肠道菌群失调与脓毒症关系研究进展

彭海英，刘宇鹏

1.联勤保障部队大连康复疗养中心 检验病理科，辽宁 大连 116013 ；2.联勤保障部队第九六七医院 重症医学科，辽宁 大连 116013

脓毒症是人体对感染反应失调导致器官功能障碍综合征，甚至威胁生命［1］。近年来，脓毒症的发病率、病死率均较高［2］。约30% 的重症监护病房患者受脓毒症影响，而不同地域存在一定的地区差异［3］。脓毒症可能发病于不同的年龄组，对于新生儿的危害较严重［4］。健康的肠道菌群环境对脓毒症的炎症反应可产生保护性影响［5］。脓毒症早期可发生消化道菌群失调并伴胃肠黏膜屏障功能损害，随着疾病的发展可引起或加剧某些脏器功能损害［6］。肠道菌群在脓毒症发生、发展中的作用逐渐受到重视，本文对肠道菌群失调与脓毒症关系的研究进展作一综述。

1 肠道菌群失调与脓毒症相互作用

肠道菌群失调是指由于内外环境变化引起的肠道细菌比例、数量变化以及肠道菌群移位等一系列病理状态［7］。脓毒症发生前关于肠道菌群变化的前瞻性研究较少，但初步结果表明，肠道菌群的多样性低、致病性革兰氏阴性菌和肠球菌相对丰度高的患者发生脓毒症的风险较高［8-10］。另一项流行病学调查研究虽未直接检测患者肠道菌群，但检测了艰难梭状芽胞杆菌感染，并分析广谱抗生素对脓毒症的影响［11］。因艰难梭状芽胞杆菌感染和广谱抗生素与肠道菌群失调密切相关，患有艰难梭状芽胞杆菌感染或应用广谱抗生素治疗的患者更易发生肠道菌群失调。动物实验研究报道，肠道菌群多样性的降低不仅会导致脓毒症发生，还会调节宿主对脓毒症的反应［12］。脓毒症出现时，胃肠内环境被破坏，消化道菌群总量与比例明显改变，主要表现为种类的增减、单个菌株过度生长、菌群结构变化、专性厌氧菌降低而兼性厌氧菌升高、有益的共生细菌降低而机会病原细菌增多，且病原菌属也可作为主要菌属［13-16］。对20 例脓毒症患儿肠道菌群进行测序分析发现，与健康儿童比较，脓毒症患儿的肠道菌组多样性明显减少，肠道菌群肠球菌胆固醇含量明显升高，且其胆固醇含量与血液炎症指数呈正相关；反之，脓毒症患儿肠道菌群双歧球菌的胆固醇含量则明显降低，且其胆固醇含量与血清炎症指数呈负相关［17］。肠道菌群的高致病性革兰阴性菌和肠球菌群的低多样性和高丰量已被确认是诱发脓毒症危险因素［18］。有研究报道，当脓毒症发病时，肠道菌群α 多样性高的小鼠存活率明显高于α 多样性低的小鼠［19］。当不同α 多样性的小鼠共同饲养时，α 多样性降低的小鼠存活率也可明显提高；此外，把在脓毒症中存活的小鼠肠道菌群移植到易感小鼠体内，可有效地提高易感小鼠的存活率［19］。这说明肠菌群与脓毒症的发生、进展有关。然而，一项临床研究中得出的结论却与动物试验不尽相同。一项随机对照试验探讨了广谱抗生素预处理对健康年轻男性静脉注射脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）后的影响发现，虽然随机分配广谱抗生素的受试者肠道菌群的α 多样性和有益菌的丰度减少，但未影响脓毒症严重程度的替代标志物水平［20］。这一结果提示肠道菌群组成和多样性对脓毒症的影响具有一定的临床异质性。

2 肠道菌群失调致脓毒症发生的可能机制

脓毒症患者肠道菌群的多样性下降与包括需氧革兰氏阴性菌在内的潜在致病菌相对丰度较高密切相关［8-10，15］。但肠道菌群失调导致脓毒症的确切机制目前尚未明确，其可能机制包括以下几点。

2.1 肠道通透性增加 肠道屏蔽主要由四部分组成，即机械性屏蔽、生化性屏蔽、免疫性屏蔽及生态性屏蔽。各个屏障既相互独立，又相互依存，一旦屏障被破坏，就会出现肠道菌群失调［21］。有研究报道，脓毒症患者小肠上皮细胞的完整性遭到破坏，而肠道共生细胞则在系统性炎症和院内传染易感性中产生有害影响，并给出假说，脓毒症导致大肠菌群缺失，进而影响小肠上皮细胞完整性［22］。有研究证实，在肠道屏障功能受损的小鼠中，肠道菌群的易位降低肝硬脂酰辅酶A 去饱和-1 的活力，肝饱和与不饱和脂肪酸水平显著下降，进而破坏红细胞的细胞质膜流动性，显著缩短其寿命；诱发的炎症抑制巨噬细胞的嗜红细胞效率以提高循环中的铁负荷，并提高易位细胞的繁殖和生存，显著提高小鼠的脓毒症易感性［23］。动物试验研究报道，脓毒症可致小鼠消化道菌群功能失调，微生物菌群多样性降低，以及潜在消化道致病菌的过度生长，同时，在炎症影响下消化道屏障的损伤也可为细菌组易位创造条件，是疾病进展、恶化的主要推动力［24］。

2.2 短链脂肪酸降低 膳食纤维含量与肠道菌群多样性关系密切，低纤维饮食可显著降低共生肠道菌群的丰富度和多样性。膳食纤维新陈代谢过程中常见的产物是短链脂质酸（shaort chain fatty acid，SCFAs）。SCFAs 是小肠菌组的重要代谢物质，其中，最丰富的产物是醋酸、丙酸和丁酸，不仅是结肠上皮细胞的重要能量源，还在免疫系统调节中起到不同作用［25-26］。脓毒症中，SCFAs 的降低也被认为是肠道菌群危害脓毒症的另一危险原因［27］。首先，SCFAs 作为大结肠蛋白质的主要能源，降低了对上皮屏障的防卫作用及其所必需基因的正常表达；其次，SCFAs 对巨噬细胞、中性粒细胞和树突状细胞等先天免疫性细胞均有调节作用；其三，SCFAs 双向调控T 细胞和B 细胞介导的抗原特异性获得性免疫。梭形芽胞杆菌与软嫩的梭菌形成不饱和脂肪酸丁酸盐，并通过上调关键的T 细胞来调控转录因子叉头框蛋白P3（recombinant forkhead box protein P3，FOXP3），通过影响大结肠调节T 细胞的分化，从而抑制组蛋白去乙酰化，降低核因子κB（nuclear factor kappa-B，NF-κB）调节的促炎细胞因子，包括肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor α，TNF-α）和白细胞介素6（interleukin 6，IL-6）［28］。SCFAs 也可通过活化G 蛋白的偶联接受器（如GPR41、GPR43和GPR109A）或控制组蛋白去乙酰化酶（histone deasetylases，HDACs）来调节细胞功能。

2.3 免疫应答异常 脓毒症小鼠肠道菌群α 多样性增加不但可改善小鼠的存活率，还可改变小鼠对脓毒症的免疫应答。当将小鼠暴露于与脓毒症的肠道细菌相似的环境时，存活下来的小鼠T 细胞对这些特定的细菌抗原反应增加［19］。肠道菌群除影响细胞免疫外，同样影响体液免疫。免疫球蛋白A（immunoglobulin A，IgA）主要包括分泌型与血清型，但目前对血清型IgA 的认识较欠缺。有研究报道，在大鼠肠道中定殖某些类型的菌株后，能诱导产生大量IgA 的骨髓浆细胞，显著提高血清IgA 水平，有助于大鼠对抗感染后产生的脓毒症［29］。上述研究表明，肠道菌群在启动免疫系统方面对脓毒症发挥着重要的作用。但目前，临床上关于人体肠道菌群对脓毒症免疫调节方面的研究尚较少。有研究表明，脓毒症患者中以致病菌增加为特征的肠道菌群失调与免疫反应旺盛存在关联［30］。而另一项临床研究证实，在脓毒症患者中并未发现肠道菌群与免疫反应之间存在联系［20］。鉴于免疫应答失调在脓毒症发病中的重要性，关于肠道菌群在脓毒症免疫应答中的作用尚待进一步研究证实。

3 益生菌与脓毒症

脓毒症与肠道菌组失调相关，脓毒症越严重肠道菌组失调越严重［31-32］。有研究报道，内毒素是脓毒症早期患者肠菌群失调的独立危险因素，若同时发生Ⅱ度或Ⅲ度肠菌群失调，预后更为不良［33］。对轻度脓毒症患者进行益生菌干预治疗4 周后发现，患者菌群结构改变，粪便菌群中益生菌增加，菌群功能多样性改善［34］。有研究报道，脓毒症患者的肠道菌群特征可作为脓毒症的潜在性标志物［35-36］。这提示脓毒症发病似乎起源自肠道。当脓毒症发病时，给予粪菌移植（fecal microbiota transplantation，FMT）能显著改善肠道菌群失调［12］。有研究报道，植物乳杆菌和低聚果糖能将新生儿败血症患病率或病死率降低40%［37］。另有研究发现，对中重度脓毒症危重患儿给予7 d 的益生菌产物如VSL3（含副干酪乳杆菌、植物乳球菌、嗜酸乳杆菌等）干预后，患儿促炎细胞激素水平降低，耐炎细菌激素水平升高，但病死率无显著改变［38］。

4 展望

综上所述，肠道菌群和脓毒症间可能产生相互作用、互为因果，肠道菌群失调、脓毒症恶化间存在恶性循环，但尚缺乏大样本临床研究。益生菌的应用为脓毒症的防治提供新思路，但益生菌的特定种类、有效物质以及确保益生菌定植的策略仍需进一步探讨研究。