张嘉峻，李文璇，崔馨方，周方

(1.郑州大学附属儿童医院消化内科，郑州 450018; 2.郑州大学医学院，郑州 450052)

炎性肠病(inflammatory bowel disease，IBD)是一组病因尚未阐明的慢性非特异性肠道炎症性疾病，包括溃疡性结肠炎(ulcerative colitis，UC)和克罗恩病[1]。目前关于IBD的确切发病机制尚无定论，但普遍认为IBD的发病与遗传易感性、免疫反应失衡、环境因素以及肠道菌群等有关。近年来，我国IBD的发病率逐年升高，迁延的病程和不良的预后严重影响了患者的工作和生活[2]。

肠道菌群是定植在人体肠道内的一大类共生微生物群，正常情况下参与肠道的代谢、营养、屏障以及免疫等生理活动，维持正常的机体稳态，与机体处于互利共生的平衡状态。随着对肠道菌群研究的深入发现，肠道菌群失调与IBD的发生有着密切且又复杂的联系。肠道菌群的组成或多样性发生变化时会导致肠道菌群失调，进而影响肠道正常的代谢过程，扰乱肠道免疫系统稳态，促进或诱导疾病的发生、发展[3]。氨基水杨酸类、糖皮质激素、免疫抑制剂以及生物制剂等是治疗IBD的常用药物，近年来改善菌群紊乱的微生态制剂(益生菌、益生元等)也逐渐用于IBD的治疗[4]。现就肠道菌群与IBD的研究进展予以综述，以期为IBD的诊治提供参考。

1 肠道菌群

人体肠道中存在多种多样的微生物，包括细菌、病毒、真菌等[5]，这些微生物与宿主处于相互影响的共生状态，构成了肠道内复杂而又稳定的生态系统。个体遗传和环境因素影响肠道微生物的同时，肠道微生物在营养、代谢、宿主防御等方面具有一些宿主难以实现的功能。

1.1肠道菌群构成 在大部分健康个体中，肠道微生物以细菌为主，种类有500余种，数量可达1014个，绝大部分肠道细菌为专性厌氧菌，主要由厚壁菌门、拟杆菌门两大菌门组成，其次是变形菌门和放线菌门[1,3,6]。根据肠道菌群与人体肠道的关系，可分为有益菌、条件致病菌、致病菌三类[6]。有益菌(乳杆菌、双歧杆菌、产丁酸菌等)作为肠道的优势菌群，在促进肠道代谢方面有积极作用；条件致病菌(如埃希杆菌、肠球菌、普雷沃菌)在正常情况下可维护肠道功能稳态，但在一定条件下如肠道菌群失调时会诱发疾病；致病菌(变形杆菌、沙门菌等)多是外来侵袭性细菌，会抑制正常肠道菌群的功能，破坏肠黏膜，诱发慢性炎症，从而导致疾病发生[7]。随着人体的生长发育，肠道菌群也发生着动态变化：婴幼儿期，肠道处于无菌状态，随后厌氧菌(双歧杆菌、肠杆菌等)开始定植于肠道内；至2岁时，肠道菌群的组成和多样性开始与成人接近，且优势菌群也会随着年龄的增加、饮食习惯及环境等的改变而变化[8-9]。

1.2肠道菌群功能 在肠道微生物基因多样性背景下，肠道菌群可以辅助机体消化食物，并产生相应的代谢产物参与维持肠道健康。此外，胃肠道是与外界相通的器官，有更多的机会发生病原菌侵入，而肠道菌群具有拮抗病原菌的作用，并作为刺激源促进肠黏膜免疫系统发育。

1.2.1营养代谢功能 肠道菌群的基因多样性提供了不同于宿主自身代谢活动的各种酶和生化途径，使其可通过酵解的方式对不可消化的碳水化合物(如抗性淀粉、果胶、纤维素)进行代谢，产生能量供给机体和微生物本身，并生成短链脂肪酸(short-chain fatty acids，SCFAs)，此外肠道微生物对蛋白质的厌氧代谢也会产生SCFAs[10]。SCFAs中的丙酸盐和丁酸盐可调节肠道的生理和免疫功能，乙酸盐可作为糖异生和脂肪生成的底物，同时SCFAs有促进肠上皮细胞增殖和分化的功能[10-11]。有研究表明，SCFAs有益于改善胰岛素敏感性[11]，2型糖尿病患者体内产生丁酸盐的细菌数量明显减少[12]。此外，肠道菌群也参与维生素的代谢，可以促进维生素K、叶酸和烟酸的合成，并可通过调节成纤维细胞生长因子-23的表达参与维生素D在体内的代谢过程[13-14]。

1.2.2屏障保护功能 肠黏膜屏障由上皮细胞和杯状细胞分泌的黏液层组成，含有共生细菌。肠黏膜屏障是抵御肠道病原微生物群的第一道防线，其中肠上皮细胞构建的化学和物理屏障将肠道微生物群与肠黏膜免疫细胞隔离，以避免异常的免疫反应，进而建立共生互利的关系。同时，肠道菌群也可通过多种机制维持屏障功能稳态，如鼠李糖乳杆菌通过促进杯状细胞产生黏液及增加紧密连接蛋白Occludin和上皮钙黏素的表达水平增强肠黏膜屏障功能[15]，嗜酸乳杆菌和多形拟杆菌可抑制细胞因子诱导的肠黏膜通透性增加，嗜热链球菌UASt-09可促进黏蛋白和抗微生物肽的合成，以改善肠黏膜屏障功能[16]。此外，肠道菌群代谢产生的SCFAs也可通过促进肠上皮细胞的增殖、分化以及隐窝结构的形成，调节肠道屏障功能[17]。另一方面，肠道菌群本身也可以抵抗外来病原微生物的入侵，起到一定的防御保护作用。非致病细菌可在肠上皮细胞的刷状边缘争夺附着位点，从而防止侵袭性细菌附着和侵入肠上皮细胞，而无菌动物则非常容易感染；同时，肠道有益菌也会通过相互竞争营养物质和细菌素的分泌，抑制其他致病菌的入侵。

1.2.3免疫功能 作为人体重要的淋巴器官，肠道相关淋巴组织包含人体最大的免疫细胞群，其免疫功能的建立和发挥也受肠道菌群的影响[2]。肠黏膜上皮细胞通过模式识别受体(包括Toll样受体和NOD样受体)识别微生物群表达的微生物相关分子模式[18]，激活先天免疫系统，导致核因子κB和炎症通路激活，从而刺激促炎性细胞因子和趋化因子产生，进而增强组织的稳态和黏膜耐受性。与正常动物相比，无菌动物肠黏膜中的淋巴细胞密度、派伊尔斑大小和数量以及血液免疫球蛋白水平均偏低，而暴露于肠腔内微生物后，生发中心在滤泡和固有层中迅速出现，淋巴细胞数量和免疫球蛋白水平显著升高[19]。肠道微生物的定植可刺激淋巴滤泡和肠系膜淋巴结发育和成熟，促进产分泌型免疫球蛋白B细胞的成熟，以及诱导T细胞分化和修复免疫系统的异常[20]，如益生菌唾液乳杆菌Ls33和鼠李糖乳杆菌Lr32可通过Toll样受体2受体和NOD2受体依赖通路，诱导树突状细胞生成吲哚胺2，3-双加氧酶，进而促进CD4+CD25+T细胞分化[21]。此外，肠道菌群的代谢产物也具有免疫调节活性，如SCFAs可诱导上皮细胞产生转化生长因子-β而促进调节性T细胞的增殖和分化，乳酸盐通过影响固有层的巨噬细胞而发挥免疫调节活性[10]。部分细菌属(如双歧杆菌属、乳杆菌属和粪杆菌属)也具有抑制炎症通路激活和巨噬细胞产生促炎性细胞因子的作用[22]。

2 菌群失调与IBD

目前，全基因组研究已经发现多个IBD易感基因，其中部分基因产物可以感知和影响肠道微生物的变化，并可通过自噬途径清除病原微生物，保证机体肠道微生态平衡。当这些基因发生突变时，微生物感知能力和细菌清除能力受损，肠道菌群构成发生改变而出现紊乱，进一步破坏肠黏膜屏障功能，并出现肠道黏膜免疫失衡，从而增加IBD的发生风险。

2.1肠道菌群变化 尽管IBD的病因尚不清楚，但多项研究发现IBD患者存在肠道菌群紊乱现象，且菌群失调也参与了IBD炎症的发生和发展[19,23-24]。Vich Vila等[5]对355例IBD患者的粪便样本进行高分辨率宏基因组测序发现，产丁酸盐细菌减少，有益菌株多样性减少，而大肠埃希菌、志贺菌等机会致病菌株增加，且部分编码抗生素抗性蛋白基因的细菌丰度增加。与健康个体相比，IBD患者肠道共生细菌多样性减少，尤其是厚壁菌门和拟杆菌门减少，而肠杆菌、放线菌和变形菌等侵袭性致病菌相对增加[3]。有研究者在UC患者的回肠结肠活检标本中分离出黏附-侵袭性大肠埃希菌菌株[23]。此外，在肠道菌群紊乱的背景下，侵袭性细菌和细菌毒素可侵犯入血，部分IBD患者血清样本中艰难梭菌、沙门菌和金黄色葡萄球菌等细菌毒素水平显著升高[24]。总之，IBD患者肠道菌群的正常比例发生变化，肠道微生态的不稳定性升高，其紊乱失调主要体现在菌群组成和多样性改变两方面，表现为有益菌种类和数量的减少，而机会致病菌和致病菌的显著增加。

2.2屏障功能障碍 在IBD患者肠道微生态失衡和IBD易感基因突变的背景下，机体肠道防御和免疫功能发生失调，肠黏膜的完整性和渗透性发生改变，其中益生菌的减少和致病菌的增加可能是导致肠黏膜屏障功能障碍的两个主要途径[1,19]。

2.2.1有益菌的减少 肠道菌群在正常情况下有利于肠黏膜屏障功能的发挥，当益生菌的数量和多样性减少时，正常的代谢功能不能完全发挥，如SCFAs生成减少导致对黏液分泌的促进作用以及下调炎症细胞因子的作用减弱[10]。有研究发现，活动性UC患者的结肠黏液中黏蛋白显著减少[25]，导致肠黏膜屏障缺陷，从而引起肠道细菌的入侵和免疫的过度激活，最终导致肠黏膜损伤、感染及炎症。此外，益生菌的功能受到抑制也会导致抗菌肽生成减少以及对致病菌的竞争作用减弱[17,20]，这进一步加剧了致病菌的侵袭作用。

2.2.2致病菌的增加 IBD患者肠道内致病菌增多，一方面，由于肠道屏障功能缺陷，致病菌更易浸润肠道黏膜和损伤肠上皮细胞，从而引发肠道炎症；另一方面，致病菌的侵袭性和毒素也会进一步破坏肠道屏障功能。在黏膜屏障功能障碍的基础上，一些机会致病菌会表现出一定的致病能力，如大肠埃希菌、志贺菌等可侵入肠黏膜上皮，导致结肠溃疡和血性腹泻，大肠埃希菌可能参与诱导克罗恩病肉芽肿的形成[26-27]。Rhee等[28]通过口服产肠毒素的脆弱芽孢杆菌诱导小鼠肠黏膜通透性增加，之后小鼠出现持续性结肠炎表现，并提出上皮屏障功能障碍可能先于黏膜炎症的发生。通过对IBD患者的肠黏膜进行荧光原位杂交分析发现，黏膜相关黏附性细菌的丰度增加，这些病原菌的增加可能会诱导炎症细胞因子的产生，引起肠黏膜通透性增加，进而诱发细菌移位，加剧炎症反应，同时多种致病菌产生的毒素也更易通过屏障功能受损的肠黏膜进入血液循环，引发相关全身症状，并参与IBD的进程[1,24]。

2.3菌群失调与免疫 在菌群紊乱和肠道屏障功能缺陷的基础上，大量侵袭性致病菌和免疫细胞浸润到肠道固有层，并在局部组织产生高水平的促炎性细胞因子，如白细胞介素(interleukin，IL)-1β、IL-6、IL-18、肿瘤坏死因子-α、γ干扰素等，导致免疫系统过度激活，进而驱动炎症反应的发生[29]；同时IBD患者对肠道菌群的免疫耐受受限，肠黏膜分泌的抗广谱共生细菌的免疫球蛋白G型抗体增加，而免疫球蛋白G激活补体和炎症介质级联反应介导的免疫炎症反应会进一步损伤肠黏膜[30]。肠道菌群紊乱也会引起T细胞分化异常。正常情况下，幼稚T细胞在抗原呈递细胞产生的效应细胞因子调控下分化为辅助性T细胞(helper T cell,Th细胞)1、Th2、Th17和调节性T细胞，而肠道菌群失调会打破肠道Th17细胞和调节性T细胞的平衡。Britton等[31]将来自健康和IBD供体的肠道微生物群定植到无菌小鼠上，结果发现，与定植健康供体微生物群的无菌小鼠相比，定植IBD供体微生物群的无菌小鼠肠道中的Th17细胞和Th2细胞数量明显增加，而调节性T细胞数量减少。其中，Th17细胞被认为在IBD的发病机制中具有关键作用，其分泌的IL-17(如IL-17A和IL-17F)是强促炎性细胞因子，通过激活信号转导及转录活化因子3信号通路，刺激强烈的慢性免疫炎症反应发生[32]。调节性T细胞在保持免疫稳态和建立对非致病性抗原(如共生细菌)的免疫耐受方面起关键作用，其通过表达叉头框转录因子P3抑制Th17型相关细胞因子的表达，进而表现出抗炎活性，因此调节性T细胞功能的衰竭也参与了IBD的发生发展[33-34]。

3 肠道菌群调节与IBD治疗

目前IBD的治疗药物仍以糖皮质激素、氨基水杨酸类、免疫抑制剂以及生物制剂为主[4]，但随着对肠道菌群研究的深入，旨在改善菌群失调的益生菌、益生元、肠道粪菌移植(faecal bacteria transplantation，FMT)等治疗方式也逐渐应用于IBD的临床治疗。

3.1益生菌 益生菌是对人体健康有益的一类微生物，可以是非肠道定居菌。目前多种乳制品中含有益生菌补充剂，如双歧杆菌、唾液乳杆菌以及由多种菌株组合而成的细菌制剂VSL#3、大肠埃希菌Nissle 1917等[35]。对于IBD患者，益生菌具有调节黏膜免疫和炎症反应的功能，有助于维持肠道微环境的稳态，对缓解疾病活动度和降低复发率有一定的有益作用。Matsuoka等[36]研究显示，与使用安慰剂相比，口服双歧杆菌发酵乳可以维持静止期UC患者的疾病缓解率。另一项临床对照试验显示，采用布拉酵母菌联合美沙拉嗪治疗的活动期克罗恩病患者临床缓解率高于单独使用美沙拉嗪的患者[37]。在一项涉及327例IBD患者的双盲、随机试验中，口服大肠埃希菌Nissle 1917组和口服美沙拉嗪组停药后的复发率相似[38]。以上研究表明，益生菌在一定程度上可作为美沙拉嗪的辅助或替代治疗，用于缓解IBD活动期病情和降低静止期疾病复发率。

3.2益生元 益生元是人体肠酶不可消化的碳水化合物，常见的益生元产品有菊粉、瓜尔豆胶、低聚半乳糖、低聚果糖等，其可被肠道有益菌利用以提供能量，产生SCFAs等代谢产物，调节肠道酸碱度，促进巨噬细胞分泌免疫球蛋白A，拮抗病原微生物，直接或间接促进肠道有益菌生长，改善肠道微生态[39]。有研究者采用UC大鼠评价杭白菊多糖对肠道菌群的影响，结果发现，大鼠肠道内有益菌多样性增加，而条件致病菌多样性降低，抗炎性细胞因子(如IL-4、IL-10、IL-11)增加，促炎性细胞因子(如IL-17、IL-1β、γ干扰素)减少[7]。提示益生元改善肠道微生态的重要机制可能是促进肠道有益菌群生长以及调节肠黏膜免疫功能。

3.3FMT 在公元4世纪我国就有类似粪菌移植的相关记载，即通过口服人类粪便悬浮液以治疗食物中毒或严重腹泻[40]。FMT是将健康供体粪便中的功能菌群通过上消化道或下消化道移植到患者肠道内，旨在恢复患者肠道菌群的稳态以改善疾病转归，其是近年来兴起的一种肠道微生态治疗手段。目前已有多项关于FMT治疗IBD患者安全性和有效性的研究，且接受FMT治疗UC组患者的临床缓解率高于安慰剂组[41-42]。一项关于FMT治疗IBD的Meta分析表明，FMT是治疗IBD的一种安全有效的方法，新鲜或冷冻的供体粪便、分娩方式和抗生素预处理与否对FMT治疗IBD的效果无影响，且FMT在中重度IBD患者中具有更高的临床缓解率[43]。FMT治疗后对患者粪便样品进行16S核糖体RNA测序发现，患者肠道菌群组成变化趋势倾向于供体，且多样性有所增加[44]。也有研究认为，产丁酸盐细菌的补充可能是FMT治疗有效的关键因素之一[45]。目前关于FMT治疗严重不良反应的报道较少，仅发生过一些轻度或自限性不良反应，如腹痛、发热、腹泻，但长期安全性需要进一步研究[46]。

4 展 望

IBD的发病涉及遗传、免疫反应、环境等多个因素，但其确切发病机制尚未完全阐明。肠道菌群在维持肠道功能稳态方面发挥重要作用，肠道菌群组成和功能的改变可通过影响代谢、免疫及肠黏膜屏障功能等方面参与IBD的发生发展。肠道菌群与IBD错综复杂的关系还有待进一步的研究，如肠道菌群紊乱与IBD发生是否存在先后因果关系，哪些特定菌群种类在IBD发病中起重要作用，宿主遗传易感性和肠道菌群是否存在关联，肠道菌群紊乱影响IBD的潜在分子生物学机制。对以上问题的探讨有助于进一步了解IBD的发病机制以及寻找新的治疗靶点。此外，肠道菌群组成与IBD的分型、病情严重程度以及预后评估的关系或许可以成为未来临床研究的方向。关于微生物疗法，益生菌、益生元等制剂治疗已经取得了较好的疗效，如何选择合适的菌株和开展个性化治疗成为未来研究的重点；而FMT虽有一定的疗效，但长期安全性如对免疫功能的影响和潜在感染等仍需要更多的临床试验进行研究。