消化道微生態(tài)與膽胰疾病關(guān)系的研究進(jìn)展

夏紹萱 劉 浩 李佳林 周昱彤 韓 民

1.貴州醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院，貴州貴陽(yáng) 550004；2.貴州醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院肝膽外科，貴州貴陽(yáng) 550004

消化道菌群作為人體最重要的微生態(tài)系統(tǒng)，在預(yù)防病原體入侵、構(gòu)成生物屏障、免疫調(diào)節(jié)及應(yīng)答、物質(zhì)代謝等方面起著重要作用[1]。人體腸道微生態(tài)系統(tǒng)處于動(dòng)態(tài)平衡，這種平衡與膽胰疾病相互作用。相較于傳統(tǒng)診療方式，疾病腸診甚至疾病腸治逐漸成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究的新熱點(diǎn)。以腸道菌群作為膽胰疾病診療突破點(diǎn)也逐漸受到關(guān)注。

1 消化道微生態(tài)概述

消化道菌群對(duì)維持人體正常生理功能意義重大，其中以類桿菌、優(yōu)桿菌、消化球菌、雙歧桿菌等專性厭氧菌為主，約占總菌量的99%[2]。因人體消化道較長(zhǎng)且各段生理功能不同，腸道菌群的分布與豐度在不同腸段也不同，大腸含菌量最高，占糞便重量的60%以上。腸道菌群受多種因素干擾，如年齡、情緒、飲食、疾病及藥物等。隨著我國(guó)人民生活及醫(yī)療水平的提高、飲食多樣化、抗生素應(yīng)用等，消化道微生態(tài)失衡愈發(fā)受到關(guān)注。

隨著高通量宏基因測(cè)序、16S rRNA 測(cè)序等技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)消化道菌群的認(rèn)識(shí)逐漸深入。消化道菌群與炎癥反應(yīng)關(guān)系密切，可能參與胰腺炎發(fā)病[3]，某些特定類型口腔微生物與胰腺癌高度相關(guān)[4]。腸道菌群及其代謝產(chǎn)物可通過(guò)腸道黏膜或十二指腸乳頭進(jìn)入膽胰管，與膽胰疾病的關(guān)系不容忽視。

2 消化道菌群與膽系感染

既往認(rèn)為膽道因其特殊微環(huán)境（高濃度膽汁酸、pH、缺乏營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等），無(wú)細(xì)菌定植；但近年在某些無(wú)膽道疾病患者膽汁中檢出細(xì)菌[5]。因膽汁取樣多有創(chuàng)，如經(jīng)內(nèi)鏡逆行性胰膽管造影術(shù)、經(jīng)皮肝穿刺膽道引流術(shù)，阻礙了膽道微生態(tài)的研究。Dyrhovden 等[6]發(fā)現(xiàn)，86%的中、重度急性膽囊炎患者膽汁中存在微生物，細(xì)菌檢出率達(dá)80%。

Asai 等[7]分析了1998 年1 月至2010 年9 月于東邦大學(xué)醫(yī)學(xué)中心行膽囊切除術(shù)的患者，對(duì)其術(shù)前或術(shù)中采集的膽汁行細(xì)菌學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)膽道感染與膽囊炎密切相關(guān)。膽汁中埃希菌屬、克雷伯菌屬、腸球菌屬、腸桿菌屬等均與膽囊炎有關(guān)，以大腸埃希菌較引人關(guān)注[8]。近年國(guó)內(nèi)某機(jī)構(gòu)分析了2014—2019 年各成員單位上報(bào)的膽汁標(biāo)本細(xì)菌及藥敏數(shù)據(jù)[9]發(fā)現(xiàn)，近6 年前八位的細(xì)菌分布無(wú)變化，大腸埃希菌是最主要致病菌（29.2%～32.4%），肺炎克雷伯菌第二（12.1%～13.2%）。腸桿菌科廣泛存在于人體腸道中，其膽汁中數(shù)量與毒素的水平可能呈正相關(guān)。

Oddi 括約肌功能障礙或先天發(fā)育不良可致腸膽反流，腸道細(xì)菌侵入膽道，但其如何在膽道惡劣環(huán)境中定植并引發(fā)炎癥反應(yīng)暫不明。早在20 世紀(jì)末有研究發(fā)現(xiàn)，某些乏細(xì)胞壁細(xì)菌變種能在無(wú)胞壁狀態(tài)下生存，其對(duì)作用于胞壁的抗生素普遍耐藥，長(zhǎng)期存在可致組織局部或廣泛的慢性炎癥[10]。Kragh 等[11]發(fā)現(xiàn)，部分菌群可產(chǎn)生類似保護(hù)被膜的細(xì)菌黏液，利于其定植及免疫逃脫。

3 消化道菌群與膽結(jié)石

3.1 腸道菌群與膽結(jié)石相關(guān)性

膽結(jié)石發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，肥胖、飲酒、飲食不規(guī)律及家族史等均是其危險(xiǎn)因素，環(huán)境和遺傳因素被認(rèn)為共同參與其中。Wang 等[8]通過(guò)對(duì)正常人和膽結(jié)石患者糞便微生物DNA 行16S rRNA 基因測(cè)序，發(fā)現(xiàn)膽石癥患者存在明顯腸道菌群失衡。

3.2 腸道菌群參與形成膽結(jié)石機(jī)制

3.2.1 膽汁酸代謝 膽汁酸是膽汁主要成分，膽固醇在肝細(xì)胞經(jīng)7α-羥化酶合成初級(jí)膽汁酸，再與甘氨酸或牛磺酸結(jié)合，形成結(jié)合膽汁酸。隨后膽汁進(jìn)入膽囊暫存及濃縮，待排入腸腔發(fā)揮作用（如促進(jìn)脂類物質(zhì)、脂溶性維生素吸收以及作為某些代謝后物質(zhì)載體）。部分菌群（如雙歧桿菌、乳酸桿菌等）具有膽汁酸鹽水解酶（bile salt hydrolase，BSH）活性，結(jié)合膽汁酸排入腸腔后可被其水解催化為游離膽汁酸[12]，游離膽汁酸經(jīng)腸道細(xì)菌（如梭桿菌、擬桿菌等）參與的7α-羥基脫氧及羥基類固醇脫氫反應(yīng)后轉(zhuǎn)化為次級(jí)膽汁酸[13]，95%以上的膽汁酸被回腸黏膜上皮重新吸收入血返回肝臟，形成膽汁酸腸肝循環(huán)。7α-羥化酶作為限速酶，腸道細(xì)菌多影響該酶活性而參與膽汁酸代謝。膽汁酸可通過(guò)法尼醇X 受體（farnesoid X receptor，F(xiàn)XR）和G蛋白偶聯(lián)膽汁酸受體1（gprotein-coupled bile acid re ceptor 1，GPBAR1）調(diào)節(jié)膽汁酸、脂蛋白、葡萄糖以及藥物和能量代謝[14]。

腸道中具有BSH 活性的菌屬超過(guò)100 種[15]，腸道菌群紊亂很可能導(dǎo)致腸腔中產(chǎn)BSH 菌量及活性增加，造成腸腔游離膽汁酸蓄積。過(guò)多游離膽汁酸通過(guò)激活FXR 最終抑制7α-羥化酶活性及表達(dá)[14]，使膽汁酸合成減少、膽固醇增多，致其過(guò)飽和進(jìn)而易于析出形成結(jié)石。腸道菌群除參與結(jié)合膽汁酸水解外，初級(jí)膽汁酸轉(zhuǎn)變?yōu)榇渭?jí)膽汁酸也需要某些腸道細(xì)菌參與，如具有7α-脫羥基活性的毛螺菌科、消化鏈球菌科等菌株[16]。若因腸道菌群紊亂致該類細(xì)菌活性或菌量增加，腸腔次級(jí)膽汁酸將過(guò)多積累，由于人體肝臟難以將次級(jí)膽汁酸直接羥化代謝，使得膽汁中含量過(guò)高而析出成石。人體膽囊上皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞高表達(dá)GPBAR1，游離膽汁酸可有效激動(dòng)該受體并促進(jìn)膽汁分泌及負(fù)性調(diào)控膽囊收縮，造成膽囊充盈、膽汁淤積，也有助于結(jié)石形成[17]。

膽汁酸經(jīng)膽道及十二指腸乳頭排入腸腔參與消化，其代謝受腸道菌群調(diào)節(jié)，而腸道菌群的分布及豐度又可受膽汁酸影響，故腸道菌群失衡致膽汁酸代謝紊亂可能是膽結(jié)石形成的重要因素。

3.2.2 免疫系統(tǒng) 除膽汁酸代謝外，免疫功能也被發(fā)現(xiàn)可能參與膽石形成。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，人為培育的缺乏T 細(xì)胞免疫功能的小鼠其結(jié)石率明顯降低，而免疫重建后，其結(jié)石率升高[18]。研究顯示，使用美托洛爾抑制小鼠中性粒細(xì)胞形成，能有效抑制其體內(nèi)膽結(jié)石形成，同時(shí)該研究也在實(shí)驗(yàn)小鼠膽結(jié)石中發(fā)現(xiàn)了中性粒細(xì)胞相關(guān)代謝物質(zhì)[19]。腸道菌群失調(diào)可能是膽汁淤積的危險(xiǎn)因素[20]。研究發(fā)現(xiàn)，膽道梗阻患者消化道黏膜CD4+、CD8+T 細(xì)胞及CD4+/CD8+比值降低[21]，腸黏膜屏障降低又加重菌群失調(diào)。腸道被稱為人體最大的免疫器官，腸道菌群是否影響以及如何影響人體免疫系統(tǒng)而參與膽結(jié)石形成還需更進(jìn)一步研究。

3.2.3 β-葡萄糖苷酶（β-glucosidase，β-G）與磷脂酶 β-G 致膽色素結(jié)石機(jī)制最早由Maki[22]提出，部分侵入膽道的細(xì)菌具有β-G 活性，可將結(jié)合膽紅素分解為游離膽紅素，與膽汁中鈣離子結(jié)合成膽紅素鈣。此外，膽道細(xì)菌產(chǎn)生磷脂酶[23]水解磷脂生成棕櫚酸，也可與膽汁中鈣離子結(jié)合形成沉淀。前文述侵入膽道的部分細(xì)菌可分泌類似保護(hù)被膜的黏液，Maki[22]發(fā)現(xiàn)該黏液可能促進(jìn)膽紅素鈣及棕櫚酸鈣相互聚集沉淀致石。

慢性膽道感染遷延不愈致膽管上皮損傷或膽道狹窄，也可增加膽結(jié)石風(fēng)險(xiǎn)。綜上，消化道菌群參與膽結(jié)石形成可能涉及多種機(jī)制，值得深入研究，為將來(lái)膽結(jié)石早期防治提供新的理論基礎(chǔ)。

4 消化道微生態(tài)菌群與膽道腫瘤

膽囊癌惡性度高，其危險(xiǎn)因素包括慢性膽囊炎、膽囊結(jié)石、膽囊息肉及瓷化膽囊等。研究顯示，膽囊癌、膽管癌患者普遍存在腸道菌群紊亂[24]。可能腸道菌群紊亂致某些膽汁酸鹽降解產(chǎn)物推動(dòng)或加重了腫瘤的發(fā)展。研究顯示，螺旋桿菌感染的小鼠出現(xiàn)CD4+T細(xì)胞受損介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)及白細(xì)胞介素（interleukin，IL）-10 缺陷，而CD4+T 細(xì)胞與IL-10 被認(rèn)為能下調(diào)腫瘤壞死因子-α 與NO 合酶（nitric oxide synthase，NOS）表達(dá)而抑制癌變[25]。NOS 可調(diào)控部分環(huán)氧合酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2），COX-2 被發(fā)現(xiàn)在消化系統(tǒng)腫瘤組織中高表達(dá)[26]，與腫瘤啟動(dòng)子及侵襲力相關(guān)。NOS 促合成的NO 也被認(rèn)為能干擾DNA 修復(fù)而促癌[27]，低水平的NO 驅(qū)動(dòng)致癌途徑、免疫抑制、轉(zhuǎn)移和血管生成。

此外，Rühlemann 等[28]發(fā)現(xiàn)表達(dá)胺氧化酶的韋榮球菌屬和表達(dá)膽汁鹽水解酶的乳桿菌在原發(fā)性硬化性膽管炎（primary sclerosing cholangitis，PSC）患者腸道中明顯增多，膽汁酸代謝失調(diào)、腸道-肝淋巴細(xì)胞運(yùn)輸異?？赡苌婕爸虏∵^(guò)程。同時(shí)有研究顯示，PSC可顯著增加膽道腫瘤患病率[29]，相關(guān)機(jī)制目前暫未明確。

5 消化系統(tǒng)微生態(tài)菌群與胰腺疾病

5.1 消化道菌群與胰腺炎

胰腺炎（尤其是急性胰腺炎）是臨床較為常見(jiàn)的疾病，胰酶和其他水解酶異常激活致全身炎癥反應(yīng)綜合征（systemic inflammatory response syndrome，SIRS）及微循環(huán)障礙是急性胰腺炎的病理特點(diǎn)。消化道菌群參與腸黏膜屏障構(gòu)成，胰腺炎患者腸道屏障受損、黏膜通透性增加、胰腺組織中檢出細(xì)菌等均提示腸道菌群與胰腺炎相關(guān)。胰腺炎并發(fā)癥（如腸道炎癥反應(yīng)、消化道血供減少、繼發(fā)感染等）又加重菌群失調(diào)，故腸道菌群與胰腺炎相互作用、相互影響。

慢性胰腺炎（chronic pancreatitis，CP）患者腸道菌群較正常人不同，小腸菌群過(guò)度生長(zhǎng)（small intestinal bacterial overgrowth，SIBO）作為腸道菌群失調(diào)的表現(xiàn)，被發(fā)現(xiàn)與CP 相關(guān)。研究顯示，CP 患者伴SIBO 高達(dá)33.3%[30]。腸黏膜通透性增加、菌群移位及長(zhǎng)期炎癥因子刺激被認(rèn)為與CP 相關(guān)。普拉梭菌作為一種有益菌（占人體腸道菌群的5%～15%），可促腸黏膜上皮增生及緊密連接蛋白合成以改善腸黏膜屏障功能，還能通過(guò)誘導(dǎo)IL-10 和調(diào)節(jié)腸道T 細(xì)胞反應(yīng)參與抗炎，而其被發(fā)現(xiàn)在CP 患者腸道中明顯減少[31]。雙歧桿菌被認(rèn)為可影響腸黏膜屏障，其參與合成某些短鏈脂肪酸（short chain fatty acids，SCFA）[32]，而SCFA 具有腸黏膜屏障保護(hù)功能[33]。CP 作為胰腺腫瘤的危險(xiǎn)因素之一，腸道菌群與CP 相關(guān)性同樣適用于胰腺癌。

Ye 等[34]發(fā)現(xiàn)，急性胰腺炎大鼠腸道菌群較對(duì)照組差異明顯，大鼠腸道黏膜屏障功能受損、腸道菌群失衡可促進(jìn)和加重急性胰腺炎。而針對(duì)人體的一項(xiàng)研究[3]也得出類似結(jié)論，研究發(fā)現(xiàn)急性胰腺炎患者腸球菌增多，雙歧桿菌減少，血清IL-6 等炎癥指標(biāo)與腸桿菌科細(xì)菌量呈正相關(guān)，與雙歧桿菌呈負(fù)相關(guān)，血漿內(nèi)毒素與腸球菌呈正相關(guān)。Zhang 等[35]使用高通量16S rRNA 測(cè)序?qū)ξ⑸锞哼M(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，急性胰腺炎患者糞便中擬桿菌門和變形桿菌門的含量較高，厚壁菌門和放線菌門的含量較低，腸道菌群多樣性較對(duì)照組明顯下降?？梢?jiàn)消化道菌群在胰腺炎發(fā)病中具有不可忽視的作用，消化道微生態(tài)的調(diào)節(jié)會(huì)是胰腺炎治療的有效突破口。

5.2 消化道菌群與胰腺癌

90%胰腺癌起源于腺管上皮，惡性度高，5 年生存率常不足10%[36]。Fan 等[37]發(fā)現(xiàn)，攜帶口腔病原體牙齦卟啉單胞菌和伴生放線桿菌與胰腺癌呈正相關(guān)，而梭菌屬和細(xì)毛菌屬與胰腺癌呈負(fù)相關(guān)。牙齦卟啉單胞菌可通過(guò)細(xì)胞因子和受體降解破壞信號(hào)通路及人體免疫系統(tǒng)，啟動(dòng)Toll 樣受體（Toll-like receptor，TLR）信號(hào)通路[38]，該通路被發(fā)現(xiàn)與炎癥、免疫調(diào)控、胰腺癌均有關(guān)。TLR 在胰腺癌組織中過(guò)表達(dá)，可通過(guò)調(diào)控有絲分裂原活化蛋白激酶、核因子κB、miRNA 及IL參與胰腺癌發(fā)病[39]。但牙齦卟啉單胞菌作為人體口腔微生物是如何參與胰腺腫瘤的發(fā)生發(fā)展，目前暫不明確。

Gong 等[40]發(fā)現(xiàn)螺桿菌檢出率在胰腺癌細(xì)胞中明顯增高，組織中黏蛋白4 mRNA 表達(dá)水平升高可能是螺旋桿菌參與胰腺腫瘤的發(fā)病機(jī)制。上文述NO 能干擾DNA 修復(fù)，該機(jī)制也可能涉及胰腺腫瘤，研究顯示，螺桿菌感染者體內(nèi)NO 較正常人增多[41]，NO可能通過(guò)參與亞硝酸鹽及其亞硝基化合物合成導(dǎo)致感染者胰腺腫瘤傾向性。

若感染毒性更強(qiáng)的幽門螺桿菌細(xì)胞毒素相關(guān)蛋白A 陽(yáng)性的菌株，可能增加自身免疫性胰腺炎及胰腺腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)[42]。而又有研究顯示，幽門螺桿菌感染可能降低胰腺癌患病風(fēng)險(xiǎn)，且與患者ABO 血型無(wú)關(guān)[43]。至于螺桿菌感染是否與胰腺腫瘤確切相關(guān)及具體機(jī)制目前暫無(wú)定論，需要更進(jìn)一步研究。

6 小結(jié)

隨著高通量宏基因測(cè)序、16S rRNA 測(cè)序、代謝組學(xué)等技術(shù)的發(fā)展，人體消化系統(tǒng)微生物與膽胰疾病的關(guān)系越發(fā)受到重視。不少動(dòng)物實(shí)驗(yàn)被設(shè)計(jì)用于探索消化道菌群與膽胰疾病的關(guān)系，但實(shí)際影響人體消化道菌群的因素多且復(fù)雜，需要更多嚴(yán)密的臨床研究或動(dòng)物實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步論證。期待消化系統(tǒng)微生態(tài)與疾病關(guān)系的深層次研究能為未來(lái)疾病診斷及疾病腸治（如飲食干預(yù)、微生態(tài)制劑、糞便菌群移植等）開(kāi)辟嶄新道路。