沈冰冰,钱家鸣△
(中国医学科学院北京协和医学院消化科,北京)
溃疡性结肠炎(UlcerativeColitis,UC)的病因和发病机制目前尚不十分清楚,近来愈来愈多的研究认为免疫调节紊乱是关键的直接发病机制,肠道菌群是这种免疫损伤过程的重要激发因素。本文重点介绍肠道菌群在UC的变化以及益生菌在UC中的应用。
溃疡性结肠炎；肠道菌群；益生菌
R;R.62A()
IntestinalfloraandulcerativecolitisSHENBing2bing,QIANJia2ming(DepartmentofGastroenterology,PekingUnionHospital,Beijing,China)
炎症性肠病(Inflammatoryboweldisease,IBD)包括溃疡性结肠炎(UlcerativeColitis,UC)和克罗恩病(Crohn’sdisease,CD)两个独立的疾病,是一类病因和发病机制尚不十分清楚的肠道炎症性疾病。关于IBD发病机制方面研究主要集中在遗传易感性、免疫异常、肠道菌群改变。近来愈来愈多的研究认为IBD可能主要由遗传易感体质决定，免疫调节紊乱是关键的直接发病机制，肠道菌群是这种免疫损伤过程的重要激发因素，环境精神等因素可能是发病的诱因，这一观点得到大多数学者的支持。本文重点介绍肠道菌群在UC的变化以及益生菌在UC中的应用。
1肠道菌群组成及分布
人体消化系统中有正常微生物群,是定植在宿主消化道有益宿主的、并为宿主所必需的微生物群落,统称为肠道正常微生物群(简称为肠道正常菌群)。肠道正常菌群主要是由厌氧菌、兼性厌氧菌和需氧菌组成，厌氧菌占多数(99%),其中又以类杆菌与双歧杆菌为多，占总菌数的90%。目前已认识的种群最少包括50个菌属的～个菌种,总数约。肠道正常菌群的分布是上胃肠较少,回肠与结肠,特别结肠菌数明显增多,如乳酸杆菌在十二指肠约为cfu/ml,而在回肠增至～cfu/ml,至结肠在～cfu/ml。肠道的菌群大致可分为三大类：①与宿主共生的生理性细菌，为专性厌氧菌，是肠道的优势菌群，分别是类杆菌属、双歧杆菌属、乳酸杆菌属、C11eptum菌属、C1coccoides菌属和肠杆菌属，具有营养及免疫调节作用;②与宿主共栖的条件致病菌，以兼性需氧菌为主，为肠道非优势菌群(肠球菌与肠杆菌),当肠道菌群紊乱或不平衡时，对人体有害;③病原菌，大多为过路菌,长期定植的机会少，体内生态平衡时，即便存在，由于数量少，不足以致病，一旦数量超出正常则致病(变形杆菌和假单胞菌)。肠道菌群的组成目前尚未明确,主要原因是取样及培养困难,粪便标本中大约50%的可通过显微镜检出的细菌不能通过培养获得。有研究表明[1]，肠道黏膜层的细菌与肠腔内和存在于肠道细胞表面的细菌有很大不同。
2肠道菌群在UC发病机制中的作用
肠道内固有菌丛与IBD的关系是近年的研究热点。尽管IBD发病机制目前仍不清楚,早有研究发现在目前应用较多的小鼠DSS模型存在肠道菌群的变化，主要为拟杆菌和梭状芽胞杆菌的增多，提示肠道菌群很可能参与小鼠DSS结肠炎的发病[2];用转基因或敲除基因方法造成免疫缺陷的IBD动物模型[3,4],在肠道无菌环境下不会发生肠道炎症，但如重新恢复肠道正常菌丛状态，则出现肠道炎症。上述动物模型的研究表明：①基因背景影响IBD表现及严重程度;②无菌环境下多数模型不能形成IBD;③肠道菌群成分是IBD形成的必需条件。可以认为细菌是IBD相关的一个重要环境因素,研究肠道菌群的变化对于了解IBD发病机制是非常重要的。研究表明[5],UC患者肠腔内和肠黏膜内含有高浓度的细菌，结肠细菌数量高于回肠～0倍。DickinsonRJ等[6]发现，UC患者的粪便标本中存在具有黏附和侵袭特性的大肠杆菌，此类大肠杆菌菌株致病因子包括黏附素、溶血素和致坏死毒素。Oh2kusaT等[7]从UC患者分离并培养出变形梭状杆菌,上清液具有细胞毒性,用含有变形梭状杆菌的上清液给小鼠灌肠,小鼠发生类似人类UC样改变。进一步研究发现IBD患者肠道菌群发生变化。李润美等[8]应用肠杆菌基因间的重复共有序列(ERIC)2PCR技术分析l0例IBD患者及10例正常对照者的肠道细菌DNA指纹图谱,其中UC9例,CD1例,结果表明IBD组ERIC2PCR指纹图谱电泳DNA条带较少，且所有样本主带分布非常一致,均出现在约kb处,提示正常人肠道细菌种类多，而IBD患者少。HiromasaT等[9]采用16sRNA探针定量PCR法检测UC患者粪便标本发现脆弱类杆菌属明显低于正常对照,与Manichanh等的报道一致,而与以往报道不同,可能与鉴定方法不同有关,而且粪便pH及有机酸测定结果间接说明UC患者肠道菌群的变化。许多方法证实,与对照组相比,UC患者肠道黏膜有大量细菌。KleessenB等[10]使用荧光原位杂交技术(fluorescentin-sitehybridisation,FISH)证实UC患者83%结肠切除标本中黏膜表层组织所含细菌多于正常对照组,细菌侵袭黏膜的现象非常明显。SwidsinskiA等[11]同样应用FISH技术发现IBD患者黏膜细菌浓度明显高于正常人及肠易激综合征(IBS)患者,而且细菌大多具有黏附现象。崔海宏等[12]采用梯度稀释法对UC患者肠黏膜菌群进行分析,发现急性期肠杆菌、肠球菌和小梭菌增加,而双歧杆菌和乳酸杆菌减少;缓解期拟杆菌和双歧杆菌较急性期明显上升,而小梭菌数量下降。有学者发现[13,14],UC结肠切除术后囊袋炎患者需氧菌数量增加,厌氧菌与需氧菌比例下降,多数患者甲硝唑治疗近期有效,而慢性囊袋炎则需要益生菌治疗,表明细菌过渡生长与囊袋炎发生相关。虽然上述研究提示肠道菌群可能参与UC发病,但迄今为止流行病学资料尚未发现任何UC特异性致病菌,临床上应用抗生素治疗UC的疗效并不明显,而激素治疗有效,说明致病菌感染的连接作用很难解释UC发病。
进一步研究发现,IBD时肠道免疫系统对肠道内已发生变化的菌群不能耐受。DuchmannR等[15]发现,将活动性IBD患者炎症肠段的黏膜固有层单个核细胞(LPMC)在体外与自身肠道内细菌裂解液共育后,LPMC发生强烈的增殖反应,伴有大量的细胞因子如白介素22(IL22)、干扰素27(IFN27)、IL等分泌,而正常人LPMC对自身肠菌裂解液不发生增殖反应,说明正常人对自身的肠菌存在耐受,IBD患者的这种耐受打破。肠道菌群对肠道通透性改变的影响也引起了人们的注意。肠屏障功能受损，通透性增高，肠腔内的抗原、内毒素等促炎症物质进入肠黏膜固有层，诱发免疫反应。MadsenKL等[16]探讨了先天性IL缺陷小鼠肠道通透性增高与肠道炎症的关系，置于有菌环境中的基因缺陷小鼠2周龄时肠道尚未有损伤表现,肠道通透性即有增高，并且肠黏膜内TNF2α、IFN-γ的浓度也开始增高，肠道通透性增高与这两种细胞因子浓度相平行。而置于无菌环境中的基因缺陷小鼠肠道通透性正常，浓度也正常,表明先天性IL缺陷的小鼠对肠道菌群的黏膜免疫反应发生异常，导致肠道通透性增加，且先于肠道炎症反应。微生物成分对于异常炎症反应的启动作用目前已得到证实。UC与人类Toll样受体4(TLR24)基因变异有关[17],该基因编码脂多糖(lipopolysaccha2ride,LPS),LPS是G-菌细胞壁的重要组成部分，由TLR24识别，细菌LPS通过刺激TLR24或其他受体导致NF2κB表达系统活化，继而诱导一系列炎症反应[18]。上述研究初步揭示了基因易感、肠道菌群、黏膜免疫三者在UC发病中的可能关系。
3益生菌治疗UC
益生菌虽有百余年历史,但真正应用于临床还是最近几十年。上世纪九十年代中后期，相关的益生菌的临床应用与基础研究屡见不鲜，取得了令人鼓舞的效果。本世纪，KruisW等[19]报道在例UC患者维持治疗中比较美沙拉嗪和益生菌的治疗效果,两组患者分别口服美沙拉嗪mg3次/天和大肠埃希杆菌Nisslel次/天，疗程12个月,两组的复发率、缓解天数及疾病活动指数接近,说明益生菌治疗可取得与抗炎药物相似的疗效,且无不良反应。传统药物治疗无反应的34例轻、中度活动期UC患者接受6周益生菌制剂VSL#3(含有4种乳酸杆菌、3种双歧杆菌和1种链球菌)治疗，缓解率为53%,24%患者有反应,说明VSL#3对UC有一定的治疗作用[20]。KatoK等[21]观察微生态制剂治疗10例活动期UC患者，UDAI与安慰剂组比较明显下降。一项32例活动性UC开放性研究[22]显示VSL#3诱导UC缓解率为77%。GionchettiP等[23]应用益生菌制剂VSL#3维持治疗慢性囊袋炎,服药9个月后，VSL#3组仅3例复发，而安慰剂组全部复发，提示益生菌可有效地用于慢性囊袋炎缓解期的维持治疗。MimuraT[24]得到了类似的结果。从目前资料看，益生菌的作用主要体现在对囊袋炎和UC缓解期的维持治疗，对活动期疗效不显著。
基础研究表明，益生菌直接或间接作用于肠上皮发挥有益作用。MacfarlaneS等[25]给活动期的UC患者口服含有双歧杆菌的合生元1个月,实验前后用细菌学检验和直肠活组织检查方法检查患者肠内细菌比例,结果发现定植在肠黏膜上的双歧杆菌明显增加，表明益生菌可改善肠道菌群。崔海宏等[26]对30例UC患者应用双歧杆菌治疗后,其核转录因子κB(NF2κB)与DNA结合蛋白表达明显减少,表明益生菌可下调NF2κB。霍利娟等[27]应用益生菌和柳氮磺胺吡啶(SASP)治疗UC模型大鼠,发现黏膜中的IL21βmRNA和TNF2αmRNA均较模型组显著下降,说明益生菌可能通过抑制炎性因子的表达,与SASP同样起到治疗UC的作用。LeeT等[28]将活的、死的和照射灭活的益生菌饲于TLR22、TLR24、TLR29、MyD88基因敲除的IBD模型小鼠,研究表明益生菌可减轻TLR22、TLR24基因敲除小鼠结肠炎症的严重程度,对于TLR29、MyD88基因敲除小鼠则无这种作用,喂给小鼠益生菌DNA也能减轻小鼠结肠炎症的严重程度,而喂给小鼠甲基化DNA、小牛胸腺DNA、DNA酶处理的益生菌则无效,提示益生菌的这种保护作用主要是其自身DNA介导的,与其代谢产物和定植能力关系不大。接下来的研究中,他们发现细菌DNA通过TLR29诱导免疫细胞产生I型干扰素,后者可阻止破坏肠上皮屏障,从而起到抗炎的作用。
综上,肠道菌群与UC发病密切相关,随着肠道黏膜免疫系统及遗传易感性研究的不断完善,将逐步揭示肠道菌群在UC发病机制中的重要作用。
益生菌治疗UC取得了一定疗效,但仍存在一些问题,如益生菌治疗时机选择、剂量、疗程、安全性等问题,益生菌临床治疗评价今后尚需大宗病例的随机对照长期观察研究。
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