肠道微生物对肠神经胶质细胞影响的研究进展

胡美 杨小兰 崔德军

•综述•

肠道微生物对肠神经胶质细胞影响的研究进展

胡美 杨小兰 崔德军

肠道微生物种类繁多，对肠神经系统起着重要作用。尤其是肠道微生物可影响人类肠神经系统中的肠神经胶质细胞功能。近年来大量研究表明，肠道微生物在肠神经胶质细胞的发生、发展以及免疫功能中发挥着重要作用。这将有望为治疗相关肠道疾病提供新方法。本文就目前肠道微生物对肠神经胶质细胞影响的研究现状做一综述。

消化系统； 肠道微生物； 肠神经系统； 肠神经胶质细胞

人类肠道中寄居着大量的微生物，与人类健康的关系逐渐被认识，对健康的影响及其在疾病中的作用已成为研究热点。正常情况下，肠道微生物保持着相对稳定状态，通过影响肠道的免疫和黏膜屏障作用，维持肠道的稳态。肠神经胶质细胞（enteric glial cells，ECGs）是肠神经系统（enteric nervous system，ENS）中除神经元外另一个重要的组成部分，除对肠神经元的营养、保护、支持作用外，还有调节肠道黏膜屏障完整性的作用，对维持肠道内环境稳定也有重要影响。目前研究表明，肠道微生物与ENS之间有相互影响。但肠道微生物对ENS中ECGs的影响尚存在争议。现结合国内外文献，就肠道微生物对ECGs影响进行综述。

一、肠道微生物

人类胃肠道微生物系统非常复杂，在婴儿出生时即开始建立。单从细菌层面来说，从食管到直肠末端，所寄居的肠道菌群不同。由于胃内酸性环境的影响，除了幽门螺杆菌外，大多数是耐酸性的需氧或兼性厌氧菌，如链球菌、葡萄球菌、念珠菌和乳酸杆菌等。由于胆碱的作用，十二指肠的微生物相对较少，主要菌种与胃内的相似，包括葡萄球菌、链球菌和乳酸杆菌等。小肠细菌主要有乳酸杆菌和双歧杆菌，为小肠的优势菌群，其次为消化球菌、肠杆菌、小梭菌和葡萄球菌。小肠前段细菌少，后段数量逐渐增加。在盲肠和结肠，细菌浓度迅速增加，优势菌为厌氧菌，主要的菌种是拟杆菌、双歧杆菌以及厌氧的革兰氏阳性球菌。很多外在因素都会影响正常的肠道微生物群，如分娩方式、婴儿和成年时期饮食及抗菌素的使用等。研究表明长期使用抗菌素将可能导致正常健康人肠道微生物的变化和耐药基因的水平转移，这可能会导致生物多药耐药基因库的产生［1］。作为人体重要“器官”之一，正常的肠道微生物应该是无致病性的，与胃肠道组织结构处于共生关系，参与营养物质、药物的代谢、阻碍病原微生物的定植和肠黏膜屏障作用，维持宿主的健康平衡状态［2］。肠道微生物还有一个重要作用是调节肠道蠕动功能。例如，将无菌动物与传统生长的动物相比，无菌动物表现出胃排空延迟，肠蠕动减少，神经递质的表达减少［3］。随着基因测序技术和生物信息学的发展，学者们逐渐发现肠道微生物的众多功能以及微生物和宿主之间的相互影响。发现肠道微生物可能除与消化系统的疾病如炎症性肠病、肠易激综合征等疾病的发病机制相关之外，还与心脑血管疾病、呼吸系统疾病、肾脏疾病、内分泌代谢性疾病和神经精神性疾病有关，其研究正在不断的深入［4］。

二、肠神经胶质细胞

ENS是胃肠道神经元的集合，主要由肠神经元和ECGs组成。ENS在胃肠功能的神经调节中起主要作用，可独立地进行信息传递和程序处理，因而被称为“肠脑”。除了调节胃肠动力、内外分泌功能、胃肠蠕动功能、血流和免疫、维持肠上皮功能外，ENS还是一个重要的节点，与大脑相互联系形成双向的脑肠信号轴。ECGs来自于神经外胚层，主要分布于肠黏膜下层和肠肌间神经节丛。在形态学上，ECGs类似于中枢神经系统中的星形胶质细胞，包裹肠神经元并将轴突延伸到肠黏膜内，对肠神经元细胞有营养和保护功能。功能上，EGCs除了营养和保护肠神经元外，ECGs对肠上皮屏障的稳定性和完整性发挥重要作用。研究发现，ECG的缺失会导致肠黏膜完整性丧失，通透性增加，产生肠道炎症、出血及坏死等表现［5］。敲除EGCs会导致肠黏膜上皮屏障破坏，EGCs敲除模型小鼠会发生致命性的空回肠炎［6］。肠上皮屏障阻止微生物通过黏膜扩散。ECGs紧接肠上皮细胞，也可以通过释放重要的调节物质影响肠道的通透性，直接参与调节肠上皮屏障功能。与星形胶质细胞类似，ECGs也表达特定的标记物，包括胶质纤维酸性蛋白、S100B，SOX8/9/10等，通常被用来追踪识别人体肠内的ECGs［7］。其中，胶质纤维酸性蛋白的表达是通过细胞分化、炎症和损伤调节，表达此蛋白的水平与EGCs的功能状态相匹配［8］。S100B是S100蛋白家族的一种易扩散性蛋白质，具有调节神经元形态、生长和凋亡的作用，在人体肠道的S100蛋白家族中，只有S100B蛋白是专门由EGCs表达的［9］。EGCs还可表达诱导型一氧化氮合酶和L-精氨酸，有效抑制一氧化氮的产生，从而可以早期抗病毒、杀灭细菌［10］。EGCs可以与肠神经元细胞一起作用分泌多种神经营养素和营养因子，包括胶质细胞源性神经营养因子、神经生长因子、神经营养因子、P物质、甘丙肽及生长抑素等。

三、肠道微生物对EGCs的影响

（一）肠道微生物与EGCs发育过程的关系

ENS的发育是在胚胎发育期间形成的，可持续到产后的几周，最后达成一个完整的神经胶质通路［11］。由于胎盘屏障的存在，最初认为胚胎发育是在无菌的环境中进行的。然而这个假设最近受到了挑战。已有研究发现在小鼠和人类体内，存在低浓度的胎盘特异性微生物［12］。说明ENS的发育过程并不是在完全无菌的胚胎内进行。在对动物的研究中发现，出生后，肠腔就定植有一定数量的微生物。由于其分娩方式、喂养方式和母亲饮食的不同，其寄居的微生物种类和构成并不相同。出生后微生物在肠道内经过不断的扩增和发育，最后达到了成人水平［13］。有学者发现，肠道微生物在肠腔内成熟与适应的过程与宿主免疫系统相平行，两者之间相互依赖和交叉调节［14］。出生后，ENS暴露于复杂的微生物环境中，微生物代谢产物是如何影响生后ENS的发展是未知的。有学者对ECGs与肠道微生物的发育过程的关系进行了研究发现ECGs的一个亚群，黏膜下ECGs（the mucosa ECGs， mEGCs）的产生是一个逐渐发展过程与肠道微生物的成熟相平行［15］。

（二）肠道微生物与EGCs免疫功能的相互作用

ECGs参与体内免疫反应［16］。EGCs可以与免疫效应细胞、肠内分泌细胞、上皮细胞和血管集成一个从神经元到其它细胞结合反应的双向信号通路，可以认为是肠内抵抗侵入的微生物的免疫系统重要组成部分。EGCs在免疫刺激下可表达细胞因子IL-1β、IL-6和TNF-α［17］。然而免疫细胞分泌的细胞因子也可反作用于EGCs。例如IL-1β还可作用于EGCs本身抑制其增生［18］。近期研究发现炎性细胞因子可直接激活EGCs表达MHCⅡ，有效增加S100B和胶质纤维酸性蛋白的表达及一氧化氮的释放，促使EGCs增殖［19］。肠道共生微生物通过Toll样受体2（toll-like receptor 2， TLR2）信号通路调节ENS的完整性及其功能来对肠道稳态进行微调［20］。其中，TLR2为TLR家族成员，能通过识别病原相关的分子模式及某些内源性配体，引发信号转导并导致炎症介质的释放，在天然免疫防御中起重要作用。TLR2作为ENS中，特别是ECGs中表达的微生物模式识别受体。将可能是决定肠道微生物是否直接或间接通过一种中间的细胞或物质控制胶质细胞的动力学，这一机制还有待深入的研究。

（三）肠道微生物对小鼠mEGCs的影响

研究表明，mEGCs除了保护神经元细胞的功能外，其在肠黏膜中维持肠上皮屏障和调节免疫系统中有重要作用［21］。mEGCs位于紧接肠上皮细胞，有高度再生和重塑特性，正如肠上皮和黏膜免疫系统一样，引起学者们广泛关注。mEGCs发展和平衡问题提醒人们重新认识微生物对多种胃肠道中的组织和功能的新影响。发现mECGs的发育与肠道微生物的建立和成熟同步后，肠道微生物是如何影响mEGCs？Kabouridis等进行了动物实验［15］。实验中通过比较常规传统喂养的小鼠和无菌环境中成年小鼠肠内mEGCs的差异。发现无菌小鼠mEGCs的数量明显的减少。然后为进一步表明肠道微生物对EGCs的影响，常规使用微生物制剂饲养无菌小鼠。发现与无菌小鼠相比，其mEGCs的平均数量是增加的。从而得出这正常mEGCs的发展过程与肠道微生物密切相关。用抗菌素喂养后，小鼠mEGCs数量又减少。随后再次利用谱系追踪实验来证明肠道微生物在维持新的EGCs的不断增殖是必需的。

（四）肠道微生物影响EGCs的可能机制

肠黏膜最容易受肠道微生物的侵入，特别是肠黏膜屏障破坏时，包括感染病原微生物及过度的免疫反应。通常宿主能通过模式识别受体感知微生物的存在。模式识别受体作为固有免疫的一部分，在抵抗病原微生物的过程中发挥关键作用［22］。其亚组TLRs在维持肠道微生物及宿主的共生关系中发挥重要的作用［23］。其中EGCs表达的TLR3和TLR7能够识别病毒RNA，TLR4可识别革兰氏阴性菌的脂多糖［24］。表明肠道微生物对EGCs的影响可能通过TLRs信号通路相互反应。另外，肠道微生物对EGCs的影响可能是通过诱导其表达某些分子而实现相互反应的。研究发现革兰阴性杆菌的脂多糖与肠肌丛ECGs之间反应时发现，脂多糖能促进肠肌丛ECGs分泌IL-1β，产生一系列的炎症反应以此来改变ENS的功能导致肠道炎症［25］。粘连性的侵袭性大肠杆菌能够激活人类的EGCs并诱导其表达cFox及MHC II。它通过激活人类ECGs的TLR/S100B-RAGE依赖的iNOS-NO信号通路，导致S100B从人类的ECGs释放，S100B再导致一氧化氮（nitric oxide，NO）释放，表达在人类EGCs上，肠内胶质衍生的S100蛋白在人类EGCs的反应下可以通过TLR/S100B-RAGE依赖的iNOS-NO信号通路集成细菌产物信号去触发肠内固有的免疫［26］。

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综上，大量实验表明肠道微生物对宿主有调节作用，包括这“脑肠轴”。EGCs能表达微生物的模式识别受体，差异性应答不同微生物的刺激。EGCs可能是肠道菌群的主要靶细胞，在控制肠道微生物动力学，EGCs是直接或是中间作用细胞是未知的。肠道不同位置分布的EGCs代表了不同亚群，具备不同功能。肠道微生物对ECGs的发育、更新、转移有影响。其确切的机制还须进一步研究。尽管EGCs功能尚未完全明确，但其在肠道功能中的作用日益受到关注。肠道微生物与EGCs将作为消化道疾病发病机制研究的重要方向。目前还须对它们各自的结构和功能以及相互作用进行更深入的研究，为胃肠道疾病提供新的研究角度和治疗策略。

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Research progress of intestinal microbiota′s effect on enteric glial cells

Hu Mei, Yang Xiaolan, Cui Dejun. Department of Gastroenterology, The Affiliated People′s Hospital of Guizhou Medical University, Guiyang 550002, China
< class="emphasis_italic">Corresponding author: Cui Dejun, Email: hxcuidj@163.com

Cui Dejun, Email: hxcuidj@163.com

Intestinal microbiota, which is composed of deverse microorganism, plays an important role in enteric nervous system, particularly in the enteric glial cells. Recently, numerous researches have shown that intestinal microbiota plays a critical role in the occurrence, development and immunologic function of enteric glial cells. This fi nding will provide a new way for the treatment of intestinal disorders. In this paper, we provide a brief review of the current researches about the effects of intestinal microbiota on the enteric glial cells.

Digestive system; Intestinal microbiota; Enteric nervous system; Enteric glial cells

2016-10-03）

（本文编辑：杨明）

10.3877/cma.j.issn.2095-3224.2017.01.012

贵州省科技支撑计划资助项目［黔科合SY字（2013）3030号］

550002 贵州医科大学附属人民医院消化科

崔德军，Email：hxcuidj@163.com

胡美, 杨小兰, 崔德军. 肠道微生物对肠神经胶质细胞影响的研究进展[J/CD].中华结直肠疾病电子杂志, 2017, 6(1): 56-59.