脆弱擬桿菌對結(jié)直腸疾病的作用以及菌群治療的展望

周 莉 張 煒

江蘇大學附屬醫(yī)院消化內(nèi)科(212001)

脆弱擬桿菌(Bacteroidesfragilis, BF)是人體腸道共生菌，主要存在于結(jié)腸中，有莢膜、無芽胞，為革蘭陰性的專性厭氧菌。近年來，大量研究顯示BF在人體腸道穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)中起有雙刃劍的作用，一部分BF菌株嚴重危害宿主健康，而另一部分菌株則在維護腸道穩(wěn)態(tài)、促進宿主健康中扮演重要角色[1]。根據(jù)是否分泌脆弱擬桿菌毒素(BFT)，BF可分為腸毒素脆弱擬桿菌(enterotoxigenicBacteroidesfragilis, ETBF)和非腸毒素脆弱擬桿菌(nontoxigenicBacteroidesfragilis, NTBF)[1]。最初發(fā)現(xiàn)ETBF在腹腔膿腫、肺膿腫和腦膿腫的發(fā)病中起有重要作用[2]，近年隨著研究的不斷深入，ETBF在腹瀉、結(jié)腸炎、炎癥性腸病、結(jié)直腸癌(colorectal cancer, CRC)等結(jié)直腸疾病發(fā)病中的作用正逐漸被揭示[3-5]。ETBF增多可破壞腸道穩(wěn)態(tài)，而NTBF對腸道穩(wěn)態(tài)具有保護作用，其不僅可為擬桿菌屬其他微生物提供營養(yǎng)支持，還能增強免疫細胞的抗炎作用。本文就BF對腸道穩(wěn)態(tài)的作用作一綜述，以期能為結(jié)直腸疾病尤其是CRC的早期預防與治療提供新的方向。

一、ETBF作為致病菌破壞腸道穩(wěn)態(tài)

1. ETBF通過加重炎癥細胞浸潤、調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)促進結(jié)直腸疾病的發(fā)生：研究證實腫瘤組織中存在大量炎癥細胞如巨噬細胞、單核細胞、粒細胞、肥大細胞等浸潤。有研究表明，20%～25%的腫瘤發(fā)生與微生物、病毒、接觸過敏源、自身免疫疾病引起的炎癥有關[6]。BFT是ETBF目前已知的惟一毒力因子。在BFT刺激下，腸上皮細胞分泌白細胞介素(IL)-8和MCP-1，快速激活MAPK信號通路，激活的MAPK通路又通過醛糖還原酶、JNK、IKK和NF-κB通路誘導細胞間黏附分子-1(intercellular adhesion molecule-1, ICAM-1)表達，使炎癥細胞與內(nèi)皮細胞的黏附作用增強，同時內(nèi)皮細胞通透性降低，從而加重炎癥細胞的浸潤[4]。

Boleij等[7]發(fā)現(xiàn)CRC患者結(jié)腸黏膜中普遍存在脆弱擬桿菌毒素基因(Bacteroidesfragilistoxin gene)。DeStefano Shields等[8]發(fā)現(xiàn)，以頭孢西丁抗ETBF治療后，小鼠結(jié)腸腫瘤發(fā)生率顯著降低，結(jié)腸黏膜IL-17A表達明顯降低。表明ETBF與結(jié)直腸相關疾病的密切關聯(lián)可能并非受單一因素的影響，ETBF可能還通過調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)影響腸道炎癥甚至CRC的發(fā)生、發(fā)展。Hwang等[9]發(fā)現(xiàn)BFT可誘導結(jié)腸上皮內(nèi)鈣離子依賴的E-鈣黏蛋白(E-cadherin)裂解，嚴重干擾同型細胞之間的黏附，阻礙了組織的正常生長過程。同時，E-cadherin 裂解會導致鄰近細胞分離，細胞間相互作用中斷，體內(nèi)信息物質(zhì)的交通鏈被打破，進一步干預了組織細胞的正常生長與機體調(diào)控。此外，E-cadherin裂解可激活β-連環(huán)蛋白(β-catenin)通路，調(diào)控炎癥的細胞因子IL-8分泌增多，從而加重腸道炎癥反應。一項meta分析顯示，病程超過10年的結(jié)腸炎患者進一步發(fā)展為CRC的概率高達10%[10]。目前有關ETBF促進結(jié)直腸疾病發(fā)生的相關機制仍在不斷研究中，不斷探索ETBF致炎機制將為多種結(jié)直腸疾病尤其是CRC的防治提供新方案。

2. ETBF與pks+大腸埃希菌(E.coli)協(xié)同作用促進CRC的發(fā)生：未接受早期干預治療的家族性腺瘤性息肉病患者的癌癥發(fā)生率為100%[11]。Dejea等[12]發(fā)現(xiàn)家族性腺瘤性息肉病患者腸道表面可見一層“微生物膜”，其主要由pks+E.coli和ETBF組成，而正常健康人腸道極少見這兩種細菌；進一步動物實驗發(fā)現(xiàn)，pks+E.coli聯(lián)合ETBF能使小鼠腸道發(fā)生癌變。說明這兩種細菌在家族性腺瘤性息肉病患者癌變過程中扮演重要角色，其機制可為：首先，pks+E.coli會產(chǎn)生基因毒性物質(zhì)，導致DNA損傷；其次，ETBF可增加IL-17表達，誘發(fā)炎癥反應；更為重要的是，ETBF可協(xié)助pks+E.coli定植于腸道，兩者協(xié)同作用進一步造成DNA損傷，從而促進CRC的發(fā)生。由此可見，ETBF可與其他病原菌協(xié)同作用，共同促進CRC的發(fā)生。

3. ETBF與輪狀病毒共感染加重腹瀉：Albert等[13]報道ETBF與腹瀉明顯相關，同時學者也發(fā)現(xiàn)活動性炎癥性腸病患者的ETBF感染率較高[14]。有研究發(fā)現(xiàn)ETBF是小兒腹瀉的重要原因之一[15]。Akpιnar等[3]發(fā)現(xiàn)，腹瀉患者中ETBF和輪狀病毒的共感染率較高。目前，ETBF與輪狀病毒共感染的機制未見相關研究，但BFT和輪狀病毒均有明確的腸毒性，兩者共同作用必然會加重腸上皮細胞損傷，從而引起腹瀉。進一步探索BFT與輪狀病毒可能的潛在共生機制可為減緩腹瀉特別是小兒腹瀉提供新的治療思路。

二、NTBF作為共生菌協(xié)助保持機體健康

1. NTBF為其他擬桿菌屬提供營養(yǎng)支持：腸道微生物群與宿主細胞之間需不斷的物質(zhì)交流來維持機體內(nèi)環(huán)境，目前研究認為BF代謝產(chǎn)物分泌并向宿主細胞傳遞是通過外膜囊泡(outer membrane vesicles, OMVs)來完成的[5]。BF和其他擬桿菌共同在宿主體內(nèi)生存，成立了一個相互合作的微生態(tài)系統(tǒng)[16]。在這一系統(tǒng)中，NTBF分泌OMVs，OMVs中的大量糖苷酶可協(xié)助分解體內(nèi)多糖，輔助該生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的其他微生物獲得營養(yǎng)支持，確保擬桿菌屬作為共生菌參與機體消化、細胞生長、免疫防御等過程[17-18]。NTBF分泌的OMVs僅具有利用多糖所需的酶，而ETBF分泌的OMVs中存在活性酶，可為細胞提供更穩(wěn)定和長久的生存能力，導致細胞持續(xù)增殖，并有助于毒性因子的傳遞[5]。因此，僅NTBF分泌的OMVs能為擬桿菌屬提供營養(yǎng)支持，協(xié)助宿主構建更為健康的微生態(tài)系統(tǒng)。

2. NTBF可增強免疫細胞的抗炎作用：NTBF菌株因缺乏BF致病島而無法產(chǎn)生BFT[19]，故不會對宿主腸道產(chǎn)生有害影響。NTBF可產(chǎn)生多糖A(polysaccharide A, PSA)，并被調(diào)節(jié)性T細胞(Treg細胞)的Toll樣受體2(TLR2)識別，共同參與誘導Treg細胞活化，減少Th17細胞分泌的炎癥介質(zhì)IL-17[20]，從而降低炎癥反應[21]。IL-17與炎癥、癌癥的發(fā)生密切相關。Chung等[22]的研究發(fā)現(xiàn)IL-17可激活NF-κB通路、STAT3通路，促進趨化因子CXCL1的產(chǎn)生，而CXCL1又可招募大量骨髓來源的抑制性細胞，進而促進腫瘤發(fā)生、侵襲、轉(zhuǎn)移。Sears等[23]發(fā)現(xiàn)IL-17還可誘導中性粒細胞釋放活性氧簇，加重局部炎癥反應和細胞DNA損傷，一定程度上促進腫瘤的發(fā)生。因此，NTBF可調(diào)節(jié)機體免疫系統(tǒng)，增強其抗炎、抗腫瘤的作用。進一步研究NTBF和ETBF對Th17細胞的競爭性作用，并以此為靶點增強機體抗炎、抗腫瘤能力，可為結(jié)直腸疾病患者提供新的治療思路。

三、菌群治療

近年研究發(fā)現(xiàn)BF家族中的NTBF對宿主腸道健康起有重要作用，然而目前未見NTBF影響CRC治療的相關研究。“腫瘤免疫監(jiān)視學說”認為免疫逃逸是腫瘤發(fā)生的重要原因，細胞毒性T淋巴細胞相關蛋白4(cytotoxic-T-lymphocyte-associated protein 4, CTLA-4)是目前研究較多的免疫檢查點抑制劑靶點。Pitt等[24]通過16S rRNA高通量測序法發(fā)現(xiàn)CTLA-4單抗的抗腫瘤作用依賴于擬桿菌屬和伯克菌屬，這些菌屬通過協(xié)助激活免疫反應來增強抗腫瘤的療效。無論是接受保守治療還是綜合治療的CRC患者，增加NTBF比例均可增強免疫細胞的抗炎作用，進而改善患者的生活質(zhì)量，提高生存率。未來，將探索人為調(diào)整脆弱擬桿菌屬各菌株比例對腸道疾病的影響，以期為結(jié)直腸疾病，尤其是CRC的防治提供新的思路。當宿主腸道微生態(tài)平衡被破壞而自身又難以糾正時，通過菌群移植的方法增加NTBF含量可提高機體免疫抵抗力，在疾病早期及時對炎癥細胞和腫瘤細胞進行吞噬與清除，協(xié)助機體建立更為穩(wěn)固的防御系統(tǒng)。更為重要的是，共生菌移植可刺激機體腸道微生態(tài)進行自我調(diào)節(jié)，極大減少抗菌藥物的使用。

四、小結(jié)與展望

近年研究表明NTBF可增強機體抗炎作用，還能協(xié)助腸道微生物獲取營養(yǎng)支持，而ETBF則會向宿主釋放致病毒素BFT，并通過調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)誘發(fā)炎癥反應，促進CRC的發(fā)生、發(fā)展。隨著對BF研究地不斷深入，NTBF與ETBF的相互影響及其機制將進一步被闡明。未來應探索NTBF與ETBF的“平衡點”，致力于更好地啟動NTBF的保護機制來平衡甚至消除ETBF的致病力，為結(jié)直腸相關疾病的早期干預與治療提供新思路。