蘇帥,王欣,王玉明,王邦茂,天津醫(yī)科大學總醫(yī)院消化內科 天津市300052

張智芳,天津市西青醫(yī)院神經內科 天津市 300380

0 引言

腸易激綜合征(irritable bowel syndrome,IBS)是最常見的功能性胃腸病之一,其在全球的患病率為5%-15%[1].我國普通人群IBS總體患病率為1.4%-11.5%,然而僅25%的IBS患者到醫(yī)院就診[2].我國最新專家共識意見定義IBS：以腹痛、腹脹或腹部不適為主要癥狀,與排便相關或伴隨排便習慣如頻率和(或)糞便性狀改變,通過臨床常規(guī)檢查,尚無法發(fā)現(xiàn)能解釋這些癥狀的器質性疾病[2].IBS雖然不會危及生命,但它卻是影響患者生活質量最常見的病因之一[3].因此探尋IBS的有效治療方法具有重要意義.關于IBS的治療方法有很多,其中益生菌對改善IBS癥狀具有一定療效且相對安全[4].鼠李糖乳桿菌(Lactobacillus rhamnosusGG,LGG)是當今世界上最著名、被研究最多的益生菌菌株之一.LGG有其自身的優(yōu)勢以及特點,其在治療腸易激綜合征方面不斷有新的進展.本文將對LGG及其治療IBS的可能機制進行簡述.

1 鼠李糖乳桿菌介紹

鼠李糖乳桿菌(LGG)屬于厚壁菌門、芽孢桿菌綱、乳桿菌目、乳桿菌科、乳桿菌屬.LGG是由美國教授Barry Goldin和Sherwood Gorbach在上世紀80年代從健康人的腸道中分離獲得的一種乳酸桿菌.“GG”即取自Barry Goldin和Sherwood Gorbach兩位教授的姓氏首字母,故稱為LGG.1985年4月17日兩位教授為LGG申請了專利.LGG最初由美國典型培養(yǎng)物保藏中心(American Type Culture Collection,ATCC)命名為嗜酸乳桿菌GG株,專利號為53103(ATCC53103),后被重新分類為鼠李糖乳桿菌.

LGG是第三代益生菌,本身不帶有致病性、產毒素及耐藥性基因.目前LGG(ATCC53103)的基因組序列已被解碼[5]；LGG基因組測序和分析發(fā)現(xiàn)LGG存在spaCBA-srtC1基因島可以編碼SpaC,SpaB和SpaA菌毛蛋白,LGG菌毛能使其在宿主胃腸道長時間定殖以及穩(wěn)定的存在,亦可參與信號轉導以及生物膜的形成等[6].近些年研究發(fā)現(xiàn)[7-11]LGG所分泌的多肽或蛋白很多,其被認為是發(fā)揮益生作用的主要活性成分,其中備受關注的主要包括Msp1/p75、Msp2/p40和HM0539等.

LGG具有一些其它益生菌所不具備的功能,具有其獨特的優(yōu)勢.首先,LGG對膽汁和胃酸的耐受性比較好,這使得其被服用后能夠穩(wěn)定地發(fā)揮益生作用[12].其次,LGG菌毛使其對胃腸道環(huán)境的定植能力優(yōu)于其它益生菌菌種.再次,LGG在最終產品中的穩(wěn)定性非常好,可以長期保持較高的活菌數.最后,LGG發(fā)酵過程中只產生乳酸,對人體無副作用,安全性比較好.

2 鼠李糖乳桿菌治療腸易激綜合征的機制

腸易激綜合征發(fā)病率近年來逐漸上升,顯著影響著人們的生活質量,因此探討IBS發(fā)病機制具有重要意義.但是目前IBS病理生理機制不明,故目前尚缺乏特異性的藥物進行治療,而益生菌的應用為IBS的臨床治療提供了新思路.臨床上治療IBS常用的益生菌很多,LGG是其中一種.由于LGG有其獨特的優(yōu)勢,用其來治療IBS成為臨床研究的熱點之一.曾有研究對PubMed數據庫所發(fā)表的13項薈萃分析、3項系統(tǒng)評價和15項隨機對照試驗進行評估后得出結論：LGG用于治療兒童IBS證據充分[13].目前LGG治療IBS具體機制仍然不明.研究普遍認為IBS的發(fā)病與腸道菌群、腸道屏障功能、腸道免疫功能和內臟敏感性等多種因素有關,近年來關于LGG對上述多種因素的研究不斷有新的進展.本綜述將從6個方面對LGG輔助治療IBS的機制進行探討.

2.1 調節(jié)腸道菌群失調 IBS患者存在腸道菌群失調.研究發(fā)現(xiàn)IBS患者腸道菌群在種類和數量上與健康人比較存在明顯差異,如IBS患者糞便中乳酸菌屬和雙歧桿菌數量下降,而球形梭菌、多形擬桿菌和綠膿桿菌等增加,且患者腹脹癥狀與上述菌群變化相關[14].研究發(fā)現(xiàn)LGG占總乳酸桿菌的比例具有個體差異,而且其所占比例可能與腸道本來的乳酸桿菌數量有關[15],當乳酸桿菌數量以及比例下降,可能引起菌群失調.所以可通過外源性補充LGG增加腸道內有益菌(比如雙歧桿菌和乳酸桿菌)的數量從而改善IBS.隨機對照研究表明補充混合益生菌(包括LGG、嗜酸乳桿菌、乳雙歧桿菌、長雙歧桿菌、短雙歧桿菌及嗜熱鏈球菌)治療IBS患者4 wk,糞便中乳酸桿菌、雙歧桿菌計數明顯增加,腸道菌群恢復正常,IBS患者的癥狀得到緩解[16].另有研究發(fā)現(xiàn)給予IBS患者補充益生菌(LGG,LC705,費氏丙酸桿菌)數周,在治療結束時對IBS患者進行評分,治療后IBS患者評分比治療前明顯降低,且不適癥狀減輕,腸道菌群失調進一步改善[17].深入研究發(fā)現(xiàn)[18]LGG可以減少抗生素對腸道菌群的影響：學齡前兒童經常因各種原因應用青霉素而引起腸道菌群變化,但攝入LGG后可以減輕青霉素對腸道菌群的影響.以上研究說明LGG可以調節(jié)腸道菌群失調.

LGG調節(jié)腸道菌群有其自身獨特優(yōu)勢.與其他菌株相比(如乳酸菌LC705),LGG在胃腸道定植持續(xù)時間更長,相對濃度更高,這使其能夠更穩(wěn)定地調節(jié)腸道菌群[6].研究發(fā)現(xiàn)LGG之所以具有穩(wěn)定的腸道定植能力,主要依賴于菌毛,菌毛是類似傘狀菌的附屬物,而這一結構使其具有良好的粘附能力[19].目前研究發(fā)現(xiàn)LGG中SpaCBA菌毛在粘附粘液中起關鍵作用,腸粘液層是LGG在人體定植的首要選擇[20].降結腸是LGG傾向于定植的部位[21].深入研究發(fā)現(xiàn)LGG在成年人腸道的粘附率明顯高于兒童,主要是因為成年人的腸道環(huán)境更為成熟,更適合LGG粘附,這樣能使其更穩(wěn)定的調節(jié)腸道菌群.

2.2 保護腸道屏障功能 腸道屏障功能對人體具有非常重要的功能,可以防止有害物質穿過腸粘膜進入體內組織、器官和血液循環(huán).當發(fā)生IBS時,電鏡下發(fā)現(xiàn)腸黏膜上皮部分細胞間隙明顯增寬,細胞間可見橋粒樣結構,有絨毛斷裂現(xiàn)象,說明腸道屏障功能受損.當腸道屏障功能受損,腸道內細菌、病毒、寄生蟲可以直接通過腸上皮細胞進一步危害人體.益生菌可通過保護上皮細胞間的緊密連接作用,促進腸道黏蛋白的分泌,增強黏膜的屏障作用.

益生菌LGG同樣具有保護腸上皮屏障的功能[22].⑴LGG可通過增加腸黏蛋白的表達來增強腸上皮屏障功能.LGG分泌產生的P40能夠將LS174T細胞和小鼠結腸上皮細胞中EGFR反式激活,從而促進腸粘蛋白的產生保護腸上皮屏障功能[23].LGG來源的可溶性蛋白HM0539同樣能夠通過增強腸粘蛋白的表達來保護腸上皮屏障功能[24].⑵LGG可通過增加緊密連接蛋白表達水平來增強腸上皮屏障功能.腹瀉型IBS存在腸黏膜通透性增加,緊密連接蛋白Claudin-4、Occludin、ZO-1表達會明顯下降,腸道屏障功能隨之下降,但是經過LGG干預后,緊密連接蛋白表達水平可明顯增加,且結腸黏膜中干擾素和白介素-4的表達水平明顯降低,最終改善腸道屏障功能[25].Orlando等[26]同樣發(fā)現(xiàn)LGG可以增加緊密連接蛋白的表達,此研究首先用胃蛋白酶-胰蛋白酶-PTG誘導大鼠腸粘膜的損傷,隨后發(fā)現(xiàn)損傷后的腸粘膜會出現(xiàn)腸細胞間緊密連接(tight junctions,TJs)蛋白和粘附連接(adheren junctions,AJs)蛋白表達減少；進一步給予大鼠LGG飲食,發(fā)現(xiàn)LGG可以阻止TJs蛋白和AJs蛋白表達減少,進而保護大鼠腸粘膜免受損傷.⑶LGG可通過其他機制來增強腸上皮屏障功能.Henry等[27]發(fā)現(xiàn)使用鼠李糖乳桿菌預處理上皮細胞,可使其免受出血型大腸埃希菌的侵害,其原因是LGG可加固腸黏膜屏障,幫助腸上皮層抵御致病菌入侵.進一步研究發(fā)現(xiàn)LGG對腸道屏障功能保護作用需要菌毛粘附蛋白SpaC的參與[28].

2.3 抗炎作用 IBS的發(fā)病可能與促炎性細胞因子和炎癥抑制因子之間的失衡有關.IBS患者回腸末端、空腸和結腸的肥大細胞數量增多和功能異常,并且CD3＋、CD4＋、CD8＋的T淋巴細胞的數量也明顯增多.

LGG可能具有抗炎作用.首先,LGG通過影響NF-κB途徑來發(fā)揮抗炎作用.Yang等[29]應用嬰兒沙門氏菌誘導豬的腸道出現(xiàn)炎癥,隨后外源性補充LGG后發(fā)現(xiàn)其可上調T-bet、激活STAT3通路和下調CCL2通路減輕腸道炎癥；該研究團隊進一步發(fā)現(xiàn)LGG之所以能夠在沙門氏菌感染的豬模型中發(fā)揮抗炎作用,主要是因為其通過抑制NF-κB途徑來減少在腸道中NLRP6介導的炎癥小體[30].另有研究發(fā)現(xiàn)[31]幼年大鼠攝入二氧化鈦納米粒子(titanium dioxide nanoparticles,TiO2 NPs)可引起結腸上皮組織炎性損傷,口服LGG可以通過下調NF-κB的表達改善幼鼠結腸損傷.不僅LGG能夠通過影響NF-κB途徑發(fā)揮抗炎作用,LGG部分結構成分同樣可以影響NF-κB途徑發(fā)揮抗炎作用.研究發(fā)現(xiàn)[32]LGG的部分成分[表層蛋白(surface layer protein,SLP)；基因組DNA(gDNA)；未甲基化的胞嘧啶-磷酸-鳥嘌呤的寡脫氧核苷酸(CpG-ODN)]可以抑制LPS所誘導的TLR/MAPK/NF-κB信號傳導通路的激活,減少炎癥因子TNF-α和IL-6的產生,對上皮細胞有抗炎作用.其次,LGG通過影響腸上皮自噬作用來發(fā)揮抗炎作用.LGG可以通過促進表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor,EGFR)的激活和Akt的磷酸化,進而抑制沙門氏菌所導致的豬腸炎模型中的上皮自噬作用,從而抑制腸上皮細胞死亡[33],說明LGG可以恢復自噬相關的腸上皮屏障功能進而減少炎癥并控制感染.另外,研究發(fā)現(xiàn)[34]LGG和嗜酸乳桿菌的上清液通過抑制人單核細胞THP-1中MMP-9基因的表達,增加金屬蛋白酶組織抑制因子TIMP-1的表達和減少CD147表達,從而使炎癥因子的活性下降,同樣說明LGG具有抗炎作用.

2.4 調節(jié)腸道免疫 IBS患者結腸黏膜免疫系統(tǒng)被激活,大量免疫細胞浸潤,炎癥細胞因子釋放.PI-IBS患者腸黏膜活檢中肥大細胞、淋巴細胞等免疫細胞數量增加,細胞因子產生增多,以上說明膜免疫可能參與了IBS的發(fā)生.LGG及其上清液均具有調節(jié)腸道免疫的功能.首先LGG具有調節(jié)腸道免疫的功能：(1)動物試驗研究：Shen等[35]將從LGG分泌的p40喂養(yǎng)野生型小鼠,小鼠出生后第2-21天伴隨早期IgA的產生,p40同時能夠調節(jié)T細胞的分化,這些發(fā)現(xiàn)揭示了p40在新生小鼠腸道功能的成熟和先天免疫方面可發(fā)揮作用.另外,LGG通過調節(jié)TLR表達和抑制MAPK和NF-kB信號傳導通路減少炎癥因子,從而對LPS誘導的豬IEC具有免疫調節(jié)作用,這證實了LGG具有調節(jié)腸道免疫的功能[36].(2)臨床試驗研究：Sindhu等[37]發(fā)現(xiàn)124名輪狀病毒感染的兒童出現(xiàn)腹瀉后給予LGG治療,患兒IgG的水平顯著增加,腸粘膜通透性顯著改善,以上證明LGG可能參與了免疫調節(jié).其次,LGG上清液中的成分可能具有調節(jié)腸道免疫的功能.研究表明LGG上清液可激活DC的因子進一步誘導T細胞具有Th1調節(jié)表型,表明了LGG來源的可溶性介質能夠調節(jié)獲得性免疫細胞[38].

LGG之所以具有調節(jié)腸道免疫的功能,可能與其具有免疫效應的關鍵物質-脂磷壁酸(lipoteichoic acid,LTA)相關.研究發(fā)現(xiàn)[39]LTA是乳酸桿菌與宿主相互作用的重要的分子之一,并且是抗炎和免疫調節(jié)作用的關鍵因素.因此目前猜測LGG能夠調節(jié)腸道免疫的功能需要LTA的參與,但是這需進一步的研究來證實.LGG上清液能夠調節(jié)免疫,也可能有LGG代謝分泌產物的參與,但這也需要進一步的研究證實.

2.5 改善內臟高敏感 IBS患者內臟敏感性異常涉及腸道局部、腦一腸軸等多個層面.目前普遍認為內臟敏感性異常是IBS的主要病理生理學機制.IBS與內臟高敏感密切相關,腹瀉為主的IBS患者對直腸擴張試驗的耐受性明顯低于對照組[40].研究表明[41]肥大細胞在IBS內臟高敏感中發(fā)揮重要作用,肥大細胞活化脫顆粒釋放5-HT、組胺等,使內臟感覺神經纖維致敏,導致腸道運動功能異常.目前普遍認為5-HT參與了調節(jié)腸道運動功能.Buhner等[42]對76例IBS患者結腸黏膜活檢發(fā)現(xiàn),黏膜肥大細胞數目和上清液中5-HT、組胺含量明顯高于對照組.

LGG可以通過改善內臟敏感性進一步改善IBS癥狀.動物實驗發(fā)現(xiàn)給予大鼠LGG和/或益生元聚葡萄糖/半乳糖低聚糖(PDX/GOS)可以通過改善結腸敏感性進一步改善內臟痛覺過敏,這可能與大腦中神經遞質水平的變化有關[43].我們研究發(fā)現(xiàn)[44]LGG上清液可以上調PIIBS大鼠結腸黏膜SERT的表達,同時改善大鼠內臟敏感性從而進一步改善IBS.另外,關于LGG的臨床研究發(fā)現(xiàn)了相同的結論：LGG治療腸易激綜合征患兒,不僅可以改善內臟高敏感,同時還可以改善患兒的疼痛頻率和強度[45]；LGG治療急性胃腸炎患兒可以通過改善內臟高敏感性從而改善腹痛,并且可以縮短腹瀉持續(xù)時間[46].

2.6 抑菌作用 感染后IBS是IBS患者中一種重要類型.被腸道病毒、細菌或寄生蟲感染的患者,在病原體已被清除及黏膜炎性反應消退后仍可發(fā)生IBS樣癥狀,提示病原微生物感染可能在某些類型的IBS中發(fā)揮作用.益生菌可以用來治療感染后IBS.雖然益生菌治療感染后IBS具體機制不清楚,但是目前認為可能作用機制如下：(1)益生菌能夠黏附在腸黏膜上皮細胞與腸道其他細菌競爭營養(yǎng)物質和空間,同時加強黏膜屏障,并阻止病原體入侵.(2)由益生菌產生的有機酸及細菌素可以抑制致病菌的生長,降低感染后的炎癥反應.

LGG除了通過上述機制發(fā)揮抑菌作用,還具有其自身特點的抑菌機制.Petrova等[47]研究篩選了LGG的基因組序列中兩個基因(LGG_RS 02780和LGG_RS 02750),它們編碼的凝集素樣蛋白有N末端保守的L型凝集素結構域,因此被命名為凝集素樣蛋白質1(galectin-like protein 1,LIp1)和凝集素樣蛋白質2(galectin-like protein 2,LIp2).LIp1和LIp2具有顯著的抑制各種病原體生物膜形成的活性,包括臨床沙門氏菌和尿路病原體大腸桿菌等,從而達到抑菌作用.

3 結論

本文通過對LGG治療IBS的可能機制進行了回顧總結.益生菌LGG在體外實驗、動物實驗以及臨床試驗中被證明治療IBS有效,其作用機制與調節(jié)腸道菌群失調、保護腸道屏障功能、抗炎、調節(jié)腸道免疫、改善內臟高敏感和抑菌等有關.但上述機制仍有很多未能明確.例如,LGG通過何種具體機制在體內發(fā)揮作用來治療IBS并不清楚；LGG代謝產物在治療IBS過程中是否發(fā)揮了重要作用仍需要進一步的研究.同時臨床上應用LGG治療IBS的研究需要進一步完善,例如LGG的療程及劑量仍需進一步確定,從而為臨床安全使用LGG治療IBS提供更多循證醫(yī)學證據.