肠道微生物群与年龄相关性黄斑变性相关性的研究进展△

张园园 王天宇 白建豪 薛雅文 彭 清

年龄相关性黄斑变性(AMD)是导致老年人群视力丧失的主要疾病之一。目前，临床上对于AMD的治疗尚无满意的疗效。肠道微生物群是人体的重要组成部分，它们在维持机体正常的生命活动中起着重要作用。当肠道微生物群发生紊乱时，机体正常功能的运行也会随之受到影响。近年来，肠道微生物群与眼部疾病之间的关系越来越受到研究者们关注，它们可通过影响肠道黏膜屏障和代谢产物来影响AMD的进展。因此，本文综述了肠道微生物群与AMD的相关性，以期为今后预防和治疗AMD提供新的方向。

1 AMD

AMD是一种由多因素导致的眼部疾病，其中遗传、环境、年龄和种族是AMD的主要危险因素[1]。AMD主要影响视网膜黄斑区，严重者可导致患者视力下降甚至失明，进而影响其生活质量。氧化应激和慢性炎症反应在AMD的发生发展中起重要作用[2]。AMD疾病可分为非渗出性AMD，也称干性AMD(dry-AMD)，和渗出性AMD，也称湿性AMD(wet-AMD)。Dry-AMD患者可出现玻璃膜疣和视网膜色素上皮(RPE)异常等临床表现，wet-AMD患者可出现眼底脉络膜新生血管(CNV)形成和黄斑区出血、渗出和水肿。对于dry-AMD患者，目前尚无有效的治疗方法。对于wet-AMD患者，血管内皮生长因子(VEGF)在AMD发生发展中起重要作用，目前玻璃体内注射抗VEGF药物是治疗wet-AMD患者的主要方法，但术后复发率较高。因此，AMD的发病机制仍需进一步研究。肠道微生物群与包括眼睛在内的人体各器官的相关性为探索AMD的发病机制和治疗方法提供了新方向。

2 肠道微生物与菌群失调

微生物群是存在于特定环境中的微生物，包括细菌、古细菌、真菌、病毒等，而定居在人体肠道内的微生物群以细菌为主，其中，厚壁菌门和拟杆菌门占据大多数，同时还有少数放线菌门、变形菌门和疣微菌门等[3]。肠道微生物群的组成受到遗传和环境因素的影响。有研究发现，宿主的遗传因素，甚至人类白细胞抗原类型都会影响肠道微生物的组成[4]。对于环境因素的影响，如饮食的影响，富含脂肪的饮食会导致细菌从以拟杆菌门为主的群落重塑为以厚壁菌门为主的群落，细菌多样性显著降低[5]。近年来的数据也显示，子宫中的胚胎在微生物学上可能不是无菌的，母体内的微生物对促进胎儿肠道群落的成熟至关重要，此外，产妇的分娩方式、母乳或配方奶的成分以及抗生素使用情况均参与了婴幼儿的肠道微生物群落的塑造[4]。在正常情况下，肠道微生物群与宿主之间的相互作用使机体维持着正常的功能，肠道微生物参与调节宿主的免疫过程和代谢过程，同时其自身对来自宿主的信号做出反应[6]。而当肠道微生物群的组成结构发生异常时，则会引起疾病的发生。近年来，有证据证明，肠道菌群的紊乱与糖尿病、炎症性肠病、心血管疾病、帕金森病等相关[7]。这些研究成果的出现得益于微生物检测技术的飞速发展。目前，微生物群的分析方法主要有两种：一种是原核16S核糖体RNA基因测序，它是对粪便或肠道黏膜样本中的细菌进行分类鉴定最常见的方法；另一种是鸟枪法，它通过直接测定样品来推断宿主和细菌之间的功能关系，并且能够探索未知的微生物[8]。

3 与AMD相关的肠道微生物群的改变

近些年，有研究提出了“肠-眼轴”的概念，认为肠道微生物可以影响眼部的免疫功能[9]。Lin等[10]系统阐述了肠道微生物群可形成免疫细胞库，从而导致免疫介导的眼部疾病。然而，关于肠道微生物群的紊乱与AMD的相关性研究在国内外报道较少。本文将从肠道黏膜屏障受损和微生物代谢产物两个方面阐述其与AMD的相关性。

3.1 肠道黏膜屏障受损与AMD正常情况下，肠道微生物群与肠道黏膜免疫系统处于稳态中，这种稳态的破坏可能会导致各种疾病的发生。微生物相关的分子模式(MAMP)，如脂多糖、肽聚糖、鞭毛蛋白和其他结构成分通常能够被模式识别受体(PRR)所识别，如上皮细胞和免疫细胞上的Toll样受体、NOD样受体和RIG-1样受体，通过这种方式，机体能够防止病原微生物破坏肠黏膜屏障而进入机体[11]。然而，当黏膜屏障受损时，这些MAMP可以跨上皮到达全身血液循环。肥胖是AMD发生的一个主要危险因素，Adams等[12]进行的一项大型流行病学研究显示，男性受试者腰/臀比每增加0.1，早期AMD和晚期AMD的发生率分别增加了13%和75%。动物模型研究发现，高脂饮食(HFD)的小鼠RPE细胞功能发生紊乱，并出现视觉功能缺陷[13]，这是因为HFD可导致肠道微生物组成改变和微生物多样性降低，进而增加肠道对MAMP的通透性[14]。最近的研究发现，与正常喂养的小鼠相比，HFD小鼠的小肠内潘氏细胞数量减少，结肠内黏液保护层的厚度变薄。潘氏细胞是一种能够产生抗菌肽的细胞，它们通过这种方式保护肠道上皮，防止微生物从肠腔内转移到循环中[15-16]。在眼部，小胶质细胞和RPE细胞均能够表达各种PRR，这些受体的存在为MAMP与PRR结合提供了可能，上述细胞通过分泌细胞因子和趋化因子，进一步招募和激活免疫细胞，进而引发炎症[2]。有研究表明，即使不依赖于体重的改变，高脂和高糖饮食同样可以引起肠道微生物群发生变化，肠道通透性增加，视网膜病理改变的出现和CNV的加剧，这说明肠道微生物群与病理性血管生成之间存在直接联系[14,17]。

3.2 微生物代谢产物与AMD

3.2.1 氨基酸与AMD肠道微生物，如乳酸杆菌能够将色氨酸分解成吲哚-3-醛，它是一种芳香烃受体(AHR)的配体[16]。在胃肠道中，吲哚-3-醛通过结合先天淋巴细胞表面的AHR，诱导白细胞介素(IL)-22表达，IL-22是调节肠黏膜稳态的关键因子[16]。另一项研究显示，AHR信号通路是防止dry-AMD发生的重要防御机制，当AHR缺乏时，会发生AMD样的病理改变[18]。有研究表明，结肠微生物群能够合成微量营养素来保护视网膜，其中合成的牛磺酸存在于视网膜中，它在保护视网膜免受活性氧的损害中起着至关重要的作用[19]。此外，微生物群提供的必需代谢物在抑制氧化低密度脂蛋白诱导的RPE和脉络膜内皮细胞的炎症中发挥着重要的作用，特别是色氨酸、牛磺酸和胞苷5’-二磷酸胆碱[20]。Acar等[21]发现，与对照组相比，AMD患者的部分氨基酸(丙氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸)水平降低，并且肠道微生物群中的某些细菌可以将苯丙氨酸和酪氨酸转化为其他衍生代谢物，从而导致上述氨基酸的摄取减少，使得它们在血浆中的水平降低。因此，对肠道微生物群在AMD中作用的研究是有意义的。

3.2.2 脂类与AMD短链脂肪酸主要包括乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐，它们是肠道微生物降解膳食纤维后产生的主要代谢产物，也是肠道微生物群产生的重要信号分子。有研究表明，食物中添加丁酸钠可以减轻泌乳山羊盲肠内黏膜的炎性损伤，下调炎症因子的表达，上调紧密连接蛋白的表达，进而防止MAMP的易位[22]。有研究显示，AMD患者的肠道微生物中与脂肪酸代谢和类胡萝卜素生物合成相关的代谢途径发生改变[23]。有研究通过检测AMD患者视网膜、RPE/脉络膜中的多不饱和脂肪酸(PUFA)发现，长链PUFA和极长链PUFA的缺乏以及n-6/n-3 PUFAs的失衡均与AMD的发生相关[24]。肠道微生物群已被证明能够产生多种PUFA的中间代谢物，在体内和体外实验中发现，亚油酸经肠道微生物代谢生成的产物能够起到抗炎和肠黏膜屏障的作用[25]。鞘氨醇-1-磷酸(S1P)是一种有效的脂质介质。研究发现，肠道微生物产生的S1P，与人体G蛋白偶联受体(GPCR)的配体结构相似，它能够与人体GPCR结合，影响人体的代谢[26]。最近的研究显示，S1P在炎症和CNV生成过程中至关重要，且S1P参与了光诱导视网膜发生变性的病理过程[27-28]。

3.2.3 胆汁酸与AMD初级胆汁酸主要包括胆酸和鹅脱氧胆酸，它们由肝脏中的胆固醇合成，通过肠道微生物群的进一步代谢产生脱氧胆酸、石胆酸、熊脱氧胆酸等次级胆汁酸，初级和次级胆汁酸可与肝脏中的甘氨酸或牛磺酸结合，形成结合胆汁酸。研究表明，在遗传性视网膜变性模型中，熊脱氧胆酸和牛磺熊脱氧胆酸不仅能有效地保护光感受器免受损失，还能减缓内层视网膜的退化[29]。另有研究显示，牛磺熊脱氧胆酸能够保护人RPE细胞免受氧化损伤并能抑制人视网膜微血管内皮细胞的增殖[30-31]。此外，鉴于牛磺熊脱氧胆酸具有抗炎、抗氧化、抗血管生成等相关功能，因此被认为是治疗眼部疾病的有效药物，并且有动物实验发现，它可制成口服药物来治疗wet-AMD[32]。

3.2.4 NLRP3炎症小体和补体系统与AMDNLRP3炎症小体激活和补体介导的炎症反应与AMD中CNV的形成密切相关[33]。研究发现，抑制NLRP3炎症小体能够显著增加小鼠肠道中乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐的浓度，同时能够减轻小鼠的认知障碍和情绪障碍，肠道微生物群及其代谢产物参与了疾病的改善[34]。一项对新生血管型AMD患者肠道微生物群的研究显示，补体因子H和丝氨酸蛋白酶1基因中的单核苷酸多态性与AMD的发生呈正相关，而补体因子B 基因中的单核苷酸多态性与AMD的发生呈负相关，这表明新生血管型AMD患者中肠道微生物和补体系统之间具有相关性[35]。

4 治疗

4.1 粪便微生物移植粪便微生物移植(FMT)是利用健康供体的粪便微生物来帮助患者重建自己的肠道微生物群。FMT能够增加微生物群的多样性，促进肠道功能的改善，恢复胆汁酸的正常代谢，对感染艰难梭菌的结肠炎患者具有显著疗效[36]。有研究发现，患有代谢综合征的男性患者在接受体型偏瘦者的肠道微生物群后，胰岛素敏感性和粪便微生物群中的丁酸盐产生菌均增加，而上述细菌往往在健康个体的粪便中富集[37]。越来越多的证据表明，肠道微生物群与AMD的发生密切相关，而随着FMT技术的快速发展，FMT治疗AMD将会是一种很有前景的方法。

4.2 益生元与益生菌益生元是一类短链碳水化合物，它作为乳酸杆菌和双歧杆菌的代谢底物，在重建肠道免疫和恢复肠道屏障功能方面有着积极的作用。此外，它们与益生菌联合使用能够进一步增强肠道的免疫调节作用。一项研究显示，老年小鼠在喂食热灭活的副干酪乳杆菌后，厚壁菌门与拟杆菌门的比值降低，视网膜内的炎症反应和神经节细胞的丢失均减少[38]。另外，Verma等[39]成功使用益生菌作为活载体递送人血管紧张素转换酶2(ACE2)蛋白，并证明人ACE2蛋白能够治疗糖尿病视网膜病变、心血管疾病和代谢性疾病。这些研究为使用益生元和益生菌治疗眼部疾病提供了依据，但是，如何使这些益生菌在肠道内最大化定植仍是需要解决的问题。

4.3 饮食调整、抗生素和免疫球蛋白治疗健康的饮食对于眼底疾病的改善具有重要的作用。多项研究表明，补充长链PUFA可以防止小鼠眼底新生血管的形成[40-41]。在CNV诱导模型中发现，给小鼠喂食包含抗生素的食物，其眼底CNV的生成和发展明显减弱[14]。拟杆菌作为占据人体肠道的主要微生物，能够产生如短链脂肪酸等多种代谢产物，对机体产生有益的影响，而发生AMD时，肠道中拟杆菌门的数量减少[14,35]。免疫球蛋白(Ig)A是肠道中分泌的主要抗体亚型，它能够塑造肠道微生物群的组成，并参与拟杆菌门在肠道上皮的黏附，促进其在肠道内的定植[42]。此外，Okai等[43]使用高亲和力的单克隆IgA来调节肠道微生物群，预防小鼠结肠炎的发生。因此，使用IgA为治疗和预防AMD的发生发展提供了一种新的可能。

5 展望

人体是与微生物相互依存的有机体，微生物群的紊乱与人体各种疾病的发生发展密切相关[7]。本研究主要讨论了肠道微生物群与AMD相关性研究的现状，总结了近年来国内外学者在该领域的研究成果。但是上述研究成果尚处于初期阶段，因此，是否能通过改变肠道微生物群的组成和丰度来预防和治疗AMD仍是今后需要深入研究的课题。