益生菌在炎症性肠病中应用的研究进展

益生菌在炎症性肠病中应用的研究进展

杨向东 秦宗英

(成都肛肠专科医院 四川成都 610015)

炎症性肠病(IBD)的病因和发病机制尚未完全明确,其主要包括克罗恩病(CD)和溃疡性结肠炎(UC)。肠道细菌被认为可能是参与IBD的始动和持续因素。炎症性肠病患者肠道内存在菌群失调,若给患者补充正常细菌即益生菌,使肠道内菌群失调得到纠正,可使病情缓解。益生菌能改变肠道菌群比例、转化某些肠内物质、提高肠上皮的屏障功能、防止肠细菌易位以及通过调节细胞因子减轻炎症等 本文总结了近十年来的文献资料,就肠道微生态与IBD、益生菌的作用机制、益生菌在IBD治疗中的研究进展作一综述。

1 正常人肠道微生态

正常生理状态下,肠道内含有近500种细菌。成人肠道菌群主要集中在结肠和末端小肠,有多达1013个不同类型、不同含量的细菌,约是人体内真核细胞的10倍[1],相当于消化系最大脏器肝脏的重量[2]。在上段小肠中,需氧菌及G-细菌占绝大多数。回盲部细菌密集,厌氧菌占优势,如类杆菌、双歧杆菌、真菌、乳酸菌及梭状芽孢杆菌。结肠中厌氧菌的数量更多,约1011~1012CFU/g,优势菌为类杆菌、双歧杆菌和真菌。另外,G-球菌、梭状芽孢杆菌、肠球菌、肠杆菌等也常见于结肠中[3]。盲肠腔内的细菌约25%为兼性厌氧菌,尤其是肠杆菌属,这种细菌在粪便中约占1%[4]。人体肠道中有些细菌是潜在有害的,可产生毒素,侵犯黏膜,激活致癌原及引起炎症反应。而另一类有益于健康的肠道微生物是人体内正常菌群的成员,或是能调节体内菌群平衡而对人体无毒无害的一些外来细菌。在诸多细菌共存情况下,不同菌种之间的拮抗作用,宿主与细菌之间借助对营养物质的吸收和利用,在消化道中形成相互作用的关系,维系着消化道微生物生态系统的平衡。肠道细菌的组成目前尚未明确,主要原因是取样和培养比较困难。目前只有10%~40%肠道细菌可用培养的方法被鉴别出来[5]。

2 炎症性肠病与肠道细菌

肠道菌群与IBD的关系是近年的研究热点。实验性结肠炎动物模型均是在有肠道细菌时发生的,转基因或敲除基因方法造成免疫缺陷的IBD动物模型,在肠道无菌环境下不会发生肠道炎症,但如重新恢复肠道正常菌群状态,则可出现肠道炎症,提示肠道菌群成分的存在对IBD发病是不可或缺的[5]。有研究采用粪便培养、细菌分离技术发现CD、U C和囊袋炎患者厌氧菌浓度增加,而对照组不增加。还有研究发现CD患者Ecoli数量增加,而CD、U C和囊袋炎患者肠道益生菌数量明显减少。Linskens等[6]发现在CD患者的粪便菌中,杆菌和球菌数量增多,而双歧杆菌数量减少。在溃疡性结肠炎患者中,兼性厌氧菌数量增加。Seksik等[7]发现CD患者粪便标本中细菌浓度明显高于正常对照组,且超过30%属未定型菌种。Ohkusa等[8]从U C 患者分离并培养出变形梭状杆菌,上清液具有细胞毒性,用含有变形梭状杆菌的上清液给小鼠灌肠,小鼠发生类似人类U C样改变。

3 肠道细菌在I B D中的可能发病机制

随着现代微生物学的发展以及对肠道细菌与IBD研究的进展,现在肠道细菌被认为可能是参与IBD的始动和持续因素。肠道细菌及其产物能刺激肠黏膜免疫系统,诱发这些具有IBD遗传易感性人群肠黏膜免疫系统功能紊乱,产生异常的免疫反应,导致IBD发病[9]。病原微生物抗原经抗原递呈细胞的作用而激活T淋巴细胞,再经T细胞产生的具有不同激活效应的细胞因子而激发不同特征的免疫病理损伤。现在流行的学说解释IBD的发生机制是由于基因易感宿主对肠道共栖菌的免疫反应增强引起的。这种假说有以下几种证据支持:大多数炎症发生在肠腔细菌浓度最高的区域,广谱抗生素能改善慢性肠道炎症,对粪流(fecal stream)进行外科转移手术能预防Cr ohns病的复发。最重要的是,虽然肠道慢性炎症发病机制各不相同,但许多IBD动物模型[例如白介素(I L) 10基因敲除小鼠和H LA B27转基因大鼠]都有一个共同特点:这些动物模型在无菌条件下喂养不会形成肠道炎症[10]。

最近关于IBD与健康对照者肠道细菌的大量研究表明,在IBD患者中存在肠道菌群调肠道菌群失调IBD发病的触发点。肠道菌群失调时,条件致病菌数量增多,并产生一些能诱导肠道炎症的物质,例如细菌脂多糖(LPS)、肽聚糖(peptidog lycan)、脂蛋~I(1iprproteins)等,这些物质能激活肠黏膜免疫系统,从而诱发具有IBD遗传易感性个体的肠道产生异常免疫反应,导致IBD发病。细菌过度生长和菌群失调也与慢性贮袋炎的发生、发展有关,U C患者结肠切除术后再进行回肠-肛门吻合术后在回肠贮袋中可发生炎症反应[11]。正常肠黏膜免疫系统对肠道内正常菌群处于免疫耐受状态,肠道菌群失调时,肠道免疫系统对肠道内已发生变化的菌群不能耐受。Duchmann et al[12]研究发现,从正常小鼠脾脏、小肠和结直肠提取的单个核细胞与自体肠菌的裂解液共育时,不会发生增殖反应,但与异体肠菌的裂解液共育时,发生强烈的增殖反应;说明T NBS 结肠炎小鼠肠黏膜局部和机体系统免疫对肠道细菌的免疫耐受被打破。Duchmann et al[13]进一步研究发现,将活动性IBD患者炎症肠黏膜固有层单个核细胞(LPM C)在体外与自身肠道内细菌裂解液共育后,LPMC发生强烈的增殖反应,伴有大量的细胞因子如IL 12,IFN v,IL 10等分泌,而正常人LPMC对自身肠菌裂解液不发生增殖反应,说明正常人对自身的肠菌存在耐受,IBD患者的这种耐受被打破。最近研究发现,细菌DNA的CpGs基序能刺激一些免疫细胞产生T H1型为主的免疫反应。DSS动物结肠炎发生后,用细菌CpGs处理动物会加重动物急慢性结肠炎的病情:而在诱导结肠炎开始前,用细菌CpGs处理动物可能会诱导免疫耐受,并明显减轻结肠炎病情[14]。当肠道菌群失调,IBD 患者肠道正常细菌的种类、数量和功能发生了改变。

总之,目前大量的实验和临床资料显示,肠道菌群参与了IBD的发病。某些具有遗传易感性的人群肠道菌群失调,细菌及产物等抗原可能诱导肠黏膜免疫功能失衡,使肠黏膜免疫系统对肠腔内抗原失去耐受,引发了肠道炎症。

4 益生菌的作用机制

总结近几年来益生菌在实验性炎症性肠病研究中的成果,现将其作用机制归纳如下。

4 1 益生菌能改变肠道菌群比例、转化某些肠内物质 IBD患者存在肠道菌群比例失调。UC患者急性期肠杆菌、肠球菌和小梭菌增加,而双歧杆菌和乳酸杆菌减少,缓解期拟杆菌和双歧杆菌较急性期明显上升,而小梭菌数量下降;急性期CD患者肠杆菌和酵母菌增加,而双歧杆菌和乳杆菌下降,缓解期双歧杆菌有回升,但仍明显低于正常,缓解期与急性期相比双歧杆菌的数量有明显差异[15]。某些益生菌能改变肠道菌群比例,予IBD患者补充益生菌能增加肠道内的有益菌,减少有害菌,促使失调的肠道菌群正常化[16]。Madsen et al[17]发现,给已患结肠炎的大鼠结直肠重新定植乳杆菌r euter i后,大鼠的结肠炎明显减轻,黏膜黏附和易位的细菌比例明显下降。说明肠道菌群比例已趋于正常。其机制可能是通过竞争性抑制发挥作用。Macfarlane et al[18]运用细菌学检验和直肠活组织检查方法发现U C患者肠内双歧杆菌数量明显减少。他们设计了一个随机对照实验,用含有双歧杆菌的合生元给处于活动期的U C患者口服,为期1mo,在实验开始前和结束后用细菌学检验和直肠活组织检查方法检查患者肠内细菌比例,结果发现定植在肠黏膜上的双歧杆菌明显增加。

4 2 益生菌能增强肠屏障功能 越来越多的实验证实,补充益生菌不仅能刺激肠道内有益菌的生长,而且还能通过多种途径抑制致病菌的生长、黏附和侵袭,使失调的菌群正常化,从而增强肠屏障功能。已有实验表明,益生菌能通过占有肠道黏液层内和上皮细胞上有限的物理空间,如竞争结合上皮细胞表面有限受体以及降低肠道pH值和竞争肠道内重要营养物质等途径,抑制致病菌的生长,降低肠道致病菌的黏附和定植能力;通过分泌细菌素(bacteri o cin)以及上调防御素(defensins)等来抑制致病菌的生长,增强肠道的固有防御功能。此外,益生菌还可通过与致病菌竞争黏附于上皮细胞,刺激肠道上皮细胞表达黏蛋白(M UC),促进上皮细胞分泌黏液,使其在黏膜和微生物之间形成保护层,从而抑制致病菌对肠道上皮细胞的黏附和侵袭,增生菌能增强肠上皮细胞间的紧密连接,降强肠道的屏障功能。

4 3 降低肠道通透性,改善肠道物理屏障功能 研究发现,口服VS L#3能降低肠黏膜分泌TN F 和IFN ,恢复IL 10 KO小鼠损伤的结肠屏障功能和上皮细胞的完整性。体外研究亦发现,V S L# 3复合物分泌的一种可溶性蛋白质因子亦能增强T84单层上皮细胞的屏障功能,抵抗沙门菌的侵袭。Resta Lener t等[20]在对肠侵袭性大肠杆菌(EIEC)对人肠上皮细胞系(H T29/cl 19A and Caco 2)感染的研究中发现,嗜热链球菌(ST)和嗜酸乳杆菌