型或高比例普氏菌屬腸菌型[8]。與健康對照者相比，IBS患者糞便中4類31種代謝物顯著上調，包括氨基酸類和脂肪酸類，這些代謝物的改變與某些菌屬的豐度變化存在顯著相關性[9]。

IBS患者腸道菌群及其代謝物的變化、腸道中是否存在產甲烷菌和呼氣甲烷量以及與之相對應的結腸黏膜炎癥改變與患者的臨床表現(xiàn)及其嚴重程度之間存在一定相關性[5，7,9-11]。腸道菌群改變可直接影響腸道黏膜屏障功能，或通過腸道黏膜炎癥免疫反應影響腸道感覺功能，導致內臟高敏感[12]。腸道細菌代謝產物短鏈脂肪酸(short chain fatty acids, SCFAs)對腸道功能有著廣泛的影響，丁酸和產丁酸細菌能減輕內臟高敏感[13]，補充產丁酸細菌可能對IBS患者有益。腸道菌群改變導致的代謝物變化還可通過循環(huán)血影響腸-腦軸功能。但也有研究[14]發(fā)現(xiàn)丁酸可加重內臟高敏感，其作用與上調腸神經膠質細胞源性神經生長因子表達有關。國內學者的研究結果還提示，可發(fā)酵的低聚糖、雙糖、單糖和多元醇(fermentable oligo-, di-, and mono-saccharides and polyols, FODMAPs)飲食引起的IBS腸道癥狀可能與SCFAs產生增多有關[15]。IBS發(fā)病機制的復雜性和異質性、腸道菌群改變的多樣性可能是現(xiàn)階段有關腸道菌群與IBS病理生理學機制研究所面臨的挑戰(zhàn)。最近對糞菌移植治療IBS隨機雙盲安慰劑對照試驗的meta分析顯示，通過糞菌移植干預腸道菌群并不能改善IBS患者的整體癥狀[16]，這也提示我們在臨床選擇干預腸道菌群治療時要充分考慮患者的個體差異。

二、腸道黏膜屏障損傷和黏膜通透性增加

腸道黏膜屏障由數(shù)層結構組成，從腸腔面開始依次為共生菌和黏液層、柱狀上皮層(包括上皮細胞和細胞間緊密連接)及其底部的細胞外基質、固有層(包括炎癥免疫細胞以及神經末梢、血管和淋巴管)，腸道黏膜屏障功能的維持有賴于各層結構的完整性及其相互作用，以保證腸道吸收、大分子物質轉運、分泌、代謝和炎癥免疫功能[17]。病原菌通過引起腸道菌群失調或影響正常的氨基酸代謝導致黏液層成分變化，破壞黏液屏障。感染后IBS(post-infectious IBS, PI-IBS)患者腸道持續(xù)存在的低度炎癥可導致腸道黏膜肥大細胞、嗜鉻細胞(enterochromaffin cells, EC)、嗜酸性粒細胞和淋巴細胞浸潤增加、活化，通過釋放炎癥介質、促炎細胞因子影響?zhàn)つて琳霞捌渫ㄍ感?，或通過作用于ENS對腸道功能產生影響，這些物質還可通過循環(huán)血影響ENS對腸道功能的調節(jié)作用[2,18]。SIBO時有害菌本身或細菌產生的各種毒性物質可刺激腸道免疫細胞分泌促炎細胞因子，導致腸道黏膜免疫激活，黏膜屏障功能受損，腸道敏感性增高。在IBS-D患者中，結腸上皮細胞間黏附連接蛋白表達降低、細胞間連接增寬，這些黏膜屏障破壞對腸上皮細胞通透性增加起重要作用[19]。

IBS患者常報告癥狀發(fā)作和加重與某些飲食有關，在食物過敏IBS患者中，食物抗原暴露誘導IgE和肥大細胞介導的炎癥反應導致腸黏膜通透性增加[20]。最近Fritscher-Ravens等[21]采用共聚焦激光顯微內鏡(confocal laser endomicroscopy, CLE)對IBS患者進行研究，發(fā)現(xiàn)盡管超過半數(shù)的IBS患者并無典型的食物過敏表現(xiàn)(血清IgE升高和皮膚過敏試驗陽性反應)，但其十二指腸黏膜暴露于食物抗原(小麥、牛奶、大豆、蛋清)約10 min后出現(xiàn)黏膜裂損，CLE觀察可見熒光素標記的漿液外滲至增寬的絨毛間隙；CLE反應陽性患者腸黏膜上皮內淋巴細胞明顯增加(與健康對照者和CLE反應陰性患者相比)，隱窩至絨毛頂端緊密連接蛋白claudin-2表達增加(該蛋白功能為削弱屏障功能)，occludin表達降低，同時嗜酸性粒細胞脫顆粒增加。十二指腸黏膜嗜酸性粒細胞活化在IBS患者此種非典型食物即刻過敏反應引起的黏膜屏障功能損傷中起重要作用。

應激是影響腸道黏膜屏障功能的另一重要因素。應激時下丘腦-垂體-腎上腺軸(hypothalamic-pituitary-adrenal axis, HPA軸)興奮，通過升高糖皮質激素等激素水平參與應激反應。促腎上腺皮質激素釋放因子(corticotropin-releasing factor, CRF)作為神經遞質與中樞神經元結合，影響內臟敏感性；與胃肌間神經元CRF2受體結合，抑制胃排空；與結腸腸神經元CRF1受體結合，興奮分泌運動神經元，使結腸動力增加；CRF1神經元興奮還可引起EC細胞釋放5-羥色胺(5-hydroxytryptamine, 5-HT)、前列腺素E2(prostaglandin E2, PGE2)等介質，使肥大細胞脫顆粒，增加腸道通透性和內臟高敏感性[22]。應激誘導的內臟高敏感模型大鼠小腸局部微絨毛脫落，杯狀細胞形態(tài)皺縮、細胞內可見桿菌聚集，上皮細胞間隙擴大，微絨毛細小、密度不均[23]。新近一項研究[24]比較了緩解期潰瘍性結腸炎患者和混合型IBS患者的結腸活檢標本，發(fā)現(xiàn)兩者上皮細胞間通透性均較健康對照者增加，伴肥大細胞和嗜酸性粒細胞明顯增多。但亦有研究[25]顯示IBS患者的結腸黏膜肥大細胞浸潤與黏膜屏障無關。臨床研究[26]也提示IBS-D患者的乙狀結腸黏膜肥大細胞總數(shù)和活化肥大細胞比例與其精神心理狀態(tài)無關，精神心理異常很可能是通過肥大細胞以外的腸-腦軸機制影響IBS的發(fā)生、發(fā)展。

三、ENS改變和自身免疫性腸神經元損傷

ENS在胃腸道廣泛分布，主要由黏膜下神經叢、肌間神經叢以及與之相連的神經纖維組成，可獨立調節(jié)胃腸道感覺、運動以及與之相適應的血管舒張和收縮功能。腸道受到機械性擴張、應激、炎癥、過敏原等刺激時，黏膜炎癥細胞分泌炎癥介質，如EC釋放5-HT作為旁分泌信號作用于腸道肥大細胞，后者活化后釋放多種介質，這些介質以彌散方式作用于疼痛感覺傳入神經纖維受體和機械敏感神經纖維受體引起疼痛[27]；5-HT還可作用于脊髓傳入神經元，介導中樞對腸道刺激的反應，同時也可作用于腸神經元上的5-HT受體，影響腸道感覺和運動功能。慢-急性聯(lián)合應激IBS-D模型大鼠的小腸黏膜下神經叢神經節(jié)和神經元總數(shù)增加，興奮性神經元(膽堿能神經元和血管活性腸肽神經元)比例增加，肌間神經叢抑制性神經元(氮能神經元)比例降低[28]，此種ENS的形態(tài)學改變與IBS-D的腸道傳輸加快和分泌增加相一致。有關腸神經元神經遞質及其復雜信號通路、腸神經元與周圍神經膠質細胞和Cajal間質細胞間交互作用的研究不斷深入，使我們對ENS在IBS發(fā)病機制中的功能調節(jié)作用有了更多的了解[29-30]，尤其值得關注的是形態(tài)學上的改變。

早在2002年，T?rnblom等[31]就報道了重度IBS患者近端空腸全層活檢標本肌間神經叢神經節(jié)內存在淋巴細胞浸潤和神經元退行性改變。近年研究陸續(xù)報道了IBS患者存在腸道局部和系統(tǒng)免疫反應異常，可能是引起腸神經節(jié)和神經元炎癥損傷的主要機制[32]。在排除抗核抗體的影響后，IBS患者的血清抗腸神經元抗體(anti-enteric neuronal anti-bodies, AENA)陽性和強陽性率顯著高于健康對照者、慢傳輸型功能性便秘患者和炎癥性腸病患者，且AENA陽性或強陽性患者的血清在體外可促進豚鼠小腸肌間神經元和人神經母細胞瘤細胞(SH-Sy5Y)凋亡[33]。筆者所在團隊采用目前最大通量的人蛋白芯片HuProtTM對IBS患者和健康對照者、疾病對照者的血清進行檢測，共篩選出與IBS相關的14種IgG型自身抗體和14種IgA型自身抗體[34]。IBS患者缺乏特異性抗體與其病因多樣性相一致。IBS患者的抗HuD抗體可能參與了神經細胞的自噬過程。實際上，早有研究[35-36]報道了源自副腫瘤綜合征(主要是小細胞肺癌伴周圍神經損傷)和假性腸梗阻患者的血清抗HuD抗體可損傷中樞神經元和腸神經元。深入研究IBS患者AENA和抗HuD抗體對腸神經元甚至中樞神經元的損傷機制，對于充分理解IBS的神經-免疫機制、尋找腸-腦互動異常的組織形態(tài)學證據(jù)，從而從防止自身免疫反應的角度探究這部分IBS患者的治療具有重要意義。

四、結語

圍繞IBS病理生理學機制的研究所取得的成果為探究新的治療策略提供了研究方向。最近一項隨機對照試驗證實，膳食補充谷氨酰胺(5 g tid，8周)可使升高的腸道通透性恢復正常，從而改善感染后IBS-D患者的腹瀉和腹痛癥狀[37]；但CRF1受體拮抗劑治療IBS的臨床前研究未能獲得預期療效[22]。IBS病理生理學機制復雜，從病理生理學機制研究至臨床應用的轉化還面臨著很大的挑戰(zhàn)。