代仔怡 武衛(wèi)東 梁繼芳 閆新明

山西醫(yī)科大學(xué)第三醫(yī)院（山西白求恩醫(yī)院，山西醫(yī)學(xué)科學(xué)院，同濟山西醫(yī)院）（太原030032）

膿毒癥被定義為因感染引起的宿主反應(yīng)失調(diào)，可導(dǎo)致危及生命的器官功能障礙，是全世界導(dǎo)致死亡和危重病的主要原因之一［1］。膿毒癥發(fā)生時，缺氧損傷、腸上皮屏障功能受損、抗生素及血管升壓藥的使用導(dǎo)致腸道糞桿菌屬等有益菌屬減少，而梭桿菌屬、變形菌屬等致病菌過度增殖成腸道優(yōu)勢菌屬［2-3］。短鏈脂肪酸（short chain fatty acids，SCFA）是腸道有益菌群消化膳食纖維或淀粉產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物，通過抑制組蛋白去乙?；福╤istone deacetylases，HDACs）、激活G 蛋白偶聯(lián)受體（G-protein-coupled receptors，GPCRs），以及激活芳香烴受體（aryl hydrocarbon receptor，AhR）三種機制調(diào)節(jié)免疫細胞趨化性并釋放抑炎因子，維持抗炎-促炎平衡。膿毒癥患者腸道菌群失調(diào)導(dǎo)致SCFA 減少、抗炎作用減弱及腸上皮屏障功能損傷，繼而進一步加重免疫失調(diào)及腸道屏障損傷，同時誘發(fā)致病菌的增殖及移位。因此，早期糾正膿毒癥患者SCFA 失調(diào)是改善膿毒癥預(yù)后的重要治療手段。本文將對SCFA 在膿毒癥中的作用機制及治療方法的研究進展作一綜述。

1 SCFA 抑制組蛋白去乙酰化酶

SCFA 主要包括乙酸、丙酸、丁酸三種類型。其通過抑制HDAC 調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)翻譯后修飾，使免疫細胞分泌促炎因子減少、抑炎因子增加，從而維持免疫穩(wěn)態(tài)。HDAC 抑制（HDACi）導(dǎo)致核因子NF-κB 失活，繼而引起小腸固有層巨噬細胞編碼NOS2、IL-6、IL-12 等促炎因子的基因表達減少［4］。另外，丁酸鹽SCFA 通過HDACi 增強巨噬細胞組蛋白H3 賴氨酸乙?；?，繼而在IL-6 和IL-12 編碼基因啟動子區(qū)域招募Mi-2β，組成Mi-2∕NuRD 阻遏復(fù)合物，從而抑制結(jié)腸巨噬細胞產(chǎn)生IL-6 和IL-12［5］。OHNO 及YANG 等［5-6］研究發(fā)現(xiàn)HDACi 增強核糖體蛋白S6 磷酸化及Foxp3 基因啟動子和增強子區(qū)域的組蛋白乙?；?，進而誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性T 細胞（Treg）分化并分泌IL-10。調(diào)節(jié)性B 細胞（Bregs）是免疫抑制性B 淋巴細胞，能夠分泌免疫調(diào)節(jié)細胞因子［7］。HDACi 通過激活p38 MAPK 信號通路并抑制Jun N 端激酶（JNK）磷酸化來誘導(dǎo)B10 細胞分化［8］。B10 細胞是Bregs 的主要亞群，抑制輔助性T 淋巴細胞Th1 和Th17 擴增或通過IL-10 促進Treg 分化和激活TGF-β 信號，從而維持免疫穩(wěn)態(tài)和免疫耐受［8］（圖1）。

2 SCFA 激活G 蛋白偶聯(lián)受體通路

2.1 調(diào)節(jié)T 細胞和樹突狀細胞 SCFA 激活細胞膜上不同的GPCRs 即GPR41、GPR43、GPR109a 及其他GPCR 受體，以激活控制免疫的信號級聯(lián)［9］。YANG 等［6］研究發(fā)現(xiàn)丁酸鹽通過GPR41 激活mTOR及STAT3 信號通路進而促進CD4+T 淋巴細胞產(chǎn)生IL-22。IL-22 通過誘導(dǎo)腸上皮細胞產(chǎn)生抗菌肽、黏蛋白和其他有益作用來促進腸道屏障功能。另外，激活GPR109a 可以抑制樹突狀細胞產(chǎn)生IL-23，減少腸道炎癥［10］（圖1）。

2.2 激活炎性小體 炎性小體是一種由受體蛋白ALRs 和NLRs、接頭蛋白ASC、效應(yīng)蛋白caspase 三部分組成的多蛋白細胞復(fù)合體，通過刺激促炎細胞因子的蛋白水解成熟和細胞焦亡來防御多種病原體感染［11-12］。KELLEY 及ZHAO 等［13］研究發(fā)現(xiàn)SCFA與腸上皮GPR43、GPR109a受體結(jié)合致細胞膜超極化和鈣離子外流增加后激活NLRP3炎性小體。激活的NLRP3 炎性小體分泌IL-18 激活mTOR 及STAT3 信號通路，繼而促進再生胰島衍生蛋白Ⅲ

（regenerating islet-derived protein Ⅲgamma，RegⅢγ）和β-防御素等抗菌肽（antimicrobial peptides，AMP）分泌?？咕哪軌蛘{(diào)節(jié)腸道穩(wěn)態(tài)，減少生物失調(diào)［14］。膿毒癥患者炎癥反應(yīng)失調(diào)時，IL-18 分泌增多刺激mTOR 及STAT3 信號通路分泌AMP，AMP 產(chǎn)量的增加在正反饋環(huán)的基礎(chǔ)上重新刺激mTOR 及STAT3，進而影響細胞增殖。另外，XIAO等［15］研究發(fā)現(xiàn)mTOR、STAT3 和ERK1∕2 信號通路介導(dǎo)IL-33促進腸上皮RegⅢγ表達并抑制腸道細菌定植，但是PALMIERI 等［16］報道了IL-33 的致病性。目前關(guān)于IL-33 調(diào)節(jié)腸道穩(wěn)態(tài)的作用仍存在爭議，這也許是探索腸道穩(wěn)態(tài)機制的研究方向（圖1）。

3 SCFA 激活芳香烴受體

AhR 是一種轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，其激活后參與結(jié)腸干細胞的增殖、上皮屏障功能和多種免疫細胞群的調(diào)節(jié)，包括上皮內(nèi)RORγt+固有淋巴樣細胞-3（ILC3）、γδT細胞、Th17∕22細胞、Treg和抗原提呈細胞［17］。之前的研究認為丁酸通過其HDACi 特性增強AhR 依賴基因表達的能力［18］。最近MARINELLI等［19］研究首次發(fā)現(xiàn)丁酸鹽SCFA 作為AhR 直接配體，結(jié)合后促使AhR 移位到ILC3 細胞核與芳香烴受體核轉(zhuǎn)位子蛋白（ARNT）結(jié)合形成異二聚體，異二聚體與異源生物反應(yīng)元件（XRE）結(jié)合促進ILC3分泌IL-22。這種激活作用不依賴于GPCRs 且與HDACi 作用無關(guān)（圖1）。

圖1 短鏈脂肪酸調(diào)節(jié)腸道穩(wěn)態(tài)機制Fig.1 Short chain fatty acids modulate immune homeostasis mechanisms

4 SCFA 對膿毒癥的防治

4.1 SCFA 制劑 腸道作為驅(qū)動和維持多種臟器功能的動力器官，在膿毒癥病理生理中起著關(guān)鍵作用。抑制細胞因子瀑布性釋放對于膿毒癥治療至關(guān)重要。OKUMURA 及FU 等［20-21］實驗表明靜脈注射丁酸鈉（NAB）抑制NF-κB 活化并恢復(fù)緊密連接蛋白claudin-1 和ZO-1 表達水平以此阻斷細胞因子風(fēng)暴惡性循環(huán)、改善腸道屏障功能并提高存活率。謝獻政等［22］研究表明丙酸鈉（SP）通過提高膿毒癥大鼠結(jié)腸組織中緊密連接蛋白的表達，抑制NLRP3炎性小體的激活來減少結(jié)腸損傷。近年來，膳食SCFA 成為治療致病性胃腸道感染的替代療法。YAP 等［23］設(shè)計了一款以乙?；投□；母咧辨湹矸郏℉AMS）為基礎(chǔ)的特殊飲食，可以促進結(jié)腸中乙酸鹽和丁酸鹽產(chǎn)生，進而減少促炎因子IL-21、增加結(jié)腸Treg 細胞數(shù)量、增加連接標(biāo)記表達及血清IL-22 水平來改善腸道穩(wěn)態(tài)。另外，HAMS不僅可以作為短鏈脂肪酸的載體，還可能通過包裹病原體并阻止其附著至黏膜屏障來發(fā)揮作用。

4.2 糞菌移植 糞菌移植（fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT）是近年來新興的腸道菌群靶向療法。它是將篩選出的健康人糞便經(jīng)過處理后移植到患者體內(nèi)，重建患者腸道菌群以恢復(fù)其功能。2016年，WEI 等［24］報道了2 例因卒中入院的患者出現(xiàn)感染性休克、多器官功能障礙綜合征（MODS）及水樣腹瀉的病例，給予FMT 治療后患者病情明顯好轉(zhuǎn)。2017年，WURM 等［25］報道3 例因使用類固醇及抗生素致全身炎癥反應(yīng)綜合征（SIRS）和大量持續(xù)性腹瀉的患者，其中1 例停用抗生素后好轉(zhuǎn)，另1 例因膿毒癥及MODS 死亡。第3 例在SIRS和腹瀉發(fā)生72 d 后進行FMT 治療，癥狀迅速緩解最終達到臨床和組織學(xué)完全恢復(fù)。2020年，KIM等［26］實驗發(fā)現(xiàn)FMT 恢復(fù)膿毒癥小鼠菌群多樣性、增加丁酸鹽SCFA 降低結(jié)腸通透性來維持腸道屏障功能、并使干擾素調(diào)節(jié)因子3 及NF-κB 信號通路恢復(fù)到穩(wěn)態(tài)水平，在全身系統(tǒng)水平上驅(qū)動免疫應(yīng)答，從而增強外周器官中的病原菌清除率并防止發(fā)展為致死性感染。2021年，ASSIMAKOPOULOS 等［27］實驗表明FMT 對腸屏障功能障礙的整體預(yù)防作用可以使膿毒癥病死率降低50%。綜上所述，F(xiàn)MT 可能是膿毒癥成功的治療方法。FMT 最佳給藥途徑仍不清楚，目前常用途徑分為上消化道和下消化道。上消化道途徑包括口服膠囊和經(jīng)導(dǎo)管給藥。該途徑通常更快、更便宜、耐受性好，但是通常因使用較少糞便菌群導(dǎo)致移植失敗。下消化道途徑包括灌腸和結(jié)腸鏡檢查。灌腸操作方便、價格便宜但是糞便菌群常不能擴散至目標(biāo)腸段導(dǎo)致療效不佳。結(jié)腸鏡優(yōu)勢在于可以準(zhǔn)確地將菌群送至目標(biāo)腸段，但是重癥患者可能無法耐受該操作。因此相較于上述途徑，新興的口服膠囊給藥因無創(chuàng)、方便、高效性成為更優(yōu)選擇［28］。由于報道過因FMT 導(dǎo)致感染傳播的事例且供受體選擇、使用劑量和長期安全性均未達成共識，在使用FMT 時必須嚴(yán)格篩選。但是糞菌移植作為新型治療方法，對改善膿毒癥預(yù)后仍有無限潛力。

4.3 益生菌及益生元 益生菌是一種有益于宿主的活性微生物，益生元是可選擇性的促進腸道有益菌的代謝和生長的物質(zhì)［29］。關(guān)于益生菌、益生元及合生元在膿毒癥治療中的作用，目前尚未達成共識。BASSETTI 等［30］認為三種藥物可以預(yù)防感染、改善膿毒癥預(yù)后。陳嬌等［31-32］研究也證明益生菌及益生元可以增加有益菌比例、SCFA 產(chǎn)生增多、清除病原菌從而保護肝功能及降低膿毒癥患者呼吸機相關(guān)性肺炎。SUEZ 等［33］研究表明抗生素暴露后益生菌顯著延遲糞便和腸道黏膜微生物組重建，對膿毒癥患者恢復(fù)無明顯作用。不同的研究結(jié)論可能是由于益生菌的種類不同導(dǎo)致。因此，由于對益生菌的種類及劑量的最佳選擇缺乏共識，益生菌的使用受到限制。

5 總結(jié)與展望

在膿毒癥背景下，腸道菌群失調(diào)導(dǎo)致SCFA 產(chǎn)生減少，促進組蛋白去乙?；⒁种艷PCR 及AhR激活，誘導(dǎo)免疫失調(diào)及腸上皮屏障損傷，進一步加重膿毒癥炎癥反應(yīng)導(dǎo)致免疫失調(diào)惡性循環(huán)。因此，恢復(fù)膿毒癥患者SCFA 正常水平可能是防止膿毒癥病情惡化及改善預(yù)后的有效方法。目前臨床糾正腸道SCFA 含量的方法主要是各種SCFA 制劑、益生元、益生菌及糞菌移植。國內(nèi)外關(guān)于益生菌、益生元療效尚未達成共識，因此其在臨床上使用受到限制。SCFA 制劑特點是針對性補充SCFA，劣勢在于作用單一、只能補充SCFA。而FMT是重新建立膿毒癥患者腸道菌群，相較于SCFA 制劑作用更為全面。然而，F(xiàn)MT 作為一種新療法，缺乏長期的安全性試驗并且在膿毒癥中的作用及療效和安全性尚未完全明確。因此需要更多臨床試驗明確FMT 的療效及安全性。目前還未有實驗比較SCFA 制劑及糞菌移植的療效，臨床上是否能通過檢測膿毒癥患者糞便菌群組成來選擇單一療法或者聯(lián)合使用SCFA 制劑及糞菌移植值得探究。未來希望更加深入的研究SCFA 與膿毒癥相互作用機制，開發(fā)出更高效、安全、副作用少的基于微生物組的治療方法，以改善膿毒癥患者預(yù)后。