消化道微生物菌群与食管疾病关系的研究进展

位俊敏,李子俊

1南方医科大学第二临床医学院，广州510515;2广东省人民医院 广东省医学科学院

消化道微生态是人体消化道黏膜组织与消化道微生物共同组成的复杂的微生态系统，其功能涉及营养、代谢、免疫等多个方面。人类消化道微生物菌群与机体代谢、生理功能及免疫功能息息相关，包括：免疫系统的发育成熟；宿主细胞增殖及血管形成；抑制病原菌生长；调节肠道内分泌功能及神经信号传导；合成维生素、神经递质、类固醇激素[1]等。并且，消化道微生物菌群结构失调会导致病理学改变或慢性疾病发生，如近年来已有多种研究表明，人类消化道微生物菌群组成的改变与炎症性肠病(如克罗恩病、溃疡性结肠炎)、肠易激综合征、过敏、肥胖及糖尿病密切相关[2～5]。但相较于包括消化系统在内的多个器官，食管疾病的菌群研究数量和质量都存在差距，究其原因，可能主要与食管的特殊解剖位置、腺体结构及培养方式有关。因此本文检索多篇文献，现就消化道微生物菌群与食管常见疾病的关系进行综述。

1 消化道微生物菌群

19世纪70年代德国Marchesi等[6]首次提出了“微生态学”这一概念，经过近半个世纪的发展, 微生态学已成为当今医学研究的热点。消化道是人体最大的“储菌库”，人体消化道内寄生着数十万亿个细菌，细菌总数相当于人体细胞总数的数十倍，每个人的消化道微生物菌群的种类和数目都不同。尽管有着个体差异性，但人体消化道细菌主要由四类菌组成，分别是革兰阳性厚壁菌门、放线菌门、革兰阴性拟杆菌门和放线菌门，它们占消化道菌群总数的99%以上。传统微生物培养方法表明正常人食管内是无菌的，或只是过路菌，而这些过路菌是通过吞咽或是通过胃食管反流而来。近年来随着高通量测序技术的发展，Pei等[7]使用16s rRNA测序技术对4例正常成人的食管菌群进行检测，发现在门水平上食管菌群与口腔菌群组成大致相同，主要由厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门、变形菌门、梭杆菌门和TM7共6种门类及95种细菌组成。其中常见的菌属是链球菌属(39%)、普氏菌属(17%)和韦荣球菌属(14%)。Norder等[8]利用食管活检及活检刷中的样本培养出了23种菌属，主要菌属为链球菌属、奈瑟氏球菌属、嗜血杆菌属和普氏菌属，其中链球菌属检出率为95%～98%。Yang等[9]应用相同的测序技术检测了健康人、食管炎和Barrett食管患者的远端食管菌群，比较发现食管微生物菌群分为两类，即正常食管食管菌群以链球菌为主，食管炎和巴雷特食管以革兰阴性厌氧菌为主。由于胃酸、胆汁作用等因素影响，胃内细菌数量低于101～3cfu/mL，主要由乳酸杆菌和链球菌构成；小肠细菌数量为104～7cfu/mL，以厚壁菌门和放线菌为主；而结肠中细菌数量高达1010～13cfu/mL，其中丰度相对较高是厚壁菌门、拟杆菌、放线菌，丰度相对较低有梭杆菌、庞微菌门，还有少量如梭状芽孢杆菌和葡萄球菌等潜在致病性的细菌[10]。

2 消化道微生物菌群与食管鳞癌

食管癌是人类常见的消化道恶性肿瘤之一，是肿瘤相关性死亡的第六大病因[11]。在我国，鳞癌是食管癌最常见的组织学类型，比例超过90%[12]。食管鳞癌的病因尚未清楚，既往认为与饮酒、吸烟、热饮等生活习惯有关。近年来由于微生态学研究的进展，关于细菌与肿瘤关系已成为研究的热点[13,14]。

Yu等[15]研究证明，食管微生物菌群相对丰度与食管鳞状上皮异型增生呈负相关，他们认为食管微生物菌群丰富度较低的个体更容易导致食管鳞状上皮异型增生。另一项使用16s rDNA技术的研究表明，相对于健康对照组而言，食管鳞状上皮异型增生和食管鳞状细胞癌患者胃体微生物菌群在梭状菌和厚壁菌中富集，提示胃微生物菌群失调参与了食管鳞状上皮异型增生向鳞状细胞癌的发展[16]。Gao等[17]研究证明，食管鳞状细胞癌患者癌组织及癌旁正常组织存在牙龈卟啉单胞菌的感染，而健康对照组食管黏膜无感染，提示该菌在食管鳞癌中有致病作用。牙龈卟啉单胞菌的存在与食管鳞癌的严重程度(即癌细胞分化和转移)呈正相关，且临床预后差。因此，牙龈卟啉单胞菌可作为食管鳞癌的生物标志物。Kensuke等[18]研究也证明，食管鳞癌组织中具核梭杆菌DNA表达阳性者与肿瘤分期及食管鳞癌相关生存率存在显著的联系(具核梭杆菌表达阳性食管鳞癌患者生存率与具核梭杆菌表达阴性患者相比明显下降)，但与年龄、性别、吸烟史、饮酒史、组织分型、肿瘤位置及术前治疗无关。该研究还表明具核梭杆菌可能通过激活趋化因子如CCL20来推动肿瘤的发展，这说明食管鳞癌组织中具核梭杆菌或许可以作为食管癌预后的生物标志物。

3 消化道微生物菌群与食管腺癌

最新的流行病学调查显示，食管腺癌的发病率在近30年内增长了4倍左右，其发病率随着胃食管反流、巴雷特食管及肥胖发病率的增加而增高[19]。欧美国家食管癌类型以腺癌为主，5年生存率约17%，且确诊时大多已处于晚期，而巴雷特食管是内镜下可以识别的早期病变，可能伴随着早期异型增生或食管腺癌[20]。

与食管腺癌相关的微生物菌群报道甚少。Blackett等[21]使用16s RNA测序技术分别对胃食管反流病组、巴雷特食管组、食管腺癌组及健康对照组的食管组织进行菌群分析，结果发现，食管腺癌组的微生物菌群与健康对照组食管微生物菌群更相似。与巴雷特食管组相比，食管腺癌组和健康对照组中的双歧杆菌、拟杆菌、梭杆菌、维氏菌、葡萄球菌和乳酸杆菌的相对丰度增加，弯曲杆菌的相对丰度下降。而Eliott等[22]比较食管腺癌组和正常对照组组织的微生物菌群发现，食管腺癌组织中的微生物菌群多样性降低，发酵乳酸杆菌的相对丰度增加，而且大约一半的食管腺癌的发生与乳酸杆菌目中的某个物种相关。Sawada等[23]在食管空肠吻合术大鼠模型微生物菌群的改变是否影响食管腺癌的发病率的研究中发现，抗生素组的乳酸杆菌比例降低，而梭菌的比例升高。然而，改变的微生物菌群并不影响食管腺癌的发病率。Zaidi等[24]通过对比大鼠食管腺癌模型及食管腺癌患者和非食管腺癌患者组织中的微生物菌群发现，大肠杆菌在食管腺癌组织中含量丰富。来自大鼠食管腺癌模型的肿瘤组织各种Toll样受体(TLR1-3、6、7、9)表达也显著上调，这些受体可能在识别细菌和对细菌做出反应等方面起到关键作用。Peters等[25]在研究食管腺癌和食管鳞癌口腔菌群的差异及其与预后的关系中发现，口腔中的福赛斯坦纳菌与食管腺癌发生的高风险相关，此外，他们还发现奈瑟菌和肺炎链球菌的消失与食管腺癌发生的低风险相关，能合成类胡萝卜素的细菌能够防范食管腺癌的发生。

由此可见，消化道微生物菌群与食管癌密切相关，了解消化道微生物菌群变化对不同类型食管癌及食管癌发生发展过程中不同环节的影响，将为食管癌的诊断、预防和治疗提供新的可能性。

4 消化道微生物菌群与胃食管反流病

胃食管反流病包括三种类型：非糜烂反流病、反流性食管炎和巴雷特食管。胃食管反流病的发病因素主要是食管抗反流屏障功能障碍如食管下段括约肌功能异常、食管蠕动障碍、食管黏膜损伤、胃内压力升高、胃排空延迟等，而多个学者研究表明消化道微生物菌群作为一种环境因素，通过多种途径参与了胃食管反流病的病理生理过程。

Itay等[26]使用16s rRNA基因焦磷酸测序技术研究有胃烧灼感但食管黏膜正常的患者与食管黏膜异常患者(即反流性食管炎患者或巴雷特食管患者)的胃液或食管黏膜组织微生物菌群是否存在差异，结果表明，与食管炎或巴雷特食管患者相比，有胃烧灼感但食管黏膜正常的患者胃液细菌组成有显著差异，但食管黏膜组织微生物菌群差异性相对较小。值得注意的是，食管炎和巴雷特食管患者胃液中的肠杆菌科细菌含量明显增加。Blackett等[21]发现，与健康对照组相比，在反流性食管炎组和巴雷特食管组中，除了弯曲杆菌外，其他所有属的细菌数量都显著减少，弯曲杆菌在反流性食管炎组和巴雷特食管组定居的数量明显增加。Yang等[9]使用16s rRNA测序技术对正常食管、食管炎和巴雷特食管远端黏膜微生物菌群组成进行分析，结果表明食管微生物菌群可以分为两类。Ⅰ型微生物菌群为革兰阳性需氧菌，多由厚壁菌门组成，主要为链球菌属，集中分布在正常食管。Ⅱ型微生物菌群中含有较高比例的革兰阴性厌氧菌/微需氧菌，包括拟杆菌门、变形菌门、梭菌门、螺旋体门，主要为韦荣球菌属、普氏菌属、嗜血杆菌属等，与食管炎和巴雷特食管相关。

19世纪80年代， Marshall等[27]首次从胃黏膜组织中分离出幽门螺杆菌，从此开启了幽门螺杆菌相关胃肠道疾病研究的新篇章。近年来，幽门螺杆菌感染及其根除与胃食管反流病的发病关系成为研究热点。有研究对反流性食管炎与幽门螺杆菌感染的关系进行探讨，该研究对88例内镜下诊断为反流性食管炎患者和对照组88例轻度慢性胃炎患者进行快速尿素酶试验及碳14呼气试验，对比两组幽门螺杆菌感染情况，结果显示反流性食管炎患者幽门螺杆菌感染的阳性率低于对照组，差异具有统计学意义。该研究还按照第十届洛杉矶国际消化会议提出的内镜分级标准将88例反流性食管炎分为LA-A、LA-B组及LA-C、LA-D组，结果表明LA-A、LA-B组幽门螺杆菌感染的阳性率高于LA-C、D组，该研究提示幽门螺杆菌是反流性食管炎的保护性因素[28]。

5 消化道微生物菌群与嗜酸性粒细胞性食管炎

嗜酸性粒细胞性食管炎是一种以嗜酸性粒细胞浸润为主的慢性食管炎，是一种局限于食管的免疫或抗原介导的疾病。最新的研究提示嗜酸性粒细胞食管炎患者食管微生物菌群的改变可能是影响其发病的重要因素之一。

Benitez等[29]研究发现，与对照组(非嗜酸性粒细胞性食管炎)相比，嗜酸性粒细胞性食管炎患者食管微生物菌群有显著性差异，后者变形菌门(奈瑟菌属和棒状杆菌属)的相对丰度更高，而对照组奇异菌属和链球菌属相对丰度更高。同时研究还发现饮食干预不会引起嗜酸性粒细胞性食管炎患者总体微生物菌群的改变，但是有时食物的再次摄入可能会增高颗粒链球菌属和弯曲菌属相对丰度。Harris等[30]对70例儿童及成年人的食管黏膜样本(包括11例未接受治疗的活跃期嗜酸性粒细胞性食管炎患者、26例接受治疗并处于缓解期的嗜酸性粒细胞性食管炎患者、8例胃食管反流病患者和25例健康对照组)进行分析，结果发现与健康对照者相比，无论治疗状况或食管黏膜嗜酸性粒细胞增多程度如何，嗜酸性粒细胞性食管炎患者的食管细菌负荷量菌增加，而且未经治疗的嗜酸性粒细胞性食管炎患者食管黏膜中嗜血杆菌数量显著增加。

综上所述，消化道微生物菌群与常见食管疾病的发生发展关系密切，然而疾病发生发展是多因素、多阶段、多基因共同参与的结果。消化道微生物菌群与食管疾病的关系值得进一步研究，可能为疾病的治疗提供新的靶点，或许有助于人类更好地利用消化道微生物菌群治疗疾病。