臧成昊，楊金偉綜述，郭建輝，李力燕審校

1.昆明理工大學附屬醫(yī)院云南省第一人民醫(yī)院，云南 昆明 650032；2.昆明醫(yī)科大學神經科學研究所，云南 昆明 650500

腸道是人體消化系統(tǒng)中重要的組成部分，也是人體中微生物群最集中的部位，腸道菌群對腸道功能至關重要。正常人體約有400多種腸道細菌，數量超過10萬億個，構成了龐大復雜的微生物生態(tài)系統(tǒng)，對人體消化能力、體重變化及藥物吸收具有調節(jié)作用，還可抵御感染，降低自身免疫病的患病風險［1-3］。腸道菌群是人體腸道的常駐微生物，主要由細菌、古細菌、真菌、病毒等構成，數量最多的是腸道細菌，主要包括硬壁菌、擬桿菌、放線菌和變形桿菌，其中嚴格厭氧菌的數量比兼性厭氧菌和需氧菌多2～3個數量級［4］。超過80%的腸道菌群不能進行體外培養(yǎng)，可應用測序技術對腸道菌群進行分類和定量，通過DNA序列分析發(fā)現(xiàn)，雖然不同個體之間的腸道菌群有所不同，但成年后的個體腸道菌群可保持相對穩(wěn)定狀態(tài)［5］。腸道損傷的種類較多，研究表明，腸道是集體應激反應的中心器官，各種應激因素會導致腸道結構損傷和功能紊亂，包括腸道屏障功能受損引起局部或系統(tǒng)性的炎性反應及病毒性因素引起的腸道結構和功能損傷［6］。腸道損傷在外科手術中普遍存在，如腸切除吻合手術、小腸缺血再灌注損傷和小腸移植等均會導致腸道菌群的變化。間充質干細胞是一種多能干細胞，具有進行自我更新和多向分化的能力，可分為骨髓間充質干細胞、人臍血帶間充質干細胞和脂肪間充質干細胞。由于間充質干細胞的易得性、多細胞分化能力和免疫調節(jié)作用，被認為具有治療多種疾病的潛在能力［7］。有文獻證明，間充質干細胞可用于治療腸道損傷［8］。本文就間充質干細胞對腸道損傷及其修復過程中腸道菌群影響的研究進展作一綜述。

1 間充質干細胞對腸道損傷修復作用的影響

1.1 腸道損傷的種類

1.1.1 腸道屏障損傷 腸道屏障損傷是腸道損傷的表現(xiàn)形式之一。腸道對食物消化吸收的同時，也對各種毒素和細菌起屏障作用［9］。腸道屏障中最重要的是腸黏膜機械屏障，其以腸黏膜上皮細胞及上皮細胞間的緊密連接為結構基礎［10］。腸黏膜通透性的強弱是反映腸黏膜損傷的重要指標之一［11］，其異常增高是腸黏膜機械屏障損傷的一種表現(xiàn)形式，即腸道黏膜上皮容易被某些分子（內毒素、致病菌等）以擴散的方式通過，進而侵入門靜脈和淋巴系統(tǒng)，甚至移位至其他器官，導致炎癥級聯(lián)活化效應，誘發(fā)腸道黏膜損傷和過度炎癥反應［11-13］。目前，已知腸道屏障損傷的機制主要有：①NF-κB啟動的下游通路激活一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）引起的過氧化過程會導致腸黏膜水腫和損傷［14］；②腸道應激反應引起腸道通透性增加，導致小分子物質穿過屏障，誘發(fā)腸道損傷和過度炎癥反應［11］。

1.1.2 缺血再灌注損傷 缺血再灌注是腸道損傷的另一種表現(xiàn)形式。在外科手術中由于出血、創(chuàng)傷、感染性休克、嚴重燒傷及某些外科處理過程（如小腸移植、腹主動脈手術或心臟旁路手術等）等情況均會導致腸缺血再灌注損傷。腸缺血再灌注時，細胞代謝水平會在短時間內達到高峰，導致細胞中活性氧大量積累，造成細胞應激反應，引起細胞因子釋放、脂質氧化、蛋白質變性和DNA損傷［15］。研究發(fā)現(xiàn)，缺血再灌注損傷會使炎癥細胞活化，導致炎癥介質和蛋白酶的釋放，從而觸發(fā)腸組織損傷［16-17］。目前，已知缺血再灌注損傷的機制主要有：①體內氧自由基過多，導致鏈式脂質過氧化反應激增從而造成腸黏膜損傷［18］；②細胞內鈣離子超載使細胞內外鈣離子失衡，導致機體發(fā)生嚴重的能量代謝障礙，對腸道組織造成不可逆的傷害［19］；③在細胞凋亡過程中，JNK信號通路和PI3K-Akt信號通路均參與了缺血再灌注損傷的過程［20-21］。

1.2 間充質干細胞對腸道損傷修復的作用機制 有研究表明，間充質干細胞可通過限制組織損傷和促進組織修復來促進愈合過程［22］；另外，還可調節(jié)炎癥反應及先天和適應性免疫反應，并與免疫系統(tǒng)的所有臨近細胞相互作用［23］。間充質干細胞通過改變腸道毛細血管滲透水平、降低腸源性內毒素和修復腸道屏障等方式修復腸道損傷，改變腸道內環(huán)境。有研究表明，間充質干細胞可降低炎癥性腸病，防止疾病復發(fā)，并降低患病動物的死亡率［24］。臨床試驗證實，間充質干細胞可遷移至發(fā)生炎癥的各部位［25］，包括腸道炎癥區(qū)域、結腸炎和腸系淋巴結等，能夠分化為各種細胞，移植至許多組織中替代炎癥細胞行使正常細胞的功能或分泌可溶性因子以刺激受傷的細胞和組織的存活和恢復［26-27］。

LU等［28］發(fā)現(xiàn)，間充質干細胞可減輕小腸毛細血管滲透的水平并逆轉水通道蛋白1（Aquaporin 1，AQP1）的下調，從而減少對小腸毛細血管內皮屏障的損害。ACCARI等［29］研究發(fā)現(xiàn)，間充質干細胞治療急性壞死性大鼠小腸損傷，可引起腸道菌群移位、腸源性內毒素降低、小腸微循環(huán)改善，其腸道屏障功能得到了恢復。LIU等［30］發(fā)現(xiàn)，骨髓間充質干細胞外泌體可通過促進IEC-6細胞傷口愈合，改變腸通透性，達到修復腸道屏障治愈壞死性小腸結腸炎的目的。

有研究顯示，間充質干細胞移植可明顯增大腸道機械性損傷血液灌注量，降低缺血損傷［31］。間充質干細胞移植治療腸道傷口愈合過程中，通過向腸黏膜損傷基底部遷移、定植并分化成為成熟的腸上皮細胞；或通過旁分泌功能，降低機械性損傷部位的炎癥反應，抑制機械性損傷部位細胞的凋亡及促進機械性損傷部位新生血管的生成［32］。CARR等［33］發(fā)現(xiàn)，腸道損傷后，使用間充質干細胞治療，其可遷移至受損傷部位，促進該處組織修復與重建。CHEN等［34］及KOLIARAKI等［35］研究發(fā)現(xiàn)，間充質干細胞能夠對TNF發(fā)生反應，抑制IL-12、TNF-α等的產生，分泌IL-4、IL-10等抑制性炎癥介質，從而抑制炎癥反應。

間充質干細胞治療腸道損傷的方式主要有：①可分泌抗凋亡因子，抑制損傷處細胞凋亡，刺激損傷處細胞再生；②可改變腸道毛細血管的滲透水平，降低腸源性內毒素并修復腸道屏障；③通過歸巢效應遷移至損傷處，定向分化為成熟的腸上皮細胞，修復腸道損傷；④通過促進損傷處新生血管的生成，修復腸道損傷。

2 間充質干細胞對腸道損傷修復過程中腸道菌群的影響

2.1 腸道菌群的功能及其影響因素 在長期進化過程中，通過個體適應和自然選擇，腸道菌群不同種類之間，菌群與宿主之間，菌群、宿主與環(huán)境之間均始終處于動態(tài)平衡狀態(tài)，形成一個互相依存，相互制約的系統(tǒng)［36］。腸道菌群在人體免疫系統(tǒng)的形成及防止病原體定植等方面發(fā)揮著重要作用［37］。另外，遺傳、生長環(huán)境及人體激素水平等因素也會影響腸道菌群的功能，這也是某些人群易肥胖或患腸道疾病的原因之一。

人體免疫系統(tǒng)的形成與腸道菌群密切相關，腸道菌群在嬰兒期就對免疫系統(tǒng)的成熟發(fā)揮關鍵作用，并在整個生命過程中對免疫系統(tǒng)的調節(jié)和自身抗原的反應發(fā)揮作用［38］。在嬰兒期，腸道中有益菌可通過不同途徑保護腸道固有屏障，如擬桿菌可促進腸道毛細血管生長，增進杯狀細胞分化，刺激黏液產生，進而促進腸黏膜表面保護屏障的形成［39］。研究發(fā)現(xiàn)，嬰兒期腸道菌群定植的改變可影響腸道相關淋巴組織的發(fā)育，進而影響腸道免疫系統(tǒng)的形成［40］。另外，SCHROEDR等［41］研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群還具有與遠處器官及宿主免疫系統(tǒng)進行通訊的能力。MARTíNEZ等［42］報道指出，遺傳、生長環(huán)境及人體的激素水平等因素對菌群的差異起到重要作用，導致個體化腸道菌群功能的差異。

2.2 腸道損傷對腸道菌群的影響 人體正常條件下的菌群結構相對穩(wěn)定，可維持腸道功能（吸收腸道內的營養(yǎng)物質，將有害物質排出，避免病原菌的侵害），調節(jié)人體能量存儲和代謝［43］，刺激機體免疫系統(tǒng)，促進胃腸激素的產生及通過產生神經活性物質調節(jié)大腦行為［44］。一旦發(fā)生腸道損傷，腸道內環(huán)境穩(wěn)態(tài)發(fā)生改變，導致腸道菌群紊亂［45］。胃腸道疾病、肝病、神經系統(tǒng)疾病、代謝性疾病和自身免疫病等疾病的發(fā)生均與腸道菌群紊亂密切相關。

最常見的腸道損傷疾病是炎癥性腸病，多項研究發(fā)現(xiàn)，炎癥性腸病患者腸道中菌群數量、豐度及種類與正常人相比存在明顯差異，腸道菌群與炎癥性腸病的發(fā)生密切相關［46-48］。日常生活中，飲酒是引發(fā)炎癥性腸病的重要原因之一，研究發(fā)現(xiàn)，酒精可破壞腸道屏障的完整性，導致腸道通透性過高，促進炎性因子增加，菌群中的厚壁菌和擬桿菌的相對豐度增加［49］。另外，在外科手術中，腸道疾病需進行腸道切除或移植，手術過程中難免產生腸缺血再灌注損傷，會激活TLR級聯(lián)反應，產生持久性的促炎反應導致腸道菌群失調［50］。

2.3 間充質干細胞對腸道菌群影響的作用機制 腸道損傷使腸道屏障被破壞，改變了腸道內環(huán)境，腸道內環(huán)境是腸道菌群的生存基礎，腸道內環(huán)境改變會導致腸道菌群變化［51］。臨床實驗研究的最新進展發(fā)現(xiàn)，幾種常見腸道疾病的腸道菌群功能和組成發(fā)生了改變［52］，表明對腸道菌群而言間充質干細胞相當于異物，將改變腸道菌群的組成及功能［53］，間充質干細胞治療腸道損傷后，腸道菌群的豐度與治療之前相比提高了30%［54］。NAGASHIMA等［55］發(fā)現(xiàn)，間充質細胞不僅可誘導腸道菌群多樣性的產生，還可調節(jié)IgA的產生并保持腸道共生平衡。腸道細菌與間充質干細胞的相互作用觸發(fā)了環(huán)氧化物酶2（cyclooxgenase 2，COX2）和多效性細胞因子IL-6的酶促前體，既是抗炎介質，又是促炎介質，抑制Th17分化，淋巴細胞增殖，達到修復腸道損傷的目的［56］。有研究對1 500多份腸道疾病臨床樣本進行間充質干細胞治療后，觀察瘺管的恢復狀態(tài)良好，證明間充質干細胞治療具有可行性［57］。另有研究發(fā)現(xiàn)，用細胞因子預處理間充質干細胞后，可激發(fā)其對血管的保護潛力，同時不會影響其在受損傷腸道內的歸巢效應［58］。同時，間充質干細胞還可通過誘導CD44+片段翻譯蛋白來延緩輻射引起的隱窩死亡［59］。

3 小結

間充質干細胞在治療腸道損傷過程中會影響腸道菌群的組成和功能，是治療腸道損傷的新途徑，研究間充質干細胞治療前后腸道菌群的變化具有重要的臨床價值。腸道菌群與機體免疫系統(tǒng)和神經系統(tǒng)疾病密切相關，該理論的提出對藥物治療腸道損傷疾病的局限性做出了補充。雖然藥物可消除腸道損傷中產生的炎性因子，但并不能改善腸道內環(huán)境，使腸道內菌群恢復到健康狀態(tài)。隨著現(xiàn)代測序技術的發(fā)展，人們通過16S rRNA基因測序、細菌組或物種特異性定量聚合酶鏈反應和宏基因組測序等技術［60］，分析了干細胞治療腸道疾病前后腸道菌群的變化，但對間充質干細胞改變腸道菌群的途徑及修復腸道損傷的菌群種類還需進行深入研究。