肠道微生物与眼部疾病相关性研究进展△

黎晓冬 谢学军

肠道微生物是指人体肠道中存在的数量庞大的微生物,这群微生物依靠人体的肠道生存,同时协助人体完成多种生理生化功能。肠道微生物参与眼部慢性炎症反应及免疫性疾病的发生发展，如干眼症、糖尿病视网膜病变(DR)、年龄相关性黄斑变性(AMD)及葡萄膜炎等。本次我们将对肠道微生物在常见眼部疾病发生发展中的分子机制、调控作用及其治疗前景进行综述。

1 肠道微生物概述

最新研究证实，人体体表与体内共生着约100×1012个细菌、病毒及真菌等微生物，这些微生物的数量是人体自身细胞的10倍，它们独特编码的基因数量比人体自身的基因组多100倍，有1000到1150种细菌定植在肠道内，其中约160种是人体肠道的优势菌群[1]。人体表面细菌相对较少，如眼表面平均每个细胞大约只有0.06个细菌[2]。这些细菌组成了人体中不同的微生态系统，它们具有营养代谢、免疫、生物拮抗等重要生理功能。肠道菌群可协助人体从食物中提取营养物质、抵御病原体的侵扰，维持免疫系统的动态平衡。因此，肠道微生物是组成人体复杂微生态系统的重要活性部分。

最新基因随机测序研究结果显示，人的肠道菌群主要由厚壁菌门、拟杆菌门、放线杆菌门、变形杆菌门和疣微菌门组成，其中拟杆菌门和厚壁菌门约占70多种肠道共生菌群总数的98%以上[3-4]。每个人的肠道微生物都是唯一的，它在整个婴幼儿时期迅速发育，并在成年时期基本稳定下来。肠道微生物组成的不同取决于遗传基因和体外环境因素，包括饮食、地理位置、毒素、致癌物或辐射暴露、抗生素及激素等[5]。

肠道微生物菌群紊乱影响人体神经免疫系统的发育及疾病的发生发展，尤其对某些慢性疾病的发生发展具有重要影响，如牙龈卟啉单胞菌感染可通过打破肠道微生物菌群动态平衡而增加个体发生骨骼肌代谢障碍及代谢综合征的风险[6]。压力等外界应激因素通过扰乱肠道微生物菌群，影响胃肠正常功能，降低机体对共生菌的免疫力，从而诱发炎症性肠病和肠易激综合征[7]等胃肠系统疾病。肠道微生物分泌的神经递质可能会诱导上皮细胞释放5-羟色胺等分子，进而调节肠道神经系统中的神经信号，导致帕金森病[8]、抑郁症[9]、自闭症谱系障碍[10]及阿尔茨海默病[11]等神经精神系统疾病。过度肥胖、糖尿病[12]、系统性自身免疫性疾病[13]及肿瘤[14]等全身性疾病与肠道微生物菌群紊乱也有着十分紧密的联系。

近期研究显示[5]，肠道微生物中的共生菌群在限制肠道致病菌的定植与维持肠道黏膜免疫稳态方面具有重要作用，共生体产生的多种因子具有支持和保护肠道黏膜屏障的功能。它们能促进树突状细胞和调节性T细胞的生成，并诱导细胞因子表达，促进自然杀伤细胞生成。肠道的短链脂肪酸主要由共生菌群膳食淀粉发酵产生的丁酸以及较低含量的丙酸和乙酸组成，具有强大的免疫调节活性。多种眼病的发生发展、治疗及预后与肠道微生物的组成及其失衡密切相关。Kugadas等[15]研究证实，人体存在具有免疫调节能力的肠-眼轴，并且与眼部免疫系统稳态紧密相关。虽然该研究领域尚处于起步阶段，但可以预期，深入研究肠道微生物与眼病之间的关联性有助于揭示相关眼病的发病机制。

2 肠道微生物与干眼症

原发性干燥综合征的眼干、口干等常见症状与泪腺及唾液腺的淋巴细胞浸润及小纤维去神经化有关[16]。干眼症则是原发性干燥综合征最常见的眼部病变。基于独立培养技术研究人类微生物组的最新研究成果发现，肠道微生物与原发性干燥综合征发病机制、病变严重程度及相关治疗存在紧密关联。研究人员发现，肠道微生物中共生菌的缺乏或失衡将导致更严重的干眼症状，通过改善肠道微生物代谢环境则能缓解干眼症的不适症状[17]。抗生素诱导肠道微生物菌群失调的原发性干燥综合征小鼠对脱水干燥应激的反应较重，其小鼠粪便中梭状芽孢杆菌减少，而肠杆菌、大肠埃希菌、志贺菌和假单胞菌增多[18]。梭状芽孢杆菌是肠道微生物中的有益共生菌。它可通过增加白细胞介素-22的产生增强肠道上皮屏障，降低对膳食蛋白质的渗透性，促进免疫球蛋白生成，以及降低微生物抗原在肠道外的易位，从而抑制系统性T细胞诱导的炎症反应，同时能促进调节性T细胞的生成，进而抑制相关免疫和促炎症反应因子的释放[19]。近期一项研究[20]通过对比CD25基因敲除无菌小鼠与正常环境生长小鼠发现，前者角膜屏障功能障碍及杯状细胞密度降低更严重，总淋巴细胞浸润增加，γ-干扰素及白细胞介素-12表达增加，CD4+T细胞数量升高。上述研究均表明肠道微生物特定菌群缺乏及失衡是加剧干眼症发生发展的重要原因。

Wang等[21]观察到无菌C57BL/6小鼠角膜屏障破坏程度更大，杯状细胞丢失更多，泪腺内总炎症细胞和CD4+T细胞浸润增多，在移植常规小鼠粪便微生物菌群后无菌小鼠的干眼症状明显缓解。这可能与粪便移植中的肠道微生物降低CD4+T细胞的致病性有关。然而，CD25敲除小鼠由于缺乏调节性T细胞，粪便移植后的肠道微生物则无法发挥相关作用，因此干眼症状会持续存在。角膜、结膜及泪腺是受神经高度支配的组织，在干燥应激后虽然会出现角膜轴突密度降低，但是肠道微生物不仅可以调节免疫耐受，还有助于增强眼表神经纤维的正常发育和修复，及时改善肠道菌群，有利于干燥应激后的角膜轴突密度恢复正常[22]。总之，肠道微生物参与调控干眼症的发生发展进程，改善肠道微生物组成以及维持其菌群的动态平衡是治疗干眼症具有前景的个性化方案，但如何科学规范地将其应用于临床尚需要深入研究。

3 肠道微生物与DR

DR是糖尿病的主要慢性微血管并发症之一，肠道微生物菌群紊乱通过影响胰岛素抵抗、氧化应激、血管通透性、炎症反应及胆汁酸代谢等参与糖尿病的发病过程[23]。2018年，Rowan等[24]提出了肠-眼-视网膜轴的理论，该理论认为肠道微生物失衡后将导致血液循环中胆汁酸、短链脂肪酸及细菌内毒素等代谢异常，从而影响DR的发生发展。

间歇性禁食可以延缓代谢性疾病和癌症的进展。Beli等[25]利用db/db小鼠模型研究长期间歇性禁食对DR的影响，间歇性禁食条件下小鼠肠道微生物菌群发生重组，拟杆菌门和疣微菌门数量减少，厚壁菌门数量增加，这可诱导牛磺熊去氧胆酸生成增加，而牛磺熊去氧胆酸可以抑制感光细胞凋亡，改善视网膜色素上皮细胞功能，抑制人视网膜血管内皮细胞的增殖，延缓DR病程进展。胆汁酸膜受体TGR5也是牛磺熊去氧胆酸的受体，它广泛参与调节糖脂代谢和抗炎反应等。TGR5在视网膜神经节细胞层也有表达，牛磺熊去氧胆酸激活TGR5，减少促炎细胞因子的产生并诱导抗炎反应，通过INT-767激活TGR5产生抗炎反应，从而对DR视网膜神经血管组织起到保护作用。因此间歇性禁食作为饮食干预能有效调节db/db小鼠肠道微生物菌群产生牛磺熊去氧胆酸，并通过激活TGR5来保护视网膜组织结构，从而减缓DR的发生发展。

降糖药与肠道微生物菌群之间的相互作用会影响DR的发生发展。二甲双胍是最常用的降糖药之一，也是治疗糖尿病并发症的一线药物。Sun等[26]对采用二甲双胍治疗的2型糖尿病患者的肠道微生物样本进行了宏基因组和代谢组分析后发现，患者肠道拟杆菌减少会导致胆汁酸甘氨酸去氧胆酸增加，胆汁酸受体FXR信号通路受到抑制，胆汁酸甘氨酸去氧胆酸是胆汁酸受体FXR拮抗剂，可改善高血糖及胰岛素抵抗等多种人体代谢障碍性疾病，这对预防和延缓DR的进展有重要意义。

机体高血糖状态可引发肠道微生物菌群失调，刺激肠道炎症反应，诱发代谢性内毒素血症。而血液循环中的细菌内毒素含量增高与促炎症细胞因子释放增多均可导致视网膜血管通透性增加甚至视网膜新生血管形成，加重DR视网膜组织病理损害[27]。短链脂肪酸是肠道微生物菌群分解氨基酸或碳水化合物后的代谢产物，它能诱导肠内酪酪肽、胰高血糖素样肽-1分泌增加，并能降低血糖，改善内毒素引起的炎症反应，进而保护视网膜神经细胞[28]。Qu等[29]开展的动物研究证实，益生菌干酪乳杆菌Q14能促进短链脂肪酸的产生，改善血糖及胰岛素抵抗，从而延缓DR病程进展。因此，肠道微生物的失衡可能是加重DR视网膜炎性损伤的一个重要因素，通过饮食调整、补充益生菌及短链脂肪酸等维持肠道微生物动态平衡将成为预防及治疗DR的重要研究方向。

4 肠道微生物与AMD

AMD是黄斑功能及结构被破坏的一种不可逆的致盲性眼病，多发于50岁以上人群[30]。流行病学调查结果表明，整体腹部肥胖是男性继吸烟之后发展为晚期湿性 AMD的第二大危险因素[31]。湿性AMD由脉络膜新生血管形成、视网膜渗出和出血引起。研究显示，体重指数的增加与AMD无明显正相关性[32]。其原因可能是高脂饮食常引起肥胖，即高脂饮食才是AMD的高危因素。高脂饮食能导致肠道微生物菌群中的厚壁菌门和拟杆菌门比例增高，破坏肠道上皮屏障功能，病原体相关分子进入体循环，可导致慢性的脉络膜无菌性炎症反应，并诱发脉络膜新生血管形成，从而诱发湿性AMD[31]。

肠道微生物还会影响体内神经递质的含量。谷氨酸是视网膜中主要的兴奋性神经递质，其含量降低会导致视网膜中神经传递缺陷；此外，研究发现，精氨酸含量升高与进行性脉络膜视网膜萎缩有关[33]。肠道棍状厌氧菌属比例的增加不仅可诱发并加重慢性脉络膜视网膜炎症反应，而且还与促炎症趋化因子，如白细胞介素-6、白细胞介素-1β、肿瘤坏死因子-α及血管内皮生长因子-A的水平升高呈正相关[34]。凸腹真杆菌比例的增加与肠道通透性的增加也有密切关系[35]。

上述研究表明，肠道微生物菌群紊乱确实与AMD发病机制紧密相关，肠道微生物的异常改变加速了AMD的病程进展，健康的饮食干预有助于肠道微生物组成的改善。因此，富含脂肪酸、叶黄素、玉米黄质和抗氧化剂的饮食干预对AMD的防治十分必要[36]，其具体作用机制值得进一步研究。

5 肠道微生物与葡萄膜炎

肠道微生物会影响HLA-B27基因介导的免疫相关疾病的进展，包括强直性脊柱炎、急性前葡萄膜炎及反应性关节炎等。HLA-B27相关性急性前葡萄膜炎属于自身免疫性葡萄膜炎，约占全部前葡萄膜炎的 56.2%[37]。研究发现，人HLA-B27基因介导的小鼠肠道微生物菌群与普通小鼠存在显著差异，该转基因动物的肠道中普氏菌属比例有所增加，而理研菌属比例下降[38]。这项研究将人HLA-B27基因与肠道微生物菌群改变联系起来。

研究发现，四组口服广谱抗生素(氨苄西林、甲硝唑、新霉素和万古霉素)可改变葡萄膜炎小鼠的肠道微生物组成，减轻葡萄膜炎患者的炎症反应[39]。另一项研究也得到了类似的结果，通过无菌饲养或口服甲硝唑和环丙沙星来改变葡萄膜炎患者的肠道微生物菌群的组成，患者肠道和肠外组织中调节性T细胞明显增加，效应性T细胞和炎症因子降低，炎症反应程度则显著降低[40]。

Zhou等[41]研究发现，免疫性葡萄膜炎大鼠的肠道内脱硫弧菌、瘤胃球菌、猪肠链球菌和致病性螺旋菌的比例显著高于普通大鼠，尤其脱硫弧菌及猪肠链球菌的比例与炎症反应水平呈正相关。该研究还证实，米诺环素治疗葡萄膜炎的机制可能是通过降低L-脯氨酸、大蒜素、乙酰尿酸、黄嘌呤和白三烯B4的水平，特别是增加丙酸、组胺和泛酸的产生，从而改善肠道代谢功能，维持肠道黏膜通透性，抑制肠道炎症反应及促进肠道功能的改善。

6 小结与展望

目前学术界在肠道微生物以及肠外免疫介导与眼病发病相关机制的研究方面取得了一定的进展。已证实了肠-眼轴的存在，肠道微生物菌群的改变与眼病的生理病理变化密切相关。进一步深入研究眼病相关的肠道微生物环境状态有助于揭示眼病新的发病机制以及提供新的治疗靶点。补充益生菌、饮食干预及粪便移植等改善与调节肠道微生物菌群组成的个性化治疗方案有望成为眼科疾病治疗新的研究方向。