胃食管反流病与消化道微生态关系的研究进展

胃食管反流病(GERD)是指胃、十二指肠内容物反流进入食管、口腔(包括喉部)或肺所致的不适症状和(或)并发症[1]，临床上GERD可分为非糜烂性反流病(NERD)、反流性食管炎(RE)、Barrett食管(BE)。GERD 发病率呈逐年上升趋势[2]，但其发病机制尚不完全清楚，目前认为涉及物理、化学、精神和神经等多方面因素[3]。近年来随着新一代测序技术和宏基因组研究以及生物信息学的发展，人们对消化道微生物组学的研究不断深入。越来越多的证据表明消化道微生态对维持机体的健康至关重要，而消化道微生态紊乱与多种疾病密切相关，并影响疾病的治疗[4]。随着对消化道微生态的深入研究，人们逐渐认识到GERD与消化道微生态存在明显的相关性，本文就相关研究进展作一综述。

1 GERD与食管微生态

正常食管黏膜有常驻的菌群，且与消化道其他部位的菌群在定性和定量上都存在很大的差异。Dong等[5]对27名健康人的食管上、中、下段标本进行分析，发现食管菌群高度多样化，共有594属29门，厚壁菌门、变形杆菌门、拟杆菌门、放线菌门、梭菌门、TM7较为丰富，链球菌属、奈瑟菌属、普氏菌属、放线杆菌属和韦荣球菌属较多。此外，研究还发现菌群组成在个体间存在高变异性。Di Pilato等[6]对有关食管黏膜菌群的文献进行分析，结果显示所有的文献均报道了食管黏膜有链球菌属定植，且在菌群中占很高的比例，其他菌属如梭菌属、韦荣球菌属和普氏菌属也常被发现。这些菌属可能是健康食管黏膜核心微生物群的重要组成部分。

GERD患者的食管存在复杂的微生态改变，且菌群紊乱程度与食管炎的严重程度呈正相关[7]。Yang等[8]对正常食管者以及RE和BE患者的远端食管黏膜微生物群进行分析，结果发现微生物群的组成可以分为两类，分别命名为Ⅰ型菌群和Ⅱ型菌群：Ⅰ型菌群主要为革兰阳性需氧菌，主要为链球菌属；Ⅱ型菌群中革兰阴性厌氧菌/微需氧菌的比例较高，主要为韦荣球菌属、普氏菌属、嗜血杆菌属、奈瑟菌属、弯曲杆菌属和梭杆菌属等。Ⅰ型菌群集中分布于正常食管，而Ⅱ型菌群与RE(OR=15.4)和BE(OR=16.5)密切相关。正常食管组的链球菌平均相对丰度为75.9%，RE组为50.5%，BE组为54.1%。Harris等[9]的研究发现，与正常对照组相比，应用质子泵抑制剂(PPI)治疗的GERD患者的食管链球菌明显减少。Liu等[10]的研究显示，正常食管者与RE或BE患者的食管下段细菌总数相当，但菌群组成存在显著差异。RE组和BE组的菌群存在梭菌属、普氏菌属、韦荣球菌属富集，尤其是梭菌属，而在正常食管组中未见。Blackett等[11]的研究则发现，与正常对照组比较，RE和BE患者的革兰阴性菌优势逐渐增强，尤其是弯曲杆菌数量增加，而其他菌属的数量都有显著下降。近年来一项有关食管微生态的大样本研究显示，革兰阴性菌富集及功能改变与RE向食管腺癌级联转变(RE→BE→食管腺癌)的早期过程相关[12]。

综上所述，正常食管菌群主要由革兰阳性菌组成，其中链球菌似乎是一个重要的优势菌属。GERD患者存在食管菌群的显著改变，革兰阴性菌和厌氧菌数量增加。但目前对食管菌群的研究大多是横断面的，与GERD发病相关的具体菌属及菌群组成的动态变化规律尚不十分清楚。

2 GERD与小肠细菌过度生长

肠道微生态是人体最大的微生态系统，肠道微生态与GERD存在直接或间接的联系。临床研究发现，与正常对照者相比，RE患者中合并小肠细菌过度生长(SIBO)的比例显著升高[13]。与SIBO相关的细菌增殖会导致肠腔内代谢增加，导致小肠运动障碍和气体潴留，而小肠运输延迟会影响胃排空，进而导致或加重食管反流[14]。PPI是临床治疗GERD的首选药物。Belei等[15]研究发现，应用PPI治疗12周后，GERD患儿中有31.3%(40/128)患有SIBO，而正常对照组中有5.0%(6/120)存在SIBO(P<0.001)。王洪艳等[16]的研究也得出相似结论，RE患者持续服用PPI 8周，SIBO阳性率由服药前的12.50%上升至服药后的53.13%。上述研究结果均提示GERD 与 SIBO存在明显相关性。

3 GERD与远端肠道微生态

GERD与肠道微生态存在明显相关性。研究发现，RE患者存在一定程度的肠道菌群紊乱，表现为肠道菌群多样性差、细菌种类较少、分布不均、短链脂肪酸(SCFA)水平较低[17]。有临床研究应用益生菌制剂治疗GERD与肠易激综合征(IBS)重叠症患者，结果显示肠道菌群失调改善后，患者胃灼热、反酸、胸骨后痛等症状均得到显著改善[18]。然而，目前GERD与远端肠道微生态的直接相关性研究报道较少。GERD患者肠道微生态的特征性改变以及益生菌调节肠道微生态对GERD的治疗作用尚不清楚，仍需进一步研究。

GERD与肠道微生态的关系还表现为通过精神心理、肥胖等中间因素而存在相关性。研究证实，肠道微生态紊乱与多种疾病密切相关，如肥胖[19]、焦虑、抑郁[20]；流行病学研究也证实，精神心理障碣(如焦虑、抑郁)、肥胖与GERD密切相关[21-24]。

3.1 GERD及肠道微生态与焦虑、抑郁

精神心理因素在GERD的发生、发展及治疗过程中扮演了极其重要的角色。与正常人群相比，GERD患者的精神心理问题发生率明显升高。一项长达5年的队列对照研究发现，精神和心理障碍是GERD 发病的独立危险因素[21]。此外，精神心理因素会加重GERD患者对反流症状的感受，影响患者的生活质量。Jansson等[22]的研究发现，相对于不伴有焦虑、抑郁的患者，焦虑状态患者的反流症状发生风险增加了3.2倍，抑郁状态患者的反流症状发生风险增加了1.7倍，焦虑、抑郁并存患者的反流症状发生风险增加了2.8倍。

肠道微生态与抑郁、焦虑密切相关。动物实验证实，在相同的外部应激刺激下，正常或SPF小鼠比无菌小鼠表现出更多的焦虑及抑郁样行为，而益生菌治疗具有抗抑郁和抗焦虑的效果[25]。临床研究也显示，与健康人群相比，抑郁症患者的肠道菌群构成存在显著差异，其肠道菌群α多样性指数显著增加，表现为变形菌门、放线菌门比例明显升高，厚壁菌门比例显著降低[26]。

肠道微生态可通过“微生物-肠-脑轴”对中枢神经系统的功能和行为产生重大影响[27]，从而引起焦虑、抑郁等精神心理障碍的发生。焦虑、抑郁状态则会加重反流症状，导致GERD的持续和恶化；而胃食管反流又会诱发焦虑、抑郁等精神心理障碍，从而形成恶性循环。由此可见，肠道微生态可能通过导致焦虑、抑郁等精神心理障碍，间接参与GERD的发生与发展过程。

3.2 GERD及肠道微生态与肥胖

不健康饮食对肠道微生物群的影响在肥胖的发展中起着关键作用。肥胖与肠道菌群紊乱密切相关已得到普遍认可。研究显示肥胖患儿的肠道菌群表现为厚壁菌门水平升高，拟杆菌门水平下降[19]。而肠道微生态改变可通过影响食物的能量获取[28]，以及通过“微生物-脂肪信号轴”等机制影响肥胖的发展[29]。流行病学研究证实，肥胖是GERD发病的重要危险因素。Chowdhury等[23]对GERD的危险因素进行分析，结果显示体质指数(BMI)≥25 kg/m2(OR=1.3)与GERD独立相关。一项Meta分析结果显示，腹部肥胖(OR=3.08)、身体脂肪百分比(OR=2.29)和较高的BMI(超重：OR=2.04；肥胖：OR=2.26)与BE显著相关，提示中央型肥胖可能是反流及其相关并发症的重要危险因素[24]。肥胖者出现反流高风险的原因可能与食管裂孔疝的发生率升高、食管下括约肌(LES)压力降低、食管运动障碍、腹部肥胖导致胃内压升高等因素有关[30-31]。

肠道微生态通过提高摄入食物的利用率，以及“微生物-脂肪信号轴”等机制影响肥胖的发生，而肥胖者由于腹内压力升高、食管裂孔疝的发生率升高、胃排空障碍、LES压力降低等因素导致食管反流增加。可见，肠道微生态可能通过导致肥胖间接参与GERD的发生、发展。此外，有研究显示，肥胖可以直接影响食管微生态，从而对GERD产生影响。Zhao等[32]的研究发现高脂肪饲料喂养的SD大鼠的食管远端厌氧菌、乳酸菌丰度下降，金黄色葡萄球菌缺失。

4 消化道微生态在GERD病理生理机制中的潜在作用

4.1 激活免疫炎性反应

炎性因子介导的食管黏膜炎性损伤是GERD发病的重要病理生理机制。Blackett等[11]的研究显示，GERD和BE患者中革兰阴性弯曲杆菌的富集增高，而弯曲杆菌的定植会导致炎性因子白细胞介素-18(IL-18)表达显著升高。Mozaffari Namin等[33]的研究也发现，食管弯曲杆菌感染会引起食管黏膜炎性因子肿瘤坏死因子(TNF)和环氧合酶-2(COX-2)表达升高，而应用益生菌菌株共孵育可明显抑制弯曲杆菌的促炎效应。可见，消化道微生态紊乱可通过激活炎性反应通路导致食管黏膜损伤，其作用机制可能为：胃食管反流使食管下段黏膜环境改变，革兰阴性菌由于对酸性环境和胆盐的敏感度较低，致使其数量增加，同时其细菌胞壁成分脂多糖(LPS)也相应增多[6]。LPS会激活食管上皮细胞Toll样受体4(TLR4)，通过TLR4/核因子-κB(NF-κB)信号通路，刺激产生炎性因子，进而引起强烈的炎性反应[34]。而炎性反应反过来又可能通过一些尚不完全了解的机制(如炎性反应引起的硝酸盐增加可能促进兼性厌氧菌的富集)导致微生态改变，从而引发菌群失调-炎性反应-菌群失调的恶性循环[35-36]。此外，研究发现肠道微生态紊乱会引起肠道黏膜通透性增加[37]，进而促进细菌易位以及细菌抗原(主要是LPS)通过肠黏膜进入血液和淋巴系统，引起更强烈的免疫炎性反应[38-39]。

4.2 影响胃食管动力

胃食管动力异常是 GERD 重要的病理生理机制。研究发现，LPS与LES静息压的下降密切相关，且存在剂量依赖性，还与胃排空延迟相关，这两个因素均可导致GERD的持续和恶化[6,40-41]。相关机制可能是：LPS增多激活TLR4/NF-κB信号通路，上调诱导型一氧化氮合酶(iNOS)的表达，导致一氧化氮(NO)合成增多，从而引起LES的异常松弛；NF-κB途径的激活还可影响COX-2的产生，延迟胃排空[42]。

肠道菌群紊乱可影响5-羟色胺(5-HT)等神经递质的产生。研究发现，无菌小鼠血浆5-HT水平明显降低，这可以通过梭状芽孢杆菌代谢生成的SCFA进行纠正[43-44]。而5-HT信号通路在GERD的发病机制中发挥着重要作用，5-HT信号通路异常可导致食管动力障碍和食管内脏敏感度升高，使黏膜受损，反流症状加重[45-46]。然而，微生态紊乱引起的神经递质改变对GERD的发生、发展是否有显著的临床影响仍需更多的研究来进一步证明。

4.3 影响内脏敏感度

食管内脏高敏感与GERD反流症状密切相关。食管内脏高敏感表现为食管对酸或机械性扩张的敏感度升高，对疼痛刺激的阈值降低，轻度的食管刺激即可表现出典型的反酸、烧心症状。肠道菌群可通过“微生物-脑-肠轴”影响内脏神经调控机制，参与内脏高敏感的发生[27]。研究发现无菌小鼠表现出内脏超敏及疼痛阈值降低，而行菌群移植后无菌小鼠可恢复正常的内脏敏感度，疼痛阈值升高[47]。消化道微生态改变如何影响食管内脏敏感度，进而引起或加重GERD症状，目前国内外关于这方面的研究报道尚少，相关研究有待开展。

5 结语

GERD的发生、发展与消化道微生态存在明显相关性。随着对消化道微生态研究的不断深入，人们认识到正常食管存在复杂的菌群，以革兰阳性菌为主，链球菌为优势菌属。而GERD患者食管菌群存在明显改变，以革兰阴性菌和厌氧菌为主。SIBO、肠道微生态与GERD也存在密切联系，肠道微生态可能通过精神心理、肥胖等因素与GERD存在相关性。消化道微生态改变可通过激活免疫炎性反应通路，影响食管及胃肠动力，增加食管内脏敏感度等多种机制参与GERD的病理生理过程。

然而，目前GERD与消化道微生态关系的研究仍存在许多空白与不足：与GERD发病相关的细菌尚未确定；GERD患者菌群组成的动态变化规律尚不清楚；GERD与肠道微生态直接的相关性研究不足；消化道微生态在GERD病理生理机制中的潜在作用尚未明确等。这些问题需要更多的研究来进一步证实与阐明。深化GERD与消化道微生态相关性的研究，探索GERD发病相关的特定菌群，进而通过调整消化道微生态来治疗GERD，有可能成为治疗GERD的新思路与新方法。