胃肠道微生态与幽门螺杆菌相关疾病的研究进展

王 欢，何 丛，吕农华

(南昌大学第一附属医院 消化内科，江西 南昌 330006)

人体的胃肠道菌群构成一个庞大和复杂的微生态系统，其种类约1 000种以上，数量高达1 013～1 014，所包括的基因数是人类基因组基因数量的100倍以上[1]。幽门螺杆菌(Helicobacterpylori，Hp)是目前已知的可长期定植在人体胃黏膜的革兰阴性菌，可导致慢性胃炎、消化性溃疡和胃癌等。近年来，随着高通量测序技术的飞速发展，越来越多研究发现胃内除了Hp外还存在着其他细菌，且Hp感染可能引起胃肠道菌群失衡，从而导致Hp相关疾病的发生与发展。本文将分别从人体和动物模型层面综述Hp相关疾病中胃肠道微生态结构的变化特征。

1 正常胃内微生态结构

由于有胃酸的存在，正常胃内呈酸性环境，导致大多数细菌无法在胃内定植，故既往认为胃是一个无菌的器官。直到1983年发现Hp，这一观点才被打破。随着宏基因组学和高通量测序技术在微生物学中的应用，人们逐渐认识到胃内微生物群落的多样性和复杂性。2006年，首次通过基因测序鉴定了胃内菌群含有128个种系型，包含5种优势菌门，分别是拟杆菌门、厚壁菌门、 梭杆菌门、 放线菌门和变形菌门；其中，胃黏膜以厚壁菌门和变形菌门为优势菌门，而胃液中则以厚壁菌门、拟杆菌门和放线菌门最多见[2]。此外，尽管健康人胃内细菌密度远低于空回肠和结肠，但其种类已多达数百种，主要包括厚壁菌门、拟杆菌门、变形菌门及放线菌门等，而链球菌属、乳杆菌属及拟杆菌属则为最常见的种属[3]。更为重要的是，胃内定植菌具有一定特异性，其组成明显不同于口腔和咽喉部的微生物，这也在一定程度上提示胃内菌群并非从上迁徙而来[4]。

目前，对胃内微生物的认识尚处于初期阶段，高通量测序技术和宏基因组学方法的应用以及先进的生物信息学工具的发展，开辟了对胃肠道生物组多样性和复杂性的研究领域，丰富了人们对胃内微生物的组成及其特点的了解。

2 Hp感染对胃微生态的影响

Hp为长期定植在人胃黏膜的革兰阴性菌，全球的人群感染率为50%[5]，它可引起慢性胃炎、消化性溃疡病、胃癌和胃黏膜相关淋巴组织淋巴瘤[4]。Hp感染是否影响胃内微生物组成及其与Hp相关疾病的关系引起了人们的关注。Hp感染可引起胃黏膜萎缩和壁细胞显著减少；导致胃酸分泌减少、pH增高，胃内环境改变，这将有利于其他细菌在胃内定居。利用16S rRNA测序研究Hp阴性和阳性儿童的胃内微生物组，发现在Hp感染者中，Hp为胃内的优势菌；而在Hp未感染者中，胃内主要含有γ-变形菌、β-变形菌、拟杆菌和梭菌等，其细菌的丰度及多样性更高[6]。此外，有研究选取4对双胞胎及8位不相关的个体，收集胃窦活检样本，分析胃黏膜菌群的α和β多样性，16名受试者中有10位为Hp感染者，研究结果提示双胞胎个体之间胃黏膜菌群无明显相似性，Hp感染者与未感染者具有显著差异，提示Hp感染较遗传因素对胃内微生物组的影响更大[7]。从智利和圣地亚哥收集了45位儿童和41位成人的胃液，分为Hp感染组和未感染组，儿童及成人的Hp感染人数分别为12位和14位，应用16S rRNA测序发现受试者胃液中均以放线菌门、拟杆菌门、厚壁菌门、梭杆菌门和变形菌门为优势菌门；虽然感染组儿童胃液内菌群组成与未感染组无显著差异，但可观察到菌群比例的变化，如在纲水平上，感染组放线菌纲、芽孢杆菌纲和丙型变形菌纲比例较未感染组明显降低；同样在目水平上，感染组假单胞菌目、放线菌目和乳杆菌目的比例也大大降低；在科水平上，感染组链球菌科、莫拉氏菌科及放线菌科的比例也较未感染组降低。该研究提出Hp感染可导致儿童胃内菌群在多个分类水平的失衡[8]。这些研究均提示Hp感染可改变胃内微生物的组成、丰度和多样性。

以上研究受试者均为无症状Hp携带者，随后有学者进一步对有消化道症状的慢性活动性胃炎、消化性溃疡和胃癌等患者的胃内微生态进行研究。对Hp阳性和阴性慢性胃炎患者的口腔、胃及十二指肠的分泌液和黏膜进行测序分析，发现Hp阳性组的胃黏膜中作为优势菌门的放线菌门、拟杆菌门、厚壁菌门和梭菌门相对丰度明显低于Hp阴性组。同时，Hp阳性组的胃液中变形菌门相对丰度远高于Hp阴性组，而双球菌、纤毛菌、丙酸杆菌、梭杆菌、放线菌、韦荣球菌、嗜血杆菌、链球菌及普氏菌等9个菌门的相对丰度则降低；在属水平上，Hp阳性组中螺杆菌属相对丰度升高而嗜血杆菌属则明显降低。Hp阳性与阴性组的口腔和十二指肠黏膜菌群则无明显差异[9]。此外，在人体不同疾病阶段如慢性胃炎、肠化及胃癌，比起Hp阳性标本，Hp阴性的样本中胃部微生物相互作用更强烈[10]。综上，推测Hp可能与胃内其他细菌共同促进了胃相关疾病的发生。

此外，在动物模型中，同样观察到Hp感染可导致胃肠道菌群的变化，进而导致更严重的胃炎。有研究表明，Hp感染小鼠 12周后其粪便菌群与未感染小鼠粪便菌群有明显差异，具体表现为Hp感染小鼠中厚壁菌门及变形菌门明显增加，而拟杆菌门及疣微菌门则相对减少[11]。用HpPMSS1菌株感染C57BL/6小鼠，收集感染组小鼠与未感染组小鼠在不同时间段的胃黏膜、盲肠黏膜、回肠黏膜及粪便样品，通过菌群分析发现，Hp感染不仅能改变胃内菌群，还能改变远端肠道菌群，并且感染时间越长，菌群差异则越大；同时，对胃组织分析显示，Hp感染组的小鼠多种免疫应答基因的表达量增加[12]。这些研究提示Hp诱导胃的免疫发病机制中，可能涉及引发胃肠道微生物群变化，但其确切的潜在机制有待进一步解开。

然而，也有研究发现Hp感染后胃肠道微生态无明显改变，如用PCR和16S rDNA测序法分析人类Hp阴性组和阳性组胃黏膜菌群的异同，结果显示所有个体胃黏膜菌群组成无明显差异[2]。另外，通过基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱的生物测定和16S rRNA测序分析215例马来西亚患者的胃内微生物群，其中131例为Hp阳性患者，结果表明Hp感染对原有胃内微生物群影响不大[13]。因此无论是在无症状Hp携带者还是患有相关疾病的患者中，关于Hp对胃肠道内微生态的影响目前仍存在争议。推测造成研究结果不一致的原因可能由于用于微生物群分析的测序方法不同、样本量的大小、各地Hp感染率的差异、Hp检测结果的假阴性或假阳性以及若干环境因素(如饮食、生活方式、地理和种族)等，这些因素均可能导致研究结果存在差异。目前关于Hp感染对胃内微生物群的影响尚未完全了解，需要更多的应用大型高通量测序技术的设计严密的研究来更好的揭示Hp感染后胃内菌群的变化以及复杂的微生物群在Hp相关疾病发病中的潜在作用。

3 胃肠道微生态与Hp相关胃癌

胃癌是世界范围内第4大恶性肿瘤，第2大致死性肿瘤，世界卫生组织国际肿瘤研究中心将Hp列为Ⅰ类致癌因子。通常认为Hp菌株的毒力、感染时间、宿主的遗传背景和饮食等是导致胃癌发生的主要因素[14]。然而，越来越多的研究表明，胃肠道菌群可能是影响Hp相关胃癌发生发展的另一重要因素。比较不同阶段患者的胃黏膜微生物组成，发现胃癌患者中螺杆菌属的相对丰度低于慢性胃炎及肠化患者，而链球菌属相对丰度则明显增加，表明Hp可能与胃内其他细菌共同促进了胃癌的发生[15]。另外，对比Hp阳性的胃炎、肠化生及胃癌患者胃部菌群，发现在胃炎及肠化生样本中，Hp相对丰度与细菌多样性之间有着强烈的负相关性，而这种相关性在胃癌样本中较弱；同时，相比于有着相似Hp水平的其他受试者，胃癌患者的胃部菌群多样性较低[16]。据此推测Hp可能通过影响胃内其他共生菌，从而创造了一个更利于胃相关疾病发生的微环境，最终导致胃癌的发生。

动物研究进一步证明，Hp和胃肠道微生物之间的相互作用可能加速癌变过程。用无特定病原体(specific pathogen free,SPF)的转基因FVB/N胰岛素—胃泌素(transgenic FVB/N insulin-gastrin,INS-GAS)小鼠进行实验，用Hp感染无菌INS-GAS小鼠，发现小鼠感染Hp后加快了发展为萎缩性胃炎、上皮内瘤变和胃癌的过程，且病理改变程度更严重[17]。而用梭状芽胞杆菌、乳酸菌以及拟杆菌感染无菌的INS-GAS小鼠，发现与对照组小鼠相比，这些小鼠更容易出现胃部炎性反应、上皮增生以及发育不良等，甚至发展为胃部肿瘤。该研究还发现在HpINS-GAS小鼠模型中，感染变异琼脂细菌(altered schaedler’s flora，ASF)或者肠道菌群的雄性小鼠表达较高水平的促炎性反应因子和肿瘤相关基因[18]。这些结果进一步表明，Hp可能和胃内的微生物发生协同作用促进肿瘤的发生，为胃内微生物可以促进胃癌发生提供了证据。

4 Hp根除治疗对胃肠微生态的影响

Hp感染一线治疗方案中的抗生素可使肠道菌群失衡。利用测序分析对比17例Hp阳性患者在进行Hp根除治疗前后的粪便样品菌群，发现清除后的肠道菌群中，拟杆菌门丰度下降，厚壁菌门丰度上升[19]。而对11例Hp阳性患者根除治疗前后的胃黏膜进行16S rRNA测序分析,发现Hp的平均相对丰度由治疗前的83.70%下降到治疗后的6.88%，而非Hp细菌的相对丰度从4.55%提高到51.70%，主要包括拟杆菌、梭杆菌和放线菌的相对丰度在根除治疗后明显增加；在根除Hp后，胃内菌群的α多样性及β多样性均显著增加[16]。这些研究均表明Hp根除可导致胃肠道微生态发生变化。

最近，探讨阿莫西林、克拉霉素和质子泵抑制剂联合益生菌的Hp根除方案对肠道微生物群组成的影响，发现益生菌组和无益生菌组肠道菌群均以厚壁菌门，拟杆菌门和变形菌门为主；根除Hp后，两组的厚壁菌门相对丰度降低，而变形菌门的相对丰度则均增高；此外，无益生菌组肠道菌群结构变化更大，且该组耐药菌发生较益生菌组更高[20]。

5 问题与展望

胃肠道微生态系统庞大且复杂，很多因素对其均有影响。而随着分子生物学技术的发展，用于研究胃肠道微生态的方法越来越多，对胃肠微生态可能参与胃部疾病的认识也逐渐深入，与此同时胃内其他菌群在Hp相关疾病中的作用逐渐被重视。目前，关于Hp感染与胃肠微生态的研究仅局限于Hp感染后胃肠道菌群组成的改变，然而，这种改变具有何种功能及其与Hp相关疾病是否存在因果关系尚不明确；且Hp根除治疗前后胃肠微生态的改变以及益生菌能否通过调节微生态提高Hp根除率或降低不良反应仍有待进一步研究。随着这些问题的明确，将有助于更加全面的认识胃肠微生态系统在Hp相关疾病中的作用，为疾病的预防和治疗提供新思路。