肠道菌群在脓毒症中的研究进展

脓毒症（spesis）由宿主对感染的反应失调引起，并最终导致多器官功能衰竭，是一类具有高度异质性及多面性的综合征。目前，对脓毒症发病机制中涉及的关键步骤已经有所了解，但由于其机制的高度复杂性，仍需深入探究以期发现新的诊断标志物及治疗靶点。近年来在对其发病机制的研究中发现，大量脓毒症患者存在胃肠功能障碍、肠道微生态失调、肠道菌群移位及肠道内环境稳态破坏，而这些改变引发的肠黏膜屏障损伤会进一步促进炎症因子的释放，形成恶性循环，加快脓毒症患者的病情进展。因此，肠黏膜屏障损伤及肠道菌群改变可以被认为既是脓毒症导致的结果也是脓毒症进展的原因。基于上述理论，通过维持肠道菌群稳态治疗脓毒症逐渐成为脓毒症临床治疗的新思路，进一步探究调节肠道菌群在脓毒症治疗中的作用机制将帮助制订新的治疗策略，降低脓毒症的发生率及死亡率。

1 肠道菌群与脓毒症

1.1 脓毒症 脓毒症的特征是在致病因素、宿主因素及环境的共同作用下，炎症及免疫抑制共同发生。脓毒症不仅是一个重大的公共卫生问题，也是住院患者常见的死亡原因，其死亡率高达26%，每年造成的死亡人数在500 万例左右[1]，因此寻找脓毒症新的治疗方法并降低其死亡率至关重要。为了提高对该疾病的认识，世界卫生组织于2012 年决定将每年9 月13 日列为世界脓毒症日[2]。

1.2 肠道菌群 肠道菌群（intestinal flora）是指在宿主肠道中定植的大量的、多样的微生物菌群，包括细菌、真菌、古菌和病毒，是人体内不可忽视的免疫有机体，它们与宿主形成复杂的共生关系[3]。人类肠道菌群的种类繁多，其主要包括四类：厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门和变形菌门。先前的研究表明，微生物在维持肠道黏膜屏障功能、调节先天和适应性免疫系统功能方面具有重要的作用，且免疫系统与肠道微生物群的位置和组成关系相当密切，当宿主的免疫稳态受到影响时，肠道菌群可随之发生变化，反之肠道菌群的变化也影响着免疫系统的功能[3]。现在越来越多的学者认为，肠道菌群作为一种“多细胞器官”，具有高度多样性、稳定性、抵抗力和韧性。随着人类微生物组计划（human microbiome project，HMP）、人类肠道宏基因组学（metagenomics of the human intestinal tract，MetaHIT）及16sRNA 编码测序技术的发展，使得肠道菌群的研究已经成为许多领域的研究热点[4]。早有研究证实，肠道菌群的改变与一些常见疾病的发生密切相关，比如肥胖、炎症性肠病、高血压等。

1.3 肠道菌群与脓毒症 尽管目前肠道菌群与脓毒症相关的研究有限，但已有学者发现两者间存在众多潜在的关系。在脓毒症发病期间，宿主的肠道菌群遭受严重破坏：微生物多样性急剧下降、共生细菌逐渐消失、潜在致病菌（如肠球菌和葡萄球菌）过度生长。而肠道菌群的这些改变会影响炎症反应并增加肠道黏膜屏障的通透性，使得致病毒素进入全身循环及远处器官，进而促进或加重脓毒症的发生。甚至还有研究表明，肠道菌群的耗竭使细菌感染导致的死亡率明显增加[5]。尽管已经发现肠道菌群与脓毒症的预后息息相关，但肠道菌群在脓毒症发病过程中的机制多种多样，尤其是发挥保护作用的具体机制尚不清楚，并且在临床管理中更是缺乏对脓毒症患者肠道菌群的诊断及治疗。因此，进一步探索肠道菌群在脓毒症发生发展中的作用机制及治疗潜力，或将可以有效改善脓毒症患者的生命预后[6]。

2 肠道菌群在脓毒症中的作用机制

肠道菌群自始至终在脓毒症发生、发展过程中都起到重要作用，在脓毒症中肠道菌群主要通过产生代谢产物进而影响免疫细胞功能。进入循环系统的病原体通常被体内的库普弗细胞捕获并杀灭，最近有研究发现肠道菌群产生的D-乳酸则可以通过门静脉转移至肝脏，这对库普弗细胞介导的血管内免疫防御有重要作用[7]。此外，还有研究发现肠道内厌氧细菌发酵产生的短链脂肪酸（SCFA）丁酸盐可驱动单核细胞向巨噬细胞分化，并抑制组蛋白脱乙酰酶，以增强小鼠的抗菌活性[8]。

除肠道菌群衍生的代谢产物外，肠道内的菌群本身也可以与机体的免疫系统产生相互影响，一些细菌甚至可以在急性免疫反应激活的状态下保持自身稳定。Becattini 等[9]发现在脓毒症小鼠模型中肠道菌群可发生快速转录编辑，导致炎症反应介质上调，但对其相对丰度的影响却非常小；而在6 h 后肠道菌群的代谢产物水平也发生变化，包括SCFA等均相应减少。由此可以发现肠道菌群代谢产物水平的变化一定程度上是对机体免疫炎症反应作出应对的结果。

上述的研究为研究肠道菌群在脓毒症中的作用机制提供了新的线索，但目前大多数研究仍只停留在小鼠等动物模型中，故迫切需要转化为人体实验，以尽快研发基于肠道菌群改善脓毒症的新的治疗方法。但脓毒症早期广谱抗生素的大量使用，易破坏肠道微生物环境，将对基于肠道菌群治疗脓毒症进入临床试验阶段产生困难[10]。

3 基于肠道菌群的调节治疗脓毒症的应用

在脓毒症的早期临床治疗中，主要包括大量液体复苏、血流动力学支持、广谱抗生素的应用及针对源头的相应治疗手段[11]。但上述治疗方法的应用并没有明显降低脓毒症的病死率，脓毒症患者的预后仍然较差。通过进一步探究基于肠道菌群的调节治疗脓毒症的方法，将有助于更好的发展脓毒症的治疗方案，从而改善预后。

3.1 药物治疗 在先前的临床病例研究中曾发现，多种调节肠道菌群药物的联合应用更容易控制脓毒症的发展。最近的一项临床研究中发现使用了双歧杆菌三联活菌胶囊联合乌司他丁治疗脓毒症机械通气患者，可以显著改善其肠道菌群优势种群的种类，提高黏膜屏障功能及免疫功能[12]。此外，还有研究发现，肠促胰素作为一种新型药物也可能在脓毒症治疗中发挥重要作用，其可以通过改变脓毒症肠黏膜屏障功能，降低血液中炎症因子的释放，从而改善脓毒症的预后[13]。

过度的炎症反应会导致肠黏膜屏障损伤加重，致使内毒素进入血液和淋巴液循环，最终导致多器官功能衰竭，这是脓毒症的病理机制之一。肠道菌群的紊乱常会导致急性胃肠道损伤，在Han 等[14]构建的脓毒症小鼠模型中，通过脱硫弧菌的抑制，可以改善脓毒症小鼠急性胃肠道损伤，降低脓毒症的炎症反应。不断探索脓毒症的发病机制，也有助于发现更多治疗靶点。

3.2 粪菌移植 粪菌移植（fecal microbiota transplant，FMT）是指将健康肠道的微生物群转移到疾患肠道中从而改善肠道微环境的一种治疗手段。随着人们越来越关注肠道微生物组和各种疾病之间的相互作用，以及16sRNA 各种高通量测序技术的发展，期望有一天能够挖掘出可用于诊断或治疗这些疾病的肠道细菌菌株。现今在临床病例分析中发现，FMT已经更多的应用到炎症性肠病和慢性胃肠道感染的治疗中，患者的预后也随之得到了明显的改善[15]。并且在Kim 等[16]的研究中发现FMT 可以逆转脓毒症小鼠的免疫炎症反应，通过借助干扰素调节因子3 依赖性方式恢复宿主免疫来达到病原体清除作用，从而延缓致命性脓毒症的进程。另外众多的研究中表明，微生物组通过其对导致器官衰竭的免疫失调的影响，在脓毒症的发生、过程和结果中发挥着重要作用[17]。当然FMT 治疗脓毒症的具体机制仍需进一步探究，当了解了微生物群如何在危重症期间有利地影响免疫反应时，微生物群导向疗法或可用于驱动恢复免疫反应进而延缓疾病进展。

3.3 中医药 中医学讲究整体观念和阴阳平衡，这与肠道菌群的动态平衡不谋而合[18]。近年来在中医药对一些脓毒症动物模型研究中发现，中医药调节小鼠肠道微生物种群，主要作用机制有减轻炎症反应、降低肠道黏膜的通透性、维持肠黏膜屏障的完整性、防止肠道内细菌移位等。

大黄主要通过维持肠道屏障的完整性，改善肠道微生物种群种类。在李玮等[19]构建的脓毒症小鼠模型中，大黄素通过增强ZO-1 和occludin 的表达，改善肠道屏障功能，防止大肠杆菌继发移位，并且发现JNK2 可能为大黄素的直接靶点。由此，可推测大黄素可以防止炎症诱导的肠道屏障功能障碍，降低肠腔内细菌的潜在致病性，降低脓毒症期间肠腔内细菌移位的危险。在田良等[20]构建的脓毒症模型中发现，金汁可以改善肠道菌群的多样性和生理功能，降低免疫失衡，修复肠上皮之间的紧密连接。

黄芪多糖可抑制线粒体氧化应激损伤，上调Th1/Th2 细胞因子和CD4+/CD8+比值，降低体内TNF-α、IL-β、IL-6 含量，激活AMPK/SIRT1 信号通路，减少全身免疫炎症反应引起的组织损伤和细胞凋亡[21]。在Tang 等[22]构建的脓毒症大鼠模型中发现，黄芪多糖的应用改变了脓毒症大鼠肠道菌群结构，增加了乙酸的含量，有效地抑制了脓毒症大鼠的炎症反应和器官损伤。

此外还有众多的复合中药剂可以通过调节肠道菌群而达到改善脓毒症相关症状的作用，如清热剂、益气活血剂、温里剂等[23]。另外在近期李建洪等[24]的研究中发现菌黄保肠合剂可以通过改善肠道内乳酸杆菌、双歧杆菌、大肠杆菌来降低脓毒症大鼠的致死率。李国臣等[25]研究中还发现，升降理肺汤可以降低脓毒症小鼠的肺脏损伤，抑制脓毒症小鼠的炎症反应，改善脓毒症小鼠的肠道菌群变化。潘金波[26]的研究中还发现香砂六君子汤可以改善老年脓毒症患者胃肠功能紊乱，降低其肠道菌群紊乱及机体免疫失衡的严重程度。可见，中医药对防治脓毒症肠道障碍有一定的优势。除中医药外还有一些中医治疗手段，如温下健脾法等对脓毒症肠道菌群的治疗效果显著[27-28]。

3.4 电针刺激 电针治疗（electroacupuncture treatment）是世界卫生组织推荐的43 种治疗方法之一[29]。电针治疗迄今已经用于治疗临床中的多种病症，不同穴位的电针刺激可选择性应对与其相关的不同病症。电针足三里能明显改善脓毒症导致的紧密连接结构病理损伤，上调紧密连接蛋白mRNA 的表达，从而降低肠道通透性，其机制可能与抑制肠道炎症因子有关[30]。在孙芳园等[31]的研究中也发现，肠三针技术可以改善脓毒症大鼠的肠绒毛长度，保护肠道黏膜，进而改善脓毒症的预后。此外在耿欢等[32]构建的脓毒症大鼠模型中也发现肠三针可能通过TRPV1/CGRP 信号通路，降低肠道内细菌移位，增加菌群多样性及有益菌数量以达到控制脓毒症的目的。尽管目前电针刺激在脓毒症的临床治疗中尚未得到广泛应用，但必将不断探索其内在机制。随着近年来中医技术的遍地开花，相信电针治疗方法在未来会越来越多的应用到临床治疗中。

3.5 生活习惯 人类的肠道菌群主要在出生时源于母系遗传，但后天易受到各种因素的影响，如产前事件、分娩方式、地理位置、饮食模式、抗生素使用、年龄等，而且肠道菌群也与日常生活习惯息息相关[33]，因此肠道菌群并不是一成不变的，它的稳定状态就显得尤为重要。在Motiani 等[34]构建的临床研究中发现，脓毒症患者通过体育锻炼可以调节体内肠道菌群的平衡，有利于降低脓毒症炎症因子的释放，降低脓毒症的毒性作用。

4 总结与展望

脓毒症的发病机制具有多样性、复杂性、不确定性，致使临床治疗效果欠佳，并且很难通过单一药物来抑制脓毒症的发生、发展。而肠道菌群作为一个脓毒症新的治疗靶点的提出，将为脓毒症的治疗提供一个新的思路。良好平衡的微生物群对维持免疫系统和肠道稳态十分重要，而肠道微生物群完整性的破坏可能会增加脓毒症的易感性。但当前关于调节肠道菌群治疗脓毒症的相关研究少之又少，仍需不断探索脓毒症肠道菌群紊乱的发病机制，寻找更多的药物治疗靶点及更好的治疗方式，并且肠道菌群对脓毒症长期或短期的影响仍是人们需要关注的一个要点。坚信利用调节肠道菌群的稳定来保护肠道黏膜，降低内毒素及炎症因子进入机体，改善脓毒症及其并发症的发生将为脓毒症治疗提供一个新方向。微生物技术的发展，也会大力促进基于肠道菌群的调节在众多疾病治疗中的应用。