消化道微生态与胆胰疾病关系的研究进展

夏绍萱 刘 浩 李佳林 周昱彤 韩 民

1.贵州医科大学研究生学院，贵州贵阳 550004；2.贵州医科大学附属医院肝胆外科，贵州贵阳 550004

消化道菌群作为人体最重要的微生态系统，在预防病原体入侵、构成生物屏障、免疫调节及应答、物质代谢等方面起着重要作用[1]。人体肠道微生态系统处于动态平衡，这种平衡与胆胰疾病相互作用。相较于传统诊疗方式，疾病肠诊甚至疾病肠治逐渐成为现代医学研究的新热点。以肠道菌群作为胆胰疾病诊疗突破点也逐渐受到关注。

1 消化道微生态概述

消化道菌群对维持人体正常生理功能意义重大，其中以类杆菌、优杆菌、消化球菌、双歧杆菌等专性厌氧菌为主，约占总菌量的99%[2]。因人体消化道较长且各段生理功能不同，肠道菌群的分布与丰度在不同肠段也不同，大肠含菌量最高，占粪便重量的60%以上。肠道菌群受多种因素干扰，如年龄、情绪、饮食、疾病及药物等。随着我国人民生活及医疗水平的提高、饮食多样化、抗生素应用等，消化道微生态失衡愈发受到关注。

随着高通量宏基因测序、16S rRNA 测序等技术的发展，人们对消化道菌群的认识逐渐深入。消化道菌群与炎症反应关系密切，可能参与胰腺炎发病[3]，某些特定类型口腔微生物与胰腺癌高度相关[4]。肠道菌群及其代谢产物可通过肠道黏膜或十二指肠乳头进入胆胰管，与胆胰疾病的关系不容忽视。

2 消化道菌群与胆系感染

既往认为胆道因其特殊微环境（高浓度胆汁酸、pH、缺乏营养物质等），无细菌定植；但近年在某些无胆道疾病患者胆汁中检出细菌[5]。因胆汁取样多有创，如经内镜逆行性胰胆管造影术、经皮肝穿刺胆道引流术，阻碍了胆道微生态的研究。Dyrhovden 等[6]发现，86%的中、重度急性胆囊炎患者胆汁中存在微生物，细菌检出率达80%。

Asai 等[7]分析了1998 年1 月至2010 年9 月于东邦大学医学中心行胆囊切除术的患者，对其术前或术中采集的胆汁行细菌学分析，发现胆道感染与胆囊炎密切相关。胆汁中埃希菌属、克雷伯菌属、肠球菌属、肠杆菌属等均与胆囊炎有关，以大肠埃希菌较引人关注[8]。近年国内某机构分析了2014—2019 年各成员单位上报的胆汁标本细菌及药敏数据[9]发现，近6 年前八位的细菌分布无变化，大肠埃希菌是最主要致病菌（29.2%～32.4%），肺炎克雷伯菌第二（12.1%～13.2%）。肠杆菌科广泛存在于人体肠道中，其胆汁中数量与毒素的水平可能呈正相关。

Oddi 括约肌功能障碍或先天发育不良可致肠胆反流，肠道细菌侵入胆道，但其如何在胆道恶劣环境中定植并引发炎症反应暂不明。早在20 世纪末有研究发现，某些乏细胞壁细菌变种能在无胞壁状态下生存，其对作用于胞壁的抗生素普遍耐药，长期存在可致组织局部或广泛的慢性炎症[10]。Kragh 等[11]发现，部分菌群可产生类似保护被膜的细菌黏液，利于其定植及免疫逃脱。

3 消化道菌群与胆结石

3.1 肠道菌群与胆结石相关性

胆结石发病机制复杂，肥胖、饮酒、饮食不规律及家族史等均是其危险因素，环境和遗传因素被认为共同参与其中。Wang 等[8]通过对正常人和胆结石患者粪便微生物DNA 行16S rRNA 基因测序，发现胆石症患者存在明显肠道菌群失衡。

3.2 肠道菌群参与形成胆结石机制

3.2.1 胆汁酸代谢 胆汁酸是胆汁主要成分，胆固醇在肝细胞经7α-羟化酶合成初级胆汁酸，再与甘氨酸或牛磺酸结合，形成结合胆汁酸。随后胆汁进入胆囊暂存及浓缩，待排入肠腔发挥作用（如促进脂类物质、脂溶性维生素吸收以及作为某些代谢后物质载体）。部分菌群（如双歧杆菌、乳酸杆菌等）具有胆汁酸盐水解酶（bile salt hydrolase，BSH）活性，结合胆汁酸排入肠腔后可被其水解催化为游离胆汁酸[12]，游离胆汁酸经肠道细菌（如梭杆菌、拟杆菌等）参与的7α-羟基脱氧及羟基类固醇脱氢反应后转化为次级胆汁酸[13]，95%以上的胆汁酸被回肠黏膜上皮重新吸收入血返回肝脏，形成胆汁酸肠肝循环。7α-羟化酶作为限速酶，肠道细菌多影响该酶活性而参与胆汁酸代谢。胆汁酸可通过法尼醇X 受体（farnesoid X receptor，FXR）和G蛋白偶联胆汁酸受体1（gprotein-coupled bile acid re ceptor 1，GPBAR1）调节胆汁酸、脂蛋白、葡萄糖以及药物和能量代谢[14]。

肠道中具有BSH 活性的菌属超过100 种[15]，肠道菌群紊乱很可能导致肠腔中产BSH 菌量及活性增加，造成肠腔游离胆汁酸蓄积。过多游离胆汁酸通过激活FXR 最终抑制7α-羟化酶活性及表达[14]，使胆汁酸合成减少、胆固醇增多，致其过饱和进而易于析出形成结石。肠道菌群除参与结合胆汁酸水解外，初级胆汁酸转变为次级胆汁酸也需要某些肠道细菌参与，如具有7α-脱羟基活性的毛螺菌科、消化链球菌科等菌株[16]。若因肠道菌群紊乱致该类细菌活性或菌量增加，肠腔次级胆汁酸将过多积累，由于人体肝脏难以将次级胆汁酸直接羟化代谢，使得胆汁中含量过高而析出成石。人体胆囊上皮细胞和平滑肌细胞高表达GPBAR1，游离胆汁酸可有效激动该受体并促进胆汁分泌及负性调控胆囊收缩，造成胆囊充盈、胆汁淤积，也有助于结石形成[17]。

胆汁酸经胆道及十二指肠乳头排入肠腔参与消化，其代谢受肠道菌群调节，而肠道菌群的分布及丰度又可受胆汁酸影响，故肠道菌群失衡致胆汁酸代谢紊乱可能是胆结石形成的重要因素。

3.2.2 免疫系统 除胆汁酸代谢外，免疫功能也被发现可能参与胆石形成。实验发现，人为培育的缺乏T 细胞免疫功能的小鼠其结石率明显降低，而免疫重建后，其结石率升高[18]。研究显示，使用美托洛尔抑制小鼠中性粒细胞形成，能有效抑制其体内胆结石形成，同时该研究也在实验小鼠胆结石中发现了中性粒细胞相关代谢物质[19]。肠道菌群失调可能是胆汁淤积的危险因素[20]。研究发现，胆道梗阻患者消化道黏膜CD4+、CD8+T 细胞及CD4+/CD8+比值降低[21]，肠黏膜屏障降低又加重菌群失调。肠道被称为人体最大的免疫器官，肠道菌群是否影响以及如何影响人体免疫系统而参与胆结石形成还需更进一步研究。

3.2.3 β-葡萄糖苷酶（β-glucosidase，β-G）与磷脂酶 β-G 致胆色素结石机制最早由Maki[22]提出，部分侵入胆道的细菌具有β-G 活性，可将结合胆红素分解为游离胆红素，与胆汁中钙离子结合成胆红素钙。此外，胆道细菌产生磷脂酶[23]水解磷脂生成棕榈酸，也可与胆汁中钙离子结合形成沉淀。前文述侵入胆道的部分细菌可分泌类似保护被膜的黏液，Maki[22]发现该黏液可能促进胆红素钙及棕榈酸钙相互聚集沉淀致石。

慢性胆道感染迁延不愈致胆管上皮损伤或胆道狭窄，也可增加胆结石风险。综上，消化道菌群参与胆结石形成可能涉及多种机制，值得深入研究，为将来胆结石早期防治提供新的理论基础。

4 消化道微生态菌群与胆道肿瘤

胆囊癌恶性度高，其危险因素包括慢性胆囊炎、胆囊结石、胆囊息肉及瓷化胆囊等。研究显示，胆囊癌、胆管癌患者普遍存在肠道菌群紊乱[24]。可能肠道菌群紊乱致某些胆汁酸盐降解产物推动或加重了肿瘤的发展。研究显示，螺旋杆菌感染的小鼠出现CD4+T细胞受损介导的炎症反应及白细胞介素（interleukin，IL）-10 缺陷，而CD4+T 细胞与IL-10 被认为能下调肿瘤坏死因子-α 与NO 合酶（nitric oxide synthase，NOS）表达而抑制癌变[25]。NOS 可调控部分环氧合酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2），COX-2 被发现在消化系统肿瘤组织中高表达[26]，与肿瘤启动子及侵袭力相关。NOS 促合成的NO 也被认为能干扰DNA 修复而促癌[27]，低水平的NO 驱动致癌途径、免疫抑制、转移和血管生成。

此外，Rühlemann 等[28]发现表达胺氧化酶的韦荣球菌属和表达胆汁盐水解酶的乳杆菌在原发性硬化性胆管炎（primary sclerosing cholangitis，PSC）患者肠道中明显增多，胆汁酸代谢失调、肠道-肝淋巴细胞运输异常可能涉及致病过程。同时有研究显示，PSC可显著增加胆道肿瘤患病率[29]，相关机制目前暂未明确。

5 消化系统微生态菌群与胰腺疾病

5.1 消化道菌群与胰腺炎

胰腺炎（尤其是急性胰腺炎）是临床较为常见的疾病，胰酶和其他水解酶异常激活致全身炎症反应综合征（systemic inflammatory response syndrome，SIRS）及微循环障碍是急性胰腺炎的病理特点。消化道菌群参与肠黏膜屏障构成，胰腺炎患者肠道屏障受损、黏膜通透性增加、胰腺组织中检出细菌等均提示肠道菌群与胰腺炎相关。胰腺炎并发症（如肠道炎症反应、消化道血供减少、继发感染等）又加重菌群失调，故肠道菌群与胰腺炎相互作用、相互影响。

慢性胰腺炎（chronic pancreatitis，CP）患者肠道菌群较正常人不同，小肠菌群过度生长（small intestinal bacterial overgrowth，SIBO）作为肠道菌群失调的表现，被发现与CP 相关。研究显示，CP 患者伴SIBO 高达33.3%[30]。肠黏膜通透性增加、菌群移位及长期炎症因子刺激被认为与CP 相关。普拉梭菌作为一种有益菌（占人体肠道菌群的5%～15%），可促肠黏膜上皮增生及紧密连接蛋白合成以改善肠黏膜屏障功能，还能通过诱导IL-10 和调节肠道T 细胞反应参与抗炎，而其被发现在CP 患者肠道中明显减少[31]。双歧杆菌被认为可影响肠黏膜屏障，其参与合成某些短链脂肪酸（short chain fatty acids，SCFA）[32]，而SCFA 具有肠黏膜屏障保护功能[33]。CP 作为胰腺肿瘤的危险因素之一，肠道菌群与CP 相关性同样适用于胰腺癌。

Ye 等[34]发现，急性胰腺炎大鼠肠道菌群较对照组差异明显，大鼠肠道黏膜屏障功能受损、肠道菌群失衡可促进和加重急性胰腺炎。而针对人体的一项研究[3]也得出类似结论，研究发现急性胰腺炎患者肠球菌增多，双歧杆菌减少，血清IL-6 等炎症指标与肠杆菌科细菌量呈正相关，与双歧杆菌呈负相关，血浆内毒素与肠球菌呈正相关。Zhang 等[35]使用高通量16S rRNA 测序对微生物菌群进行分析发现，急性胰腺炎患者粪便中拟杆菌门和变形杆菌门的含量较高，厚壁菌门和放线菌门的含量较低，肠道菌群多样性较对照组明显下降。可见消化道菌群在胰腺炎发病中具有不可忽视的作用，消化道微生态的调节会是胰腺炎治疗的有效突破口。

5.2 消化道菌群与胰腺癌

90%胰腺癌起源于腺管上皮，恶性度高，5 年生存率常不足10%[36]。Fan 等[37]发现，携带口腔病原体牙龈卟啉单胞菌和伴生放线杆菌与胰腺癌呈正相关，而梭菌属和细毛菌属与胰腺癌呈负相关。牙龈卟啉单胞菌可通过细胞因子和受体降解破坏信号通路及人体免疫系统，启动Toll 样受体（Toll-like receptor，TLR）信号通路[38]，该通路被发现与炎症、免疫调控、胰腺癌均有关。TLR 在胰腺癌组织中过表达，可通过调控有丝分裂原活化蛋白激酶、核因子κB、miRNA 及IL参与胰腺癌发病[39]。但牙龈卟啉单胞菌作为人体口腔微生物是如何参与胰腺肿瘤的发生发展，目前暂不明确。

Gong 等[40]发现螺杆菌检出率在胰腺癌细胞中明显增高，组织中黏蛋白4 mRNA 表达水平升高可能是螺旋杆菌参与胰腺肿瘤的发病机制。上文述NO 能干扰DNA 修复，该机制也可能涉及胰腺肿瘤，研究显示，螺杆菌感染者体内NO 较正常人增多[41]，NO可能通过参与亚硝酸盐及其亚硝基化合物合成导致感染者胰腺肿瘤倾向性。

若感染毒性更强的幽门螺杆菌细胞毒素相关蛋白A 阳性的菌株，可能增加自身免疫性胰腺炎及胰腺肿瘤的风险[42]。而又有研究显示，幽门螺杆菌感染可能降低胰腺癌患病风险，且与患者ABO 血型无关[43]。至于螺杆菌感染是否与胰腺肿瘤确切相关及具体机制目前暂无定论，需要更进一步研究。

6 小结

随着高通量宏基因测序、16S rRNA 测序、代谢组学等技术的发展，人体消化系统微生物与胆胰疾病的关系越发受到重视。不少动物实验被设计用于探索消化道菌群与胆胰疾病的关系，但实际影响人体消化道菌群的因素多且复杂，需要更多严密的临床研究或动物实验进一步论证。期待消化系统微生态与疾病关系的深层次研究能为未来疾病诊断及疾病肠治（如饮食干预、微生态制剂、粪便菌群移植等）开辟崭新道路。