肠道菌群与骨质疏松症中西医研究进展

赵进东 余婵娟 陆瑞敏 张文锦 刘蒙蒙 张璐 尤良震 刘剑 舒仪琼 方朝晖*

1.安徽中医药大学第一附属医院内分泌科,安徽 合肥 2300312.安徽省中医药科学院中医药糖尿病防治研究所，安徽 合肥 2300123.新安医学教育部重点实验室，安徽 合肥 230038

近年来有研究[1-3]指出，特定的微生物可通过释放小分子物质、免疫系统、矿物质吸收等几个方面影响机体的健康状态，肠道菌群在促进骨健康、抑制骨钙丢失等方面发挥了一定的调控作用。现就近几年中西医有关肠道菌群与骨质疏松症相关的临床与实验研究作一综述。

1 肠道菌群与骨质疏松症

肠道菌群是一个复杂的生态系统，人体肠道中定植着约1000余种微生物，由约3500余种细菌构成[4]。肠道稳态是肠道菌群与机体间建立的一个动态平衡，受外部环境、饮食结构和机体生活方式等因素影响。骨质疏松症是一种以骨量减少、骨组织微结构被破坏、骨脆性增加和易于骨折为特征的代谢性骨病，严重影响患者的生存质量。王飙等[5]分别收集了7例骨质疏松症患者与健康对照组的粪便样本,结果显示骨质疏松症组和健康对照组的肠道菌群种类及数量相比具有显著差异，如在骨质疏松症患者组中的酸杆菌门、芽单胞菌门、厌氧绳菌科、优杆菌等肠道菌群所占比例明显高于健康对照组。然而该研究的样本量小，有待进一步开展更大样本量的临床研究，以期更好的说明肠道菌群与骨质疏松症之间的关系。

Li 等[6]将10 周龄的雌性C57BL/6 L小鼠经亮丙瑞林药物干预10周，诱导雌激素缺乏，并将小鼠造为骨质疏松症模型，研究结果显示无特定病原体和肠道菌定植小鼠中的促破骨细胞形成因子明显高于无菌鼠，且骨小梁体积分数值明显低于无菌鼠。结论提示在无菌鼠中，雌激素缺乏不会诱发骨小梁稀疏、细小，在雌激素缺乏所诱导的骨丢失中，动态平衡的肠道细菌有利于促进骨代谢。人体中的肠道菌群在新生儿、婴幼儿、儿童、青年、中年、老年等不同年龄段的分布不同，当处于绝经后阶段，女性肠道菌群的构成会发生改变，从而对机体骨量的流失产生影响。因此，绝经后女性肠道菌群的紊乱会明显增加雌激素缺乏引起的骨量下降的风险，导致骨质疏松症发生[7]。

有研究显示经亮丙瑞林干预的正常小鼠骨髓中肿瘤坏死因子α(TNF-α)+CD4+T细胞与TNF-α+CD8+T细胞明显增加，而在缺乏肠道菌群的小鼠骨髓中则变化不明显。这提示肠道菌群能通过调节免疫系统来应答体内雌激素缺乏[8]。TNF-α和白介素 1 阻滞治疗可以降低早期绝经后妇女骨吸收标志物的水平[9]。贾小玥等[10]报道了CD4+T细胞和TNF-α等促进破骨细胞生成因子是机体肠道菌介导绝经后骨质疏松症骨吸收的关键因素。Li 等[8]报道了缺乏肠道菌群的小鼠比正常小鼠的椎骨及股骨远端的松质骨与皮质骨体积均增高。Sjogren等[11]发现缺乏肠道菌群的小鼠股骨远端骨密度要比正常小鼠提高约40%，其作用机制可能是因为缺乏肠道菌群小鼠的破骨细胞较正常小鼠少，而成骨细胞数没有太大差异，无菌小鼠的骨量增加是由于骨吸收速度减少和骨量丢失减少有关。提示肠道微生物通过对破骨细胞数量的调节影响机体的骨密度。并发现无菌小鼠骨骼中溶骨性细胞因子白介素 6和TNF-α的 mRNA 表达量显著减少，推测无菌小鼠生成的破骨细胞减少极有可能是通过调节了免疫细胞、免疫分子等实现的[12]。

Hilmi等[13]的研究显示炎性肠病能通过炎性因子促进破骨细胞的活性，促进破骨细胞分化成熟而导致骨量丢失增加，可见炎性肠病在骨质疏松症的发生发展中的影响也较大[14]。另一方面炎性肠病患者，因小肠绒毛发挥吸收的功能被破坏，也成为导致骨质疏松症发生的危险因素[15]。

多年来，无论是在动物模型或人体，人们认识到对骨质的密度和强度的调节有可能是肠道中的微生物通过吸收钙的关键骨盐来实现的[3]。McCabe 等[16]将15周龄C57BL/6 L小鼠用罗伊氏乳杆菌灌胃4周，发现该益生菌可改善健康雄性小鼠股骨远端干骺区和腰椎的骨小梁形态参数，而对健康雌性小鼠影响不明显，说明罗伊氏乳杆菌对机体骨的影响与雌激素有一定的关系。益生菌有可能是通过激活体内雌激素的方式影响钙磷的吸收代谢，从而对骨代谢发挥正性调节作用，防止骨质疏松症的发生。而成年雌性机体内雌激素相对充足，故罗伊氏乳杆菌对成年雌性机体的作用不敏感。Ohlsson等[17]研究结果显示，肠道菌群可促进骨钙的形成和减少骨质流失，从而促进骨代谢。

虽然斑马鱼与哺乳动物的骨骼存在一定的差异，但是两者之间关于骨骼发育方面的相关基因高度保守，进而斑马鱼也作为骨骼研究的重要模型之一。将鼠李糖乳杆菌添加至正常斑马鱼微生物群落能够刺激其胰岛素样生长因子，进而使斑马鱼骨架钙化加快[18]。

综上所述，说明肠道菌群与骨质疏松症的发生发展有着密切的联系。

2 基于肠道菌群治疗骨质疏松症的临床研究

McCab等[16]研究发现，罗伊氏乳杆菌能够有效抑制人单核细胞系TNF-α的产生，通过刺激免疫调节反应从而减轻人类肠道炎症的作用，有助于改善骨代谢功能。Whisner等[19]以青少年女性为临床试验的人群口服低聚半乳糖干预3周后，发现低聚半乳糖能够使人体内钙的吸收增加及明显提高人肠道菌群中的双歧杆菌属的比例。Abrams等[20]的研究结果显示，在青少年阶段口服菊粉型果聚糖1年，这组人群的骨密度比未摄入组高约50%。推测骨密度的增加可能是因为菊粉型果聚糖提高了机体对钙的吸收。健康的青少年女性被随机分为3组，分别服用剂量为0、10、20 g的可溶性玉米纤维4周，研究结果显示服用可溶性玉米纤维两组钙的吸收显著增加，且粪便微生物群落的多样性有显著差异。其中，副拟杆菌属随着可溶性玉米纤维剂量的增加而增加，且有统计学意义。并发现钙的吸收与梭状芽胞杆菌属、未分化的梭菌属成正相关[21]。

乳酸杆菌等组成的微生态制剂可对克罗恩病和溃疡性结肠炎起到有效的治疗作用[22-23]，同时研究结果[24]显示此制剂可通过降低骨吸收，参与维持骨量和骨强度，从而预防炎症性肠病合并骨质疏松症的发生，可能是通过调节了乳杆菌和双歧杆菌而起到保护作用。

中医文献将骨质疏松症归为“骨痹”、“骨枯”等范畴。中医药防治骨质疏松症在临床及实验研究中均取得了一定的进展。在骨质疏松症的临床治疗中，具有补肝肾、强筋骨作用的淫羊藿经常会被应用。从现代医学角度观察，淫羊藿可显著升高I 型前胶原羧基末端前肽的水平，起到类雌激素的作用，从而影响骨代谢及骨改建。Wu等[25]的研究报道了人肠道细菌对淫羊藿苷的生物转化，发现链球菌属、肠球菌属、布劳特氏菌属与淫羊藿在体内的代谢有关，这可能是淫羊藿通过发挥调节上述菌属而实现防治骨质疏松症作用的靶点之一。此外，对于肠道菌群调控骨质疏松症的研究可能是未来粪便类藏药复方制剂(如十味黑冰片散、十味鹫粪散)的临床疗效评价及作用机制探究的新思路[26]。

3 基于肠道菌群治疗骨质疏松症的实验研究

Britton等[24]将 12周龄Balb/c小鼠分为假手术对照组和卵巢切除术组，两组均给予罗伊氏乳杆菌治疗4周，研究结果显示罗伊氏乳杆菌可阻止卵巢切除术组小鼠股骨和椎骨骨松质的吸收，其骨小梁体积分数值和假手术对照组相近，且骨小梁的厚度、数量间隙有改善。将乳酸乳球菌灭活后灌胃给衰老的小鼠模型1个月，发现小鼠骨质疏松症的发展进程明显加快[27]。Britton等[24]研究发现瑞特乳酸菌能减少因卵巢切除导致雌激素下降所引起的骨质疏松症小鼠的海绵骨骨密度下降，接受瑞特乳酸菌治疗的小鼠破骨细胞的骨吸收标志物和活化剂以及破骨细胞明显降低。同时可以抑制骨髓CD4+T淋巴细胞的增加。可见，瑞特乳酸菌可以通过直接或间接的方式抑制破骨细胞形成，实现骨质疏松症的干预，是一种减少绝经后骨量丢失的简单、经济且有效的方法。

给去卵巢小鼠喂食低聚果糖和菊粉能够增加小鼠血浆和骨中钙的含量，同时骨钙素也升高。电子显微镜下显示低聚果糖和菊粉能够减轻骨量丢失，证明了补充低聚果糖和菊粉能够预防骨量丢失并改善骨骼形成[28]。菊粉不仅能增加雄性Wistar大鼠的钙吸收，还能显著增加全身骨矿物质含量及全身骨密度[29]。雄性Wistar大鼠喂食低聚果糖与正常对照组相比，能够增加钙和镁的吸收，且大鼠股骨颈干骺端的骨小梁体积和骨量也显著增加，骨表面每个区域中的矿物质浓度(Ca，P和Mg)也同时增加[30]。Weave 等[31]发现，低聚半乳糖能够增加肠道中双歧杆菌的比例并提高大鼠骨量。胃切除后，因钙吸收不良可诱发骨质疏松症的发生。Shiga等[32]用低聚果糖或二果糖酐III干预全胃切除的雄性大鼠28 d，结果显示钙吸收增加，作为骨吸收标志物的尿脱氧吡啶啉受到了抑制。说明低聚果糖或二果糖酐III能减少胃切除术后的骨量丢失，从而预防骨质疏松症的发生。

Sadeghi等[33]研究将雏鸡随机分为正常对照组及感染肠炎沙门氏菌组，喂食枯草芽孢杆菌，在21 d时发现枯草芽孢杆菌可以使由肠炎沙门氏菌感染导致的雏鸡胫骨钙含量及骨中灰分含量增加。但随着喂食时间的延长，到42 d时这种作用表现的不是很明显，具体原因还不是很清楚。

黄月等[34]研究发现糖皮质性骨质疏松症模型大鼠经骨疏丹干预后，其尿液中的 N2-琥珀酰-L-鸟氨酸、苯酚硫酸盐、甲酚硫酸盐、马尿酸等指标得到了显著改善，这些指标均为肠道菌群代谢物，说明骨疏丹能改善骨质疏松症大鼠体内的肠道菌群代谢，从而发挥治疗骨质疏松症的目的。基于循证医学的研究显示，仙灵骨葆胶囊用于预防和治疗骨质疏松症的安全性和有效性是确切的。口服仙灵骨葆胶囊后其多组分在肠道菌群的作用下，发生了糖苷类化合物(包括异戊烯基黄酮醇苷、香豆素苷、环烯醚萜苷和皂苷)的脱糖基代谢，引起结构的改变，形成具有新活性的成分，并使双歧杆菌、乳酸杆菌和嗜热链球菌数目显著增多，这是其治疗骨质疏松症的作用机制之一[35]。

4 展望

越来越多的实验与临床研究表明，机体肠道菌群的动态平衡所发挥的功能与骨质疏松症的关系密切，相关作用机制也在不断地研究中被阐释说明，主要是通过直接或间接的作用影响机体破骨细胞的生成，发挥对骨量的调控作用。对于改善肠道菌群的生物制剂在有关骨质疏松症的临床与实验治疗中，其有效性、安全性等得到了肯定，将为骨质疏松症的防治提供新的作用靶点。但肠道菌群与骨质疏松症的相关研究还处于早期阶段，该领域仍有许多未知点需要大量研究以进一步诠释，如对有关肠道菌群介导机体的免疫细胞、炎症因子、代谢产物等相关的基因、信号传导不是很清楚。虽然肠道菌群对骨代谢具有一定的调节作用，仍不确定在机体生长的何种阶段进行干预所取得的效果为最佳。目前尚无大样本、多中心的有关骨质疏松症患者肠道菌群多样性的信息分析。还需进一步深入研究，才能为骨质疏松症与肠道菌群之间的关系提供更多理论及实验依据。

中医药作为我国具有独特优势的医疗资源，在防治骨质疏松症领域有其理论依据与临床经验。大量研究显示[36-37]，中医药具有辅助有益菌生长，抑制有害菌的双向调节作用，从而促进紊乱的肠道菌群复归于动态平衡。因体质或其他影响因素，导致肠道菌群在不同的个体中差异明显。中药有效成分的生物利用度在不同人群中也有差异，这就需要找出对中药具有特异性的菌属，从而提高临床疗效。然而，基于肠道菌群开展中医药防治骨质疏松症的研究尚少，期待加强多学科合作，以便为该研究方向提供新的相关证据。