IBD患者肠道微生物代谢与抗肿瘤坏死因子的疗效关系初探

中南大学附属湘雅三院 消化内科

田力 方宁‍

本期导读

抗肿瘤坏死因子是IBD的主要治疗药物之一，但在临床工作中存在原发性和继发性失效的情况，其具体机制不清，目前暂未有对抗肿瘤坏死因子治疗的临床预测指标，是临床IBD治疗的疑点和难点。研究证实IBD患者存在肠道菌群失调的现象。那么，抗肿瘤坏死因子治疗是否对肠道菌群有影响？是否能通过肠道菌群或者代谢产物的改变进一步预测抗肿瘤坏死因子的临床疗效？

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背景与目的

目前已有研究阐明肠黏膜免疫系统与肠道菌群之间相互作用对IBD的发生发展有影响，但细胞因子抑制剂（如抗肿瘤坏死因子等）具体如何影响肠道菌群尚未明确。本实验探究抗肿瘤坏死因子治疗对IBD患者肠道菌群组成及功能的影响，并将研究结果与患者治疗反应联系起来。此外，研究还对比了受试者治疗前后的粪便代谢产物，描绘具体的代谢产物变化。

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方   法

研究人员对2组德国患者进行了前瞻性研究。队列一包括12例IBD患者，17例风湿疾病患者以及19位健康人；在使用抗肿瘤坏死因子之前，以及进行抗肿瘤坏死因子治疗2w,6w和30w后分别收集受试者的粪便标本。队列二包括23例使用抗肿瘤坏死因子或维多珠进行治疗的IBD患者和99位健康人。

在使用抗肿瘤坏死因子之前，以及进行抗肿瘤坏死因子治疗2w,6w和14w后分别收集受试者的粪便标本。采用16s核糖体RNA扩增子测序检测粪便菌群。患者的临床反应和缓解程度由临床疾病活动评分决定。利用AGORA进行代谢网络重建及相关粪便代谢产物含量评估。对部分患者进行了粪便样本的代谢组学分析，以分析代谢产物与临床治疗反应的相关性。

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结   果

抗肿瘤坏死因子治疗改变了IBD患者粪便菌群的多样性，但没有改变风湿性疾病患者粪便菌群的多样性。随着时间点的变化，在治疗后获得或未获得临床缓解的IBD患者间，粪菌多样性指数没有显著变化；相比之下，肠道微生物代谢网络重建发现：IBD患者的粪便样本中的代谢物交换在基线时显著减少，并与临床缓解相关。粪便代谢组学分析表明：丁酸盐和丁酸合成物(乙醇或乙醛)的含量预测值与抗肿瘤坏死因子治疗后的临床缓解显著相关。

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结   论

代谢网络重建及粪便样本的代谢谱的评估可能被用来筛选通过抗肿瘤坏死因子治疗获得临床缓解的IBD患者，并增加我们对IBD异质性的了解。

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研究分析

免疫性疾病（如IBD和风湿性疾病）均存在肠道菌群失调的现象，IBD患者的肠道菌群种类、丰度和均匀度均较健康人低，菌群的组成与结构亦与健康人不同。IBD患者行抗肿瘤坏死因子治疗能使肠道菌群的多样性及丰度增加，且菌群的组成与结构也向健康人靠近，但不同患者肠道菌群的差异随着治疗的进行逐渐加大，展现出IBD的异质性。本研究检出了14种差异菌株，这些菌株的丰度在IBD患者与健康人中差异显著；在30w的抗肿瘤坏死因子治疗后，14种差异菌株丰度均向健康对照靠近。其中以Coprococcus与Roseburia inulinivorans的丰度改变最为显著。

但是，IBD患者的肠道菌群改变本身并不能反映临床疗效，而研究患者的肠道菌群代谢互相作用状态也许能为预测临床疗效提供线索。研究团队将菌群间的互相作用分为互惠型，对抗型和资源竞争三类， IBD患者肠道菌群以资源竞争为主，反映了菌群的高度不稳定性。研究团队利用微生物群落模型预测菌群间的代谢产物交换水平，与健康对照组相比，抗肿瘤坏死因子治疗后未获得临床缓解的患者中，菌群间的代谢产物交换水平明显低下。在第二个队列中，在排除饮食等因素影响后，研究团队得到了相似的结论，这表明肠道菌群的交互共生水平可能是影响临床疗效的重要因素，可对IBD患者的临床疗效进行预测。

研究团队试图进一步明确具体的交互共生类型，利用16s RNA测序等方法，研究者筛选出10种代表性的代谢产物，在未获得临床缓解的IBD患者与正常对照中，其代谢水平差异显著，而在获得临床缓解的IBD患者中，仅有5种代谢产物的水平与正常对照有显著差异；在抗肿瘤坏死因子治疗后，存在差异的代谢产物种类会进一步减少。值得注意的是，在治疗开始前，未获得临床缓解的IBD患者丁酸盐代谢水平比获得临床缓解的IBD患者低81%，提示丁酸盐代谢水平或许可作为抗肿瘤坏死因子治疗临床疗效的预测因子。同时，患者的粪便代谢产物分析结果表明：在获得临床缓解的IBD患者中，粪便丁酸盐水平在抗肿瘤坏死因子治疗后即有显著上升，说明丁酸盐的含量与抗肿瘤坏死因子治疗后的临床缓解密切相关。

本研究为临床工作带来了一定的线索和思考，在未来的临床工作中，若能借助针对肠道菌群代谢水平等指标进行疗效预测和评估，可能为IBD精准治疗带来曙光。

文献及图片来源：

1.Metabolic Functions of Gut Microbes Associate With Efficacy of Tumor Necrosis Factor Antagonists in Patients With Inflammatory Bowel Diseases.

2.Aden K, Rehman A, Waschina S, Pan WH, Walker A, Lucio M, Nunez AM, Bharti R, Zimmerman J, Bethge J, Schulte B, Schulte D, Franke A, Nikolaus S, Schroeder JO, Vandeputte D, Raes J, Szymczak S, Waetzig GH, Zeuner R, Schmitt-Kopplin P, Kaleta C, Schreiber S, Rosenstiel P.

3.Gastroenterology 2019 Nov;157(5):1279-1292.e11. doi: 10.1053/j.gastro.2019.07.025. Epub 2019 Jul 18