急性胰腺炎患者腸道菌群變化及益生菌的應用

呂彥青， 李嘉杰， 劉坤禹， 郭汝華， 季慧范

吉林大學白求恩第一醫(yī)院肝膽胰內科， 長春 130021

急性胰腺炎（acute pancreatitis，AP）是多種病因導致胰腺組織自身消化所致的胰腺水腫、出血及壞死等炎癥性損傷，組織學上以腺泡細胞破壞為特征。常見的病因是膽道疾病、高甘油三酯血癥、乙醇，其他病因有藥物、胰管阻塞、手術與創(chuàng)傷、病毒感染等，或多因素參與發(fā)病，新型冠狀病毒感染被認為可能導致AP，但其因果關系仍有待研究［1］。AP 是臨床常見的急腹癥，全球每年發(fā)病率為34/10 萬［2］；隨著人們生活方式改變，生活水平提高，暴露于更多環(huán)境危險因素中，發(fā)病率呈上升趨勢。根據《亞特蘭大分類標準2012（修訂版）》，AP 可以分為輕癥急性胰腺炎（MAP）、中度重癥急性胰腺炎（MSAP）、重癥急性胰腺炎（SAP）［3］。AP是全身性炎癥性疾病，而腸道是炎癥反應的重要靶器官，腸道菌群在疾病發(fā)生發(fā)展中起到重要作用。該病會導致腸道屏障損傷和黏膜通透性增加，并可能進一步引起腸道細菌移位，進而導致胰腺和胰周組織壞死、感染，常伴有全身炎癥反應綜合征（SIRS）和多器官功能障礙綜合征（MODS）［4］。此外，SIRS 期間釋放的大量細胞因子會嚴重損害腸道屏障功能，增加黏膜通透性，導致腸道菌群或腸道機會致病菌和內毒素進入淋巴管或門靜脈系統(tǒng)，最終到達身體每個部位［5］。因此，維持腸道微生態(tài)穩(wěn)態(tài)可能為調節(jié)全身感染和改善病情提供一種潛在的有效方法。近年來AP 患者的腸道菌群成為研究熱點，但菌群失調的病理及分子機制尚未完全闡明，微生態(tài)制劑應用尚未形成規(guī)范。本文從AP 病情與腸道菌群相互關系和益生菌治療兩方面出發(fā)，對其研究現狀進行綜述，以期為AP 診治提供新的思路。

1 腸道菌群

腸道微生物組由腸道微生物、基因組和周圍環(huán)境條件構成［6］。人類的腸道有100萬億種微生物定植，有大于50 個門和1 500 個種，是人類基因組的150 倍［7］。腸道菌群根據可培養(yǎng)細菌數量分為主要（優(yōu)勢）菌群和次要菌群；根據其在體內存在和發(fā)揮多種功能的方式的差異分為三種不同的類型：共生菌，占比超過90%，具有滋養(yǎng)和免疫調節(jié)作用；機會性致病菌，在機體免疫力較低或抗生素濫用等情況下致??；致病菌，數量較少且難以定植，一旦數量超出正常范圍就會致?。?］。生理情況下厚壁菌門（Firmicutes）數量最多，其次是擬桿菌門（Bacteroidetes），其他常見門有變形菌門（Proteobacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、梭形桿菌門（Fusobacteria）等［7］。包括腸道pH 值、氧氣水平、氧化還原狀況、營養(yǎng)狀況、水和溫度在內的多種環(huán)境參數與腸道菌群構成相關，故不同個體腸道菌群組成有很大差異。一項納入114 名健康青年人的隨機抽樣研究依據差異性的腸道菌群將人群分為4 類，不同的人群其優(yōu)勢菌群不僅影響人體腸道微環(huán)境，還會直接或間接影響人體的情緒、消化和免疫功能等［8］。腸道菌群失調參與多種疾病的發(fā)生與進展，如炎癥性腸病、腸易激綜合征、帕金森病、肥胖等?，F有研究資料亦表明腸道菌群參與AP 的發(fā)生發(fā)展，菌群失調與AP互為因果。

2 AP與腸道菌群相互影響

2.1 AP患者腸道菌群變化 正常情況下，人體腸道屏障可分為4層，即機械屏障、化學屏障、免疫屏障和生物屏障，生物屏障也就是所說的腸道菌群［9］。AP患者存在菌群失調，其菌群豐度和多樣性與健康對照者相比明顯不同；菌群失調與氧化應激和炎癥反應、缺血再灌注損傷、胰源性腹水等相關，并且可以反過來影響AP病情進程［9］，兩者互為因果，但是相關機制尚未完全闡明。一項動物實驗表明，在門水平，AP大鼠腸道菌群中糖桿菌門（Sacchariacteria）、軟壁菌門（Tenericutes）明顯減少；在屬水平，埃希氏-志賀菌屬（Escherichia-Shigella）、考拉桿菌屬（Phasolarctobacterium）顯著增加［10］。Chen等［10］應用16S rRNA基因測序分析大鼠糞便樣本微生物群變化，結果表明急性出血壞死性胰腺炎大鼠與假手術組相比，兩組微生物群呈現結構性分離，急性出血壞死性胰腺炎組微生物群多樣性降低且存在菌群失調。一項納入165 例AP 患者和健康對照者（MAP 41 例、MSAP 59例、SAP 30例、健康對照35例）的研究［9］發(fā)現，對糞便樣本進行16S rRNA基因測序分析，與健康對照者相比，AP 患者α 多樣性（群落內的多樣性）降低，代表AP 患者腸道菌群豐度降低；β 多樣性（群落間的多樣性）降低，呈現出結構性分離；在門水平，AP 患者擬桿菌門豐度明顯下降，變形桿菌門明顯上升；在種屬水平，埃希氏-志賀菌屬相對豐度明顯升高，為健康對照組的48.8 倍，同時腸球菌屬也增加。研究發(fā)現，不同嚴重程度的AP，腸道菌群呈現不同的變化，Yu等［11］對60例AP患者（MAP 20例、MSAP 20例、SAP 20 例）和20 例健康對照者糞便標本行16S rRNA 測序，結果顯示不同嚴重程度AP 優(yōu)勢菌群不盡相同，MAP 為擬桿菌屬，MSAP 為埃希氏-志賀菌屬，SAP 為腸球菌屬、埃希氏-志賀菌屬。另外，多項研究發(fā)現臨床檢驗參數與腸道菌群豐度相關，Tan 等［12］研究發(fā)現AP 患者血漿細胞因子水平與優(yōu)勢菌群存在關系，IL-1、IL-10、TNF-α 水平與擬桿菌屬呈正相關，IL-1、TNF-α 水平與腸桿菌科呈正相關，IL-6 水平與細菌總數呈正相關，內毒素與腸球菌呈正相關。Zhu 等［9］研究發(fā)現埃希氏-志賀菌屬與TNF-α、IL-1b、DAO、D-lac呈正相關；相比之下，健康對照者富含的菌群與炎性細胞因子及腸道屏障指數之間呈負相關。

2.2 AP致腸道菌群失調的機制

2.2.1 腸道通透性增加 AP 可導致腸道屏障損傷，腸道通透性增高，主要表現為緊密連接蛋白表達水平降低、腸道黏液層被破壞以及腸道免疫功能紊亂［13-14］。Sendler等［15］發(fā)現，AP 患者腸道屏障損傷加重，血清和回腸末端TNF-α、IL-1β 和IL-17A 的表達水平升高，潘氏細胞抗菌肽、溶菌酶和α-防御素-5的表達水平降低。相關機制有：（1）氧化應激和炎癥反應。AP 患者的腺泡細胞被證明可以產生大量的活性氧，這些物質可以破壞細胞膜，將消化酶和細胞蛋白釋放在胰腺間質和機體循環(huán)中，加重胰腺損傷并導致鄰近組織和遠隔器官的壞死風險增加，在SAP 動物模型和患者中都發(fā)現了自由基活性增加和脂質過氧化物濃度的增加［16-18］，若自由基的產生和抗氧化系統(tǒng)之間不平衡則會誘發(fā)AP［17］。黃嘌呤氧化酶［19］和一氧化氮合酶［20］活性增加可能是自由基產生增多的原因。自由基和促炎細胞因子（例如TNF-α、IL-1β）可以通過激活p38-MAPK和NF-κB 通路致使細胞因子、趨化因子和其他促炎介質基因的過度表達，激活驅動炎癥級聯反應的信號轉導通路［19］，且已充分證實刺激p38-MAPK可提高NF-κB活性［21］。絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）是一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶和信號轉導介質，其激活參與炎癥的調節(jié)。其他相關通路有STAT1-α、STAT-3 等，研究尚未成熟。（2）缺血再灌注損傷和微循環(huán)系統(tǒng)紊亂。腸黏膜對缺血缺氧高度敏感，AP 病程開始后，機體釋放大量炎性細胞因子和血管活性物質（例如NO、血栓素A2 等），NO 通過超氧離子轉化為細胞毒性硝酸鹽，從而加速腸絨毛破壞，同時滲出液體和產生大量氧自由基。此時中性粒細胞被活化，使炎性因子進一步釋放，會降低腸道灌注，導致有效循環(huán)血容量急劇下降，腸道微循環(huán)障礙。重癥患者在疾病早期通常會經歷腸道灌注，主動液體復蘇可引起腸道缺血再灌注損傷。有學者［5］發(fā)現，在SAP 過程中，丙二醛和黃嘌呤氧化酶活性增加，而超氧化物歧化酶和谷胱甘肽（重要的抗氧化劑）含量下降。由于缺血再灌注損傷，腸道會聚集黃嘌呤氧化酶和次黃嘌呤并釋放一系列活性氧，使腸道灌注減少，并進一步加重腸道屏障損傷。

2.2.2 胰源性腹水 AP 病程中會產生胰源性腹水，相關機制有：炎癥反應及毛細血管滲漏、胰腺導管破裂、胰周液體積聚自發(fā)破裂或經壁擴散及滲漏、低白蛋白血癥、門靜脈高壓、淋巴管阻塞［22］。胰腺炎相關腹水中含有大量的炎性介質及活性消化酶，具有較強毒性。一方面，其可能導致麻痹性腸梗阻和腹腔間隔室綜合征，加重腸道黏膜缺血性損傷；另一方面，胰腺壞死物質及其崩解產物等可破壞Cajal 間質細胞與神經肌肉間的連接，直接刺激腸系膜神經根和胃腸道，從而加速上皮細胞凋亡，最終干擾炎癥反應的內源性調節(jié)機制，進一步加重AP病情［12］。

2.2.3 其他機制 AP 患者在發(fā)病早期通常需要禁食水及腸外營養(yǎng)，機體可能存在營養(yǎng)不良，腸道處于應激和高營養(yǎng)物質消耗狀態(tài)，可直接引起腸黏膜細胞的能量不足，從而導致腸黏膜萎縮并引起腸道微生物失調［23］。SAP患者通常伴有嚴重的全身炎癥反應，其可顯著增加分解代謝和能量消耗，導致機體營養(yǎng)儲備快速流失、酸堿調節(jié)失衡，進而導致腸道等器官的結構和功能受損。另外，血清胃動素和膽囊收縮素水平降低，引起膽汁排泄異常，腸道動力減退，大量毒素積累，會導致菌群失調［5］；胰液分泌和排泄異常，導管壓力升高，加重胰源性腹水生成。以上病理過程并非獨立發(fā)揮作用，缺血再灌注損傷、神經內分泌系統(tǒng)功能失調、胰源性腹水等會使腸道動力功能障礙，導致毒素積聚，加重菌群失調。

2.3 腸道菌群失調加重AP 病情 AP 早期發(fā)生腸道菌群失調和菌群移位，與疾病嚴重程度有關；菌群失調也可能參與SAP 病程的“二次打擊”［24］，其加重AP病情的機制目前尚不清楚，可能通過增加腸道通透性導致細菌移位、改變腸道微生物代謝、誘導黏膜免疫功能障礙等機制［25］。

2.3.1 細菌移位 致病菌可穿過腸道黏膜入血導致菌血癥、敗血癥，或轉移到鄰近器官如胰腺等［15］。模式識別受體Toll 樣受體、Nod 樣受體的激活可能參與細菌移位導致AP 發(fā)展的機制，且AP 的嚴重程度在缺乏Toll 樣受體4 的小鼠中得到改善［26］。Zhu 等［9］發(fā)現AP 患者腸道富含的潛在致病菌如志賀菌和腸球菌表現出正相關關系，表明有害菌之間可能存在協同關系，腸道微生物之間可以形成生態(tài)位特異性關系，這也可能導致腸道屏障的損害。

2.3.2 代謝變化

2.3.2.1 短鏈脂肪酸（short chain fatty acid，SCFA）SCFA已被公認為是參與腸道免疫功能的潛在介質，能夠抑制促炎因子的產生以及維持腸道屏障功能［9］，是腸上皮細胞的主要能量來源。許多研究［27］表明，AP患者腸道中可產生SCFA 的有益菌如擬桿菌、乳酸桿菌豐度降低，故AP 患者腸道中SCFA 的產生減少。首先，SCFA 減少使腸上皮細胞增殖分化延緩、細胞凋亡增加，也導致腸上皮緊密連接蛋白Zo-1 和Occludin 的合成和表達降低，腸黏膜的機械屏障功能受損［28］。其次，抗菌肽的產生減少，溶菌酶、防御素和黏蛋白基因的表達下降，腸黏膜的免疫屏障減弱［29］。最后，SCFA 產生減少使腸道pH 升高，使環(huán)境易于大腸桿菌和志賀菌等病原菌的生長和定植。若補充SCFA 可以通過增強腸道跨上皮細胞抵抗力，降低腸黏膜通透性，增強腸道化學屏障功能［30］。

2.3.2.2 缺氧誘導因子-2α（HIF-2α） 該轉錄因子通過增加鐵儲存蛋白——鐵蛋白，在腸道鐵吸收的生理過程中發(fā)揮重要作用。一項動物實驗［31］結果表明，利用兩種腸道微生態(tài)代謝物——reuterin、1，3-diaminopropane，可以通過阻止HIF-2α 與芳烴受體核易位劑的結合的二聚化，在體內和體外抑制腸道HIF-2α 的活性，最終防止鐵過載小鼠模型中的組織鐵積累。通過實驗推測腸道菌群紊亂會導致體內鐵穩(wěn)態(tài)的破壞，另外，腸道微生態(tài)代謝物改變可能通過誘導腸上皮細胞的鐵死亡促進腸道菌群移位，從而導致SAP進展［3］。其他相關代謝物有丁酸鹽［32］、乙?；嗵牵?3］、膽酸［34］等。由此推測，由于有益菌的減少，相關代謝物改變可能會促進腸道穩(wěn)態(tài)失衡、細菌易位，從而促進AP的進展。

2.3.3 腸道功能障礙 胃腸蠕動減弱或消失使腸道內細菌和毒素排泄障礙，腸道內細菌過度生長繁殖，造成菌群失調，加重胃腸道屏障功能損害，引起細菌移位和毒素的吸收，形成菌血癥，后者又可加重胃腸道動力障礙，最終引起SIRS 及MODS 的發(fā)生，從而惡化SAP的病情。

2.3.4 誘導腺泡細胞產生炎癥介質 Tsuji 等［26］發(fā)現腸道病原微生物可激活胰腺腺泡細胞的NOD1 受體，引起NOD1 介導的宿主防御反應，從而誘導促炎因子表達，例如單核細胞趨化蛋白-1 激活NF-κB 和STAT3 信號通路，介導CCR2+致病性骨髓細胞遷移和浸潤到胰腺中，加重胰腺損傷。NOD1 通過Ⅰ型IFN信號對正常非炎癥狀態(tài)下腸道共生生物作出反應，此信號不會導致炎癥，故共生生物的NOD1 激活不會在正常腸道中引起炎癥。

由此可見，AP 與腸道菌群密切相關，兩者相互影響促進AP 病情發(fā)生和發(fā)展?，F有動物實驗［35］表明AP 病情嚴重程度不同，腸道菌群的豐度及多樣性變化、優(yōu)勢菌群不盡相同，提示測定AP 患者菌群特征可以輔助診斷、協助分型及預測疾病預后，但仍需大量研究。疾病早期的菌群失調與SAP 危險性相關，調節(jié)腸道菌群可能為防治SAP 發(fā)展的潛在治療方法。進一步探究腸道共生菌群影響AP 病情的分子機制，針對發(fā)病機制干預疾病的進程；繼續(xù)探究哪些具體的細菌在這一過程中起到關鍵作用，可能為臨床指導用藥提供參考、延緩AP的重癥化提供新的思路。

3 益生菌輔助治療AP

基于腸道菌群的治療方案可分為以下三種：（1）補充具有抗炎功能的腸道菌群，例如補充益生菌和糞便菌群移植；（2）清除導致AP 進展的致病菌，如使用抗生素；（3）直接調節(jié)腸道微生態(tài)，比如給予腸內營養(yǎng)、益生元、合生元等［36］。益生菌屬于微生態(tài)制劑中的一種，亦是微生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，世界衛(wèi)生組織將益生菌定義為適量應用能夠對宿主健康有益的活體微生物的總稱［37］。其在調節(jié)腸道屏障功能、改善菌群失調中發(fā)揮重要作用，在臨床廣泛應用于消化及其他系統(tǒng)多種疾病，同時被認為是AP 潛在的輔助療法［38-39］。然而對于AP 患者，益生菌的開始應用時間、持續(xù)應用時間、種類及劑量尚無明確指南。在2002 年，Oláh等［40］首先對益生菌（植物乳桿菌299）治療胰腺炎進行了人體研究，發(fā)現植物乳桿菌299 沒有不良反應，可有效減少胰腺炎敗血癥和手術干預次數。隨后的一項研究［41］向31 例SAP 患者應用4 種乳酸菌以及4 種益生元纖維，顯著降低了SIRS 和MODS 累積發(fā)生率，提高了患者的康復率。然而，Besselink 等［42］的研究表明，多物種益生菌混合物（嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌、唾液乳桿菌、乳酸乳桿菌、雙歧桿菌和乳酸雙歧桿菌）并沒有降低感染性并發(fā)癥的風險，并且與死亡風險增加有關；在另一項回顧性研究［43］中，在診斷為SAP 且無初始器官衰竭的患者中，益生菌治療未顯示出正面或負面影響。荷蘭一項納入296例SAP患者的多中心、雙盲、安慰劑對照臨床試驗表明，在接受益生菌治療組中，152例患者中有24例（16%）死亡，而安慰劑組144例患者中有9例（6%）死亡［44］。益生菌治療的安全性也應當引起重視，應用益生菌可能導致菌群移位、抗菌藥物耐藥性基因轉移到耐藥菌，可能影響?zhàn)つの⑸锞渲亟ā２殚哖ubmed、Embase、Web of Science數據庫，匯總目前微生態(tài)制劑輔助治療AP的臨床隨機對照（RCT）研究（表1），16 篇研究中有10 篇結論為微生態(tài)制劑對病情恢復有益，可以減輕細菌移位，減少感染相關并發(fā)癥數量、手術干預數量，縮短住院時長，獲得更好的臨床結局，有5 篇獲益不明確，有1 篇結論為對病情恢復有害，會增加腸缺血和壞死發(fā)生率?？傮w而言，腸道微生態(tài)制劑輔助治療對AP 病情恢復效果尚不明確。在研究中，益生菌在AP 治療方面的爭議主要歸因于益生菌療法的不同組成、劑量和治療方法，因為在已被研究為潛在益生菌的數千種細菌中，只有少數具有益生菌和抗炎特性。因此，需要新的特定益生菌或益生菌的雞尾酒療法，廣泛的臨床前研究對于在臨床實踐中的應用至關重要［40］。

表1 AP患者應用微生態(tài)制劑的RCT研究Table 1 RCT studies on the application of microecological preparations in patients with acute pancreatitits

經糞便移植調節(jié)腸道菌群治療AP 的研究結果也不盡相同。Li等［59］發(fā)現經糞便移植治療后，小鼠腸黏膜損傷得到有效緩解。然而，另一項研究［32］發(fā)現經糞便移植治療增加了小鼠細菌移位和病死率。有學者［60］在2019 年報道了2 例AP 患者接受糞便菌群移植后發(fā)生嚴重菌血癥的案例，其中1例死亡。

4 總結與展望

近年來，作為人體中新發(fā)現的“器官”，腸道菌群在人體健康中的重要性已逐漸被認識，腸道菌群與宿主相互影響的研究作為一個新的方向值得重視。當前有許多問題仍未解決，首先，AP 發(fā)病時腸道屏障受損、黏膜免疫系統(tǒng)失調、菌群移位，可導致局部及全身并發(fā)癥，病情進展可能會引起MODS，但相關機制仍未完全明確；優(yōu)勢菌群變化相關的臨床研究結果仍不具體及統(tǒng)一，現有動物實驗及臨床試驗結果表明AP 會導致腸道菌群失調，且病情嚴重程度不同，優(yōu)勢菌群不同，故能否針對不同嚴重程度AP 患者的不同菌群添加特定某種或某些菌株，有待于進一步臨床試驗驗證；血樣本檢測較糞便樣本16S rRNA 測序或宏基因測序容易實現，若能根據血清細胞因子水平預測患者優(yōu)勢菌群，有望為臨床診斷和治療提供新思路。其次，益生菌輔助治療無詳細應用初始時間、劑量及療程，糞便移植治療AP 的有效性及安全性有待于進一步驗證。目前已開展眾多動物實驗和臨床試驗，未來仍需要大規(guī)模、多中心、隨機雙盲、前瞻性研究進一步探索。研究AP 患者腸道菌群豐度、多樣性、病理生理變化及發(fā)病機制，探究益生菌治療的具體方案，恢復生理性腸道菌群組成，是將來控制AP 病情進展、治療AP相關菌群失調和腸道衰竭的潛在靶點。

利益沖突聲明：本文不存在任何利益沖突。

作者貢獻聲明：呂彥青負責選題，分析資料，撰寫文章；李嘉杰、劉坤禹、郭汝華參與選題，收集資料；季慧范擬定寫作思路，指導撰寫文章并最終定稿。