niuneat的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/niuneat

博文

[转载]肠道菌群失调与炎症性肠病的关联

已有 1433 次阅读 2022-10-24 11:21 |系统分类:科普集锦|文章来源:转载

封面1.png


健康是人生命活动的根本,而肠道健康更是其中的重要部分。随着现代生活方式改变,炎症性肠病发病率增加

炎症性肠病是一种严重影响患者生活质量的疾病。在全球范围内影响数百万人,发病率高,给卫生保健系统带来了沉重负担。

●炎症性肠病的病因

炎症性肠病的病因尚不明确,可能与肠道免疫反应异常有关。但与其他炎症性疾病一样,炎症性肠病的病因是多因素的,涉及遗传和环境因素的参与。这些病因大多影响肠道菌群组成,说明微生物群在炎症性肠病发展中发挥重要作用

肠道微生物群在维持宿主生理免疫稳态方面发挥着关键作用。维持健康的肠道菌群对免疫平衡至关重要,多项研究证明,肠道菌群失调(菌群组成改变)与炎症性肠病有关。

●炎症性肠病引起的其他疾病

慢性结肠炎不及时治疗有可能引起肠穿孔、肠狭窄、大量便血、中毒性肠扩张甚至结肠癌等疾病,不过结肠癌的可能性是比较小的。

慢性结肠炎引起的并发症也是比较多的,有可能引起关节炎、肝功能障碍皮肤病变等一系列并发症。

近年来,在健康和疾病中肠道微生物组成,以及通过使用益生菌调节肠道微生物群方面取得了实质性进展。通过益生菌粪菌移植调节肠道菌群后,患者的炎症性肠病缓解,为肠道炎症疾病的治疗开辟了新的前景。

了解并关注肠道健康非常重要。本文带大家了解慢性肠道炎症的病因和机制,重点关注肠道失调在这一复杂疾病的免疫病理学中的作用。

同时还介绍了目前可用的肠道菌群导向治疗炎症性肠病的方法,并讨论了其对炎症性肠病长期缓解的作用。希望大家拥有更健康的肠道。

本文主要从以下几个方面讲述

●炎症性肠病的症状和病因

●炎症性肠病中的免疫

●炎症性肠病患者体内的菌群

肠道微生物群失调与免疫失调

慢性肠道炎症的治疗



01
炎症性肠病的症状和病因


克罗恩病与溃疡性结肠炎

炎症性肠病是肠道的一种慢性炎症状态,也可能影响其他器官,如果不治疗,会导致高发病率死亡率。炎症性肠病可通过不同的临床表现发生,其主要亚型为克罗恩病溃疡性结肠炎

✦临床症状

克罗恩病溃疡性结肠炎表现出明显的临床特征。

克罗恩病

在克罗恩病中,炎症病变是跨壁的(可能涉及肠壁的所有层),也不连续,正常的肠区与受影响的肠区交替出现

虽然在大多数克罗恩病例中,病变发生在回肠或结肠的第一部分,但也可能位于胃肠道的其他区域(从口腔到肛门)。

溃疡性结肠炎

溃疡性结肠炎的炎症病变是连续的,通常累及直肠和近端结肠。与克罗恩病相反,溃疡性结肠炎只影响肠道上皮层

两种炎症性肠病症状相似,包括腹泻腹痛直肠出血,通常伴有体重减轻、疲劳和发烧

然而,在克罗恩病中,肉芽肿更常见于炎症区域,也可能出现脓肿,阻塞肠道狭窄和不同肠道区域之间以及皮肤和其他器官之间的瘘管(炎症连接)。

溃疡性结肠炎患者通常在诊断时表现为中度症状,但炎症病变的范围与疾病严重程度相关,而胰腺炎与更严重的疾病相关。

•肠道外的一些表现症状

肠外表现在克罗恩病和溃疡性结肠炎中都很常见25%–40%的炎症性肠病患者都有肠外表现

虽然这些表现可能出现在几乎所有的器官和系统中,但主要影响眼睛、皮肤、肝脏和关节。肺、胰腺和血管系统不太常见

一些肠外表现与疾病活动有关,并通过治疗得到改善,如少关节炎和口腔溃疡。其他则是非依赖治疗的,如葡萄膜炎和强直性脊柱炎。

✦治疗方法

大多数溃疡性结肠炎患者只需要医疗,其中20%-30%需要手术治疗。克罗恩病通常是进行性的,约50%的患者在确诊后10年内需要手术治疗

克罗恩病患者的死亡率是健康人群的1.3-1.5倍,不受影响区域的影响,主要由结直肠癌、低血容量、营养不良、贫血引起。

由于目前尚无完全治愈方法,炎症性肠病的治疗旨在改善症状缓解疾病

不同疾病类型严重程度抗炎药的使用

溃疡性结肠炎的治疗

活动期溃疡性结肠炎中,首先口服类固醇,然后是氨基水杨酸盐(ASA)。对于左侧结肠炎,通常使用外用制剂(栓剂或灌肠剂),而对于横向和上行结肠炎,口服制剂有时结合外用给药是有效的

对于这种治疗无效的溃疡性结肠炎患者,考虑使用单克隆抗体,通常是英夫利西单抗(IFX)阻断炎症细胞因子肿瘤坏死因子α。为了保持病情缓解,ASA是首选药物。然而,对于ASA不能维持缓解的患者,也可以使用硫唑嘌呤(AZA)或IFX。

克罗恩病的治疗

对活动性克罗恩病的治疗可能遵循“自上而下”或“加速”策略。在自上而下的治疗中,治疗从高剂量免疫调节剂或生物制剂开始,剂量随症状改善而调整

在强化治疗中,先用低剂量的低效药物,如果无效,则调整治疗以达到缓解,方法是使用未定义的更有效药物。

类固醇、氨基水杨酸盐和抗生素可以联合使用以达到缓解。如果出现肠梗阻、脓肿或瘘管等并发症,也可进行手术。

硫唑嘌呤通常用于维持治疗,有时与甲氨蝶呤联合使用。对这些方案无效的克罗恩病患者,需要进行生物治疗,单独使用英夫利西单抗或与之前的药物联合使用。


炎症性肠病的病因

炎症性肠病被描述为一种多因素疾病,可能是由遗传物质环境特征等不同易感因素造成的,这些因素反过来可能影响基因调控的表观遗传机制

炎症性肠病的病因

1.png

Amelia S,et al.Elsevier.2022

基因和环境(在表观遗传调控的参与下)都可能影响微生物群的组成,进而可能触发炎症性肠病。

✦遗传因素影响炎症性肠病

遗传因素对炎症性肠病的重要性早已被提出。事实上,多达12%的患者有炎症性肠病家族史。在亲属中,炎症性肠病患病率明显高于普通人群,在兄弟姐妹中发现克罗恩病的易感性风险最高(30%-35%)。

注:全基因组关联研究有助于剖析炎症性肠病的遗传背景,迄今已确定240多个易感位点。克罗恩病和溃疡性结肠炎以及其他炎症性疾病共享大多数基因座。然而,除了非常早发病的炎症性肠病外,这些易感基因座仅占炎症性肠病估计遗传风险的一小部分(约20%)。

许多风险相关基因座参与了早期免疫应答期间宿主和微生物之间的相互作用,表明宿主-微生物相互作用和先天免疫在炎症性肠病的发展中起着核心作用

影响炎症性肠病的基因

1996年确定的第一个与炎症性肠病(IBD)相关的遗传位点被指定为IBD-1。后来,在IBD-1位点发现了一个基因,该基因参与细胞内对细菌细胞壁成分胞壁二肽的传感。该基因被命名为“核苷酸结合寡聚化域-2”或“半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶募集域15”(NOD-2/CARD-15)。

在NOD-2基因中发现了三种易感变异体,它们都导致核因子kB(NF-kB)激活功能丧失,这是一种参与促炎细胞因子表达的转录因子,对细胞内细菌的免疫发展很重要。尽管迄今为止,NOD-2风险变体在高加索人群中与回肠克罗恩病的相关性最强,但只有少数回肠疾病患者具有风险变体,而亚洲克罗恩病患者几乎没有这些变体。

影响先天免疫应答的其他遗传风险变体的例子包括ATG16L1(“自噬相关16样-1”)、LRRK2(“富含亮氨酸重复激酶-2”)和IRGM(“免疫相关GTPase M00”)基因,这些基因在自噬中起作用

✦表观遗传(性状)与炎症性肠病有关

基因表达的表观遗传修饰也与炎症性肠病有关。影响基因表达的三个主要表观遗传过程是DNA甲基化组蛋白修饰非编码RNA

DNA甲基化是指在胞嘧啶核苷酸中添加甲基(主要是CpG基序)。

其中,DNA甲基化和非编码RNA的作用在炎症性肠病中得到了最广泛的研究。这个过程影响基因的转录活性表达水平。与健康对照受试者相比,炎症性肠病患者的基因甲基化程度增加。微RNA(miRNA)在转录和转录后水平介导RNA沉默和基因表达。

这些过程可能会干扰T细胞分化、Th17信号传导和自噬。与健康对照组相比,炎症性肠病患者以及活动性与非活动性疾病患者的miRNAs表达不同

注意:在其他炎症性疾病中,如系统性红斑狼疮和类风湿性关节炎中发现了一些重叠的miRNA特征。环境因素强烈影响表观遗传调控,因此表明表观遗传是环境暴露和基因表达之间的联系。

✦环境因素

已确定炎症性肠病风险的不同环境决定因素,如吸烟、城市与农村生活、空气污染和饮食

// 工业化与吸烟增加了风险

欧洲和北美的炎症性肠病发病率最高,但自21世纪初以来似乎趋于稳定。相反,在非洲、亚洲和南美洲的新兴工业化国家,随着这些国家进入更加西化的生活方式,炎症性肠病的发病率仍在增加

吸烟似乎会增加炎症性肠病(尤其是克罗恩病)的风险,并与肠道通透性丧失有关。

// 饮食会影响炎症性肠病的风险

一些基于多中心欧洲前瞻性队列研究的研究试图将饮食习惯炎症性肠病风险联系起来。

最近的一项文献荟萃分析也确定了炎症性肠病的其他环境风险因素:阑尾切除术或扁桃体切除术(CD)、软饮料消费(UC)、抗生素暴露、口服避孕药使用、维生素D缺乏和肠肝螺杆菌(enterohepatic Helicobacter)(IBD)。

// 微生物可能导致发病或炎症

环境因素也可能直接或间接影响肠道微生物群的组成

长期以来,人们认为微生物在炎症性肠病发病中起着重要作用。并对炎症性肠病中特定致病生物的定植和肠道菌群组成进行了广泛研究。

禽分枝杆菌(Mycobacterium avium)的定植,副结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosisycobactins)或带有大肠杆菌粘附侵袭性变体的副结核分枝杆菌似乎会促进易感宿主的慢性炎症,可能导致炎症性肠病的发展(尤其是克罗恩病)。

此外,肠道微生物群组成的改变(失调)可能使代谢失衡,导致炎症反应缺乏调节

除环境因素外,宿主遗传影响微生物群落组成。事实上,单卵双胞胎比双卵双胞胎显示出更相似的微生物群。炎症性肠病风险等位基因与肠道微生物群组成的关联研究表明,炎症性肠病的高遗传风险与罗氏菌属(Roseburia)的丰度较低相关,而肠杆菌科(Enterobacteriaceae)的丰度较高



02
炎症性肠病中的免疫


黏膜固有免疫

固有免疫是机体在种系发育和进化过程中形成的天然免疫防御功能,即出生后就已具备的非特异性防御功能,也称为非特异性免疫

✦上皮细胞

上皮层和相关的抗菌机制对于限制肠道微生物群进入肠粘膜至关重要。当第一道防线受损时,就会发生微生物移位,并建立炎症机制。

覆盖肠上皮的粘液层在保持肠道微生物和上皮细胞之间的低接触方面起着重要作用。它由凝胶形成粘蛋白聚合而成,主要由特殊上皮细胞(即杯状细胞)分泌。

这些粘蛋白聚合物由于能够结合水而在肠腔中膨胀,形成肠粘液。小肠粘液由一层薄而不连续的粘液层组成,结肠粘液由两层密度不同的粘液组成:外层更疏松,细菌更易渗透,内层更坚固,通常无菌。

●粘蛋白缺少会增加结肠炎风险

小鼠粘蛋白2敲除被证明会发展为结肠炎增加结直肠癌的风险。在这些小鼠中,发现许多细菌与上皮细胞直接接触。研究发现,克罗恩病患者的结肠中,黏蛋白表达减少,炎症区域MUC1表达减少,非炎症区域MUC3、MUC4和MUC5B表达降低

黏蛋白(MUC)是一类主要由黏多糖组成的糖蛋白

最近,一项荟萃分析证实克罗恩病患者肠道中粘蛋白表达降低。黏液蛋白表达受损可能导致肠道微生物群与上皮衬里之间的接触增加,从而导致炎症

•肠上皮细胞有助于维持稳态

肠道上皮细胞分泌抗菌肽(AMPs),在限制肠道病原体感染方面发挥重要作用,并有助于维持肠道内稳态,保持共生细菌和上皮细胞之间的低接触

抗菌肽(AMPs)的例子包括再生蛋白、免疫球蛋白(Ig)A和防御素。在人类中,已经确定了十种防御素,分为两类:a-防御素(HD),主要由小肠的潘氏细胞、中性粒细胞和某些巨噬细胞群分泌;b-防御素(HBD),由上皮细胞分泌,以响应细胞因子或模式识别受体(PRR)的微生物识别。

克罗恩病中描述了防御素生产的失调。事实上,携带NOD2移码敏感变异体的回肠克罗恩病患者HD5和HD6的潘氏细胞表达降低。这可能导致微生物与上皮层接触增加,部分解释了克罗恩病敏感性增加的原因。相反,据报道,HBD2在结肠克罗恩病和溃疡性结肠炎的炎症区域表达增加,这可能是通过炎症刺激调节HBD2表达。

✦微生物分子的识别

通过上皮层里易位的微生物进入下层肠粘膜,被吞噬细胞(主要是单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞)吞噬,并在吞噬小体中被进一步清除。这些细胞通过属于不同膜或细胞溶质蛋白家族的模式识别受体识别病原体相关分子模式(PAMP)。

PAMP是进化保守的微生物抗原

一旦识别,信号转导途径就会发生,导致转录因子的核移位炎症细胞因子的产生。Toll样受体是一类广泛的模式识别受体,是肠道微生物群的关键免疫传感器,是通过PAMP识别的免疫系统的哨兵。它们在吞噬细胞的细胞质或内体膜以及肠上皮细胞和基质细胞中表达,激活后二聚并导致下游信号级联,导致NF-kB激活,推动参与树突状细胞成熟和T淋巴细胞增殖和激活的关键细胞因子的产生。

●炎症性肠病患者识别功能受到影响

炎症性肠病患者TLR信号似乎受到影响。与健康对照组相比,在活动期溃疡性结肠炎患者中,TLR2、TLR4、TLR5、TLR8和TLR9表达上调,而在静止期溃疡性结肠炎患者中,TLR5表达下调

在结肠炎小鼠模型中,TLR2/6的抑制减缓了疾病进展,表明其与病理有关。据报道,在炎症性肠病患者的肠道中TLR6过度表达,可能会加剧T辅助因子Th1和Th17反应。

由于TLR3、TLR5和TLR7的多态性与更高的溃疡性结肠炎严重程度相关,其他TLR受体的失调似乎也会导致炎症性肠病。TLR下游信号传导导致细胞因子分泌,这可能对肠道内稳态有利或有害。

TLR诱导的细胞因子有助于肠道内稳态的例子包括IFN-a和b(后者诱导溃疡性结肠炎缓解、白细胞介素-15(通过调节性T细胞诱导控制肠道炎症和白细胞介素11(其刺激对溃疡性结肠炎有益)。

另一方面,TLR信号也可诱导促炎细胞因子,如IL-1b、IL-6、IL-8、TNF-a和IL-18(抑制杯状细胞成熟,促进溃疡性结肠炎病理。

✦炎性小体

——也称炎症小体,是由胞浆内模式识别受体(PRRs)参与组装的多蛋白复合物,是天然免疫系统的重要组成部分。

炎症小体激活异常也与炎症性肠病的发展有关。NLRP3炎性小体是细胞质模式识别受体的NLR家族成员,是肠内稳态的重要调节器。

NLRP3可在各种细胞类型中表达,如粒细胞、抗原呈递细胞(APC)、T和B淋巴细胞,其激活可在识别外源微生物抗原内源性危险信号时触发。一旦触发,NLRP3介导炎症小体复合体的组装。

作用机制

在这个复合物中,caspase-1被激活,将白介素1β前体和白介素18前体分别裂解为分泌的IL-1b和IL-18。激活的半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1与半胱氨酸蛋白酶11一起裂解胃泌素D,使其发生聚合,从而导致细胞质膜孔的形成并导致细胞溶解,这是一种称为细胞凋亡的细胞死亡过程。

细胞溶解后,细胞内成分的释放诱导炎症细胞的募集,促进炎症。炎症激活分为两个步骤:在第一启动步骤中,NF-kB被激活,导致NLRP3和白介素1β前体合成的转录诱导;由微生物或危险信号触发的第二个激活步骤导致NLRP3炎性小体复合体的组装。

●炎症小体缺乏可能导致炎症恶化

NLRP3表达和炎症小体激活对维持肠道内稳态至关重要,因为据报道,NRLP3和炎症小体表达缺陷的小鼠对右旋糖酐硫酸钠(DSS)诱导的结肠炎的敏感性增强,病情恶化,死亡率更高

然而,炎症小体激活的持续上调也可能导致白细胞介素1β和白细胞介素-18的过度生成,以及细胞凋亡的增加,从而导致炎症性肠病中观察到的炎症恶化

事实上,60%的克罗恩病患者检测到NLRP3炎性体激活,并与长期溃疡性结肠炎疾病相关。据报道,克罗恩病患者中白细胞介素-18分泌增加,白细胞介素1β水平升高与炎症性肠病严重程度增加相关。此外,在携带TLR2风险等位基因的炎症性肠病患者中,共生肠道微生物诱导了细胞凋亡,使病情恶化


注意

尽管有这些发现,NLRP3炎症组在炎症性肠病发病机制中的作用仍然存在争议,因为其他小鼠和人类研究也表明过度活跃的炎症组具有保护作用


✦自噬

自噬是一种细胞更新过程,其中起源于内质网的小泡包围老化的细胞器和蛋白质,通过溶酶体融合促进其降解

自噬机制影响其他细胞过程,如肽分泌细胞内病原体降解

●自噬损伤会使炎症失控

自噬相关克罗恩病易感性等位基因的存在导致自噬损伤。患有自噬相关风险变异体的克罗恩病患者的潘氏细胞表现出颗粒异常,可能影响其抗菌肽分泌途径,导致微生物增殖增加炎症失控。自噬缺陷的巨噬细胞和树突状细胞清除细胞内病原体的能力较低,并可能通过炎症小体激活促进炎症

✦固有淋巴细胞

固有淋巴细胞(ILC)是指不表达任何T、B或髓细胞标记物,但同时表达白细胞介素2白细胞介素7受体的淋巴细胞。

它们在抵御微生物病原体方面起着核心作用,并且在组织内稳态方面很重要。固有淋巴细胞作用于先天免疫和适应性免疫之间的串扰,并对多种细胞类型分泌的细胞因子作出反应。

由于固有淋巴细胞作用于第一道防线,因此它们战略性地位于外部因素和传染源暴露程度较高的位置,如肠粘膜皮肤肺部

固有淋巴细胞的三个主要亚组

ILC1细胞(Th1样细胞)表达转录因子T-bet,能够分泌IFN-gTNF-a,并对抗细胞内病原体——这一亚群还包括NK(“自然杀伤”)细胞。

ILC2(Th2样细胞)表达GATA-3(“谷氨酰胺基tRNA转氨酶结合蛋白-3”)转录因子,分泌IL-4、IL-5、IL-9和IL-13,在抵御蠕虫方面很重要,也在过敏反应中起作用。

ILC3(Th17样细胞)表达转录因子RORgt,分泌IL-17、IL-22、GM-CSF(“粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子”)和TNF-a,对细胞外病原体侵入粘膜部位具有重要作用。

然而,这些不同的表型保留了相当大的可塑性。粘膜ILC3细胞的主要功能是维持屏障完整性

●固有淋巴细胞对调节稳态至关重要

如上所述,肠道粘膜巨噬细胞和树突状细胞对微生物的TLR感应导致下游释放促炎细胞因子,如白细胞介素1β和白细胞介素23。黏膜ILC3细胞通过分泌IL-22、GM-CSF和IL-17对这些介质作出反应。IL-22也由Th17和Th22细胞分泌,在体内稳态控制中发挥重要作用

事实上,IL-22作用于上皮细胞,改善屏障完整性,从而防止细菌移位。该细胞因子还促进抗菌肽(如b-防御素)的产生和分泌,影响小鼠的微生物群组成,并增加宿主对病原微生物的耐药性

除了产生白细胞介素22,ILC3细胞还能够通过直接接触和抗原递呈调节其他免疫细胞(如CD4+T细胞)的活性,因为这些细胞表达II类主要组织相容性复合物分子(MHC-II)。

克罗恩病中描述了ILC1和ILC3的肠道过度积累,在溃疡性结肠炎中观察到固有淋巴细胞活性增加。在小鼠中,由抗原呈递细胞分泌的白细胞介素1b和白细胞介素23诱导的ILC3刺激导致肠内累积的白细胞介素17和IFN-g分泌增加。缺乏ILC3细胞的小鼠未发生右旋糖酐硫酸钠诱导的结肠


适应性免疫

这种免疫只针对一种病原体。它是人体经后天感染(病愈或无症状的感染)或人工预防接种(菌苗、疫苗、类毒素、免疫球蛋白等)而使机体获得的抵抗感染能力

✦作用机制

巨噬细胞和树突状细胞消化吞噬微生物的抗原,并将其与MHC1类或2类分子结合,呈现给效应T细胞

细胞膜标记物CD11b、CD11c和CD103的表达定义了树突状细胞的独立亚群,从而影响随后的T细胞反应

T细胞是适应性免疫反应的关键参与者,根据周围组织环境的细胞因子特征,可以分化为效应器调节亚型。抗原呈递细胞与T细胞相互作用的性质和调节促使Th细胞分化为不同的亚群,每个亚群都发挥着特定的作用:

Th1是产生IFN-g的细胞,对细胞内细菌和某些原生动物的免疫很重要;Th2是产生IL4、Il-5和Il-13的细胞,参与对蠕虫和寄生虫的免疫;Th17是IL-17A、IL-17F、IL-21和IL-22的产生者,参与中性粒细胞反应;Th1/Th17细胞同时产生IFNg和IL-17A,具有Th1和Th17细胞的特征。

虽然暴露于肿瘤生长因子-b(TGF-b)可促进调节性T细胞分化,但Th1细胞主要由IL-12和IFN-g诱导,而IL-4在IL-6存在的情况下可促进Th2细胞和TGF-b的分化,从而促进Th17细胞的分化。

✦炎症性肠病患者适应性免疫出现异常

在克罗恩病患者中,检测到巨噬细胞产生较高的白细胞介素12,以及白细胞介素12和白细胞介素18诱导异常Th1免疫应答。此外,在炎症性肠病患者的肠道固有层中检测到Th17和Th1细胞群的丰度增加

•促炎细胞因子增加

体外培养的克罗恩病和溃疡性结肠炎患者的活检均分泌了相当数量的IFN-g。这种细胞因子促进肠细胞凋亡和巨噬细胞活化,增加巨噬细胞产生肿瘤坏死因子,进一步加剧炎症

炎症性肠病患者炎症粘膜的体外培养也报告了白细胞介素17A转录水平的升高和白细胞介素17A分泌的增加。白细胞介素17A诱导中性粒细胞向炎症部位募集,并介导炎症分子的上调,如诱导型一氧化氮合酶和白细胞介素1β。此外,白细胞介素17A诱导巨噬细胞产生促炎细胞因子。


注意

患有活动性疾病的炎症性肠病患者血液中的调节性T细胞减少,而肠粘膜中的调节性T细胞增加,功能正常。然而,肠固有层T细胞在炎症性肠病中对调节性T细胞功能无反应,这可以说明Th细胞缺乏调节



03
炎症性肠病患者体内的菌群


胃肠道内微生物种群的建立是一个复杂的过程,涉及微生物宿主相互作用,最终形成稠密和稳定的种群。

✦肠道微生物与宿主互惠互利

肠道微生物群落或肠道内的微生物群落与宿主建立了共生关系,在健康环境中互惠互利。宿主提供了一个稳定且营养丰富的栖息地,而微生物群给宿主带来了重要的益处,例如未消化的饮食成分和肠粘膜产生的内源性粘液的发酵,以及短链脂肪酸、氨基酸和维生素的产生。

此外,微生物群通过防止外来生物入侵,例如通过产生代谢物和细菌素,抵抗病原体定植,并影响肠上皮和免疫系统的发育和内稳态

肠道微生物群的组成受宿主因素的影响,如年龄、遗传、分泌产物(如胃酸和胆汁)、蠕动和肠道转运时间。另一方面,环境因素(如饮食)在生命周期内对宿主产生影响,不断调节微生物群落。


肠道微生物失调

尽管肠道中的大多数微生物都存在于肠腔内,但与粘膜相关的微生物群对宿主来说非常重要,因为它对上皮粘膜功能的影响比肠腔细菌更大,对炎症性肠病的发病机制的影响更大

注意:由于采样限制,大多数人体肠道微生物群研究,包括炎症性肠病患者的研究,都分析粪便样本。尽管粪便样本可能不能准确反映整个胃肠道的微生物群落组成,但大多数微生物都是通过粪便途径离开的。因此,粪便微生物群组成的变化反映了胃肠相关效应

健康成年人大肠粘膜微生物群的组成是一致的,但与同一个人的粪便微生物群不同。因此,对炎症性肠病患者粘膜相关微生物群的研究证实,远端胃肠道不同解剖部位的微生物组成没有显著差异。另一方面,比较炎症性肠病患者粪便微生物群相关粘膜的研究报告了不同的结果。

✦炎症性肠病患者肠道菌群多样性较低

与健康对照组相比,克罗恩病和溃疡性结肠炎患者的肠道菌群多样性较低。与健康个体相比,这种变化伴随着物种丰富度的降低(一种群落中物种总数的测量方法),在克罗恩病患者中尤为明显


炎症性肠病中的细菌变化

对大多数炎症性肠病患者的报告了厚壁菌门(Phylum Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和变形杆菌门Proteus)内特定细菌类群的丰度变化,随着被认为具有攻击性的菌群(如变形杆菌(Proteus)、梭杆菌属(Fusobacterium)和瘤胃球菌(Ruminococcus)的扩大,同时具有保护性的菌群(例如Faecalibacterium、罗氏菌属(Roseburia) 、毛螺菌科(Lachnospiraceae)和双歧杆菌属(Bifidobacterium spp.))的减少

在厚壁菌门和梭状芽孢杆菌类中,属于Faecalibacterium、罗氏菌属(Roseburia) 、颤螺菌属(Oscillibacter)和粪球菌属(Coprococcus)的丁酸盐产生菌在炎症性肠病患者中普遍减少

丁酸是一种短链脂肪酸,可被肠粘膜吸收,是结肠细胞的主要能量来源,提供高达70%的需求量。此外,丁酸具有抗炎作用,并积极调节肠道内稳态

✦梭状芽孢杆菌缺乏可能引起肠道炎症

梭状芽孢杆菌(Clostridia)类成员的缺乏可能会使某些个体易于继发肠道炎症。相比之下,炎性多糖的产生菌——瘤胃球菌(Ruminococcus)(也属于梭状芽孢杆菌类)在炎症性肠病患者中富集

✦肠道炎症患者拟杆菌、疣微菌等丰度减少

在拟杆菌门(Bacteroidaceae)中,克罗恩病和溃疡性结肠炎患者的拟杆菌丰度低于健康人。拟杆菌在活动性克罗恩病和溃疡性结肠炎患者中的减少比缓解期更明显

在变性菌门变形菌门(Proteobacteria)内,肠道微生物群中的γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)、肠杆菌科( Enterobacteriaceae )成员的富集与炎症性肠病密切相关

另一方面,在疣微菌门(Verrucomicrobia)内,炎症性肠病患者粪便样本中的嗜黏蛋白阿克曼菌(Akkermansia muciniphila减少。在含有人类肠道微生物群的动物模型中,嗜黏蛋白阿克曼菌的存在降低了结肠组织学损伤和促炎介质的组织mRNA表达。

尽管一些研究表明炎症性肠病患者存在肠道微生物群失衡,但与克罗恩病和溃疡性结肠炎相关的失调似乎是特定疾病

据报道,克罗恩病、溃疡性结肠炎和非炎症性肠病患者之间存在明显的微生物特征,无论炎症性肠病患者体内粘膜相关微生物群的稳定性如何。


炎症性肠病中的真菌变化

炎症性肠病患者的粪便和粘膜真菌群不平衡。与健康个体类似,炎症性肠病患者的真菌群主要由担子菌门(Basidiomycota)和子囊菌门(Ascomycota)两个门以及伞菌纲(Agaricomycetes)和酵母菌纲(Saccharomyces)两个类别组成。

✦克罗恩病中念珠菌占主导地位

主要差异在于较低的分类学水平。特别是对于克罗恩病, 念珠菌(Candidaspp)的丰度普遍增加,尽管研究中的优势种有所不同。

Candida tropicalisCandida glabrata在克罗恩病患者中占主导地位,而 Leptosphaeria减少

与健康受试者相比,克罗恩病中炎症和非炎症粘膜中的总真菌负荷显著增加

Filobasidium uniguttulatumSaccharomyces cerevisiae均与克罗恩病患者的非炎症粘膜相关,而Xylariales(子囊菌门)与炎症粘膜相关。


病程中微生物组成的改变

患有炎症性肠病的儿科患者有机会帮助研究疾病发病机制的生物学成分,尤其是在诊断过程中获得的样本。

--1 炎症性肠病中微生物群总体减少

一项研究分析了最近诊断为炎症性肠病的儿科患者粘膜相关菌群的主要细菌组成,报告了一些潜在有害细菌群的优势,或有益细菌种类的减少

肠易激综合征患儿的粘膜与更多的需氧和兼性厌氧菌相关,而克罗恩病和溃疡性结肠炎中属于正常厌氧肠道微生物群的物种或组的总体减少,尤其是普通拟杆菌。

随后,通过细菌16S rRNA基因和真菌小亚单位核糖体区域的焦测序分析了治疗初期克罗恩病儿童的粘膜。虽然与对照组相比,罗氏菌属(Roseburia) 、Eubacterium和 Subdoligranulum、梭状芽孢杆菌类成员在克罗恩病中的丰度较低,但萨特氏菌(Sutterella)的丰度明显较高

--2 特定细菌的丰富程度与疾病状态呈正相关

大型儿科新发克罗恩病队列研究,包括代表各种疾病表型的受试者,在开始治疗之前,调查了多个胃肠道位置的粪便粘膜相关微生物群。

微生物群分析表明,粘膜相关生物并不局限于任何肠道位置,总体微生物组成主要通过样品类型微生物多样性与对照组进行区分。疾病表型不足以区分患者。

在炎症性克罗恩病条件下,粘膜相关微生物群与物种多样性的总体下降和几个分类群丰度的变化密切相关

E.coliPasteurellaceaeVeillonella parvulaEikenella corredensFusobacteriaum nucleatum中特定细菌种类的丰富程度与治疗前新诊断的克罗恩病儿童的疾病状态呈正相关,该研究支持以上菌群为炎症性肠病进展驱动因素

与克罗恩病呈负相关的菌群常见于

长双歧杆菌(Bifidobacterium Longum) ↓↓↓

青春双歧杆菌(Bifidobacterium adolescentis) ↓↓↓

普拉梭菌(Faecalibacterium prausnitzii) ↓↓↓

罗氏菌属(Roseburia) ↓↓↓

直肠真杆菌(Eubacterium rectale) ↓↓↓

普通拟杆菌( Bacteroides vulgatus) ↓↓↓

Bacteroides caccae ↓↓↓

巴氏杆菌科(Pasteurellaceae)和奈瑟氏菌科(Neisseriaceae)在10岁以下患者中的丰度较高,但随着年龄的增长而减少。在诊断时收集的粪便中仅微弱地反映出新发的粘膜相关失调,这表明粘膜失调可能先于临床疾病,并独立于长期炎症发展。

--3 环境因素影响微生物的反应

一项关于儿童克罗恩病的前瞻性研究分析了患者在开始治疗之前和之后的粪便样本,首先使用抗生素,然后在8个月期间使用规定的配方食品或抗肿瘤坏死因子抗体。

在诊断时,肠道微生物群表现出特定细菌真菌的变化,即埃希氏菌属(Escherichia)和韦荣氏球菌属(Veillonella增加,阿克曼菌属( Akkermansia)、罗氏菌属(Roseburia) 、普雷沃氏菌(Prevotella)和真菌(包括念珠菌属)减少

降低了肠道炎症反应中的失调。炎症、抗生素暴露和饮食独立影响肠道微生物群落的不同分类群。例如,真菌负荷随着疾病和抗生素的使用而增加,但随着饮食治疗而减少

因此,虽然肠道内的失调在克罗恩病中很常见,但微生物的反应取决于环境因素

✦开始治疗前的微生物群特征

在开始治疗之前,新诊断的溃疡性结肠炎儿科患者的粘膜微生物群也有特征。除了溃疡性结肠炎患者中疣微菌门(Verrucomicrobia)显著减少外,其他细菌种类的丰富程度与健康儿童相似。此外,在属水平上,溃疡性结肠炎患者中罗氏菌属Roseburia)的相对丰度显著降低,而嗜血杆菌(Haemophilus)的相对丰量增加

●疾病活动与部位影响肠菌群的组成和功能

肠菌群组成和功能的改变似乎与炎症性肠病患者的疾病活动、疾病行为和病变部位有关。尽管在研究之间或与疾病活动相关的研究中,微生物群组成的确切差异没有得到一致复制。

但已经观察到,在所有形式的克罗恩病中,下列菌群持续减少:

  • 毛螺菌科(Lachnospiraceae)

  • 双歧杆菌科

  • 梭状芽孢杆菌科(Clostridiaceae)

  • 丹毒丝菌科(Erysipelotrichaceae)

而下列菌群增加:

  • 韦荣氏球菌科(Veillonellaceae)

  • 巴氏杆菌科(Pasteurellaceae)

  • 奈瑟氏菌科(Neisseriaceae)

  • Gemellaceae

  • 梭杆菌科(Fusobacteriaceae)

  • 肠杆菌科(Enterobacteriaceae)

✦儿童患者的肠道菌群特征与成人患者相似

新发炎症性肠病儿童和成人常见的肠道菌群主要偏差

Amelia S,et al.Elsevier.2022

炎症性肠病患儿的肠道菌群特征与成人患者相似。因此,成人型炎症性肠病患者的生态失调可能在儿童期就已确立。

●肠道微生物失调反应炎症的严重程度

对儿科患者(包括治疗前新诊断的儿童)的研究得出结论,肠道生物失调反映了炎症的存在和严重程度。然而,虽然肠道微生物群的变化可能在炎症性肠病早期发生,并可能导致疾病的发生,但随着时间的推移,环境因素,包括炎症本身,可能通过改变肠道的代谢条件,进一步导致失调



04
肠道微生物群失调与免疫失调


人类肠道微生物群失调是真正的致病因素还是仅仅是肠病炎症的后果,这个问题尚不清楚。但是肠道微生物被证明是炎症性肠病相关肠道炎症的重要因素

在健康状态下,宿主对肠道微生物群的免疫反应仅局限于粘膜表面。据报道,炎症性肠病患者的粘膜相关微生物密度较高,在促进肠道炎症方面,被认为比粪便微生物群发挥更大的作用。

注意:比较炎症性肠病患者结肠粘膜炎症和非炎症区域的微生物群组成的研究试图阐明居民肠道微生物群炎症免疫反应的可能影响,但结果相互矛盾


炎症性肠病患者间的微生物群差异

一项研究发现,炎症性肠病患者体内粘膜炎症非炎症区域的微生物群落组成没有显著差异。不过该项研究未根据炎症性肠病类型进行区分。

其他研究分析了克罗恩病和溃疡性结肠炎患者炎症和非炎症粘膜活检中的微生物群,发现同一个体内的微生物特征相似,但个体间差异很大

✦克罗恩病患者中变形菌丰富

与溃疡性结肠炎患者或健康受试者相比,克罗恩病患者的变形菌门(Proteobacteria显著增加。还报告说,在炎症克罗恩病组织中,埃希氏菌(Escherichia)和志贺氏菌(Shigella更为丰富,而在非炎症克罗恩病组织里,Pseudomonas更为广泛。大肠杆菌和梭杆菌能够粘附粘膜,侵入肠上皮细胞,并可能加剧炎症

拟杆菌和梭杆菌更常见

具核梭杆菌通过破坏上皮屏障和诱发异常炎症而加重结肠炎。相对于炎症性溃疡性结肠炎,拟杆菌门(Bacteroidetes)在克罗恩病炎症粘膜中更常见。克罗恩病粘膜活检中最常见的是普通拟杆菌(Bacteroides vulgatus),克罗恩病患者中脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)的数量明显高于溃疡性结肠炎患者或健康受试者。脆弱拟杆菌与产生白细胞介素10的调节性T细胞的增加有关,这限制了促炎机制,从而有助于减少炎症。

除了拟杆菌外,梭杆菌门(Fusobacteria)在克罗恩病患者的炎症粘膜中比溃疡性结肠炎患者的炎症黏膜中更常见。相反,在发炎的溃疡性结肠炎粘膜中更频繁地检测到厚壁菌门(Phylum Firmicutes)和变形菌门Proteobacteria)。与大肠杆菌类似,梭杆菌能够粘附粘膜,侵入肠上皮细胞,并可能加剧炎症。尤其是具核梭杆菌刺激结肠上皮细胞中肿瘤坏死因子的表达。

总的来说,这些研究结果表明,由于同一参与者的微生物群分布几乎没有变化,无论炎症状况或取样位置如何,因此粘膜相关微生物群没有发生明显的局部变化。

此外,根据引用的研究,粘膜微生物组成更依赖于个体间的变异,而不是疾病类型。


肠道微生物导致代谢改变

事实上,肠道微生物群组成的变化导致微生物代谢物的改变,这可能在炎症性肠病发病机制中起作用。

✦短链脂肪酸

短链脂肪酸是肠道微生物群通过发酵未消化的饮食成分和肠粘膜产生的内源性粘液而产生的。

短链脂肪酸影响肠上皮细胞生物能量学、微生物增殖、屏障和炎症功能

短链脂肪酸影响受体激活与信号传导

短链脂肪酸被吸收到血液循环中,在那里它们可能与白细胞上的G蛋白偶联受体GPR43结合,阻碍其激活。GPR43信号传导抑制炎症反应,包括粘附分子和炎症介质的表达,以及白细胞趋化性。

缺乏GPR43的小鼠炎症反应加剧,外源性给予野生型小鼠短链脂肪酸对临床有益。短链脂肪酸还抑制NF-kB信号传导,在相对高浓度下,丁酸抑制I类组蛋白脱乙酰酶,后者是免疫和炎症的重要调节因子。

微生物群影响免疫细胞的激活

颤螺菌属 (Oscillospira)被认为是一种利用宿主衍生聚糖或从富含糖蛋白的饮食中获得的聚糖的丁酸生产菌

在炎症性疾病中,尤其是克罗恩病中,颤螺菌的含量减少。微生物群似乎控制先天性和适应性免疫细胞激活的系统阈值。因此,持续接触常驻细菌发酵产物和代谢物对外周免疫系统的正确功能至关重要

然而,不能排除常驻微生物在控制局部免疫中的直接作用,因为在其他研究中,粘膜炎症状态与局部粘膜相关微生物群的扰动有关,即同一炎症性肠病患者体内炎症粘膜和非炎症粘膜的微生物群组成差异

✦色氨酸代谢物

对宿主的免疫反应至关重要的另一类代谢物是色氨酸代谢物

色氨酸又称β-吲哚基丙氨酸,是人体的必须氨基酸之一。

缺乏色氨酸会导致结肠炎

使用小鼠进行的营养研究表明,饮食中缺乏色氨酸会导致结肠炎,并补充色氨酸以防止发炎。将失调的微生物组从喂食色氨酸缺乏饮食的小鼠转移到喂食正常饮食的无菌受体,足以引起结肠炎

在小鼠中,色氨酸代谢菌株罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri)可预防结肠炎。当它将色氨酸代谢成吲哚丙烯酸时,它是通过增强上皮屏障功能和减少炎症反应而起作用的芳烃受体的配体。

色氨酸影响上皮免疫

膳食色氨酸还可以通过增加调节微生物组组成并防止机会病原体感染的抗菌肽的产生来影响上皮免疫性。与炎症性肠病相反,在多发性硬化的鼠模型中,缺乏饮食色氨酸可防止中枢神经系统自身免疫,这是由于致脑病的T细胞反应受损和微生物组发生了深远的变化。

值得注意的是,饮食中色氨酸限制的保护作用在无菌小鼠中被取消,并且与色氨酸代谢物的原型传感器无关,这表明这些保护作用可以通过微生物组代谢功能来介导。

✦结肠炎患者炎症部位细菌减少

研究表明,尽管溃疡性结肠炎和克罗恩病患者的成对活检样本之间的微生物群落组成具有高度的个体间变异性,但在每个疾病队列中,结肠发炎区域的细菌负荷通常低于非发炎区域。

克罗恩病和溃疡性结肠炎患者的炎症部位和非炎症部位所含的厚壁菌(以及相应的更多拟杆菌)均比非炎症性肠病对照样品,但仅溃疡性结肠炎患者显著减少

另一方面,在研究中包括的克罗恩病患者的大多数成对活检样本中检测到肠杆菌科成员,与溃疡性结肠炎和非炎症性肠病样本相比,肠杆菌属成员占克罗恩病总微生物群的比例增加了10倍。

肠杆菌科相对丰度的增加与NOD2风险等位基因计数呈正相关。NOD2基因内的多态性损害了这种细胞内受体作为细菌细胞壁成分的传感器在先天免疫中的作用,增加了克罗恩病的发病风险。

由于先天免疫受体(如NOD2和TLR4)的遗传多态性被认为是炎症性肠病发展的主要风险因素,宿主自身常驻微生物群的异常免疫反应被认为在促进炎症疾病进展方面起着关键作用


炎症与菌群失调的关联

✦白细胞介素放大炎症过程

与正常组织相比,在活动性炎症的溃疡性结肠炎组织中,厚壁菌门的数量较少,这主要是由于粪杆菌属(梭状芽孢杆菌目)的减少。事实上,白细胞介素22、白细胞介素17细胞(Th22细胞)和Th1细胞与厚壁菌门正相关

白细胞介素17细胞渗入炎症性肠病患者的炎症肠道,在那里产生白细胞介素17A和其他细胞因子,触发并放大炎症过程。虽然Th17细胞因子在炎症性肠病发病机制中可能很重要,但Th17细胞也可能具有组织保护作用,主要取决于其通过产生白细胞介素22增强上皮屏障功能和反调节机制的能力。

✦结肠炎期间宿主-肠道微生物氧交换加强

事实上,众所周知,粪便细菌通过炎症细胞因子调节或刺激白细胞介素10的产生而表现出保护作用。相比之下,由于不动杆菌属的差异,蛋白杆菌门在炎症粘膜中更为丰富,这与Th22细胞和Th1细胞的数量呈负相关

因此,在活动性炎症的溃疡性结肠炎患者的活检组织中,严格需氧不动杆菌属也扩大了,这表明结肠炎期间粘膜上皮的损伤可能会增加宿主-肠道微生物群的氧交换

事实上,活动性炎症期间的生物失调状况可能与肠道内存在的径向氧梯度有关,这种氧梯度从较需氧粘膜界面延伸到大部分厌氧肠腔。宿主的氧合影响肠腔氧合,氧从宿主组织扩散到肠腔。在宿主组织恢复常氧后,腔氧浓度也降低,这表明氧气正被靠近粘膜界面的肠道微生物群消耗。粘膜较高的耐氧性和过氧化氢酶表达可能有利于肠道生态系统中的微生物竞争,因此,粘膜可能有利于耐气细菌群落的定植,尤其是来自蛋白质杆菌门的细菌。

与粪便微生物群相比,溃疡性结肠炎患者活检样本中富集的一些细菌类群在无胃肠道症状的研究对象的粘膜中也较高

因此,在结肠炎活动性炎症期间扩张的细菌很可能在健康人的肠道菌群中正常存在,数量较少。例如,梭状芽孢杆菌和瘤胃球菌科在肠腔菌群中更为丰富,但与活动性结肠炎的样本相比,这些分类群在正常非炎症组织中也更为丰富

✦炎症和肠道菌群失衡直接可能存在联系

内源性或外源性因素(如饮食、压力或感染)或它们的组合可能会引发亚临床肠道粘膜炎症,这取决于个体的遗传易感性,可能有利于特定促疾病肠道细菌的生长。

这些机会性微生物随后加剧了形态学和功能变化,导致病理后果,导致宿主的慢性炎症和临床症状。这些结果可能支持这样的假设,即炎症性肠病患者中观察到的整体生物失调在某种程度上可能是肠道环境紊乱的结果,而不是疾病的直接原因。

例如,作为炎症反应副产物生成的电子受体促进兼性厌氧菌(如肠杆菌科)的生长。因此,慢性炎症可能形成肠道微生物群,并进一步导致失调

急性胃肠道粘膜感染的特点是与微生物群的显著变化相关的失调,以及具有增强的侵袭性和炎症特性的细菌的优势,这些特性可以直接加剧炎症和组织损伤,如γ-变形菌。

✦通过肠道菌群判断炎症状态

已有研究显示不同的肠道菌群可以通过免疫反应影响肠道屏障以及通过胆汁酸转化等代谢途径影响免疫细胞相互作用,从而影响免疫调节

借助这些方面的研究和临床数据,我们可以通过肠道菌群从几个方面来反映了解免疫系统及自身的炎症状态

病原菌的存在很大程度上会激发免疫系统的炎症,因此首先评估肠道菌群中是否存在异常的病原菌超标情况

来自谷禾健康肠炎临床患者肠道菌群检测报告,结果显示血液链球菌Streptococcus)及衣氏放线菌(Actinomyces israelii超标,如下:

<来源:谷禾健康数据库>

类似的病原菌超标在没有严重导致感染症状的情况下也会诱发刺激免疫系统炎症,如果免疫力低下就可能导致病原菌感染,如果持续存在超标也可能导致慢性炎症


真菌在免疫中的作用

真菌微生物群在肠道炎症中的作用日益被认识。炎症性肠病患者和健康人之间的菌群组成不同,真菌菌群也不同,炎症粘膜中的真菌群与非炎症区域的真菌群是可以区分的。

✦炎症区域和非炎症区域真菌差异很大

白色念珠菌(C. albicans)和热带念珠菌(C.tropicalis)在炎症区域特别丰富,而在非炎症粘膜中则不存在。相比之下,S. cerevisiaeSaccharomyces castellii在炎症粘膜中较少出现

光滑念珠菌(C.glabrata)也在克罗恩病粘膜中富集。光滑念珠菌是最重要的真菌机会性病原体之一,通过适应和免疫逃避策略促进炎症反应,这表明它可能在肠道炎症中起作用。

白色念珠菌也与炎症性肠病患者的粪便真菌有关。白色念珠菌可能是炎症性肠病中观察到的炎症过程的发起者,通过几种途径与酵母菌的主要成分和先天免疫反应的主要受体相结合

此外,炭角菌目在炎症粘膜上更为丰富,而酿酒酵母在非炎症粘膜中更为丰富。炭角菌目的许多物种产生具有抗菌特性的化合物,可对抗人类病原体,如结核分枝杆菌、耶尔森菌、李斯特菌和沙门氏菌,以及具有细胞毒性抗氧化活性的代谢物。因此,炭角菌目成员的存在可能反映了对炎症环境的适应。

✦真菌影响受体与免疫,导致炎症

真菌细胞壁成分与宿主免疫反应相关。与病原菌平行,真菌可以穿透被破坏的粘膜屏障,并通过其细胞壁成分激活TLR受体、Dectin-1(C型凝集素受体)、清道夫受体家族成员和固有层的补体系统。

这些受体的感应导致信号事件,依赖于白细胞介素17、白细胞介素22、CARD9(Caspase募集域家族成员-9)、ITAM(免疫受体酪氨酸基激活基序)、NFAT(活化T细胞的核因子)和NF-kB,导致严重的炎症表型



05
慢性肠道炎症的治疗


饮食干预

由于文化传统、农业做法、社会经济地位和生活方式的改变,饮食本身在世界各地都在发生变化。炎症性肠病发病率的快速增加与工业化和暴露于环境因素,特别是饮食改变有关。营养和饮食模式影响免疫系统稳态,并可能通过不同的机制导致肠道炎症,包括肠道微生物群的调节。

饮食对肠道菌群组成有很大影响。目前关于饮食策略作为炎症性肠病主要治疗方法的证据越来越多。过去几年,针对炎症性肠病的潜在治疗效果,提出了几种饮食干预措施,即特定碳水化合物饮食、无麸质饮食、抗炎饮食。

然而,这些饮食要么不耐受,要么限制性很强,要么缺乏证据证明其对炎症性肠病的疗效。炎症性肠病的饮食干预研究最多的是独家肠内营养,这在儿科克罗恩病中常用,但饮食发挥其作用的确切机制尚不清楚。

独家肠内营养包括使用营养全面的液体饮食,而不是通常的固体和液体,通常长达8周,这是非常严格的,特别是在长期使用期间,可接受性有限

✦抗炎饮食

你吃的食物在控制慢性炎症方面可能起到积极消极的作用。

▸ 什么是抗炎饮食?

国际食品信息理事会基金会(International Food Information Council Foundation)营养传播副主任将其描述为一种饮食,重点关注高营养的食物,任何“营养密集”,“天然来源的维生素,矿物质和色素很多”的食物都是这种饮食的理想成分。

尤其是抗氧化剂, “它的主要参与者是水果,蔬菜,豆类,健康脂肪等食物,例如橄榄油和牛油果,包括鱼类,坚果和浆果等。

但是,抗炎饮食不仅是您的饮食,而且与食物的烹饪方式有关。应限制或避免高盐,饱和脂肪,糖和精制碳水化合物的食物。

在这里列举了一些抗炎食物促炎食物,可以帮助更好地进行抗炎饮食

•抗炎食物

很多种食物均具有抗炎特性,其中包括抗氧化剂多酚含量高的食物。

1 浆果

浆果是小果实,富含纤维,维生素和矿物质

2 深海鱼

深海鱼是蛋白质和长链omega-3脂肪酸EPA和DHA的重要来源。

3 西兰花

西兰花是萝卜硫烷的最佳来源之一,萝卜硫烷是一种具有强大抗炎作用的抗氧化剂,可通过减少引起炎症的细胞因子和NF-kB的水平来对抗炎症。

4 牛油果

牛油果可能是少数值得冠以的超级食品之一,提供各种有益的化合物,可防止发炎并降低癌症风险。

5 辣椒

甜椒和辣椒中富含维生素C和抗氧化剂,具有强大的消炎作用。

6 蘑菇

蘑菇的热量非常低,并且富含硒,铜和所有B族维生素。它们还包含提供抗炎保护的酚和其他抗氧化剂。

7 葡萄

葡萄含有花青素,可减少炎症。此外,它们还可以降低多种疾病的风险,包括心脏病,糖尿病,肥胖症,阿尔茨海默氏病和眼疾。

8 姜黄

姜黄素是一种强大的抗炎营养素,因此受到了广泛的关注。姜黄可减轻与关节炎,糖尿病和其他疾病相关的炎症。

9 特级初榨橄榄油

特级初榨橄榄油是可以吃的最健康的脂肪之一。

它富含单不饱和脂肪,是地中海饮食中的主要食物,具有许多健康益处。

•促炎食物

在受伤或感染期间,身体会释放化学物质以帮助保护它并抵抗任何有害生物。但是,食用过多的促炎食物可能会导致慢性低度发炎

1 糖和精制碳水化合物

摄入过多的糖和精制的碳水化合物与体内炎症增加以及胰岛素抵抗和体重增加有关。

2 人造反式脂肪

人造反式脂肪可能是您可以食用的最不健康的脂肪。它们是通过将氢添加到液态不饱和脂肪中而产生的,以使其具有更固态的脂肪的稳定性。

3 过量饮酒

虽然适度饮酒可带来一些健康益处。但是,较高的用量会导致严重的问题。大量饮酒可能会加剧炎症并导致“漏泄的肠道”,从而在整个身体内引发炎症。

4 植物油和种子油

概要一些研究表明,大量食用植物油中的omega-6脂肪酸含量可能会促进炎症。但是,证据不一致,需要更多的研究。

6 加工肉

加工肉富含AGEs等炎性化合物,其与结肠癌的强烈关联可能部分归因于炎症反应。食用加工肉会增加患心脏病,糖尿病,胃癌和结肠癌的风险。

✦FODMAP饮食

前不久提出了一种更有前景的直接针对肠道微生物群的营养方法,包括低可发酵低聚糖、双糖、单糖和(FODMAP)的饮食。

FODMAP是极易发酵但吸收不足的物质,分子量小,高渗效应导致肠道通透性增加。这些特性增强了肠道微生物群的发酵作用

•FODMAP饮食的负面作用

富含FODMAP的饮食相关的症状是产气、腹痛、腹胀、抽筋、腹胀和腹泻。另一方面,近端结肠中FODMAP的快速发酵导致内腔中短链脂肪酸和乳酸的大量生成,进而影响粘膜屏障

// 容易营养缺乏

尽管静止性炎症性肠病患者的胃肠道症状有潜在改善,但低FODMAP饮食与负面影响相关。由于饮食限制,营养缺乏的风险很高

// 对肠道微生物有负面影响

另一方面,低FODMAP饮食意味着限制食品中天然存在的益生元,如果聚糖和低聚半乳糖,通过减少糖化细菌,特别是双歧杆菌,对肠道微生物群组成产生负面影响

// 菌群数量减少

观察到,在静止期炎症性肠病患者中,低FODMAP饮食后,长双歧杆菌、青春期双歧杆菌和普氏双歧杆菌的数量减少

由于双歧杆菌优先发酵果聚糖和低聚半乳糖,而普拉斯尼茨革兰阴性杆菌通过交叉喂养间接利用它们,因此,这种减少可能是由于到达肠道的可发酵底物数量的变化造成的。

在静止期克罗恩病患者中,低FODMAP饮食导致产生丁酸盐的梭状芽孢杆菌簇和嗜粘杆菌数量减少,这对粘膜相关微生物群的健康很重要,并且黏液溶解度瘤胃球菌扭矩的相对丰度增加,通常在克罗恩病患者中减少


注意

长期服用低FODMAP饮食引起了一些担忧。除了评估饮食对炎症标记物疾病活动的影响外,还需要对炎症性肠病患者低FODMAP饮食的充分性安全性进行更多研究。

此外,关于低FODMAP饮食影响的少数研究样本量小,饮食应用的设计和时间不同,可能会影响结果的显著性。

营养干预可能在炎症性肠病症状管理延长病情缓解方面发挥重要作用。然而,需要进一步的研究来更好地描述饮食、肠道微生物群和炎症性肠病之间的关系。


小结

饮食干预可能是挽救生命和降低医疗费用的可持续且具有成本效益的方式。但是,这些饮食干预措施的长期成功因人而异。成功与否取决于每个人的饮食建议是否可行,以及这些措施是否确实产生了预期的生理变化


益生菌和益生元

益生菌被定义为当摄入足够量时对宿主健康有益的活微生物。

益生菌作为操纵肠道微生物群内物种组成和代谢活动的一种手段,已被大量研究,以促进健康预防管理肠道疾病

益生菌的作用可以是直接的,也可以是间接的,通过调节居民的微生物群或免疫系统。它们可以增强上皮屏障功能,增加对肠粘膜的粘附力,同时抑制病原体,促进对病原菌的竞争性排斥,产生抗微生物物质,并调节宿主的免疫系统。

例如,在感染或炎症状态下,益生菌可能会增加肠上皮细胞之间紧密连接的完整性,并防止肠细胞凋亡。此外,益生菌会产生短链脂肪酸和乳酸,降低肠上皮细胞的促炎反应,抑制潜在致病微生物的生长。

✦益生菌在炎症性肠病的作用

因此,使用益生菌调节肠道菌群,以对症和明确管理炎症性肠病具有巨大的治疗潜力。益生菌应从人类的肠道菌群中选择,不应对抗生素产生固有的耐药性。乳杆菌属(Lactobacillus)和双歧杆菌属(Bifidobacterium)的成员通常被认为是安全的,是功能性食品和补充剂中使用最多的益生菌,因为它们被证明对健康有益。

•益生菌对克罗恩病的作用暂不明确

使用益生菌治疗克罗恩病产生了相互矛盾的结果。一些研究已经成功地用益生菌治疗克罗恩病,如大肠杆菌(Escherichia coli)、鼠李糖乳杆菌( Lactobacillus rhamnosus)和布拉迪酵母菌(Saccharomyces cerevisiae boulardii)。

相反,也有报道称,鼠李糖乳杆菌未能维持克罗恩病的缓解。由于该研究领域缺乏精心设计的随机对照试验,目前关于益生菌诱导克罗恩病缓解的疗效和安全性的证据的确定性较低。

然而,最近公布的克罗恩病患者报告称,定期服用含有乳酸菌菌株组合(戊糖乳杆菌、短乳杆菌、植物乳杆菌、发酵乳杆菌、凯氏乳杆菌和林德纳乳杆菌)的产品导致其粪便中凯氏乳球菌丰度更高,症状的减轻和生活质量的提高

L. kefiri具有很强调节肠道微生物群组成的能力,导致与炎症反应和胃肠道疾病发病直接相关的几个细菌属显著减少

✦益生元与合生元在炎症性肠病中的作用

益生元被定义为“通过选择性刺激结肠中一种或有限数量细菌的生长或活性,从而对宿主产生有益影响非消化性食品成分,从而改善宿主的健康”。

益生元与短链脂肪酸(主要是醋酸盐、丙酸盐和丁酸盐)的生成增加有关,这可能有助于维持结肠内稳态。合生元是益生菌与益生元的结合,可能有利于活性克罗恩病患者,是治疗该疾病的潜在疗法。长期研究表明,服用合生元对活性克罗恩病有很好的疗效

对最初接受氨基水杨酸盐和泼尼松龙治疗方案但未能缓解的患者进行合生疗法试验。合生元包括高剂量的益生菌短双歧杆菌、长双歧杆菌和干酪乳杆菌,以及作为益生元的木薯。

// 一定程度上改善克罗恩病症状

大多数患者的临床症状有所改善。车前草已被证明有助于腹泻患者,改善粪便粘稠度和黏度。其他随机对照试验评估了克罗恩病患者服用含有长双歧杆菌与商业益生元组合的合生元后,临床症状和组织学评分得到了有效改善,肠粘膜中的长双歧杆菌和其他种类的双歧杆菌定植增加

此外,在3个月时,治疗组对粘膜白细胞介素18、干扰素(INF-g)和白细胞介素1b的影响不大,而TNF-a的表达在6个月时显著降低。粘膜中双歧杆菌物种的更高丰度可促进与参与调节促炎细胞因子途径的致病物种的竞争,从而刺激更具免疫调节性和耐受性的免疫反应

// 缓解溃疡性结肠炎

大肠杆菌Nissle 1917是一种非致病性大肠杆菌菌株,可防止对抗病原菌的定植。它减少结肠粘膜损伤,降低上皮通透性,有效维持溃疡性结肠炎缓解。

混合益生菌VSL#3由8株细菌组成,包括嗜酸乳杆菌、保加利亚乳杆菌、植物乳杆菌、干酪乳杆菌、嗜热链球菌、短双歧杆菌、婴儿双歧杆菌和长双歧杆菌。它下调宿主免疫反应,改善上皮屏障功能,增加粘液生成。

综合分析显示,VSL#3与安慰剂相比,在诱导缓解方面有显著益处的趋势,而与美沙拉秦相比,大肠杆菌Nissle 1917在维持缓解方面表现出非劣效性

一种类似的合生元被证明在溃疡性结肠炎治疗中有用。肿瘤坏死因子、白细胞介素1a是驱动炎症和诱导防御素表达的炎症细胞因子,治疗后也显著降低。试验组的活检减少了上皮组织的炎症和再生。肿瘤坏死因子在活动性溃疡性结肠炎的发病机制中起着关键作用。因此,抑制炎症溃疡性结肠炎粘膜中肿瘤坏死因子的分泌是治疗疾病和预防复发的主要目标

小结

虽然益生菌或合生元的使用对溃疡性结肠炎的治疗和维持有积极作用,但在克罗恩病中,只有合生元显示出明显的效果。

益生菌疗法可以通过与促进结肠中益生菌生长的益生元结合而潜在地得到改善。使用合生元的另一个优点是,益生元成分可以促进肠道内具有益生菌特性的本地生物体的生长。使用益生菌调节肠道细菌组成,并可能减少炎症或激活先天免疫,可用于治疗策略中,以恢复宿主肠道微生物群。

益生菌可能通过操纵微生物群来增加有益微生物的数量,减少可能有害的细菌,从而减少炎症触发因素,从而增加肠道生物多样性,改善炎症性肠病患者的症状。不过,不同微生物菌株和临床环境的益生菌效果不同。因此,对于大多数炎症性肠病患者来说,很难实现一般益生菌配方。


微生物的免疫治疗

目前用于炎症性肠病的治疗策略会严重抑制免疫系统,从而导致严重感染和恶性肿瘤等风险。最近开发了一种基于微生物的免疫疗法,利用正常肠道微生物群的固有免疫调节特性,通过恢复免疫功能来治疗免疫相关疾病。

这种新的方法涉及位点特异性免疫调节剂,它是一种复杂的生物制剂,旨在以靶向、器官特异性的方式激活先天免疫应答。

▸ QBECO治疗

QBECO是一种来源于临床肠致病性大肠杆菌灭活分离物的试验性位点特异性免疫调节剂

QBECO针对激活的巨噬细胞向胃肠道募集,大肠杆菌菌株通常会导致感染。免疫调节剂包含来自单个灭活微生物物种的成分,免疫系统将其识别为特定器官或组织中感染的常见原因,刺激新一波激活的固有免疫细胞的募集,并清除非生产性炎症的慢性来源。

因此,QBECO治疗不是抑制免疫功能,而是通过新免疫细胞的产生和动员,优化异常免疫反应,重建正常屏障功能和粘膜稳态,从而克服胃肠道免疫失调。

✦QBEOO减轻了炎症性肠病的病理

QBECO已经在诱导性结肠炎和炎症性肠病患者的实验模型中进行了测试。服用QBECO后,小鼠结肠炎的严重程度总体降低。该疗法减弱了肠道病理,改善了粘膜完整性,从而减少了胃肠粘膜的免疫细胞浸润,尤其是中性粒细胞的数量。

// 溃疡性结肠炎患者症状改善

在同一研究中,大多数接受QBECO治疗的UC患者在接受16周治疗后,其疾病在临床、内镜和组织学方面均有改善,粘膜完整性也有所改善。此外,治疗后1周内直肠出血明显减少。QBECO治疗还降低了结肠粘膜UC患者中中性粒细胞的数量,正如在诱导性结肠炎小鼠中观察到的那样。

// 克罗恩病患者症状也有改善

接受微生物QBECO治疗的克罗恩病患者也报告症状改善。在第一种临床方法中,十分之七的患者在至少三个月的治疗期间症状完全缓解。三名患者在停止药物治疗和QBECO治疗后持续出现临床病情缓解。此外,研究期间未报告严重不良事件。

最近对68名中重度克罗恩病患者进行的随机对照试验(RCT)评估了QBECO的安全性、疗效和耐受性。接受QBECO治疗的患者对治疗有良好的耐受性

与安慰剂相比,到第8周时,疾病活动显著减少。之前接受肿瘤坏死因子抑制剂治疗的患者在第8周对QBECO反应的可能性较小,但随着治疗持续到第16周,症状有所改善,这表明可能需要更长的疗程才能在这些受试者中取得最佳结果。

此外,在随机对照试验期间QBECO治疗改善的克罗恩病患者产生IL-18,血清IFNg、IL-12p70和IL-17A水平较高,证实了对细菌刺激的有效免疫反应。

小结

利用基于微生物的免疫疗法,如QBECO,其功能是有效激活而不是抑制粘膜免疫功能,这是一种新的炎症性肠病治疗思路。然而,还需要进一步研究来评估这种新型免疫治疗方法在溃疡性结肠炎和克罗恩病治疗中的安全性疗效


粪菌移植

用捐赠的粪便或纯化的粪便培养物进行粪便微生物群移植是目前治疗复发性艰难梭菌感染的常规方法。越来越多的人认识到微生物群失调在炎症性肠病发病机制中的作用,促使人们研究粪便移植作为一种潜在的炎症性肠病新疗法

粪便移植改善炎症性肠病的证据进展迅速,前景看好。然而,关于这种治疗的疗效,有报道称结果相互矛盾。

注意:结果的多样性可能与不同的实验设计和方法学问题有关,包括供体选择、粪便类型、分娩方法、移植前准备、供体粪便处理方法、供体样本汇集以及给药频率和时间。

例如,粪便捐赠者样本的厌氧处理可保存可存活的厌氧菌用于移植,并可能影响临床结果。

最近的一项短期随机对照试验得出结论,使用经厌氧处理的供者样本进行粪便移植,与使用自体样本相比,8周后病情缓解的可能性更高,并且与本研究中观察到的治疗反应呈正相关的所有生物体都是厌氧菌(主要是专性厌氧菌)。Anaerofilum pentosovorans和粪拟杆菌物种的增加与治疗后疾病的改善密切相关。然而,从基线检查到第4周,微生物的数量发生了显著变化,在第8周之前保持稳定,但在12个月后发生了变化。

✦粪菌移植在溃疡性结肠炎中的作用

// 胃肠道症状改善,微生物群与健康者相似

一项前瞻性研究调查了溃疡性结肠炎患者粪便微生物群移植的临床疗效,结果表明,治疗后胃肠道症状改善,健康肠道微生物群重新繁殖。移植后,微生物群逐渐与健康献血者相似。克雷伯菌属和链球菌属的相对丰度下降,普氏菌属的相对丰度增加,表明这些属的变异可能是导致溃疡性结肠炎发病的重要因素

// 微生物多样性显著增加

另一项研究表明,多次给药6周的多捐赠者密集剂量粪便微生物群移植是活动性溃疡性结肠炎患者的有效治疗方法。移植与微生物多样性显著增加相关,持续至治疗结束后8周。

此外,特定分类群与粪便微生物群移植结果相关。虽然梭状芽孢杆菌和Blautia属与治疗益处相关,但其他属(包括梭杆菌属和Sutterella属)的结果一直为阴性,这些属被认为与溃疡性结肠炎的发病机制有关。

粪便移植后病情缓解的溃疡性结肠炎患者粪便中的霍氏真杆菌(Eubacterium hallii)和inulivorans Roseburia富集,粪便样本中的短链脂肪酸水平升高。此外,未获得缓解的患者 Fusobacterium gonidiaformans、Sutterella wadsworthensis和埃希氏杆菌的富集

建议

需要进一步研究来评估炎症性肠病患者粪便微生物群移植的长期缓解维持和安全性。

根据个体特征,使用各种特定肠道保护微生物菌株或其代谢物组合,可能比整个粪便微生物群移植更有效更安全



结语

肠道微生物群失调似乎在炎症性肠病的发展中起着重要作用。发现可能导致慢性炎症的肠道微生物特征至关重要

近年来,在鉴定不同微生物类群之间的健康平衡方面取得了重大进展。厚壁菌门和拟杆菌门中包含的某些微生物类群的丰富程度健康肠道相关,有益或有害微生物之间的平衡强烈影响宿主健康。

影响宿主微生物群的遗传环境因素需要进一步研究。为了开发个人定向治疗,还迫切需要更广泛地鉴定促进健康的微生物类群。

未来的另一个主要目标是选择个性化的益生菌或合生元疗法(或微生物特异性粪便移植)来治疗单个炎症性肠病患者,为实现长期缓解甚至完全治愈炎症性肠病做出巨大贡献。



主要参考文献:

Adamji, M., Day, A.S., 2019. An overview of the role of exclusive enteral nutrition for complicated Crohn’s disease. Int. Res. 17, 171–176.

Borisova, M.A., Achasova, K.M., Morozova, K.N., et al., 2020. Mucin-2 knockout is a model of intercellular junction defects, mitochondrial damage and ATP depletion in the intestinal epithelium. Sci. Rep. 10, 21135.

Buisson, A., Douadi, C., Ouchchane, L., et al., 2019. Macrophages inability to mediate adherent-invasive E. coli replication is linked to autophagy in Crohn’s disease patients. Cells 8, 1394.

Caldeira, L. de F., Borba, H.H., Tonin, F.S., et al., 2020. Fecal microbiota transplantation in inflammatory bowel disease patients: a systematic review and meta-analysis. PLoS One 15, e0238910.

Cox, S.R., Lindsay, J.O., Fromentin, S., et al., 2020. Effects of low FODMAP diet on symptoms, fecal microbiome, and markers of inflammation in patients with quiescent inflammatory bowel disease in a randomized trial. Gastroenterology 158, 176–188.e7.


本文转自:谷禾健康



https://blog.sciencenet.cn/blog-2040048-1360704.html

上一篇:[转载]Pantoea(泛菌属)——肠道内善恶兼备的神秘细菌
下一篇:[转载]全面解析各类营养物质在炎症中的作用
收藏 IP: 111.0.128.*| 热度|

0

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (0 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2023-1-31 15:37

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部