微生态失衡 警惕消化道疾病

随着宏基因组学、高通量测序和生物信息学分析技术的不断发展，以及对人体微生物的研究更加全面和深入，人体各部位微生物群落在人类健康和疾病中的作用也越来越受到重视。

消化道微生态与消化系疾病关系密切，包括炎症性肠病（IBD）、肠易激综合征（IBS）、结直肠癌（CRC）、腹泻 / 便秘、肝脏疾病（脂肪肝、肝炎、肝硬化、肝性脑病），以及与肥胖、糖尿病、代谢综合征、心血管病、精神性疾病及风湿性疾病等消化道外疾病。本文就消化道微生物群落与消化系疾病关系研究的最新进展进行介绍。

基本特征：人体消化道微生物群落分布

人体微生物群落主要存在于消化道，所含细菌数目是人体自身细胞的 10 倍，基因数目约为330 万，是人体自身基因数目的150 倍。

消化道微生物群落分布及构成具有空间特异性。纵向来看，食管、胃、十二指肠、回肠、空肠和结肠的细菌群落构成及菌量存在差异，各部位细菌数目分别 为 101~2、104~5、106~7、107~8和1010~12 CFU/ml；横向来看，胃液与胃黏膜菌群、粪便与大肠黏膜的菌群构成及数量不尽相同。

消化道真菌群落虽然含量远远低于细菌群落，但同样是消化道微生物群落的重要组成部分。正常情况下，粪便中真菌细胞数为 10~103个 /g，相应细菌群落含量较高，为 1011~1012个 /g。人类出生后数天或数周消化道内即出现真菌定植。早期基于培养方法的研究认为，70% 健康人消化道内存在真菌，其中大部分为念珠菌和酵母菌等。因受到分类和鉴定方法的限制，有大量与人体相关的真菌仍然未知。

现代分析方法：宏基因组学研究有助筛选功能基因

1998 年，Handelsman 首次提出宏基因组学概念，即对环境样品中的微生物群体基因组进行大规模测序和生物信息学分析，以此筛选功能基因，旨在揭示微生物群落的多样性、种群结构、进化关系、功能活性、相互协作及与环境之间关系。

人类基因组计划完成后，有学者提出了人类第二基因组计划，即对人类各部位微生物群落进行宏基因组学分析以全面了解人体共生微生物的构成特征，加深、修正或改变人们对微生物及人体自身的认识。为此，国际人类微生物研究协会成立；2007年，美国国立卫生研究院启动人类宏基因组计划；2008 年，欧盟启动人类肠道宏基因组学研究计划。

宏基因组测序以往未在病原体的检测和分型中应用，主要由于检测成本高昂、需时长，对样品、设备及人员要求高。目前用于宏基因组高通量测序的平台主要基于 454 焦磷酸测序平台以及illumina 公 司 的 HiSeq 和 MiSeq测序平台。随着测序和分析技术的发展，测序效率成指数级将提高，平均测序成本将显著降低。

肠道微生物群落与肠道疾病

炎症性肠病：受多种肠道细菌、真菌构成变化影响

肠道微生物、宿主遗传易感性和黏膜免疫因素相互作用，可能参与 IBD 的发病。早期研究更关注某些细菌的致病作用，如回肠黏膜上皮黏膜侵袭性大肠杆菌和副结核分支杆菌等对克罗恩病的致病机制，沙门菌属、空肠弯曲菌属和幽门螺杆菌等相关致病菌感染增加 IBD 发病或复发风险。

目前，越来越多学者开始关注 IBD 患者肠道细菌群落的整体构成改变，涉及粪便 / 黏膜微生物群落、溃疡部位/非溃疡部位、缓解期 / 急性期等不同状态下肠道细菌群落构成的差异。

IBD 患者较健康个体肠道细菌群落种类和丰度呈显著改变，主要体现为拟杆菌门和硬壁菌门含量较低，肠杆菌科丰度较高，其中克罗恩病患者回肠普拉梭菌含量降低等。丁酸作为细菌代谢产物可改善肠道炎症，IBD 患者肠道产丁酸细菌含量降低。何种细菌或细菌群落构成导致 IBD 发病仍不清楚，肠道细菌群落构成改变与 IBD 之间的因果关系亦尚无定论。

有证据表明，肠道真菌及其群落与 IBD，特别是克罗恩病的关系密切。IBD 患者结肠黏膜可检测到真菌序列，但其在肠道微生物群落的占比非常低。活动期IBD 患者的粪便和肠道黏膜炎症部位白色念珠菌定植增多，给予抗真菌药物治疗后临床症状及肠道炎症均得到缓解。IBD 患者肠道内真菌群落构成变化明显，多样性显著增高，但是这种改变是继发于肠道细菌群落失衡，还是IBD 的独立病原学所致有待进一步研究。

肠易激综合征：可能源于肠道菌群多样性

流行病学数据和临床资料显示，肠道微生物失调可引起 IBS：（1）IBS 的发生与早期罹患急性胃肠炎有关；（2）部分微生态制剂可调节 IBS 肠道微生态失衡，缓解 IBS 症状；（3）IBS 患者小肠内细菌过度生长常见，临床试验性抗生素治疗 IBS 可能有效。

肠道微生物导致IBS的可能机制包括：（1）肠道微生物通过先天性和获得性方式与肠道黏膜免疫系统相互作用；（2）肠道微生物构成改变影响肠道黏膜屏障功能；（3）神经免疫功能和痛觉调节通路可能受到肠道微生物的影响；（4）肠道微生物发酵作用增强，肠道产气增加；（5）小肠细菌过度生长可导致胆汁酸吸收不良。

目前比较一致的观点是：IBS患者肠道菌群多样性降低，且各亚型间菌群构成及细菌代谢产物含量存在差异。

IBS 一直被归为功能性胃肠病范畴，但随着对肠道微生物及其代谢产物研究的不断开展，有关感染后肠易激综合征、小肠细菌过度生长的报道不断增多，加之抗菌药物和益生菌制剂治疗IBS 可能有效，都强有力地支持了肠道微生物在 IBS 发病机制中的作用。因此，IBS 可能源于肠道微生物与宿主间稳态失衡导致的肠道持续性炎症反应状态。

结直肠癌：某些益生菌属可预防致瘤性转化

肠道微生物对人类宿主的致癌作用机制越来越受到重视。肠道微生物可导致肠道黏膜促炎症反应信号传导机制异常，使肠道黏膜上皮损伤修复加剧，最终出现瘤形成和恶变。肠道微生物及其代谢产物可通过直接、间接细胞毒性作用对肠道黏膜上皮细胞产生影响，受损肠道黏膜上皮的不完全修复可诱发致瘤性转化。

研究发现，CRC 患者肠道内拟杆菌属和双歧杆菌含量增加，但 CRC 低风险人群肠道内产乳酸菌含量增加。肠道细菌代谢产物丁酸盐具有防止 CRC 形成的作用，但 CRC 患者肠道内直肠真杆菌和普拉梭菌等产丁酸盐菌种含量降低，而产硫化氢和氧自由基等对肠道黏膜具有毒性作用的细菌种属含量增加。动物及体外实验表明，某些益生菌属，如青春双歧杆菌等可抑制 CRC 细胞系增殖并调节肠道微生物失衡，进而预防 CRC 发生。

小肠疾病：微生物群落特征谱尚未建立

小肠包括十二指肠、空肠和回肠，源于取材等因素的限制，其微生物群落构成研究较少。小肠微生物群落与小肠细菌过度生长、IBS、乳糜泻及溃疡等疾病关系密切。将来有必要通过菌群高通量测序分析方法建立健康人群小肠微生物群落构成特征图谱，并比对分析各小肠疾病患者微生物群落特征。

消化道微生物群落与食管胃疾病

食管：末端细菌群落转变或致炎症与肠化

早期基于细菌培养的研究认为，食管无菌或仅有少量暂住菌。目前少量针对食管细菌群落高通量测序分析的研究报道，正常食管菌群主要以链球菌属、普里沃菌属和韦荣球菌属为主，多来自于口咽部的定植细菌；食管菌群构成虽复杂但相对稳定，大部分食管内细菌已知并可培养。

食管末端细菌群落与该部位炎症和肠上皮化生关系密切。有学者将食管菌群构成分两型：Ⅰ型，见于正常食管黏膜，以链球菌属为主；Ⅱ型，见于食管炎和 Barrett's 食管，以普里沃菌属、拟杆菌属、嗜血菌属和韦荣球菌属等革兰阴性厌氧菌 / 微需氧菌为主。Ⅰ型至Ⅱ型的转变可能导致食管炎症和肠化。目前未见有关食管腺癌、鳞癌背景下食管内微生物宏基因组学研究。

胃：幽门螺杆菌与其他菌种存在相互作用

目前少量基于微生物高通量测序的研究证实，胃内除幽门螺杆菌（H.pylori）之外仍有大量其他细菌种属，常见有链球菌、奈瑟球菌和乳酸菌属等。H.pylori与胃内其他菌群相互影响、相互作用，如乳杆菌、双歧杆菌和酵母菌属等益生菌种可以阻止 H.pylori 在胃黏膜的定植、黏附和生长。

经历数十年的深入研究，胃癌的病因仍无明确定论。H.pylori 与胃癌关系密切，但是胃内微生物因素是否参与胃癌发病，以及其他菌群在 H.pylori 相关胃癌发病机制中到底起协同作用还是抑制作用，目前仍不清楚。

胃息肉的系统研究主要集中于胃息肉与癌变的关系以及 H.pylori 在其发生中的作用，胃内微生态因素是否参与胃息肉的发生发展目前缺乏研究。此外，胃炎、胃溃疡、胃癌及其他原因致胃黏膜损伤均可引起胃内真菌定植、繁殖和感染，以假丝酵母属、毛霉菌和曲霉菌等多见。胃内真菌感染可与 H.pylori 感染共存，且H.pylori 感染可能是促使真菌胃内定植的因素之一。

总体上看，现有研究尚未或无法全面、详尽地了解人类胃内细菌、真菌群落构成，以及到底胃内哪些菌种或哪类微生物群落构成可抑制或促进 H.pylori 的胃内定植。特别是胃内微生物群落与胃癌、胃息肉及胃溃疡等疾病的关系仍有待进一步研究。