克罗恩病发病机制的“冷链假说“: 真凶可能藏在我们的冰箱里
Dr.X陪您读的第832篇文章
克罗恩病发病机制的“冷链假说“: 真凶可能藏在我们的冰箱里
文献来源: J Crohns Colitis. 2021 Apr 6;15(4):678-686
炎症性肠病（IBD）是一种比较复杂的胃肠道疾病，也是目前消化疾病领域的研究热点。
克罗恩病(CD)是一种慢性肠道炎症性疾病，全球有数百万患者。
CD常常在年轻人群中发病，目前无法治愈会持续患者的一生，需要长期、积极且昂贵的药物和手术治疗，已经成为了全球性的公共卫生问题。
目前已经认识到，环境和遗传因素参与了CD疾病的发展，但CD的病因仍然未知。
在最近的几十年中，重大技术进步导致了各种“组学”蓬勃发展，这使得研究者在更多复杂的维度详细描述CD这种疾病。
但不幸的是，到目前为止研究人员仍未能找到CD具体病因。可能有必要重新思考CD的病因假说。
当前，可以从以下几个方面来衡量和比较科学假说。
首先，假说必须可以用科学方法检验。换句话说，所有目前观察到的CD疾病特征，都必须符合这一假说。
第二，假说必须是逻辑简单的。理想情况下，单一假说必须提供完整的因果关系链，要尽可能少地留有空白。
第三，假说必须具有广泛的解释范围，可以解释从分子到宏观的大量现象，从不同来源和尺度来进行观察。
第四，假说必须对未来的实践具有实际意义。
在2003年，研究者提出了CD病因的“冷链假说”。
具体来说，“冷链假说”认为工业和家庭制冷的发展，导致人们经常暴露于在寒冷环境中生长的细菌。而这些细菌（尤其是耶尔森氏菌），被认为会在遗传易感人群中诱发肠道炎症加剧。
随着20年以来大量新研究证据的出现，研究者准备更新和完善这一理论，回顾流行病学、临床、病理学、微生物学和分子生物学的最新研究数据。
我们将从四个主要的、无可争议的疾病观察开始，充分解释背后可能的原因：
CD与现代西方生活方式有关； 营养干预措施至少可以暂时减轻肠道炎症； 小肠和/或结肠炎症呈现透壁性病变，肠系膜脂肪增厚，还有肉芽肿； 部分与固有免疫相关的基因，在CD易感性中发挥作用
下面将针对上述4个观察结果，结合最近发表的研究文献，进行“冷链假说”的逻辑分析。
一、流行病学数据是否与“冷链假说”相符？
CD与西方现代生活方式有关，这是确凿无疑的。如果冷链假说是正确的，则CD的出现必须与工业和家用制冷的发展过程相一致。
下图比较了一些国家每年CD发病率和家庭制冷设备使用率，这些变量之间存在时间相关性。
需要指出的是，在上述国家/地区，克罗恩病不是在开始销售冰箱时就马上出现，而是在大约50％的家庭配备了制冷设备后才出现。
数学建模的结果可以提供解释。通过分析可以发现时间相关的CD发病率曲线。从环境变化对人群的影响来看，该模型表明仅当大约50％的普通人群暴露于危险因素时，才会观察到CD发病率的显著增加。
由于冰箱出售数量是人群暴露于冷藏食品的标志，因此CD发生率的时间演变和家用制冷的发展似乎是吻合的。
尽管流行病学研究存在方法学局限性，并且不能正式证明冷藏在CD发病过程中的作用(相关性并不是因果关系)，但结果与“冷链假说”相符。
二、营养疗法对我们有什么启示？
早在1973年Voitk首次提出了CD的营养疗法，包括通过口服和/或特定途径，给予患者液体配方营养6-8周治疗。
肠内营养疗法的配方很多，包括各种来源的蛋白质，以及基本营养要素。关键是CD的营养疗法通常是排他性饮食，患者需要停止常规饮食，以营养制剂作为唯一饮食替代。
营养疗法对CD是有效的。尤其是在儿童CD患者中，肠内营养的疗效可以媲美糖皮质激素。但成人CD患者中疗效较差，可能是由于难以忍受长时间流质饮食和/或更复杂的疾病表型所致。
营养治疗可以在几天之内减轻消化道症状和炎症反应，促进黏膜愈合，达到深度缓解。
但是，营养治疗要求CD患者严格禁止正常饮食，一旦恢复日常饮食（即使是少量饮食），肠道炎症也会立即恢复。
完全肠内营养疗法的作用机制仍然未知。有学者认为营养液配方可能具有直接的抗炎能力，但这不能解释不同配方的肠内营养产品都具有相似的功效。
此外，似乎也不太可能是特定食物过敏原的作用，因为营养粉的配方包括各种来源的蛋白质。而且至今也没有发现特定的食物与CD发病存在直接的关系。
为了解释食物与CD之间的关系，研究者经常分析现代西方生活方式和饮食。
动物模型的研究结果显示，饮食不均衡会导致结肠炎的风险增加。从这个角度来看，营养治疗可以重新恢复食物成分的平衡。
现代西方饮食通常含有较高数量的脂肪、精制糖和动物蛋白，纤维的含量较低。但上述食物成分在CD发病中是否发挥的作用，已经受到质疑。
研究未证实速食糖、纤维与CD的发病存在相关性。而且肠内营养产品也不包含纤维。尽管怀疑动物蛋白是CD发生的危险因素，但目前缺乏直接的相关性证据。
实际上，目前用于治疗CD的不同肠内营养配方制剂，在营养成分的数量和比例上都存在差异，但从宏观营养素平衡的角度来看，肠内营养疗法类似于患者的自然饮食。
目前，通过平衡饮食来改善CD疾病的支持证据不多，尤其是缺乏特定食物成分与CD疾病的直接关系。
因此，工业化食品是否在CD发病机制中产生重大影响，目前仍存在疑问。
在发达国家，超加工食品占食品总量约16％，占每日消耗卡路里的33％。在工业食品生产中越来越多地使用的食品添加剂很可能具有促炎作用。
一些食品加工过程中的微粒（如二氧化钛和硅酸铝）能够蓄积在消化道组织中，增加肠道渗透性和促进局部炎症。食品乳化剂和增稠剂（包括卵磷脂、角叉菜胶、羧甲基纤维素和聚山梨酯），已被证明会增加动物患结肠炎的风险。
总体来说，食品添加剂可能会通过改变肠道菌群或改变肠道屏障，在肠道炎症中发挥作用。
但应注意的是，大多数用于CD治疗的肠内营养配方制剂，也都含有上述食品添加剂，但肠内营养制剂治疗CD是有效的。
而且，无论其添加剂的含量如何，不同配方肠内营养制剂在治疗CD方面的疗效大致相似，这表明CD患者无需在饮食中剔除这些食品添加剂。
而且，最近的一项前瞻性队列研究未发现超加工食品与CD患病之间存在相关性。
尽管如此，工业食品已成为CD病因学研究中越来越热门的话题。在CD患者的饮食推荐中也提到尽量减少工业加工食品的摄入。
三、CD与冷藏食品有关吗？
食品工业化不仅涉及食品加工，还涉及产品包装、运输和保存方法。在这种情况下，家用和工业制冷的发展或许可以解释食物与疾病之间的联系。
在某些情况下，我们日常生活中一半以上的食物都是冷藏的（包括天然食品和制成品）。
食品冷藏的作用并不体现在食物营养质量的变化。相反，冷藏应该被视为促进外源性危险因素暴露的环境因素。
在冷藏的环境中，食物中某些特定的细菌可能会发生明显的变化。这些细菌在高于30°C的环境中可以快速繁殖，但在接近或低于0°C的温度下仍能生长，包括李斯特菌、荧光假单胞菌和耶尔森氏菌。
尤其是关于耶尔森氏菌，已经在CD患者中积累了一定的研究证据。
耶尔森氏菌属广泛存在于环境中，特别是在淡水河流和湖泊中。耶尔森氏菌对人类的主要污染源是食物。
通常情况下，耶尔森氏菌在肉类、家禽、生蔬菜、鱼类和海鲜、糕点、原料奶等中都可以发现。样品的污染率很高，在10％到75％之间。
因此可以得出结论，人类可能经常通过食物接触耶尔森氏菌，而最常被耶尔森氏菌污染的食品是肉类产品。
耶尔森氏菌的污染涉及到食物生产、运输、储存和制备的各个环节。腌制、干燥或熏制的肉不易被污染，高温烹饪很容易杀死细菌。
耶尔森氏菌能够在冷藏温度和真空包装中生存和增殖。因此，在工业生产、运输或家庭存储过程中，食品被耶尔森氏菌污染似乎很普遍。
但是，我们对一般人群实际暴露于耶尔森氏菌的情况知之甚少，因为这种细菌很难通过培养鉴定。大多数国家并不强制性要求进行食品中耶尔森氏菌监测。
因此，目前关于耶尔森氏菌来源的信息非常不完整，受污染食物的数量可能被严重低估。
但是，肠内营养制剂可以有效地排除冷冻/冷藏食品的影响。营养配方以无菌成分或粉末为基础，在配制和存储过程中也不太涉及冷藏。
Levine等人提出的CD剔除饮食方案，严格禁止摄入工业食品、冷冻产品，并且水果和蔬菜需要去皮，这都会大大限制耶尔森氏菌的污染机会。
四、CD患者的肠道中是否存在耶尔森氏菌？
如果耶尔森氏菌参与CD的发病机制，则必须在这种细菌和CD疾病之间找到直接的联系。
早在几十年之前，研究者就已经注意到CD和耶尔森氏病之间具有临床相似性（腹痛、腹泻、血便、发烧等）。
更重要的是，许多病例报道表明耶尔森氏菌感染有可能逐渐发展为CD。另一方面，在CD确诊患者中也观察到耶尔森氏菌的免疫反应迹象。
但是，大多数CD病变中并未直接发现耶尔森氏菌。所以CD与耶尔森氏菌之间的关系，目前还存在较多疑问。
众所周知，CD并不是由于细菌繁殖和细菌入侵肠道所引起的(不是一种感染性疾病)。因此，在CD患者肠组织中不会发现大量细菌。
耶尔森氏菌的作用（如果有的话），可能是引发过度的免疫反应。
尽管病原体的数量非常少，但免疫反应可能很剧烈。因此常规的微生物培养方法可能无法检测到肠道组织中的耶尔森氏菌。
同样，肠道菌群分析可能也无法锁定耶尔森氏菌，因为目前肠道菌群分析的精度和可靠性不足，难以检测出消化道中极少数特定细菌。
针对这个问题，研究者基于PCR开发了检测小肠/结肠炎患者中7种耶尔森氏菌的新方法。
通过分析CD患者的回肠手术标本或活检标本，发现其中10％存在≥1种耶尔森氏菌阳性。而且不论CD患者临床表现如何，该比率均相同。
最常见的耶尔森氏菌阳性样本，出现在肠道Peyer淋巴结、肠系膜淋巴结和回肠。组织样本数量越多，检测呈阳性的可能性就越大。
考虑组织标本的体积很小，因此可以合理猜测几乎每位CD患者的肠道中可能都存在耶尔森氏菌。
因此，这项研究显示耶尔森氏菌在人体回肠中存在的数量较小，但存在率非常高。CD患者中耶尔森氏菌的分布与食物污染的分布相同。
基于上述发现，看似耶尔森氏菌是一种“普通”的细菌，对于CD发病机制方面更像是“无辜的旁观者”。
但仔细分析会发现，耶尔森氏菌更常出现在肠道深部组织和Peyer淋巴结淋巴结，因此很难将它们视为肠腔中的简单共生细菌。
五、胃肠道感染耶尔森氏菌会造成哪些后果？
耶尔森氏菌的致病性通常较低，大多数菌株几乎没有毒力因子。
肠道细菌的储存库主要在盲肠和回肠末端，也可以定殖在小肠Peyer淋巴结和结肠的淋巴滤泡。而这些部位也是CD初期典型的病变部位。
耶尔森氏菌可导致肠道局部形成发生上皮样和巨细胞肉芽肿病变，这也是CD的典型标志。
随后细菌可能会进一步扩散至肠道淋巴组织，进入淋巴结。在此过程中被巨噬细胞和树突状细胞的发现并摄取。
有研究表明，假结核耶尔森氏菌可以影响T细胞调控，导致Treg细胞和Th17细胞分化发生强烈改变。上述两种免疫细胞的改变同样也在CD患者观察到。
值得注意的是，肠道淋巴结呈现分区的结构，其中获得性免疫反应也是分区发生的。这也许可以解释，为什么在微生物反复暴露的情况下，CD病变呈现局灶性的特点，并且在总是在相同的位置（如回肠末端）发病。
在小鼠中，还观察到耶尔森氏菌感染后会增加淋巴管的通透性，促进肠系膜组织中的脂质积累。这种现象在耶尔森氏菌感染后长达10个月的时间内可以持续观察到。
“脂肪爬行”是CD的病变标志之一，表现为淋巴管周围的脂肪膨胀并向上移动至肠壁，这种脂肪是实际上是炎症的载体。
总体而言，耶尔森氏菌相关的免疫反应和生物学表现，在多个方面均与CD相一致。
但需要指出的是，尽管几乎每个人都暴露于耶尔森氏菌，但只有少数人会发展成慢性肠道炎症和克罗恩病。
六、CD患者更容易受耶尔森氏菌影响？为什么？
目前在人体中已经鉴定出200多种炎症性肠病(IBD)的遗传突变，但CD特定的基因突变并不多。其中NOD2是CD相关性最强、研究最多的突变基因。
NOD2编码一种属于肽聚糖衍生物的细胞内蛋白，可以激活多种促炎信号通路。此外，炎症信号网络中的大多数因子都与NOD2存在相互作用，从而NOD成为CD易感性基因网络中的“枢纽”。
NOD2及其相关基因，与免疫细胞“异种吞噬”关系密切，这种细胞吞噬功能能够处理和清除入侵的细菌。
具体而言，NOD 2基因编码的肽聚糖与病原菌接触后可以形成一种质膜结合复合体，然后自噬机制启动，通过激活NADPH复合物并处理溶酶体而降解入侵的细菌。
NOD2及其相关基因的突变，都会导致巨噬细胞清除细菌的缺陷。
在免疫系统中，巨噬细胞通过异种吞噬作用吞噬外来病原体，例如寒沙门氏菌、弗氏志贺氏菌、李斯特菌、链球菌、结核分枝杆菌和耶尔森氏菌。
耶尔森氏菌和CD易感性基因方面是否有特别的联系？
目前已知，NOD2基因参与了针对大量细菌的固有免疫反应。NOD2基因突变在欧洲血统的人群中常见，但在亚洲和非洲的人群中很少出现。在欧洲，高达10％的健康个体携带一种或多种CD相关的NOD2基因突变。
欧洲人群中如此高的突变比例，可能是因为环境自然选择的结果：携带突变基因的获益可能高于造成的有害影响。
例如，血红蛋白相关基因的突变会会增加抵抗疟疾的能力，但同时突变纯和个体会引起镰状细胞贫血症。
由于假结核耶尔森氏菌在遗传上与鼠疫菌非常相似，因此猜测在历史上瘟疫流行的时期内，携带NOD2突变基因的人群可能获得了生存优势。
基于上述猜测，已经观察到NOD2基因突变携带者（即鼠疫幸存者的后代）的分布，与欧洲和地中海国家过去的鼠疫流行的强度存在相关性。
这一发现进一步支持了NOD2基因和耶尔森氏菌之间的联系。
七、总结和展望
总而言之，近年来的研究数据进一步支持了CD发病机制的“冷链假说”，该假说得到了流行病学、临床、解剖病理学、微生物学和分子生物学大量独立研究结果的支持。
随着时间推移和研究发展，CD发病机制的“冷链假说”的说服力越来越强，通过全面的理论来解释CD的发病原因。
但是，由于没有任何一个直接的研究证据能够最终确定CD发病机制，因此必须继续开展进一步的研究来证实。
这其中，比较低暴露和高暴露于耶尔森氏菌的患者的随机临床试验，将是重要的一步。
最重要的是，如果“冷链假说”最终被证实是正确的，将使得CD的治疗方式发生重要的改变。衍生出多种干预措施来预防和治疗CD。
首先，需要对食品中的耶尔森氏菌进行监督，修改食品行业的标准和规则。
第二，通过预防措施减少人群接触耶尔森氏菌的机会，这些措施需要非常严格，例如：
水果和蔬菜食用前应洗净、去皮或煮熟； 肉类和鱼类菜肴应煮熟或重新加热至70°C以上 禁止某些食品（例如冰淇淋、预制沙拉、冷盘和某些乳制品）
第三，通过使用细菌特异的噬菌体，来减少食物和表面耶尔森氏菌的定殖。
（本文仅供个人学习）