糞菌移植在腸易激綜合征中的作用研究進(jìn)展

李 妮 楊 卓 李淑霞

1.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)臨床學(xué)院，甘肅蘭州 730000；2.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院肛腸科，甘肅蘭州 730000

腸易激綜合征（irritable bowel syndrome，IBS）是一種慢性功能性腸病，在排除器質(zhì)性病變的基礎(chǔ)上，根據(jù)羅馬Ⅲ診斷標(biāo)準(zhǔn)，反復(fù)發(fā)作的腹痛或腹部不適，且伴有排便習(xí)慣及糞便性狀的異常。根據(jù)糞便性狀的不同，羅馬Ⅳ標(biāo)準(zhǔn)將IBS 分為4 種亞型，腹瀉型IBS（IBS–D）、便秘型IBS（IBS–C）、混合型IBS（IBS–M）和未分類型IBS（IBS–U）。IBS 在全球范圍內(nèi)流行，總患病率高達(dá)11.2%，且有逐年增高的趨勢。大量流行病學(xué)調(diào)查顯示，女性IBS 患病率普遍高于男性，男女之比約1∶2，引起性別差異的因素目前尚無定論。目前IBS 發(fā)病原因及病理機制尚未明確，包括胃腸運動異常、內(nèi)臟高敏感、腦腸軸功能異常、腸道菌群失調(diào)、腸道炎癥、細(xì)菌感染等在內(nèi)的多種因素參與其中。糞菌移植（fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT）作為一種重塑腸道菌群的新型治療方式，已成功用于艱難梭菌感染的治療，在IBS 的臨床研究中引起廣泛關(guān)注。

1 腸道菌群與腸易激綜合征

1.1 正常人體腸道菌群的變化

腸道菌群龐大且復(fù)雜，一個成年人體內(nèi)腸道細(xì)菌數(shù)量大致為1×1014個，約為人體自身細(xì)胞的10 倍，種類達(dá)2000 余種，包括擬桿菌門、厚壁菌門、放線菌門、變形菌門等不同細(xì)菌門，其中厚壁菌門和擬桿菌門占據(jù)主導(dǎo)地位。腸道微生物參與調(diào)控人體健康，與宿主相互依存保持平衡關(guān)系，這些寄存的微生物構(gòu)成腸道菌群的微生態(tài)系統(tǒng)，被稱為“第二個基因組”，也有學(xué)者提出假說，由腸道菌群構(gòu)建的“菌腦”可能是人體物質(zhì)記憶的“第二大腦”。根據(jù)對機體的作用，細(xì)菌可分為3 類：生理性厭氧菌、條件致病菌和病原菌，而以雙歧桿菌、乳酸桿菌為代表的生理性菌群，可維護(hù)腸道生物黏膜屏障，限制病原菌入侵定植。當(dāng)腸道免疫系統(tǒng)功能失調(diào)時，條件致病菌和病原菌過度增殖，誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞向M1 型分化，促進(jìn)腫瘤壞死因子–α（tumor necrosis factor–α，TNF–α）、白細(xì)胞介素（interleukin，IL）–1、IL–6等炎癥因子釋放[1]。腸道中的微生物在催化酶酵解下釋放有益的短鏈脂肪酸（short–chain fatty acid，SCFA），特別是乙酸、丙酸和丁酸，參與糖代謝過程為腸黏膜細(xì)胞代謝、生長提供主要能量。SCFA 作為腸道菌群和免疫系統(tǒng)間的溝通介質(zhì)，可直接激活G蛋白耦聯(lián)受體（G protein–coupled receptor，GPCR）抑制組蛋白脫乙酰酶的活性，調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)[2]?，F(xiàn)有研究表明，多糖作為腸道菌群的主要能源，通過提高碳水化合物活性酶的活性，增加SCFA 的生成，降低炎癥因子的表達(dá)，增加緊密連接蛋白（zonula occludens，ZO）的表達(dá)，調(diào)節(jié)菌群結(jié)構(gòu)維持生理活性[3]。

， ，

1.2 IBS 患者腸道菌群的變化

已有研究證實IBS 患者存在腸道微生物代謝紊亂，主要表現(xiàn)在菌群豐度降低、多樣性減少、結(jié)構(gòu)比例失調(diào)，這種改變引發(fā)腸道炎癥，導(dǎo)致宿主發(fā)生病理變化。有學(xué)者收集來自IBS–D 患者和健康人群的糞便樣本進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)IBS–D 患者雙歧桿菌屬、乳酸桿菌屬、擬桿菌屬豐度降低，普雷沃菌屬豐度顯著增高，推測普雷沃菌屬可能與IBS–D 高風(fēng)險呈正相關(guān)[4]。Chung 等[5]在IBS 患者糞便樣本中檢測出較高比例的韋榮球菌科細(xì)菌，空腸黏膜中分枝桿菌科和奈瑟菌科細(xì)菌含量卻顯著低于健康人群。國內(nèi)學(xué)者對60 例IBS 患者糞便標(biāo)本進(jìn)行細(xì)菌分析，發(fā)現(xiàn)IBS 組雙歧桿菌數(shù)、乳桿菌數(shù)、雙歧桿菌（Bifidobacterium）與大腸埃希菌（Escherichia coli）數(shù)值之比（B/E 值）均低于健康組，由此推斷，IBS 患者腸道菌群定植抗性減弱，造成腸道病原體易感性[6]。不同亞型IBS 患者腸道菌群變化亦有所不同。趙娟等[7]研究發(fā)現(xiàn)，腸道雙歧桿菌、乳桿菌數(shù)量IBS–D 組高于IBS–C 組和IBS–M 組，但腸桿菌和腸球菌數(shù)量相反，IBS–M 組高于IBS–C 組和IBS–M 組。研究指出在IBS–D 和IBS–M 患者中，產(chǎn)生丁酸鹽的細(xì)菌家族水平較低，丁酸鹽積累的減少增加腸腔中的滲透負(fù)荷，最終導(dǎo)致腹瀉[8]。當(dāng)前關(guān)于IBS 患者糞便微生物譜的研究結(jié)果存在差異，這種差異可能與地理環(huán)境、統(tǒng)計方法的異質(zhì)性有關(guān)，但包括幾個共同的趨勢，如厚壁菌門水平增加、擬桿菌門水平降低、厚壁菌門/擬桿菌門比值（F/B）增加[9]。

1.3 菌群–腦–腸軸與IBS

腸神經(jīng)系統(tǒng)與自主神經(jīng)系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)及下丘腦–垂體–腎上腺軸（hypothalamic–pituitary–adrenal axis，HPA 軸）共同構(gòu)成一個龐大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，彼此間的聯(lián)系通過腦–腸軸（brain–gut axis，GBA）的反饋來實現(xiàn)。與宿主相關(guān)的微生物群可直接或間接通過免疫、代謝或內(nèi)分泌途徑，為神經(jīng)系統(tǒng)提供關(guān)于環(huán)境的實時信息。腸道菌群在GBA雙向調(diào)節(jié)中起重要作用，一些腸道微生物可作為“神經(jīng)核調(diào)節(jié)素”影響宿主腦細(xì)胞神經(jīng)元的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而影響宿主的行為。神經(jīng)營養(yǎng)素和它們的受體，特別是腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（brain–derived neurotrophic factor，BDNF）在促進(jìn)神經(jīng)元和神經(jīng)干細(xì)胞的存活和分化中作用突出，尤其在大腦皮層和海馬區(qū)是突觸可塑性的有效調(diào)節(jié)劑。腸道生態(tài)環(huán)境的失調(diào)使與可塑性有關(guān)的神經(jīng)營養(yǎng)因子濃度降低，表現(xiàn)為焦慮、抑郁樣行為及記憶障礙的增加，然而這種過度應(yīng)激反應(yīng)可通過移植嬰幼兒雙歧桿菌來逆轉(zhuǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，相比于新生正常小鼠，新生無菌小鼠海馬區(qū)和杏仁核BDNF 表達(dá)水平下降，血–腦脊液屏障功能受損，同時伴有腦部神經(jīng)發(fā)育減慢，一定程度上腸道微生物參與機體中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育[10]。過敏反應(yīng)是持續(xù)腸道炎癥的結(jié)果，在GBA 中扮演著重要角色。IBS–D 和IBS–C 患者結(jié)腸黏膜組織Toll 樣受體4（toll–like receptor 4，TLR4）水平升高，免疫反應(yīng)失調(diào)可能導(dǎo)致IBS 患者持續(xù)性低水平炎癥狀態(tài)，免疫細(xì)胞與腸道微生物群相互作用，其他炎性介質(zhì)也可存在于傳入神經(jīng)末梢。離子通道負(fù)責(zé)神經(jīng)元動作電位的啟動和傳播，電壓門控鈉通道亞型9 與內(nèi)臟慢性疼痛密切相關(guān)，通過介導(dǎo)慢性失活鈉電流在靜息膜電位電壓下被激活，極大調(diào)節(jié)神經(jīng)末梢的興奮性；在Gq/11/PKC 和Gi/o/PKA 細(xì)胞內(nèi)信號通路中，持續(xù)性鈉電流使受作用于GPCR 的炎性介質(zhì)明顯增加，參與炎癥誘導(dǎo)的機械超敏反應(yīng)[11]。由此推斷胃腸道傳入神經(jīng)的痛敏反應(yīng)，是IBS 患者腹痛的主要機制。

2 糞菌移植治療腸易激綜合征的療效

El–Salhy 等[12]對77 例IBS 患者（FMT 治療后）的糞便進(jìn)行16SrRNA 基因測序分析發(fā)現(xiàn)，細(xì)菌水平在FMT 后1 年發(fā)生變化，擬桿菌屬和普雷沃菌屬顯著增加，表明FMT 能夠恢復(fù)腸道菌群的多樣性，改善菌群結(jié)構(gòu)。首第文等[13]研究納入28 例行FMT 治療的IBS 患者，對比IBS 患者FMT 前后菌屬差異，發(fā)現(xiàn)移植后糞便中疣微菌門、艾克曼菌的豐度均高于移植前；FMT 后12 周IBS 患者生活質(zhì)量量表評分低于FMT 后4 周，且FMT 后4 周和12 周的IBS癥狀嚴(yán)重程度量表（IBS symptom severity scale，IBS–SSS）、胃腸道癥狀分級評分較移植前顯著下降，腹痛和排便不盡感有所改善，排便次數(shù)和糞便性狀亦接近標(biāo)準(zhǔn)?；ㄔ碌萚14]采用FMT 治療12 例IBS–D患者，隨訪至12 周，患者腹痛緩解率達(dá)83.33%，其他不適癥狀較前均有顯著改善，且隨訪期間未發(fā)生嚴(yán)重不良反應(yīng)。葉小研等[15]納入19 例難治性IBS 患者接受 FMT 治療，以 Bristol 糞便性狀分型和IBS–SSS 評分為療效評定指標(biāo)，治療1 個月和6 個月后糞便性狀改善有效率為 89.5%和 94.8%，IBS–SSS 評分呈遞減趨勢。Johnsen 等[16]研究顯示，治療組患者在FMT 治療3 個月后，IBS–SSS 評分下降超過75 分，但在12 個月后不再顯著。在一項隨機雙盲安慰劑試驗中，52 例IBS 患者被隨機分配到FMT 膠囊組和安慰劑組，盡管接受FMT 膠囊的IBS患者的腸道菌群多樣性增加，但3 個月后安慰劑組的癥狀改善程度更明顯[17]。以上研究初步證實FMT療效顯著，IBS 患者在行FMT 治療后臨床癥狀得到緩解且不良反應(yīng)的發(fā)生較少，但仍需更多高質(zhì)量的研究設(shè)計去檢驗FMT 的長期療效。

3 糞菌移植治療腸易激綜合征的作用機制

3.1 FMT 恢復(fù)腸道菌群數(shù)量和多樣性

FMT 幾乎涵蓋了健康供者腸道內(nèi)的全部共生菌，通過16SrRNA 基因測序分析發(fā)現(xiàn)FMT 治療后患者腸道菌群多樣性增加，厚壁菌門和擬桿菌門菌株相對豐度增加，且FMT 治療后患者微生物群落的組成與健康供者相似。研究指出，在抗生素擾亂人體腸道菌群后，自體糞便移植可重建腸道黏膜微生物群，實現(xiàn)腸道結(jié)構(gòu)穩(wěn)態(tài)逆轉(zhuǎn)，從而恢復(fù)宿主微生態(tài)平衡[18]。El–Salhy 等[12]采用生態(tài)失調(diào)試驗分析糞便細(xì)菌，發(fā)現(xiàn)FMT 后菌群失調(diào)指數(shù)降低，腸道細(xì)菌譜發(fā)生改變，細(xì)菌豐度量化值從-3 到+3。FMT 治療后有益菌群產(chǎn)生大量有機酸，降低腸道pH 值，誘導(dǎo)杯狀細(xì)胞分泌黏蛋白Muc，增加腸道黏液黏度，進(jìn)而提高腸道定植力。

3.2 FMT 恢復(fù)腸道黏膜屏障功能

FMT 混合著大量天然有益菌，通過與病原菌搶奪黏附位點、競爭腸道內(nèi)營養(yǎng)、維持無氧內(nèi)環(huán)境、阻斷細(xì)胞凋亡信號通路等途徑保護(hù)腸道上皮細(xì)胞的完整性，提高腸道黏膜屏障功能，對抗IBS 發(fā)生[19]。脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）是革蘭陰性菌細(xì)胞壁的特有成分，釋放的小分子激動劑與TLR4 相互作用，觸發(fā)促炎細(xì)胞因子，而益生菌治療能夠有效抑制LPS 誘導(dǎo)的腸道上皮細(xì)胞自噬，對腸道黏膜屏障起保護(hù)作用。秦謙等[20]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)MT 能夠促進(jìn)硫酸葡聚糖引起的小鼠腸道黏膜屏障損傷的修復(fù)，接受FMT 治療1 周后，小鼠腸隱窩上皮細(xì)胞增加，黏膜呈愈合趨勢，腸道炎癥明顯緩解。研究還發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)MT 治療后小鼠腸道菌群結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，乳桿菌屬顯著增多而擬桿菌屬和顫螺菌屬比例減少。分析認(rèn)為，F(xiàn)MT 可能通過抑制病原微生物的生長，維持菌群結(jié)構(gòu)平衡、減輕小鼠結(jié)腸炎癥，促進(jìn)腸上皮細(xì)胞緊密連接、恢復(fù)腸黏膜生物屏障功能。

3.3 FMT 提高腸道黏膜免疫水平

通過FMT 提高腸道有益菌的豐度，增加SCFA水平，維持腸道內(nèi)促炎因子與抗炎因子的平衡。SCFA可直接調(diào)節(jié)TLR4 信號通路，抑制促炎細(xì)胞因子如TNF–α、IL–1、IL–8 的產(chǎn)生及核因子κB（nuclear factor–κB，NF–κB）活化，介導(dǎo)固有免疫的炎癥效應(yīng)。SCFA 促進(jìn)參與Treg 細(xì)胞分化與增殖的轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)叉頭蛋白3 的表達(dá)，Treg 通過釋放轉(zhuǎn)化生長因子–β、IL–10 等抗炎細(xì)胞因子發(fā)揮免疫抑制作用[21]。此外，一些腸道細(xì)菌促進(jìn)抗炎Treg 細(xì)胞的增殖，分泌抑炎因子調(diào)節(jié)先天免疫。復(fù)合微生物群的重新引入可充分逆轉(zhuǎn)抗生素化合物導(dǎo)致的促炎和抗炎細(xì)胞因子抑制，F(xiàn)MT 治療后菌群多樣性恢復(fù)可激活腸道中巨噬細(xì)胞、T 淋巴細(xì)胞及B 淋巴細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)。

3.4 FMT 調(diào)節(jié)內(nèi)臟超敏反應(yīng)

腸道組織存在炎癥或受到化學(xué)和機械刺激時，內(nèi)臟傳入神經(jīng)纖維變得敏感，中樞神經(jīng)興奮過度，使內(nèi)臟痛覺感受器處于高敏狀態(tài)。IBS 參與內(nèi)源性疼痛處理和調(diào)節(jié)相關(guān)區(qū)域（如基底神經(jīng)節(jié)）的程度更高。IBS 患者腸黏膜肥大細(xì)胞與內(nèi)臟慢性疼痛傳導(dǎo)的神經(jīng)細(xì)胞毗鄰，約70%的肥大細(xì)胞與腸神經(jīng)纖維直接接觸，分泌多種神經(jīng)肽，傳遞慢性疼痛。肥大細(xì)胞在應(yīng)激后釋放多種活性介質(zhì)，如類胰蛋白酶、組胺、5–羥色胺（5–hydroxytryptamine，5–HT）等物質(zhì)，導(dǎo)致內(nèi)臟敏感性異常。5–HT 作為中樞–腸神經(jīng)系統(tǒng)間的神經(jīng)遞質(zhì)，與不同受體結(jié)合發(fā)揮生物學(xué)作用，其中5–HT3 受體可參與結(jié)腸擴(kuò)張腹痛信號在延髓神經(jīng)元的傳遞。研究表明，腸道菌群的免疫識別反應(yīng)影響神經(jīng)元信號的傳導(dǎo)，從而改變內(nèi)臟高敏感性[22]。韓棉梅等[23]研究發(fā)現(xiàn)，IBS 模型大鼠接受FMT治療后，大鼠結(jié)腸組織TLR2、組胺和5–HT 表達(dá)水平顯著降低。由此推斷FMT 可通過拮抗肥大細(xì)胞表面TLR2 異常激活，抑制組胺與5–HT 釋放，避免趨化因子的產(chǎn)生，改變機體內(nèi)臟超敏反應(yīng)。

3.5 FMT 調(diào)節(jié)腸神經(jīng)內(nèi)分泌功能

在無菌小鼠中定植正常小鼠的腸道微生物群，通過釋放5–HT 的分泌和激活5–HT4 受體促進(jìn)宿主腸神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元成熟，F(xiàn)MT 后使腸道神經(jīng)元祖細(xì)胞的增殖能力增強。在人源化抑郁模型中，Zheng 等[24]將抑郁癥患者和健康人體的糞便菌群移植到無菌小鼠中，隨后進(jìn)行行為測試，F(xiàn)MT 2 周后，與健康對照受體小鼠相比，抑郁癥微生物群受體小鼠抑郁、焦慮樣行為增加。研究還發(fā)現(xiàn)，抑郁癥患者的腸道微生物多樣性明顯失衡，菌群結(jié)構(gòu)變化可能與抑郁癥存在高度相關(guān)性。由此推斷腸道刺激使中樞神經(jīng)系統(tǒng)表現(xiàn)出高反應(yīng)性，這種應(yīng)激反應(yīng)也可引起胃腸功能失調(diào)，GBA 失衡參與疾病發(fā)生。與正常小鼠相比，無菌小鼠大腦皮層和海馬中的BDNF 表達(dá)水平降低，HPA 軸反應(yīng)更敏感，在神經(jīng)內(nèi)分泌學(xué)上，腸道微生物群可調(diào)節(jié)控制應(yīng)激反應(yīng)的HPA 軸[25]。Barroso 等[26]研究發(fā)現(xiàn)，從色氨酸中提取的代謝物與中樞神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾素共同作用，激活星形膠質(zhì)細(xì)胞中的芳香烴受體，從而抑制腦部炎性反應(yīng)，暗示腸道微生物通過改變芳香族氨基酸水平調(diào)控宿主中樞神經(jīng)功能。

4 結(jié)語

FMT 通過使用來自健康供體的糞便制劑增加腸道有益菌群的定植抗性，激發(fā)機體免疫應(yīng)答，發(fā)揮治療疾病的作用，具體作用機制包括恢復(fù)腸道菌群數(shù)量和多樣性、提高腸黏膜免疫水平、恢復(fù)腸道屏障功能、調(diào)節(jié)內(nèi)臟超敏和腸神經(jīng)內(nèi)分泌功能等方面。當(dāng)前大量臨床試驗已證實FMT 在治療IBS 方面療效突出，但還需進(jìn)一步的研究明確其長期療效?？傊梭w腸道菌群數(shù)量龐大且復(fù)雜，人們對微生物治療機制的研究還很有限，隨著高通量測序和宏基因技術(shù)的開展，利用不同來源的數(shù)據(jù)和技術(shù)，探究相關(guān)糞便菌群微生物產(chǎn)物明確某些特定菌群功效，挖掘新的靶向化合物，將為IBS 及相關(guān)的胃腸道疾病提供一個有希望的新方向。