肠道菌群与多发性硬化

李天骄 董晓娇 马丽静 于生元 唐闻晶

作者单位：解放军总医院神经内科(李天骄、于生元、唐闻晶)；秦皇岛市第一医院神经内科(董晓娇)；石家庄市妇幼保健院神经内科(马丽静)

多发性硬化(multiple sclerosis，MS)是T细胞介导的、多种免疫机制参与的自身免疫脱髓鞘疾病，但其具体机制尚不明朗，目前认为是遗传因素及维生素D缺乏、高脂饮食等环境因素共同作用的结果。人体可以被认为是包含人体基因及肠道微生物基因的超级有机体，近年来研究发现肠道菌群与中枢神经系统功能密切相关，肠道菌群在帕金森病、多发性硬化、精神异常等中枢神经系统疾病的发病机制中均起到重要作用[1-2]。肠道菌群构成与宿主的遗传因素及外界环境因素密切相关。人类的肠道最初是无菌的，最初定植的肠道菌群来源于母体和环境，并且受生活习惯、卫生条件等环境因素的影响[3-4]，所以菌群构成状态能够反映其一定的遗传与环境背景。近年来有大量研究表明肠道菌群与MS有着密切联系，对肠道菌群的研究探讨将有助于理清MS的遗传与环境相关的发病机制并帮助诊断及治疗。现将近年来有关MS与肠道菌群关系的研究进展进行综述。

1 肠道菌群及其功能

1.1人体肠道菌群概述人体肠道内定植着数目巨大的肠道微生物，包括细菌、病毒、真菌及古生菌。因对病毒和真菌尚缺乏成熟的研究手段，目前肠道微生物的研究主要集中于细菌和古生菌，而在细菌的研究中，16S-rRNA扩增子测序和宏基因组测序已成为业内成熟的研究方法，本文主要对细菌的研究进展进行探讨[5]。根据人类微生物组计划(human microbiome project，HMP)的研究结果，人体肠道菌群约90%由厚壁菌门和拟杆菌门构成，此外还有变形菌门、放线菌门及少量其他菌门[6，7]。健康人体的肠道菌群可以调节宿主的代谢，修饰表观基因表达及调节宿主免疫[8-10]。

1.2肠道菌群与中枢神经系统肠道菌群与中枢神经系统密切相关，现有证据表明肠道菌群可以通过调节内皮组织中紧密连接蛋白的表达影响血脑屏障(BBB)的通透性[11]。而在动物实验中发现无菌小鼠(germ-free，GF)的血脑屏障不能完整发育，也提示肠道菌群与中枢神经系统具有密切联系。这种联系目前被习惯性称为肠道菌群-肠道-脑轴(microbiota-gut-brain axis)，通过这个调控系统肠道菌群直接或间接影响着中枢神经系统的生理及病理机能。

肠道菌群与情绪行为相关，早期动物实验表明在无菌小鼠中定植特异微生物，可以诱发小鼠的类焦虑行为，并且证实这种行为的产生与肠道信息传递相关[12]，Bercik等也发现在粪便移植后，受体小鼠表现出与供体小鼠相似的行为[13]。肠道菌群还可以通过影响下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴调节学习和记忆[14]。而一项基于人体的功能磁共振研究发现女性志愿者长期饮用含有5种益生菌的发酵牛奶后，大脑中控制大脑记忆和感觉的区域包括额叶、颞叶、海马活动发生了变化，提示益生菌可以调节人体的情绪及记忆过程[15]，以上研究均表明肠道菌群参与了脑功能的调节。

肠道菌群紊乱与中枢神经系统疾病关系密切。研究表明，70%的自闭症患者合并有胃肠道症状，并且发现自闭症患儿肠道中粪杆菌属和梭菌属的菌群含量明显高于健康儿童[16]。Severance等[17]发现精神分裂患者血液中抗酵母菌抗体水平升高。上述研究提示肠道菌群紊乱与精神疾病相关。Unger等[18]发现帕金森病(PD)患者中普氏菌(Prevotella)表达丰度而重要抗炎产物短链脂肪酸(SCFAs)水平下降，该作者认为上述变化导致体内炎性反应增加，并可能导致α-突触核蛋白错误折叠导致PD发病。现有研究表明，人体内95%以上的5-羟色胺(5-HT)在肠道中由肠道菌群代谢产生，而5-HT可以减少Aβ斑块的形成，这提示肠道菌群可能参与了阿尔茨海默病(AD)的发病过程[19]。此外，肠道菌群还参与调节体内免疫系统，与以MS为代表的中枢神经系统脱髓鞘疾病关系密切。

2 肠道菌群与MS

2.1动物实验证据实验性自身免疫性脑脊髓炎(experimental allergic encephalomyelitis，EAE)小鼠模型是公认的MS动物模型。在EAE小鼠研究中发现，与SPF(specific pathogen free)小鼠相比GF小鼠EAE病程缩短，病情严重程度减轻[20]，并且只有当分叶丝状细菌(SFB)在GF小鼠肠道定植时才能使具有促炎作用的Th17细胞分化，进而使EAE模型制作成功[21]。Ochoa-Reparaz 等[22]也发现，与月龄、性别、EAE严重程度相匹配的对照组EAE小鼠相比，给予抗生素治疗的EAE小鼠可以显著减少粪便及肠道微生物数量，缩短EAE的病程，减轻EAE的严重程度 。Kerstin Berer等[23]将MS患者患者和健康对照的粪便移植入GF小鼠体内，发现MS患者粪便植入小鼠更易诱发EAE。以上研究虽然仍未能明确MS与肠道菌群变化的因果关系，但至少表明它们之间存在密切联系，并且提示MS患者的肠道菌群影响MS的易感性。

2.2MS患者肠道菌群变化及可能的致病机制Miyake等[24]较早观察到了MS患者肠道菌群的变化，他们发现与正常对照相比，MS患者有21个菌群种类发生了变化，这种变化随着时间推移保持相对稳定。在此21种菌群中，19种菌群减少，其中14种属于梭状芽孢菌属，另外5种属于拟杆菌属、普氏菌属和萨特菌属[24]。其中，梭状芽孢菌属可在结肠产生短链脂肪酸(short-chain fatty acids，SCFAs)，SCFAs具有诱导抗炎细胞Tregs的功能，可以减轻炎性反应并缩短EAE的病程，减轻EAE的严重程度[25]。Farrokhi等[26]发现MS患者血清脂质654水平明显下降，这种物质是由拟杆菌属在肠道产生，据此推测脂质654水平的下降可能与拟杆菌属菌群数量的减少有关。Chen等[27]也观察到与年龄性别相匹配的正常人群相比，在复发缓解型MS患者(RRMS)中具有抗炎作用的普氏菌属和拟杆菌属菌群数量较健康人群有所下降。Jangi等[28]发现经过MS患者经过治疗后普氏菌属菌群数量较治疗前有所升高。在RRMS患者硬壁菌门中除发现产SCFAs的梭状芽孢菌属菌群数量降低外，Chen等[29]还发现了Dorea 和 Blautia菌数量的升高，而Dorea菌在炎性肠病患者中也有丰富的表达，提示Dorea菌可能有明确的促炎作用。不过，MS患者肠道菌群中硬壁菌门的某些菌属的情况在不同研究中尚存在争议，这可能与使用的研究方法及研究人群不同有关。有研究发现MS患者变形菌门中枝动杆菌属和假单胞菌属菌群数量增加[27]，另有研究表明在铜绿假单胞菌与髓鞘有共同的抗原成分[30]，并且在给小鼠高脂饮食喂养后小鼠肠道中铜绿假单胞菌丰度增加[31]，而高脂饮食是MS重要的危险因素。

肠道菌群与MS的相关性主要表现在MS患者具有促炎作用的细菌增加和抑制炎性反应的细菌减少。细菌的促炎机制包括：诱导炎性因子的产生和诱导促炎的Th1及Th17表型的 CD4+T细胞分化。抑制炎性细菌如脆弱拟杆菌则会产生多聚糖A(polysaccharide A，PSA)进而诱导抑制炎性反应的Tregs细胞分化[32]。最新的研究表明色氨酸经过细菌代谢后的产物如吲哚-3-硫酸盐(indoxyl-3-sulfate，I3s)有明确的抗炎作用，在给予EAE小鼠缺少色氨酸的饮食后，其EAE的病程延长，症状加重，而重新给予I3s或富含色氨酸饮食后EAE小鼠状态则得以恢复，该研究还发现色氨酸代谢产物通过芳烃受体(AHR)作用于小胶质细胞进而调控星型胶质细胞起到抗炎作用[33]。

2.3肠道菌群在MS治疗中的价值Kouchaki等[34]曾进行随机、双盲、安慰剂对照试验中，将60名MS患者随机分为实验组和对照组，实验组(n=30)口服12周乳酸菌和双歧杆菌组成的益生菌胶囊，对照组(n=30)服用含淀粉的安慰剂，基线期两组扩展的功能障碍状况量表(expanded disability status scale，EDSS)评分无明显差异，而在实验结束后实验组EDSS评分与较对照组相比有所下降(P<0.05)，但尚未达到具有临床意义的标准(此文作者并未提供菌群的剂量及比例)。另外，有研究者发现口服益生菌可以抑制MS患者的免疫反应，使具有促炎作用的单核细胞减少、树突细胞激活减少，并且在停服益生菌后抑制炎性反应的Tregs会减少。Guarner等[35]对免疫相关疾病、益生菌、免疫调节三者之间关系进行了详细综述，认为益生菌可有效维持机体免疫稳态并且对身体无害，所以MS等疾病的免疫调节治疗及预防治疗应该基于使用益生菌维持免疫稳态的基础之上。肠道菌群及其抗炎产物治疗MS患者显示有一定的效果，但均作为一种辅助治疗手段，在改善患者残障评分及生活质量上未达到理想预期，这可能与肠道菌群的复杂性及其调节炎性反应的机制尚不完全明确有关，其效果需要进一步大样本临床实验观察，其机制亦需进一步研究探讨。粪便移植用来治疗胃肠道疾病已有研究[36]，但在MS治疗中研究较少，可能成为未来在MS治疗中一个重要的研究方向。

综上所述，肠道菌群与MS的发病和疾病进展有着密切联系，但其因果关系尚无定论，尚需要进一步的实验研究予以探讨。一些临床实验结果表明口服益生菌治疗可以减轻患者MS的严重程度，减少患者的病程，提示益生菌可能用于MS的治疗，但其疗效亦需更大样本量以及统一标准的大规模临床实验。