婴幼儿牛奶蛋白过敏与肠道菌群关系的研究进展

罗光月,陆韦

【提要】 牛奶蛋白过敏(cow′s milk protein allergy, CMPA)是婴幼儿中最早也是最常见的食物过敏，患病率近年来呈逐渐上升趋势。CMPA的发病机制尚不清楚，研究发现肠道菌群失调可导致CMPA。补充益生菌可调整肠道菌群结构，既可以防止致敏，也可以帮助免疫治疗，本文围绕CMPA对婴幼儿健康的影响、肠道菌群组成及生理作用、CMPA肠道菌群的变化、益生菌在CMPA中的应用四个方面进行综述，为CMPA的菌群治疗、靶点研究奠定基础。

牛奶蛋白过敏(cow′s milk protein allergy, CMPA)是一种由一种或多种免疫机制介导的对一种或多种牛奶蛋白(通常为酪蛋白或乳清β-乳球蛋白)的可重复的不良反应，是婴幼儿中最早也是最常见的食物过敏。CMPA发病率因研究人群的遗传背景、生活环境、饮食习惯等不同而有差异，最近西方国家相关报道为0.54%～7.5%[1-2]。而国内目前最新流行病学调查显示发病率为 2.69%[3]，近年来发病率有持续上升趋势。CMPA的发病机制尚不清楚，主要与遗传、肠道菌群失调、免疫、感染、肠黏膜屏障完整性、最初暴露年龄、母亲饮食等有关。肠道菌群研究近年来近年成为生物学领域的研究热点之一。有多项研究证实，CMPA的发生与肠道菌群失调存在着密切关系，CMPA婴儿与健康婴儿的肠道菌群具有一定的差异性。本文就CMPA与肠道菌群关系的研究进展作一综述。

1 CMPA对婴幼儿健康的影响

CMPA致敏免疫机制尚未完全阐明，目前认为包括IgE介导、非IgE介导和混合介导3种形式[4]。IgE介导以急性发作为特点(多在摄入后几分钟内发作)，可累及一个或多个器官，严重的过敏反应可危及生命。皮肤症状(70%～75%)主要表现为荨麻疹、潮红、血管神经性水肿；肠道症状(13%～34%)主要表现为恶心、呕吐、腹痛、绞痛、腹泻；呼吸道症状(1%～8%)：鼻涕、打喷嚏、喘息、胸闷、哮喘和过敏性鼻炎症状[5-6]。非IgE介导以迟发或慢性发作为特点(多数在摄入后2～72 h发作)，主要特征是食物蛋白诱导的小肠结肠炎综合征、食物蛋白诱导的肠病和食物蛋白诱导的过敏性直肠结肠炎，而皮肤(特应性皮炎)和呼吸道反应也可能发生[2, 5-7]。IgE介导的CMPA患儿呼吸道症状很少发生在1岁以内。混合介导为延迟或慢性发作，以特异性皮炎或一种嗜酸性胃肠病为主要表现。经观察发现，很多婴幼儿CMPA以特异性皮炎或胃肠道表现为特征，属于非IgE介导或混合介导。

CMPA临床表现复杂多样，且严重程度不一，主要涉及皮肤、消化道、呼吸及心血管等系统，其中50%～60%患者有胃肠道症状，不同月龄段 CMPA 患儿的临床表现无特异性，但月龄越小临床比例越高，月龄越小消化道受累症状越明显，随着月龄增长，呼吸道受累症状渐表现显著[8-9]。此为主要表现的CMPA缺乏特异性，易被误诊、误治，病程迁延，容易引起重度过敏，后期可能发展为过敏性鼻炎、哮喘等病症[10]，严重影响婴幼儿身体健康和生长发育，婴儿期患CMPA的人有未达到其生长潜能的风险[11]。生长发育迟缓主要是因患CMPA后肠黏膜细胞水肿、变性，营养物质吸收，或未及时发现CMPA，导致蛋白质吸收不良。CMPA的患病率逐渐升高、临床表现的复杂性、严重性和反复复发的风险，加重了世界各地的家庭、社会及医疗系统的经济负担[12-13]。

2 肠道菌群组成及生理作用

人类肠道菌群是指定植在人体胃肠道内自然存在的所有微生物，正常情况下有益于人类，且是人体所必须的微生物群落。人类胃肠道内有高达100万亿的微生物，其携带的基因约是人体基因组的150倍。微生物群由多种微生物组成，包括细菌、病毒及真菌等。其中，细菌在多种微生物中所占比例最大，由90%的专性厌氧菌以及 10%的需氧菌和兼性厌氧菌组成。肠道菌群从功能上分3类：有益菌、条件致病菌、致病菌。生理状态下，肠道菌群的生理功能主要表现如下： (1)屏障作用：肠道常驻菌群在肠黏膜表面形成肠道生物屏障，保护肠道免受致病因子侵害[14]；(2)免疫调节作用：肠道内的厌氧菌能激活吞噬细胞活性，增强机体免疫功能；(3)营养作用：肠道微生物能帮助人体将难以消化的食物成分如纤维素、木聚糖、抗性淀粉等发酵成可吸收的代谢物，合成必需的维生素[15]；(4)代谢作用：肠道菌群组成及其代谢物发生变化，这些变化会从肠道转移到肠壁，穿过破裂的肠道屏障，从而影响各种代谢器官，导致各种代谢性疾病，如肥胖症，2型糖尿病和非酒精性脂肪肝疾病[16]。(5)拮抗作用：肠道微生物通过直接与病原菌相互拮抗作用以及刺激免疫系统这两方面来抵御外来病原菌的入侵[17]； (6)参与免疫耐受形成：肠道共生菌在口服耐受形成过程中，可促进 CD103+DC对 Treg 的诱导作[18];(7)其他：肠道菌群还可以通过特殊通路发挥抗癌作用[19]。 这些功能大部分相互联系，与人体生理紧密交织在一起。目前发现肠道菌群失调与人类多种疾病如炎症性肠病、癌症、糖尿病、肥胖、帕金森病等多种疾病有关。

3 CMPA肠道菌群的变化

人类肠道菌群的复杂组合是控制人类健康和疾病的关键因素。生命早期肠道菌群组成的改变可影响CMPA发展、发展。众多临床研究指出，CMPA患儿与健康婴幼儿的肠道菌群结构存在不同。Thompson-Chagoyan OC等[20]对CMPA婴儿的粪便进行细菌培养，研究表明细菌总数和厌氧菌数量升高；口服深度水解配方奶粉(extensively hydrolyzed formula，eHF)6个月后，CMPA的乳酸杆菌比例升高，大肠杆菌和双歧杆菌的比例降低，局限性在于该研究依赖细菌培养技术。Berni Canani R等[21-22]发现IgE介导的CMPA以毛螺旋菌科和疣微菌科为主，非IgE介导的CMPA肠道菌群失调是由拟杆菌属和另枝菌属聚集驱动的，CMPA两种介导途径的肠道菌群失调具有重叠特征，从健康儿童到非IgE介导的，再到IgE介导的CMPA，拟杆菌属的富集呈进行性增高，这表明拟杆菌属在CMPA的发病机制中起着关键作用，有可能是CMPA两种介导途径的潜在共同致病途径。Diaz M等[23]发现非IgE介导的CMPA患儿在限制牛奶饮食后，发现拟杆菌属比例降低，而未限制饮食的非过敏性婴儿有更高比例的拟杆菌属。拟杆菌对机体的代谢转化至关重要，通常与蛋白质的降解有关。Bunyavanich S等[24]对不同年龄组CMPA患儿进行前瞻性研究发现，8岁前CMPA免疫耐受的儿童与生命头3至6个月肠道菌群组成有关，免疫耐受的儿童主要以厚壁菌门、梭状芽胞杆菌钢聚集，而无免疫耐受儿童则主要以拟杆菌门、肠杆菌属富集，且免疫耐受儿童肠道菌群的多样性明显增加。Azad MB等[25]发现3个月大时肠道微生物的丰富度与1岁时食物过敏的可能性增加有关，而 12个月时的微生物丰富度与食物过敏之间没有关联。Dong P等[26]发现婴儿早期肠道菌群多样性低和肠杆菌科与拟杆菌科比(E/B)比例升高可能有助于CMPA的发展。严格的消除饮食可能会通过降低 E/B 比和促进有利于获得口服耐受的肠道菌群来减轻食物过敏。这些表明肠道菌群失调可能先于食物过敏的发展，且菌群失调的时机似乎至关重要。

在国内也有一些学者对CMPA患儿的肠道菌群进行分析。梁燕婷等[27]采用细菌培养方法，发现双歧杆菌数量明显降低，肠杆菌数量显著上升，而乳酸杆菌则无明显改变，推测乳酸杆菌无明显变化是由于是因为婴儿肠道内的乳酸杆菌是不稳定性种群，采用细菌培养具有一定的限制性，导致检出率难以保持一致，存在一定波动性[28]。白洪健等[29]采用PCR-DGGE技术研究发现CMPA组的多样性高于健康组，提示肠道微生态失衡可能是造成牛乳蛋白过敏的潜在原因。董艳如等[30]应用过16S rDNA基因测序研究肠道菌群，发现CMPA的厚壁菌门、芽孢杆菌纲、疣微菌科丰度增加，变形菌门丰度下降。

这种差异在动物试验中也得到了验证。Mauras A等[31]CMPA患儿粪便定值的小鼠模型中，将健康婴儿及CMPA患儿的大便移植到无菌小鼠模型中，发现CMPA粪便定值的小鼠细菌多样性明显增加，双歧杆菌科数量减少，毛螺菌科细菌数量增加，其中Eisenbergiell属具有显著差异；且CMPA患儿肠道细菌衍生的短链脂肪酸(包括丙酸，丁酸，异丁酸和异戊酸)水平显著增加。首次证明了具有低双歧杆菌/乳杆菌科比例的婴儿微生物群使小鼠免疫系统向Th2特应性方向发展，并增强了变态反应的临床症状。Feehley T等[32]用健康和CMPA婴儿的粪便定值到无菌细菌中，发现健康婴儿的粪便定值于无菌小鼠时，可保护它们免受牛奶过敏原的过敏反应。健康和CMPA定植的小鼠在回肠上皮细胞中也表现出独特的转录特征。通过将回肠细菌与健康或CMA定植的小鼠回肠中上调的基因相关联，确定了一种梭状芽胞杆菌属，可以防止对食物的过敏反应。但是目前还没有就CMPA肠道细菌的明确特征达成共识，且还不明确肠道菌群的变化是过敏的原因还是后果。

4 益生菌在CMPA中的应用

益生菌是指含具有生理活性作用的细菌，能通过胃肠或定植于结肠在肠道繁殖。长期以来，人们建议使用益生菌既可以防止致敏，也可以帮助免疫治疗。益生菌作用机制包括增强肠黏膜屏障功能、竞争性抑制病原菌、调节免疫反应、参与体内蛋白质和糖类的代谢和吸收及可产生多种维生素。

目前，益生菌治疗CMPA的临床结果不一。在一项随机、双盲、安慰剂对照的研究中，对经食物激发实验确诊的CMPA的婴儿，在eHF中添加干酪乳杆菌和双歧杆菌治疗12个月不会加速CMPA免疫耐受的形成[33]。然而，其他研究发现，Berni Canani R等[22, 34]发现添加鼠李糖乳杆菌的酪蛋白eHF，能降低CMPA儿童的其他过敏反应的发生，增强口服免疫耐受的形成。Nocerino R等[35]研究发现CMPA儿童患功能性胃肠道疾病的风险增加，与单独使用eHF 治疗相比，添加了鼠李糖乳杆菌的eHF可以降低患功能性胃肠道疾病的风险。通过对鼠李糖乳杆菌进行更深入的分析，发现其可以增加CMPA免疫耐受儿童肠道中的产丁酸的粪球菌属和棒状芽孢杆菌属的富集[22]。丁酸是结肠细胞的首选能量来源，与肠道完整性有关，被认为是肠道健康的传感器。丁酸的作用机制是多方面的，但其中许多都涉及到通过抑制组蛋白脱乙酰化酶对基因表达的表观遗传调节。组蛋白脱乙酰化酶抑制剂会增加Foxp3基因表达，诱导外周调节性T细胞的发育。添加鼠李糖乳杆菌的eHF饮食干预对肠道菌群失调、短链脂肪酸的产生以及对Th1和Th2细胞因子基因表达的表观遗传调节有积极作用。摄入嗜酸乳杆菌可明显抑制超敏反应，增加粪便微生物群多样性和短链脂肪酸浓度，此外还能上调短链脂肪酸受体、G蛋白偶联受体41和G蛋白偶联受体43，降低Toll样受体信号传导，来防止过敏性炎症的发展[36-37]。双歧杆菌补充剂可降低婴儿的过敏评分，改善抗炎反应以及降低的血清IgE水平和IgG2水平，且双歧杆菌补充剂增加了益生菌的属比例，减少了病原体的比例[38-39]。

5 展望

牛奶蛋白过敏发生率逐年上升，受到人们的广泛关注。近年来，肠道菌微生物与CMPA疾病之间的关系正在得到越来越多的研究证实，但是根据目前有限的临床资料以及相关基础研究，尚难以确定肠道菌群与CMPA之间的因果关系及确切发病机制，仍需不断探讨。随着宏基因组学和代谢组学技术的发展，可应用于CMPA肠道菌群组成及其代谢物的检测，从而找到CMPA的特有肠道菌群变化和代谢物变化规律，作为CMPA诊断的生物标记物。益生菌调节肠道菌群失调是治疗CMPA的研究热点，益生菌是如何影响宿主及肠道菌群的机制也尚不清楚，且由于地域、生活、饮食、年龄等可影响肠道菌群结构，因此，为能得出准确的结论，我们仍需要大量的研究来确定益生菌治疗CMPA肠道菌群的变化、分子机制、最有效的益生菌菌株、最佳剂量及最佳使用时间。总的来说，目前在研究肠道菌群与CMPA的关系中，我们还有很长的一段路要走。