重症急性胰腺炎肠道菌群变化的研究进展
阿依江·加马力丁、王军红、马青变
作者单位：北京大学第三医院
胃肠道是人体最大的器官，为菌群提供了广阔的定植表面。肠道菌群与机体的诸多疾病有关，其菌群谱呈明显的个体化特征，被称之为人体的第二指纹。基于宏基因组学的研究，已经在人类肠道中鉴定出330万个微生物基因，多达10个细菌门和1000多个细菌物种。肠道对缺血缺氧极为敏感，又因为机体的炎症反应也会直接损伤肠道黏膜屏障，导致60%重症急性胰腺炎（severe acute pancreatitis，SAP）患者都会合并肠道功能损伤，而SAP患者的第2个死亡高峰正是由于肠黏膜屏障破坏、肠内细菌移位继而致胰腺和胰周感染并引起脓毒症而引起的。因此，有效地维持肠道屏障功能、调节肠道菌群对于SAP的治疗意义重大。
一、SAP患者肠道菌群变化
在急性胰腺炎（acute pancreatitis， AP)）的发生、发展过程中，胰蛋白酶的异常分泌和胰腺结构的破坏会导致胰腺分泌异常，从而导致体内稳态失衡及肠道菌群的变化。AP患者体内类杆菌门和变形杆菌门的数量增多，而后壁菌门和放线菌门的数量少于健康者。通过聚合酶链反应-变性梯度凝胶电泳，有学者发现，SAP患者肠道微生物区系中细菌的多样性减少，肠球菌和肠杆菌科比例增加，双歧杆菌比例减少，可知SAP患者出现肠道微生物区系失调。此外，随着AP患者病情加重，细菌的组成也发生了进一步变化，SAP患者肠道中益生菌如布拉氏菌的数量比中度胰腺炎和中重度胰腺炎患者有所减少。由此可知，肠道微生物群是AP的重要介质，其生态失调与AP的严重程度有关，同时也提示肠道微生物区系是SAP潜在治疗靶点。
研究人员利用动物模型进行进一步探索，动物实验也证实了类似的肠道微生物群的变化。Chen等应用16S核糖体RNA（16SrRNA）高通量测序分析研究了假手术组和SAP组大鼠肠道微生物群的变化，发现两组肠道微生物呈结构性分离，SAP组菌和柔嫩菌的丰度明显降低；在属水平上，志贺氏菌和角杆菌数量明显增加，而假丝酵母菌、普氏菌科细菌UCG-001、乳螺菌科真菌UCG-001、瘤胃梭状芽孢杆菌属和瘤胃球菌科真菌UCG-008的丰度明显下降。此外，Ye等分析了AP大鼠粪便微生物群的组成，结果表明，肥胖的AP大鼠粪便细菌丰富度低于正常体重AP大鼠，发现肥胖会加重AP，增强肠道通透性，加重肠道炎症。
免疫球蛋白A（IgA)）是一种主要位于小肠中的免疫球蛋白，可以保护肠道屏障免受致病菌侵害。不同的细菌可以刺激人体产生不同IgA，并与细菌结合，改变细菌代谢并消除黏膜炎症反应，从而维持免疫稳态。肠道菌群缺乏的AP大鼠与完整菌群的AP大鼠相比，胰腺损伤更轻，血浆中白细胞介素-17A、肿瘤坏死因子-α和白细胞介素-1β的水平更低，而以上表现均与IgA有关。可知IgA在肠道菌群与宿主间的免疫调节中起到重要作用。值得一提的是，虽然细菌感染在SAP中最常见，但真菌感染也正逐渐被人们所重视，其中以念珠菌感染最常见。肠道菌群移位是SAP患者发生真菌感染的重要机制之一。肠道黏膜通透性增加导致肠道真菌穿透肠道黏膜移位至血液循环中，进而发生败血症。SAP患者发生真菌感染的危险因素包括过度使用广谱抗菌药物、全胃肠外营养和机械通气等，因此，限制广谱抗菌药物的使用，尽早引入肠内营养等是重要的预防措施。预防性抗真菌药物的作用目前仍存在争议，需要进一步临床试验加以验证。
二、肠道菌群通过影响肠黏膜屏障功能而促进SAP的进展
正常的肠道细菌在维持肠黏膜完整性方面起着至关重要的作用，但AP所致的肠黏膜缺血再灌注损伤会破坏肠道屏障的完整性，导致肠道细菌移位，引起局部甚至全身感染。多数AP患者伴有肠道屏障损伤，主要表现为肠道黏膜通透性增高，进而导致肠道细菌移位、胰腺组织坏死感染甚至多器官功能障碍综合征。已有研究表明，AP的发病依赖于从肠道转移的共生细菌对腺泡细胞中NOD1基因的激活，进而诱导炎症介质的表达。
肠道菌群通过多种方式影响肠道屏障功能。在健康个体，生物屏障主要由正常的肠道菌群组成，可调节肠道微生态平衡，与人体和谐共存，不会引起肠道炎症反应。而当肠道菌群失衡时，首先被破坏的是肠道炎症反应和免疫反应。Tan等发现，血清白细胞介素-6的含量与肠杆菌和肠球菌丰度呈正相关，与双歧杆菌丰度呈负相关；血浆内毒素含量与肠球菌丰度呈正相关。这一发现提示，炎症反应在很大程度上与肠道菌群失调有关，肠道菌群也会影响肠黏膜的机械屏障。Zhu等研究报道，接受小檗碱（黄连素）治疗的小鼠通过增加肠道中益生菌阿克曼属的丰度，促进肠黏膜中紧密连接蛋白ZO-1和Occludin的表达，从而增厚肠黏膜的黏膜层，维持肠屏障功能。此外，黏性阿克曼氏菌高度分泌类菌毛蛋白Amuc1-100，该蛋白参与维持肠道黏膜免疫稳态，改善肠屏障功能。由此可见，肠道菌群可通过影响肠黏膜的生物、机械和免疫屏障来影响AP进展。
三、肠道菌群影响SAP肠黏膜屏障机制
近年来，随着对肠道微生态的深入探索，大量研究发现，除了肠道菌群本身，其代谢产物也参与机体活动和代谢调节。肠道菌群的代谢产物主要由短链脂肪酸（short-chain fatty acids， SCFAs）、吲哚类衍生物、多胺、有机酸和维生素组成。其中以SCFAs为最常见，主要包括乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐。乙酸盐和丙酸盐主要由拟杆菌产生，而丁酸盐主要来源于厚壁菌。AP患者在发病早期即有肠道菌群失调和SCFAs含量的降低，且SAP患者产生SCFAs的细菌丰度和SCFAs含量均明显低于中度急性胰腺炎患者。随着对SCFAs的深入研究，已发现其具有维持肠黏膜屏障功能的作用。
SCFAs是肠上皮细胞的主要能量来源。首先，它可以通过促进肠上皮细胞增殖分化、减少细胞凋亡，也可通过促进肠上皮紧密连接蛋白Zo-1和Occludin的合成和表达，增强肠黏膜的机械屏障功能。其次，SCFAs可以通过促进抗菌肽（由肠上皮细胞产生的具有广谱抗菌活性的小分子肽）的产生，包括溶菌酶、防御素和黏蛋白基因的表达，增强肠黏膜的免疫屏障。再次，补充SCFAs可以通过增强肠道跨上皮细胞抵抗力、降低肠黏膜通透性增强肠道化学屏障功能。最后，SCFAs可以通过降低肠道pH值调节肠道生物屏障，有利于益生菌生长，同时抑制大肠杆菌和志贺氏菌等病原菌的生长和定植。有研究表明，丁酸盐可以改善蛙皮素诱导的AP和肠道损伤。因此，SCFAs在维持肠黏膜屏障功能中起到重要作用。
Toll样受体（TLR）是先天性免疫中重要的跨膜受体和信号转导受体，在肠黏膜免疫屏障中起关键作用。TLR可以激活一系列炎症因子、抗炎细胞因子和趋化因子的产生，参与不同肠道炎症反应调节。通常认为，哺乳动物细胞对革兰阴性菌的反应主要是通过TLR4来实现的。在识别脂多糖后，TLR4引发了复杂的下游信号途径，其中TLR4/髓样分化蛋丝裂原活化蛋白激酶白88（MyD88）/p38（p38MAPK）是经典的促炎途径，该途径参与肠屏障功能和紧密连接蛋白的调节。肠道条件致病菌中的大肠杆菌也是革兰阴性菌，有研究表明，共生大肠杆菌增强了TLR4/MyD88/p38MAPK和内质网应激信号诱导的大鼠肠道损伤，并加重了SAP。另一方面，内质网应激信号也被证明与炎症和紧密连接蛋白有关。因此可推测，细菌诱导的TLR4可能激活了肠上皮细胞的内质网应激信号，从而导致SAP更严重的肠屏障功能障碍。
四、肠道菌群调节可以减轻SAP患者肠黏膜屏障的破坏
在AP患者的肠道中，一些共生细菌已被证明与炎症细胞因子水平降低相关，并与胰腺严重程度和系统性感染并发症呈负相关，这意味着恢复生理性肠道菌群组成可能是治疗SAP的一种有效策略。
营养支持是目前公认的维持肠道黏膜功能、调节肠道菌群的最关键治疗措施，但究竟选择肠内营养还是肠外营养一直都是该领域争议的焦点。SAP的继发感染是由肠道细菌移位所致，换言之，调整肠道的微生态平衡、减少细菌移位和菌群失调的发生有益于SAP患者的预后。肠外营养会导致肠道菌群失调、肠道固有免疫系统功能障碍和肠黏膜屏障功能降低，相比于肠外营养，肠内营养更加符合机体生理性需求，可以有效刺激肠道蠕动，改善肠道循环，从而有效维持肠道黏膜屏障的完整性，抑制肠道菌群失衡和机会致病菌的过度繁殖，进而有效控制菌群移位，降低感染发生率。
多项研究表明，乳酸杆菌可降低胰腺坏死、胰腺脓肿等感染性并发症的发生率，由此提示，益生菌能在一定程度上改善SAP患者的预后。益生菌可以通过抑制炎症细胞因子和趋化因子的反应，并在缺乏功能性黏液屏障的情况下改变群落微生物群等多种方式增强上皮屏障功能。虽然有研究得到了相反的结果，即益生菌治疗的患者死亡风险增加，但Bongaerts等重新评估该研究， 提出该结果的原因可能是益生菌使用时间晚、剂量低及治疗前器官衰竭发生率较对照组高，因此建议SAP患者应用益生菌的时机应尽早且剂量需增加，同时限制多糖的摄入，从而防止肠道自身菌群过度生长。
国内学者进行了中西医结合治疗SAP患者肠道菌群失调的尝试，研究发现，大黄可降低SAP大鼠肠道通透性，减少细菌移位，促进肠蠕动，具有促进上皮细胞更新和增加分泌细胞的作用。大黄还可以抑制炎性细胞因子，清除肠道毒素和细菌，改善肠道功能和胰腺微循环，抑制胰腺分泌，促进血液循环，这些作用均有利于降低SAP感染相关并发症的发生。
综上所述，肠黏膜屏障损害、肠道微生态紊乱与细菌移位之间相互促进、恶性循环。了解SAP患者肠道菌群变化、恢复生理性肠道菌群组成可能是将来治疗SAP肠道衰竭的潜在靶点，但未来仍需进行更多的大规模、多中心、前瞻性研究来进一步探索。
来源：阿依江·加马力丁，王军红，马青变. 重症急性胰腺炎肠道菌群变化的研究进展[J]. 中国急救医学, 2021, 41(5): 454-457.