李開鋒，楊均興，戴 東

(廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院，廣東 湛江524001)

原發(fā)性硬化性膽管炎(PSC)是一種以特發(fā)性肝內(nèi)外膽管炎癥和纖維化導(dǎo)致多灶性膽管狹窄為特征、慢性膽汁淤積病變?yōu)橹饕R床表現(xiàn)的自身免疫性肝病，其病因不明，目前被認(rèn)為是人類遺傳因素與環(huán)境因素相互作用的結(jié)果，充滿著復(fù)雜性，預(yù)后差異也比較大[1]。近70-80%PSC患者患有炎癥性腸病(IBD)，通常是潰瘍性結(jié)腸炎(UC)[2]。與普通人群相比，PSC發(fā)生惡性腫瘤(膽管癌，膽囊癌，肝細(xì)胞癌和結(jié)直腸癌)風(fēng)險顯著增加，有近50%PSC患者的死亡是由癌癥引起的[3]。盡管熊去氧膽酸在PSC中被廣泛使用，但依然沒有什么治療能夠持續(xù)減緩疾病的進(jìn)展[4]。最終，PSC仍然是許多國家肝移植的重要指征。PSC與IBD之間的密切聯(lián)系表明腸道菌群可能在疾病發(fā)病過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，同時也引發(fā)了關(guān)于 PSC的發(fā)病機(jī)理的探究(例如，腸道粘膜損傷后導(dǎo)致細(xì)菌和細(xì)菌產(chǎn)物滲入門脈循環(huán)以及腸內(nèi)活化的淋巴細(xì)胞歸巢至肝臟)[5]等。本文就腸道菌群在PSC發(fā)病機(jī)制中最新研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 腸道菌群及其功能

腸道菌群，也稱為腸道微生物，是生活在人類消化道中的微生物，人體腸道內(nèi)有1000多種約 100 萬億細(xì)菌，其在機(jī)體中的數(shù)量超過人體自身細(xì)胞的10倍以上，DNA容量更是人類基因組的100多倍[6]。自2007年美國國立衛(wèi)生研究院人類微生物組計劃和歐盟人體腸道宏基因組計劃啟動以來，被譽(yù)為人類的"第二基因組"的腸道菌群倍受人們關(guān)注，然而超過70%的腸道微生物卻無法用傳統(tǒng)方法分離和培養(yǎng)，這極大地限制了科學(xué)家對微生物的了解，宏基因組測序技術(shù)的出現(xiàn)讓研究人員能夠研究腸道內(nèi)的“微生物暗物質(zhì)”[7]；人源化小鼠模型的構(gòu)建則使科學(xué)家能更好地模擬體內(nèi)腸環(huán)境，進(jìn)而揭示復(fù)雜的生態(tài)機(jī)制[8]。隨著人們認(rèn)識的進(jìn)一步深入，腸道菌群與我們之間的共生關(guān)系遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出想象，目前認(rèn)為胃腸道中特定的微生物群對健康或者疾病有著重要影響，包括新陳代謝、免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)以及癌癥風(fēng)險等。相反，當(dāng)宿主體內(nèi)的微生物群種類和結(jié)構(gòu)遭到破壞，紊亂的微生物系統(tǒng)易引發(fā)糖尿病、肥胖、自身免疫性肝病、IBD[9]、腸易激綜合征、痛風(fēng)，抑郁癥、關(guān)節(jié)炎甚至是衰老等。

人類腸道菌群的基本特征是不同個體之間存在的細(xì)菌分布差異較大，而菌群功能則非常相似[10]。疾病中整個元基因組(即存在的所有細(xì)菌基因)的確定，可以為腸道菌群改變的功能后果提供線索。迄今為止，只有極少數(shù)的研究在針對疾病的研究中應(yīng)用了大規(guī)模的完整宏基因組學(xué)[11]，而在PSC中則沒有，因為它們昂貴且計算量大。不少研究提出腸道菌群對人類代謝組的影響是腸道健康影響的主要途徑。Wang等關(guān)于三甲胺-N-氧化物(TMAO)在心血管疾病中的研究則很好地證明了這一點[12]。

Goodrich等研究表明，腸道菌群部分是可遺傳的[13]。從對諸如PSC之類的炎性疾病的遺傳學(xué)研究中擴(kuò)展出來，人們越來越有興趣研究疾病易感性基因是否會影響微生物群。但是，使用獨(dú)特的健康個體作為PSC中最強(qiáng)的遺傳危險因素的純合子，即HLA-B*08：01-DRB1*03:01單倍型，只能觀察到與腸道菌群組成非常適度的關(guān)聯(lián)，這表明效果很小或單倍型不會通過腸道增加疾病易感性[14]。 相反，在IBD中，基于參與細(xì)菌處理的易感性基因的遺傳風(fēng)險評分與健康個體的腸道菌群特征相關(guān)[15]，表明IBD風(fēng)險基因影響腸道微生物組成。

2 原發(fā)性硬化性膽管炎中腸道菌群變化及可能致病機(jī)制

發(fā)現(xiàn)PSC的病因機(jī)制是當(dāng)下我們在肝病學(xué)研究中面臨的主要挑戰(zhàn)之一。在過去的幾十年中，宿主-微生物相互作用研究在生物醫(yī)學(xué)研究中的比例不斷增加，這主要是由于人們希望更好地了解與微生物相關(guān)的人類疾病。在眾多的醫(yī)學(xué)疾病中，如胃腸道疾病，尤其是IBD，已在實驗小鼠模型或臨床研究中進(jìn)行了廣泛的研究，證明了其病程受腸道菌群的影響[16]。 Karlsen等指出UC發(fā)生在多達(dá)80%的PSC(PSC-IBD)患者中，但其臨床表現(xiàn)與通過全基因組關(guān)聯(lián)研究確定的遺傳多態(tài)性之間的臨床表現(xiàn)有明顯差別[17]。有多項隊列研究[18-20]發(fā)現(xiàn)，與UC和健康對照相比，PSC患者的腸道微生物譜有顯著差異。在研究之間鑒定出的微生物類群差異也并不一致。這使得在PSC中探索特定的微生物介導(dǎo)的疾病機(jī)制具有挑戰(zhàn)性。 Rühlemann等人提出了該領(lǐng)域迄今為止最大的研究，該研究由來自挪威和德國的388個人(137個人為PSC)組成[21]。他們證實，盡管UC隊列中的糞便鈣衛(wèi)蛋白水平中位數(shù)較高，但PSC患者的腸道(糞便)微生物譜與UC和健康對照組不同，并且與藥物治療或結(jié)腸炎無關(guān)。同時他們也發(fā)現(xiàn)PSC和PSC-IBD之間的腸道微生物群沒有差異，這表明在PSC中發(fā)現(xiàn)的這種營養(yǎng)不良與結(jié)腸炎無關(guān)。通過薈萃分析，他們確定了PSC中腸道菌群種類的已知差異和新穎差異，這可能具有潛在的病理生理學(xué)意義。此外，他們發(fā)現(xiàn)與對照組相比，PSC中表達(dá)韋榮球菌屬的胺氧化酶和表達(dá)乳桿菌的膽汁鹽水解酶的富集程度高于對照組，這提示擬議的PSC異常腸道-肝淋巴細(xì)胞運(yùn)輸和膽汁酸途徑失調(diào)的疾病機(jī)制值得詳細(xì)考慮。

Nakamoto等通過構(gòu)建Mdr-/-2小鼠模型(一種原發(fā)性硬化性膽管炎的小鼠模型，其特征在于營養(yǎng)不良，腸屏障功能障礙和肝損害)，同時利用FMT、16SrRNA測序等技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了腸道菌群在PSC-UC疾病發(fā)病機(jī)制中的作用，其中肺炎克雷伯菌直接破壞腸道上皮屏障，在肝臟和腸系膜淋巴結(jié)中啟動T輔助17細(xì)胞(Th17)反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)菌易位和肝炎性反應(yīng)。同時也表明了抗生素治療可改善由PSC衍生的菌群誘導(dǎo)的Th17免疫應(yīng)答。這些結(jié)果突出了病原菌在腸屏障功能障礙和肝臟炎癥中的作用，為PSC的潛在治療策略提供了見識[8]。但是，這項研究還需要通過進(jìn)一步分析腸腔和粘膜菌群，并對確定的關(guān)鍵病原體進(jìn)行進(jìn)一步的機(jī)制研究，并在更大的PSC-UC樣本中證實這些結(jié)果。Liao等使用Mdr-/-2小鼠模型研究了腸道菌群在PSC發(fā)育中的功能，表明與Mdr2相關(guān)的膽汁淤積會引發(fā)腸道營養(yǎng)不良。反過來，內(nèi)毒素易位到門靜脈和隨后的NLRP3炎性小體活化將會導(dǎo)致更嚴(yán)重的肝損傷[22]。早前Fickert等對硬化性膽管炎的膽管損傷的機(jī)制的探索研究表明，多藥抗性蛋白2(Mdr2)的基因缺失會導(dǎo)致宿主缺乏磷脂酰膽堿，從而增加了膽汁中游離膽汁酸的濃度，最終導(dǎo)致膽管炎的發(fā)生[23]。鑒于膽汁酸代謝和腸道菌群之間的相互作用已確定會對免疫系統(tǒng)產(chǎn)生影響[24]，Wahlstr?m等推測，與Mdr-/-2小鼠病理性膽汁成分有關(guān)的營養(yǎng)不良可能在疾病發(fā)展中起因果作用。這項工作為揭示PSC在人類和動物模型中宿主-微生物群的相互作用奠定了堅實的基礎(chǔ)，也為了解PSC的發(fā)病機(jī)理開辟新的視角。

3 結(jié)語

腸道菌群的研究在科學(xué)上是最新趨勢，并且隨著測序技術(shù)和相關(guān)生物信息學(xué)的迅速發(fā)展，該領(lǐng)域有望繼續(xù)擴(kuò)大。越來越多的證據(jù)證明腸道菌群在PSC病因中起著作用，但它也強(qiáng)調(diào)，在PSC中需要進(jìn)行深入和縱向的多級分析及研究，以闡明潛在的機(jī)制和目標(biāo)。