李 云 肖倩倩 趙娟妮 李 毅

炎性腸病(inflammatory bowel disease，IBD)包括了潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis，UC)和克羅恩病(crohn′s disease,CD)，UC患者主要的臨床表現(xiàn)為持續(xù)或反復(fù)發(fā)作的腹瀉、黏液膿血便伴腹痛、里急后重和不同程度的全身癥狀，病程多在 4～6 周以上，CD患者主要的臨床表現(xiàn)為腹瀉和腹痛、體重減輕、發(fā)熱、食欲不振、疲勞、貧血、可有血便等[1]。有調(diào)查指出，IBD患者還具有不同程度的腸外表現(xiàn)(extraintestinal manifestation，EIM)，如腎臟、呼吸系統(tǒng)、肌肉骨骼、膽管、眼部和皮膚病變，并且該項(xiàng)調(diào)查還指出，EIMs的出現(xiàn)可能會(huì)早于IBD的診斷[2]。雖引起IBD的病因及發(fā)病機(jī)制目前尚不明確，但已有研究證實(shí)其與遺傳、免疫、飲食、神經(jīng)心理等因素有關(guān)[3]。

在健康的成年人腸道中，有數(shù)百萬(wàn)億計(jì)的細(xì)菌定植在這里，所有細(xì)菌的數(shù)量是人體細(xì)胞數(shù)的8～10倍，它們種類繁多、功能各異，并且在組成上，每個(gè)人腸道菌群構(gòu)成比例又具有很大的差異，故腸道菌群又被稱作是人類的“第二個(gè)基因庫(kù)”或“人類的第二張身份證”，可見(jiàn)其重要性。目前認(rèn)識(shí)的細(xì)菌多達(dá)50個(gè)門，主要的菌門有厚壁菌門、擬桿菌門、變形菌門、放線菌門，其中厚壁菌門和擬桿菌門占絕大多數(shù)(>92%)。這些細(xì)菌根據(jù)對(duì)人體的作用又可分為3類：①優(yōu)勢(shì)菌(又稱作有益菌或益生菌)在健康人體的腸道內(nèi)所占比例最大，對(duì)于人體的作用也最大，如乳酸桿菌、雙歧桿菌，可分解食物，給腸道提供營(yíng)養(yǎng)；②致病菌在腸道內(nèi)少量存在，一般情況下不致病，只有當(dāng)其大量繁殖或者優(yōu)勢(shì)菌相對(duì)減少嚴(yán)重的情況下會(huì)引起疾病；③機(jī)會(huì)致病菌在腸道中有雙重作用，在腸道中也是少量存在，一般情況下機(jī)會(huì)致病菌對(duì)人體有益，但一旦機(jī)會(huì)致病菌增殖或者轉(zhuǎn)移到腸道以外的器官或組織，就可引起疾病，如大腸桿菌、腸球菌[4，5]。由此可見(jiàn)各類細(xì)菌處在一個(gè)共生的環(huán)境中，彼此之間相互制約、相互影響，并且發(fā)揮著特別重要的作用。并且更有趣的是，在人成長(zhǎng)過(guò)程中，腸道菌群的種類還有數(shù)量不是不變的，其處在一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡之中，新生兒出生時(shí)，腸道菌群的建立與母體有關(guān)，在0～2歲時(shí)，腸道菌群的數(shù)量還有種類變化比較大，這與外界環(huán)境的刺激、飲食結(jié)構(gòu)、遺傳等因素有關(guān)，然而在新生兒2歲時(shí)，腸道菌群就已經(jīng)變?yōu)槌扇怂?，并且之后都一直處在一個(gè)變化比較小的動(dòng)態(tài)平衡中[6～8]。

一、腸道菌群與腸黏膜屏障

既然腸道中定植著數(shù)量如此龐大的“外界”生物，那么腸道是如何保持自身的穩(wěn)定呢？原來(lái)腸道在接觸大量食物、致病微生物的過(guò)程中，腸屏障的防御體系起了關(guān)鍵性的作用，有效的抵擋了腸腔內(nèi)寄生菌及毒素向腸腔外及機(jī)體侵襲。腸屏障是由機(jī)械屏障、化學(xué)屏障、免疫屏障、生物屏障和腸蠕動(dòng)共同構(gòu)成[9]。然而在構(gòu)成這一系列屏障的過(guò)程中，腸道有益微生物發(fā)揮著極其重要的作用：①一些厭氧菌如雙歧桿菌、腸道乳桿菌可通過(guò)磷壁酸黏附作用占據(jù)于腸上皮表面，形成一層菌膜屏障，與腸黏膜上皮細(xì)胞緊密連接，形成腸道機(jī)械屏障，從而有效地阻止了其他有害微生物在腸上皮的定植，這也稱為定植抗性[10]；②某些益生菌的代謝產(chǎn)物對(duì)腸屏障的防御作用也有增強(qiáng)，厭氧菌的代謝產(chǎn)物可以調(diào)節(jié)腸上皮細(xì)胞的增殖和分化，這種代謝分解也可以促進(jìn)維生素K的吸收，營(yíng)養(yǎng)腸上皮細(xì)胞，間接調(diào)節(jié)腸機(jī)械屏障[11]。還有研究發(fā)現(xiàn)，厭氧菌的代謝產(chǎn)物短鏈脂肪酸(SCFAs)可通過(guò)調(diào)節(jié)免疫平衡來(lái)發(fā)揮免疫穩(wěn)態(tài)的作用，能促進(jìn)腸免疫屏障的成熟，并且SCFAs作為厭氧菌合成的必要代謝物，還具有抗氧化、抗癌和抗炎活性的作用，SCFAs也可以維持腸道的低pH值，改變腸道微環(huán)境，也抑制了某些有害細(xì)菌的定植[12]。當(dāng)某些原因引起腸屏障功能受損時(shí)，腸道防御機(jī)制產(chǎn)生不平衡，則使得更多的細(xì)菌直接接觸上皮細(xì)胞和引起黏膜免疫反應(yīng)，微生物與腸屏障之間的相互作用引發(fā)了免疫反應(yīng)的激增，從而引起或加重了IBD[13]。在整個(gè)腸道防御機(jī)制中，腸道菌群扮演了雙重身份，它既是組成腸屏障的參與者，當(dāng)腸屏障功能受損，又是引起免疫激增的關(guān)鍵因素。

二、遺傳、腸道菌群與炎性腸病

有項(xiàng)國(guó)內(nèi)的Meta分析提示，遺傳易感性是IBD的特征性和決定性因素，IBD患者有很強(qiáng)的家族聚集性[14]。那么與人體共生關(guān)系的微生物群也受到基因以及遺傳的影響嗎？答案是肯定的，腸道微生物的定植也受到基因的調(diào)控，盡管宿主遺傳變異和腸道微生物群多樣性之間的關(guān)系在很大程度上尚不清楚，但已經(jīng)有越來(lái)越多的研究在逐漸揭示宿主遺傳和腸道微生物群復(fù)雜的相互作用。有項(xiàng)關(guān)于雙胞胎的研究表明，雙胞胎腸道中厚壁菌門疣微菌科和毛螺菌科細(xì)菌家族的豐度具有一定的遺傳性，并且這兩種細(xì)菌已經(jīng)被證實(shí)具有產(chǎn)生丁酸，以及將乙酸可以轉(zhuǎn)化為丁酸的功能[15]。Imhann等[16]將313例(原有357例，有44例不符合條件)來(lái)自荷蘭格羅寧根大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的胃腸病學(xué)和肝病?？崎T診的IBD患者和1174例健康人的基因以及腸道微生物進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)NOD2基因的特異性變異與IBD患者腸桿菌科家族豐度的變化有關(guān)，IBD風(fēng)險(xiǎn)等位基因數(shù)量越多，厚壁菌門羅氏菌屬的豐度越低，并且該研究還指出，IBD患者的患病部位與腸道菌群也有一定的相關(guān)性。雖然遺傳對(duì)于腸道菌群的調(diào)控沒(méi)有特別準(zhǔn)確的說(shuō)法，但是遺傳變異可以影響腸道菌群，為預(yù)測(cè)IBD的發(fā)生以及從腸道菌群方面治療IBD提供了新的思路。

三、免疫系統(tǒng)、腸道菌群與炎性腸病

1.免疫系統(tǒng)的發(fā)育與腸道菌群：就免疫系統(tǒng)的發(fā)育來(lái)說(shuō)，新生兒免疫系統(tǒng)的發(fā)育及成熟離不開(kāi)腸道微生物的作用。新生兒剛出時(shí)生免疫系統(tǒng)發(fā)育不完全，當(dāng)新生兒離開(kāi)母體暴露在空氣中時(shí)，腸道開(kāi)始有細(xì)菌的定植，并且開(kāi)始大量繁殖，此時(shí)腸道微生物的定植影響了腸道CD4+或CD8+T細(xì)胞數(shù)、刺激T淋巴細(xì)胞活化、刺激CD4亞群和腸微結(jié)構(gòu)[17]?？偟膩?lái)說(shuō)，為了應(yīng)對(duì)外界微生物的定植，腸道中CD4+、CD25+、Tregs細(xì)胞數(shù)量迅速增加，這也象征著腸道免疫系統(tǒng)雛形的形成。后來(lái)這一結(jié)論再次得以證實(shí)，由于新生兒自身無(wú)法合成IgA，腸道內(nèi)的IgA只能來(lái)自母乳，只有當(dāng)腸道內(nèi)細(xì)菌大量定植時(shí)，才可刺激B淋巴細(xì)胞分化，并且產(chǎn)生IgA，并且該項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)新生兒出生后的1～7天內(nèi)腸道微生物呈現(xiàn)爆炸性生長(zhǎng)，然而這一時(shí)間段腸道內(nèi)中性粒細(xì)胞也呈現(xiàn)指數(shù)性生長(zhǎng)，這也說(shuō)明了腸免疫系統(tǒng)的發(fā)育離不開(kāi)腸道微生物的定植[18]。腸道微生物的定植與免疫系統(tǒng)的成熟度有關(guān)，丁再萌等[7]對(duì)160例(80例出生體重<1500g的早產(chǎn)兒，80例出生體重>2000g的足月兒)新生兒腸道微生物數(shù)量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)在出生3天時(shí)足月兒組糞便標(biāo)本的DGGE圖譜條帶數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)顯著高于早產(chǎn)兒組，然而兩組新生兒3周后糞便標(biāo)本的DGGE圖譜條帶數(shù)、Shannon-Wiener指數(shù)比較差異已經(jīng)無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這一統(tǒng)計(jì)說(shuō)明了腸道微生物的定植也離不開(kāi)免疫系統(tǒng)的發(fā)育情況，由于早產(chǎn)兒免疫細(xì)胞的發(fā)育不太成熟，所以導(dǎo)致了出生3天時(shí)腸道菌群數(shù)量的差異，由此可以發(fā)現(xiàn)，腸道菌群的定植與免疫系統(tǒng)的發(fā)育呈正相關(guān)。所以免疫系統(tǒng)的發(fā)育與腸道微生物是相互促進(jìn)的共生關(guān)系，免疫系統(tǒng)的發(fā)育促進(jìn)微生物的定植，微生物的定植刺激免疫系統(tǒng)的發(fā)育。

2.免疫穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)、腸道菌群與炎性腸?。好庖叻€(wěn)態(tài)的失衡是IBD的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，然而有大量研究已經(jīng)表明，在一系列復(fù)雜的免疫穩(wěn)態(tài)的改變過(guò)程中，腸道微生物都直接或間接地參與了免疫穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)。在腸穩(wěn)態(tài)的維持過(guò)程中，離不開(kāi)CD4+T細(xì)胞的各種亞型之間的協(xié)同作用，CD4+T細(xì)胞主要包括Th1、Th2、Th17、Treg 4種亞型，現(xiàn)在已有研究證明在IBD的發(fā)病過(guò)程中，Th17/Treg的平衡失調(diào)是導(dǎo)致腸道炎癥的主要原因，具體表現(xiàn)為Th17細(xì)胞的過(guò)反應(yīng)以及Treg細(xì)胞的抑制。Th17細(xì)胞能夠分泌產(chǎn)生IL-17A、IL-17F、IL-6以及TNF-α等，這些細(xì)胞因子可以集體動(dòng)員、募集及活化中性粒細(xì)胞。然而Treg細(xì)胞的功能和Th17細(xì)胞相反，Treg細(xì)胞主要是維持機(jī)體免疫耐受的主要因素之一[19，20]。FOXP3是調(diào)節(jié)Treg細(xì)胞分化的重要轉(zhuǎn)錄因子，F(xiàn)OXP3缺失會(huì)損害Treg細(xì)胞的功能，在無(wú)菌小鼠的實(shí)驗(yàn)中，筆者發(fā)現(xiàn)無(wú)菌小鼠與野生的小鼠比較，腸上皮細(xì)胞中的CD8+T細(xì)胞含量明顯減少，Th17/Treg比例上升，并且在腸系膜淋巴結(jié)區(qū)可見(jiàn)FOXP3活性減小和抑制能力降低，進(jìn)一步說(shuō)明了腸道菌群可以通過(guò)影響Treg的分化，從而影響了IBD的進(jìn)程[21]。既往研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群對(duì)于Th17/Treg平衡的影響主要通過(guò)其代謝產(chǎn)物實(shí)現(xiàn)，SCFAs作為腸道益生菌最主要的代謝產(chǎn)物，也承擔(dān)著腸道微生物和腸免疫系統(tǒng)信息交換的任務(wù)，其作用廣泛[22，23]。微生物源性SCFAs可刺激CD4+T淋巴細(xì)胞中FOXP3的形成，并增強(qiáng)人腸道固有層中產(chǎn)生IL-10的FOXP3+Tregs細(xì)胞的活性，并且SCAFs還可與Treg細(xì)胞表面受體Ffar2作用，從而作為一種組蛋白脫乙酰酶抑制劑促進(jìn)Treg增殖。因此，在腸免疫系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)中，腸道菌群的作用不可或缺，可以認(rèn)為，IBD是T淋巴細(xì)胞應(yīng)對(duì)腸道菌群而產(chǎn)生的異常免疫應(yīng)答，尤其是在調(diào)控Treg細(xì)胞抑制腸道炎癥方面。

四、飲食、腸道菌群與炎性腸病

在人體內(nèi)，腸道菌群和人體是屬于共生關(guān)系，腸道菌群通過(guò)代謝分解腸內(nèi)容物給自己提供能量，同時(shí)其代謝產(chǎn)物也影響著腸道。人們飲食的多樣性決定著腸道菌群的豐富程度，換句話說(shuō)，人類飲食結(jié)構(gòu)越完整，腸道菌群豐富度越高，適應(yīng)外界改變的能力就越強(qiáng)，相比飲食結(jié)構(gòu)單一的人群來(lái)說(shuō)更不容易患IBD。有項(xiàng)流行病學(xué)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，飲食結(jié)構(gòu)不合理，膳食纖維(dietary fiber，DF)缺乏是引起IBD的危險(xiǎn)因素[24]。DF是一種不能被消化酶分解的復(fù)合碳水化合物，雖然DF不能被我們自身分解代謝，但是可以被腸道共生菌分解，從而進(jìn)一步對(duì)機(jī)體產(chǎn)生影響。美國(guó)醫(yī)學(xué)研究所發(fā)現(xiàn)，飲食富含纖維的人群與飲食缺乏纖維的人群比較，DF的攝入可以改善腸道功能，并且可以降低血糖濃度，降低血液膽固醇，增加飽腹感，降低患某些癌癥和心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)，最主要的是DF可以影響腸道菌群的組成和代謝活動(dòng)，尤其是上文提到的SCFA的產(chǎn)生[25]。在Ley等[26]在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，瘦型和胖型小鼠中，擬桿菌門和厚壁菌門的比例不同，胖型小鼠擬桿菌門少而厚壁菌門多，經(jīng)低碳水化合物飲食治療后，表現(xiàn)出擬桿菌門豐度增加而厚壁菌門豐度減少，這也證實(shí)了食物對(duì)腸道微生物的影響，食物可以選擇性刺激腸道中的細(xì)菌生長(zhǎng)和繁殖，以至于使細(xì)菌的繁殖朝著有益于機(jī)體的方面發(fā)展。李知翰等[27]將100例IBD患者分為觀察組和對(duì)照組兩組，每組50例，觀察組患者給與添加可溶性膳食纖維的腸內(nèi)營(yíng)養(yǎng)制劑治療，對(duì)照組患者則給予百普力(短肽型營(yíng)養(yǎng)配方制劑)治療，經(jīng)治療后，觀察組患者治療總有效率為96.0%，對(duì)照組僅為68.0%，并且較對(duì)照組相比較觀察組患者的T淋巴細(xì)胞亞群和IFN-γ水平呈現(xiàn)出了顯著增加，然而炎性細(xì)胞因子IL-6和IL-8水平則顯著低于觀察組，這一結(jié)果說(shuō)明了通過(guò)飲食干預(yù)確實(shí)能顯著增強(qiáng)IBD患者的治愈率，這也從臨床的角度再次驗(yàn)證了飲食、腸道菌群和IBD三者之間的關(guān)系。

五、神經(jīng)系統(tǒng)、腸道菌群與炎性腸病

神經(jīng)系統(tǒng)是機(jī)體內(nèi)對(duì)生理功能活動(dòng)的調(diào)節(jié)起主導(dǎo)作用的系統(tǒng)，同樣腸道的生理活動(dòng)也受到神經(jīng)的支配，除外來(lái)的神經(jīng)系統(tǒng)外，還主要受腸神經(jīng)系統(tǒng)(enteric nervous system，ENS)的調(diào)控。而ENS在外連接微生物群體、代謝物以及各種營(yíng)養(yǎng)物，在內(nèi)連接免疫細(xì)胞和基底細(xì)胞，并且腸道微生物、ENS以及腸細(xì)胞之間是相互作用，相互影響的，在出生時(shí)大部分ENS細(xì)胞已經(jīng)就位，但腸道神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的功能成熟于產(chǎn)后腸道微環(huán)境中，并且在腸道微生物群和黏膜免疫系統(tǒng)的影響下完成的。有趣的是腸道微生物不僅僅使腸神經(jīng)系統(tǒng)更加成熟，還一直維持并且影響著ENS的某些功能，如已有研究證明益生菌可以影響腸神經(jīng)元的興奮性，從而改變腸蠕動(dòng)的強(qiáng)度[28]。

值得注意的是，腸蠕動(dòng)減慢通常也伴有腸道的細(xì)菌的滋生。并通過(guò)對(duì)無(wú)菌小鼠ENS的電生理特性研究發(fā)現(xiàn)，與正常小鼠比較，無(wú)菌小鼠腸受到較低刺激后，腸神經(jīng)的興奮性降低、動(dòng)作點(diǎn)位后超級(jí)化延后，然而當(dāng)無(wú)菌小鼠接種益生菌后，上述的反應(yīng)可以恢復(fù)至正常，所以腸道菌群失調(diào)也影響了腸神經(jīng)的興奮性，導(dǎo)致腸痛覺(jué)相對(duì)遲鈍，這也就解釋了EIMs的出現(xiàn)可能會(huì)早于IBD的診斷的原因[29]。同樣，神經(jīng)系統(tǒng)也會(huì)影響腸微生物的定植，腸道菌群的數(shù)量和生理學(xué)特征也隨著神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育一步步進(jìn)行改變。另有研究通過(guò)應(yīng)激刺激小鼠發(fā)現(xiàn)，當(dāng)小鼠處于應(yīng)激暴露環(huán)境中，小鼠腸內(nèi)類桿菌屬的相對(duì)豐度降低，梭菌屬的相對(duì)豐度增加，由此說(shuō)明不良的精神狀態(tài)可以對(duì)腸道菌群的結(jié)構(gòu)造成一定影響，而小鼠腸道微生物群改變可能導(dǎo)致細(xì)菌或細(xì)菌產(chǎn)物更容易穿過(guò)腸道屏障，從而引起或加重了IBD。自主神經(jīng)系統(tǒng)影響下丘腦-垂體-腎上腺軸可誘導(dǎo)胃腸道應(yīng)激激素的釋放；迷走神經(jīng)影響自主神經(jīng)系統(tǒng)可以引起胃腸道微境的改變；機(jī)體對(duì)免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)等進(jìn)行調(diào)控，可能會(huì)誘導(dǎo)菌群結(jié)構(gòu)和生物學(xué)特征的改變，由此也引出了腦-腸軸的概念，并將它定義為神經(jīng)系統(tǒng)與腸道微生物共同合作影響人體生理功能的網(wǎng)絡(luò)。

綜上所述，雖然IBD的發(fā)病機(jī)制尚不明確，但影響因素大致包括遺傳、飲食、免疫、神經(jīng)、生活習(xí)慣等，并且各個(gè)因素之間并不是單獨(dú)存在的，他們相互影響，共同導(dǎo)致了IBD的發(fā)生，而本文只是從腸道菌群入手討論這些因素可能導(dǎo)致IBD發(fā)病的機(jī)制，在臨床疾病認(rèn)識(shí)過(guò)程中不能單獨(dú)處理某一特定病因，本文只是提供了用腸道菌群治療IBD的理論支撐，目前已有很多關(guān)于糞便移植的報(bào)道，并且都取得了不錯(cuò)的療效，希望以后的治療能多從腸道菌群入手，預(yù)期會(huì)取得不錯(cuò)的效果。