粪菌移植治疗功能性便秘的动物实验研究进展

周彭，邓凯莉，周玉平

功能性便秘（FC）是消化系统的常见疾病之一，主要表现为排便困难、排便次数减少及大便干结等，但内镜下肉眼及病理结果提示无肠道器质性病变，且要求不符合便秘型肠易激综合征（IBS）的诊断标准。证据表明，肠道菌群紊乱在FC 的发生发展中起重要作用[1]，传统治疗手段对临床症状有缓解作用，但不能从病因上根除[2]。粪菌移植（FMT）是将正常人的功能菌群植入患者的肠道中，重建正常的肠道菌群[3]。研究表明，FMT可以改变FC 患者肠道中有益菌和有害菌数目[4]，有效缓解症状，同时还能有效改善患者情绪和心理状态[5]。本文拟探讨FMT 治疗FC 相关的动物实验研究进展，报道如下。

1 FMT 改善模型小鼠便秘症状和肠道菌群组成

多项动物实验证实FMT 对便秘的治疗作用。Xu 等[6]采用盐酸罗哌丁胺诱导小鼠便秘模型，给实验组小鼠植入益生菌，对照组植入0.9%氯化钠注射液，结果发现与对照组相比，实验组小鼠粪便含水量、粪便颗粒数目、肠道转运速率均显著提高；另外，大脑中海马锥体神经元退化情况明显改善，小鼠抑郁和焦虑行为较对照组明显减少；相反，如果给予模型小鼠灌注便秘患者肠道菌群可能导致小鼠的便秘症状。Cao 等[7]首先通过管饲予20 只小鼠抗生素混合物将肠道进行无菌化处理，然后随机分为两组进行FMT实验，实验组小鼠植入便秘患者的粪菌，对照组小鼠植入健康人的粪菌，2 周内进行7 次FMT；结果表明与对照组相比，实验组小鼠的排便频率降低、2 h内粪便含水量下降；粪便中的乳杆菌、甲基杆菌等有益菌数量下降。上述实验结果提示，FMT 改善小鼠的便秘症状很大程度上依赖于对肠道菌群的调节。

2 FMT 改善模型小鼠肠道动力

FMT 不仅可以改变肠道菌群的结构，还可调节模型小鼠肠道动力缓解FC患者的症状，其机制可能与改变肠道菌群的自身发酵代谢产物、如5-羟色胺（5-HT）、硫化氢及甲烷等，或是调节胃肠激素、神经内分泌因子的生成及肠道免疫系统有关[8]。研究者将一种典型的肠道有益菌（如乳酸菌或双歧杆菌）引入无菌小鼠中，发现结肠传导时间明显缩短[9]。谢尚奎等[10]发现便秘大鼠粪便中乳酸杆菌及双歧杆菌数明显减少，植入乳酸杆菌及双歧杆菌后，其胃肠道排空时间也相应缩短。

3 FMT 调节小鼠肠道神经内分泌功能

5-HT不仅属于神经传导递质，也是胃肠激素。肠道菌群发酵产生的5-HT直接作用于肠道上皮的5-HT受体，引起平滑肌的收缩。Cao 等[7]的研究发现，植入便秘患者粪便的小鼠结肠上皮组织中的肌动蛋白结合蛋白水平、5-HT及血中5-HT 水平明显下降。Hata 等[11]的小鼠研究发现，实验组（正常肠道菌群组）的盲肠和结肠肠腔内游离5-HT 明显高于对照组（无菌小鼠）小鼠，且大多以非结合的游离形式存在，而在对照组的小鼠肠道中5-HT更多以结合形式存在；他们再将实验组小鼠粪便植入对照组小鼠肠道中（共3 d，1 次/d），发现对照组小鼠肠腔内的游离5-HT水平迅速上升，且与实验组差异无统计学意义（P ＞0.05）。上述研究提示，FMT可能通过调节肠道5-HT 等神经内分泌激素对FC 发挥治疗作用。此外，Lenard 发现肠道中枯草芽孢杆菌能够增加生长抑素的分泌，而生长抑素和胰高血糖素样肽1 都属于胃肠激素，能够通过抑制消化道激素的分泌来降低胃肠蠕动。

4 FMT调节短链脂肪酸和胆汁酸代谢水平

肠道菌群能够发酵肠腔底物产生一些代谢产物，如短链脂肪酸及胆汁酸等。Ge 等[12]使用广谱抗生素对小鼠做肠道无菌化处理并植入FC患者的粪便，对照组小鼠植入健康人的粪便；结果发现实验组小鼠的粪便颗粒频率、水分含量均较对照组低，且传输速度明显延长，结肠纵向平滑肌自发性收缩受到抑制；并对比短链脂肪酸（丁酸、丙酸、乙酸）与胆汁酸（初级胆汁酸、次级胆汁酸）水平，发现实验组小鼠的丁酸明显下降，但乙酸和丙酸无显著差异；两组次级胆汁酸较对照组下降明显，但初级胆汁酸无明显差异；在随后2 周内，通过对实验组小鼠补充丁酸和次级胆汁酸后，发现实验组小鼠的粪便含水量、颗粒频率及平滑肌收缩力明显提高，且与对照组相比无明显差异。另外，Floch 等[13]证实肠道细菌能够产生胆汁酸盐水解酶来参与胆汁酸的代谢，从而提高非结合胆汁酸水平，促进肠道蠕动。上述实验表明，肠道菌群在调节胃肠动力中发挥重要作用，其机制与调节肠道菌群短链脂肪酸和胆汁酸代谢产物有关。

短链脂肪酸和胆汁酸又如何影响肠道动力呢？相关研究表明，短链脂肪酸能够抑制胰高血糖素肽1 的分泌和释放，延缓胃排空和肠道蠕动[14]。Fukumoto等[15]研究则发现纤维素可以被肠道菌群发酵产生短链脂肪酸，并进一步代谢产生5-HT 来促进肠道蠕动。另一方面，胆汁酸也可以通过刺激结肠推进性高振幅收缩，增强结肠黏膜通透性，诱导水、电解质分泌，促进结肠运输[16]。可见肠道微生物群在调节肠道胆汁酸和5-HT 代谢中起重要作用，可能是肠道微生物群与胃肠动力之间关系的关键环节。

5 FMT 调节肠道免疫如Toll 受体表达

肠道菌群通过影响肠道免疫系统，参与胃肠道动力的调节。Toll 样受体是识别微生物分子的模式识别受体，在整个肠道中由多种细胞类型表达，包括肠道上皮细胞，上皮下肌成纤维细胞和几种肠道固有层中的免疫细胞（巨噬细胞，树突状细胞，B 细胞或T 细胞）[17]。肠道免疫系统通过该受体识别病原微生物产生免疫应答，免疫细胞分泌白细胞介素-1 和肿瘤坏死因子等炎性介质，抑制乙酰胆碱和去甲肾上腺素的分泌和释放，最终调节胃肠道蠕动[18]。Grasa 等[19]通过抗生素诱导小鼠肠道菌群发生变化，证实了肠道菌群在调节Toll 样受体表达中的作用，并揭示了肠道菌群与肠道蠕动的联系。

6 存在问题

目前，关于FMT 治疗FC 的实验研究越来越多，从不同角度初步探讨了FMT 治疗FC 的作用机制，取得了一定的进展。笔者认为目前的研究存在如下问题，并提出了未来发展的方向。

6.1 尚无理想的FC动物模型 关于FC小鼠的造模方法有很多，包括药物、手术切除部分直肠及通过高脂高糖低纤维饮食，大多还是以药物诱导为主，物理刺激为辅。但存在缺陷：未将FC 与器质性便秘小鼠模型区别；缺乏统一的FC 小鼠造模标准。

6.2 采用无菌鼠的研究较少 目前的FMT 移植实验，大多采用抗生素耗竭的方法，使用的是SPF级小鼠，即无特定病原体动物。其是指通过管饲混合抗生素的方法除去小鼠肠道中的细菌群落，但体外非特定的微生物和寄生虫是容许存在的，而且抗生素处理的肠道“无菌”状态也是一过性的，某些残存的细菌在合适条件下又会繁殖形成菌落，这难免会对实验研究结果造成误差；而另外一种要求更高的微生物研究模型是无菌（GF）小鼠，它是将在无菌条件下人工从剖宫产获得的子代鼠放在严格的无菌隔离环境内饲育而成，体内外不携带任何微生物[20]。

6.3 细胞层面的研究尚未深入 Cajal间质细胞是胃肠运动的起搏细胞，胃肠道的慢波起源于该细胞，它参与肠道平滑肌动作电位的形成，在FC 的发生发展中发挥了重要作用。FMT 是否通过调节肠道菌群及其代谢产物，进一步调控了Cajal细胞的信号通路，目前尚未见报道。