肠道微生态与肠易激综合征的问题与挑战

肠道微生态与肠易激综合征的问题与挑战

李铭李延青(医院)

中华内科杂志,,54(09):-.DOI:10./cma.j.issn.-..09.

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消化道内数量众多的肠道菌群在宿主适应环境变化和稳态维持中起至关重要的作用。肠易激综合征(irritablbowlsyndrom,IBS)是一种发病机制不完全清楚的功能性胃肠病，肠道菌群参与其发病，成为近年来研究热点。现就肠道菌群与IBS研究中面临的问题和挑战做简要阐述。

一、肠道微生态研究仍有盲区

1．升结肠菌群失调更为重要：

右半结肠具有特征性的带袋垂解剖结构，结肠袋结构对发酵产生的气体容受性好、吸收面积大，同时右半结肠肠腔内容物含水量高，这提示右半结肠是肠道菌群代谢活跃的场所。结肠菌群的主要反应是分解小肠未分解吸收的多糖等成分，产生短链脂肪酸(shortchainfattyacid,SCFA)，由肠上皮细胞吸收为宿主提供能量，同时这一反应过程产生氢气。Choi等在年美国消化疾病周上的摘要显示，肠腔内pH监测发现前1/4段结肠pH最低，并且IBS患者升结肠pH较正常对照有更显著的下降。同时99Tcm放射示踪结合乳糖氢呼气试验研究表明，氢气在乳糖到达结肠后迅速产生[1,2]。这进一步提示升结肠是肠道菌群发挥发酵功能的主要场所。同时又有研究表明，乳糖不耐受的IBS患者肠道菌群产氢发酵与IBS患者腹鸣和腹胀症状显著相关[3]。因此，升结肠菌群失调可能在IBS的发病机制中起到更重要的作用。然而，升结肠菌群的显著变化未必能够反映在粪便菌群上。例如一项研究表明，虽然62%的阑尾炎患者可以利用荧光原位杂交探针发现回盲部黏膜和黏膜下层有梭杆菌(Fusobactrium)定植，但直肠粪便拭子却培养不出梭杆菌[4]，这可能是由于肠腔环境的变化，梭杆菌等细菌在右半结肠处于竞争劣势，种群丰度减小导致。因此描述升结肠肠腔内菌群失调更为重要。然而升结肠的肠腔菌群样本获取困难，如何准确研究升结肠菌群失调在功能性胃肠疾病中的作用成为接下来的研究挑战。

2．小肠菌群作用仍未知：

小肠菌群密度较低，每克肠腔内容物约含有～细菌。但小肠菌群与宿主小肠黏膜免疫功能的动态平衡在宿主免疫系统发育过程中却起关键作用[5]。例如，小鼠研究表明，Th17细胞分化依赖于噬细胞菌属、黄杆菌属、拟杆菌属在小肠内的定植[6]。小肠还是干预肠道菌群的重要靶点，因为食物和益生菌首先同小肠菌群接触。小肠菌群密度较低，服用益生菌或功能性食品后更容易使部分细菌建立生长优势；相比之下，通过益生菌和食物干预数量庞大的结肠菌群则更为困难。因此，研究人体小肠菌群的动态变化在功能性胃肠疾病中的作用更有价值。然而，从健康人获得小肠肠腔菌群样本非常困难。小肠镜仅能获得小肠黏膜菌群样本，并且不能重复进行这种有创性检查。通过引流管引流小肠肠腔液体通常需要注入生理盐水等液体将肠腔内容物冲出，导致肠腔环境改变，使得研究者无法探讨小肠菌群在食物等干预因素下的动态变化。通过磁共振方法可以无创性地评估小肠内容物的含水量变化和存气量，但无法直接探讨是否存在小肠菌群失调[7]。目前仅能从回肠造口的患者获得小肠菌群样本[8]。因此，无创可重复的小肠肠腔内菌群研究方法成为肠道菌群研究的另一瓶颈与挑战。

3．肠道病毒是否参与功能性疾病：

消化道内不仅存在细菌，同时还存在数量庞大的病毒，统称为病毒组。每克粪便中约含有～病毒[9]。然而由于技术上的障碍，肠道病毒组与功能性胃肠疾病的关系研究甚少，直到近年来元基因组测序等方法的应用逐渐揭示了肠道病毒组的组成及功能。肠道病毒组包括感染真核细胞的病毒(真核病毒)，感染细菌的病毒(噬菌体)，感染古菌的病毒(古菌病毒)以及宿主细胞内的病毒来源的基因元件[10]。肠道病毒组也是肠道生态系统的一部分，并显著影响宿主的生理[11]。肠道病毒并非仅仅是传统观念上的病原体，也可能发挥有益的作用。例如实验研究表明，鼠源诺如病毒(murinnorovirus,MNV)在无菌小鼠肠道内定植并部分逆转无菌环境造成的肠道功能异常，如潘氏细胞功能障碍和IgG、IgA减少[12]。流行病学研究发现淋巴细胞脑膜炎病毒(lymphocyticchoriomnngitisvirus,LCMV)可降低糖尿病患病风险[13]。然而在各种功能性胃肠疾病、炎症性肠病以及正常人群中，是否存在病毒组学标志物以及肠道病毒是否参与疾病发生尚无人研究。同时，噬菌体是肠道病毒组的主要成分，因此肠道病毒组同肠道细菌间存在密切联系，并进一步形成病毒-细菌-宿主的相互作用网络[9]。探索肠道病毒、细菌与宿主间的相互作用机制及其在功能性胃肠疾病中的作用，成为又一潜在的研究领域。

4．怎样识别菌群失衡IBS：

由于IBS患者存在异质性，明确每个患者是否存在显著菌群失衡，并干预菌群失衡患者的治疗无疑是最佳处置方法。目前没有单一的诊断IBS的标志物，也无单一物种可以提示IBS患者的菌群失衡。近年来利用生物信息学方法诊断IBS成为研究热点。Ahmd等[14]利用气相色谱-质谱方法比较了正常对照、IBS和炎症性肠病患者粪便中挥发性有机物，并探讨了部分组分建立的判别分析模型诊断疾病。然而这一研究纳入非连续患者，并采用留一法和数据分割法在同一数据集内进行诊断试验，能否外推到其他数据集并最终适用于临床诊断，值得进一步探讨。Qin等[15]描述了肝硬化患者肠道菌群元基因组改变，并利用最小冗余最大相关等方法筛选出15个基因标志物，并在独立的数据集中用来诊断肝硬化，ROC曲线下面积为83.6%[15]。相对于诊断肝硬化，通过肠道菌群组成判别功能性胃肠疾病患者是否存在菌群失调显然更具有临床意义。探讨通过肠道菌群组成、元基因组、代谢产物等组学数据判别IBS和其他疾病的方法，并以前瞻性的独立队列检验诊断方法的准确性，是接下来临床研究中的机遇和挑战。为此，我们选用随机森林模型应用于已发表的16srDNA数据，建立基于肠道菌群的IBS诊断方法，并正在前瞻性地纳入IBS患者进行验证。

二、饮食治疗中的挑战

1．限制FODMAP的作用具有食谱特异性：

FODMAP是指一类可被肠道微生物发酵的碳水化合物，包括寡糖(oligosaccharids)、双糖(disaccharids)、单糖(monosaccharids)和多元醇(polyols)。近年来食物中的FODMAP成分被认为可能通过增加结肠肠腔渗透压、经细菌发酵产生氢气等机制导致IBS症状[16]。国外临床研究表明低FODMAP饮食有助于缓解IBS症状。然而各民族间不仅食物成分存在差异，不同的遗传背景也可能导致对FODMAP耐受性不同。例如非洲裔和西班牙裔的美国人乳糖不耐受的比例较高，可能出于这一原因，他们的牛奶摄入量较低[17]。因此，在我国IBS患者中开展低FODMAP干预研究具有重要指导意义。然而食物干预研究存在多项难点。如何使患者在一定时期遵照饮食方案成为实验设计上的难点，通常患者的完成率较低[18,19]，使得研究结果的有效性和可推广性受到限制。另外，盲法设计成为另一难点，受试者可以轻易辨认食物成分，并由此产生安慰剂效应。因此，开展高质量的饮食干预研究成为我国功能性胃肠疾病研究者面临的机遇与挑战。

2．限制饮食成分可能造成营养不良：

FODMAP在多种食物中广泛存在，限制FODMAP有可能导致其他营养物质的缺乏。肠道菌群代谢FODMAP产生的SCFA在宿主营养和能量代谢平衡中起至关重要的作用。丁酸是结肠上皮细胞的重要能量来源[20]，丁酸通过cAMP途径促进肠上皮糖异生基因的表达；丙酸本身就是糖异生的原料，可以通过脑肠轴调节糖异生相关基因的表达[21]。限制FODMAP摄入后宿主能量代谢如何维持值得进一步研究。另一方面，SCFA参与肠道免疫功能的调节，能够诱导胸腺外调节性T细胞分化[22]。此外，限制FODMAP经肠道菌群代谢产生SCFA是否对患者精神和心理可能产生影响有待进一步研究。目前有动物实验表明，肠道菌群代谢与精神心理状态之间存在对话。例如，无菌小鼠的焦虑水平较无特定病原体(SPF)小鼠下降[23]，再如SCFA在认知和神经损伤修复中起重要作用[24,25]。此外SCFA中的丁酸还具有重要的抗抑郁作用[26]。因此，低FODMAP饮食的安全性，尤其是长期安全性值得







































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