劉潔瓊 于生元
(1中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科,北京100853;2滄州市中心醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)三科,滄州061001)
偏頭痛是一種常見的遺傳與環(huán)境因素共同作用的原發(fā)性腦功能異常性疾病,最新的國(guó)際頭痛分類標(biāo)準(zhǔn)(3版)將其定義為持續(xù)4~72小時(shí)的、伴有相關(guān)癥狀(包括惡心、嘔吐、畏光和畏聲)的、反復(fù)發(fā)作的中度至重度頭痛[1]。在西方發(fā)達(dá)國(guó)家,女性患病率為18%~18.2%,男性患病率為6%~6.5%,我國(guó)偏頭痛的年患病率為9.3%,是全球第六位致失能性疾病,給社會(huì)和家庭造成了巨大的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān),嚴(yán)重影響了病人的生活質(zhì)量[2]。目前偏頭痛較為公認(rèn)的發(fā)病機(jī)制為三叉神經(jīng)血管系統(tǒng)激活、降鈣素基因相關(guān)肽釋放、皮層擴(kuò)步抑制和中樞敏化[3],但是其確切病因和發(fā)病機(jī)制尚不清楚。因此,目前偏頭痛的診斷主要依靠臨床病例資料,尚無客觀的生物學(xué)標(biāo)志物,且缺乏特效的藥物用于偏頭痛病人的治療和預(yù)防。因此,迫切需要我們對(duì)偏頭痛病人的發(fā)病機(jī)制進(jìn)行更加深入的研究,以期為偏頭痛的診斷和治療提供新方法、新思路。
微生物群-腸-腦軸理論的提出為偏頭痛的發(fā)生機(jī)制提出了新的可能,腸道菌群可以通過多種途徑參與腸道和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的雙向調(diào)節(jié),進(jìn)而影響宿主的腦功能。國(guó)內(nèi)外大量研究發(fā)現(xiàn)腸道菌群不僅與炎癥性腸病、腸易激綜合征和一些感染性腸道疾病等胃腸道疾病有關(guān),還與糖尿病、肥胖等代謝性疾病,類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等自身免疫性疾病,帕金森病、多發(fā)性硬化、阿爾茨海默病和自閉癥、抑郁癥等神經(jīng)精神類疾病,以及慢性疼痛、過敏性疾病、惡性腫瘤等胃腸外疾病等相關(guān)。而偏頭痛作為一種常見的腦功能異常性疾病,也與胃腸道之間存在一定的關(guān)聯(lián),如偏頭痛病人常伴有胃腸道癥狀,且與腸易激綜合征、胃潴留、胃食管反流和乳糜瀉等胃腸道疾病共病出現(xiàn),胃腸道疾病病人頭痛的發(fā)生率較高,某些食物能夠誘發(fā)和加重偏頭痛發(fā)作,有些飲食能夠緩解偏頭痛,益生菌在偏頭痛的治療中也發(fā)揮了一定的作用,所以,我們推測(cè)腸道菌群可能在偏頭痛的發(fā)生中起了一定的作用。但是目前國(guó)內(nèi)外尚無關(guān)于腸道菌群與偏頭痛關(guān)系的研究,本文在此對(duì)腸道菌群與偏頭痛的關(guān)系進(jìn)行初步探討。
偏頭痛病人常伴有胃腸道癥狀,最常見的是惡心和嘔吐。Selby等[4]對(duì)500名偏頭痛病人的觀察發(fā)現(xiàn),87%的偏頭痛病人伴有惡心,56%伴有嘔吐。Silberstein等[5]的研究發(fā)現(xiàn),大多數(shù)偏頭痛病人經(jīng)歷了惡心和嘔吐,90%的病人出現(xiàn)惡心,70%出現(xiàn)嘔吐。Lipton等研究報(bào)道,73%的偏頭痛病人伴有惡心,29%的偏頭痛病人伴有嘔吐[6],Lipton等[7]在2012年報(bào)道了美國(guó)偏頭痛患病率和預(yù)防研究的數(shù)據(jù)顯示,49.5%的發(fā)作性偏頭痛病人伴高頻惡心,29.1%伴有低頻惡心。有些偏頭痛病人也會(huì)出現(xiàn)腹瀉、便秘和消化不良等胃腸道癥狀。
偏頭痛常與腸易激綜合征、胃潴留、胃食管反流和乳糜瀉等胃腸道疾病共病出現(xiàn)[8]。近年來,研究發(fā)現(xiàn)偏頭痛與腸易激綜合征不僅經(jīng)常共病出現(xiàn),而且還有許多相似之處。腸易激綜合征是一種遺傳與環(huán)境等多因素共同參與的復(fù)雜的腸道功能性疾病,主要表現(xiàn)為反復(fù)發(fā)作的腹痛或腹部不適感,同時(shí)伴有排便習(xí)慣和糞便性狀改變,發(fā)作間期恢復(fù)正常。腸易激綜合征在歐洲和北美人群中的患病率是10%~15%,而在世界其他地方則差別較大[9]。腸易激綜合征常與偏頭痛共病出現(xiàn),中國(guó)臺(tái)灣的一項(xiàng)基于人群的回顧性隊(duì)列研究[10]發(fā)現(xiàn)偏頭痛病人中腸易激綜合征的發(fā)病率是普通人群中的1.95倍,這在30歲以下的偏頭痛病人中表現(xiàn)得尤其明顯,他們的腸易激綜合征風(fēng)險(xiǎn)增加了3.36倍。一項(xiàng)Meta分析[11]總結(jié)了六個(gè)流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)腸易激綜合征病人并發(fā)偏頭痛的風(fēng)險(xiǎn)為25%~50%,而對(duì)照組為4%~19%,OR值為2.66,即腸易激綜合征病人中偏頭痛的共病率是普通人群的2.66倍。偏頭痛和腸易激綜合征有許多相似之處:都是功能性疾病,發(fā)病率相似,表現(xiàn)為反復(fù)發(fā)作的疼痛,發(fā)作間期癥狀消失,女性發(fā)病率更高,多有家族史,具有多基因遺傳的特點(diǎn),遺傳與環(huán)境因素共同起作用,可能都伴有中樞神經(jīng)的過度敏感等。因此,我們猜測(cè)偏頭痛和腸易激綜合征可能有關(guān)。
飲食在偏頭痛中的作用一直是人們討論的問題。某些食物能夠誘發(fā)和加重偏頭痛發(fā)作。不同的研究發(fā)現(xiàn),食物誘發(fā)偏頭痛發(fā)作的比例不等。Peatfield等[12]發(fā)現(xiàn),19.2%的偏頭痛病人對(duì)奶酪敏感,18.2%對(duì)巧克力敏感,11.1%對(duì)柑橘類水果敏感。在Fukui等[13]的研究中,酒精(34%)和巧克力(20.5%)是最常見的誘發(fā)偏頭痛的因素,其中葡萄酒(特別是紅酒)作為女性偏頭痛的誘因比男性更為常見,另外,咖啡會(huì)使14%的病人產(chǎn)生偏頭痛,而其他食物(香腸,味精,奶酪,牛奶,阿斯巴甜,軟飲料,檸檬酸水果,冰淇淋和堅(jiān)果)則不到10%。Finocchi 等[14]研究發(fā)現(xiàn)20%的偏頭痛病人會(huì)因食物誘發(fā)偏頭痛發(fā)作,均出現(xiàn)在食物攝入后24小時(shí)內(nèi),常見的食物有巧克力(45%),奶酪(30%),酒(20%),西紅柿(20%),碳水化合物(20%),發(fā)酵產(chǎn)品(15%)和堅(jiān)果(10%),其中55%的受試者報(bào)告了多種飲食因素。
另一方面,某種飲食常常被臨床推薦用于緩解偏頭痛的發(fā)作。飲食頻率,進(jìn)餐時(shí)間和飲食中的營(yíng)養(yǎng)素構(gòu)成可能在偏頭痛中發(fā)揮作用。Kelman等[15]研究1 000名成年偏頭痛病人發(fā)現(xiàn),57%的病人禁食與偏頭痛發(fā)作相關(guān)。Bic等[16]評(píng)估低脂飲食干預(yù)對(duì)偏頭痛影響的前瞻性隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn),高脂飲食與偏頭痛病人頭痛頻率較高相關(guān),低脂飲食干預(yù)后顯著降低了偏頭痛病人的頭痛頻率、頭痛強(qiáng)度、頭痛持續(xù)時(shí)間和鎮(zhèn)痛藥物的使用。Ferrara等[17]研究也發(fā)現(xiàn)低脂飲食能顯著降低偏頭痛發(fā)作的次數(shù)和嚴(yán)重程度。Evans等[18]研究發(fā)現(xiàn),女性偏頭痛病人的膳食模式與沒有偏頭痛的女性相比沒有差異,而正常體重偏頭痛女性的飲食質(zhì)量(2005年健康飲食指數(shù))顯著低于沒有偏頭痛的女性。另外,有研究發(fā)現(xiàn)針對(duì)食物免疫性IgG的消除飲食可用于偏頭痛的治療。Arroyave Hernandez等[19]研究了56名偏頭痛病人和56名對(duì)照者發(fā)現(xiàn),病人和對(duì)照之間的IgG食物過敏原的陽性結(jié)果的數(shù)量有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異,且消除飲食改善了偏頭痛而不需要藥物治療。Alpay等[20]針對(duì)食物的IgG進(jìn)行了一項(xiàng)關(guān)于偏頭痛飲食限制的隨機(jī)雙盲交叉試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)在消除飲食期間,頭痛天數(shù)和偏頭痛發(fā)作次數(shù)明顯減少。有研究發(fā)現(xiàn)生酮飲食對(duì)偏頭痛治療也有一定作用。Di Lorenzo等[21]報(bào)告了一對(duì)雙胞胎姐妹,經(jīng)過生酮飲食她們的高頻偏頭痛癥狀改善,而進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)生酮飲食一個(gè)月后,偏頭痛病人的頭痛發(fā)作頻率和持續(xù)時(shí)間明顯下降。
近年來,益生菌在偏頭痛的治療中的作用也逐漸引起了神經(jīng)病學(xué)家的興趣。de Roos等[22]進(jìn)行了第一個(gè)用益生菌治療偏頭痛的研究,這是一項(xiàng)開放性研究,偏頭痛病人每天服用2 g益生菌,益生菌制劑包含有效和有益的細(xì)菌菌株:雙歧雙歧桿菌W23,乳雙歧桿菌W52,嗜酸乳桿菌W37,短乳桿菌W63,干酪乳桿菌W56,唾液乳桿菌W24,乳酸乳球菌W19和乳酸乳球菌W58,持續(xù)12周,在頭痛日記中記錄偏頭痛的頻率和強(qiáng)度,在基線和服用益生菌12周后,參與者完成2個(gè)頭痛問卷,偏頭痛殘疾評(píng)估量表(MIDAS)和亨利福特醫(yī)院頭痛殘疾量表(HDI),結(jié)果顯示67%的病人偏頭痛天數(shù)減少,而15%的病人增加,頭痛強(qiáng)度明顯下降,MIDAS評(píng)分從24.8±25.5降低到16.6±13.5,但平均HDI沒有顯著變化,且益生菌的最大優(yōu)點(diǎn)是幾乎沒有嚴(yán)重的副作用。在另一項(xiàng)臨床研究[23]中,40名偏頭痛病人服用維生素、礦物質(zhì)、微量元素、草藥和益生菌等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)3個(gè)月,經(jīng)過3個(gè)月的治療后,偏頭痛病人的平均生活質(zhì)量評(píng)分從38增加至76,偏頭痛發(fā)作總體緩解率達(dá)60%。Tillisch等[24]應(yīng)用功能磁共振成像來評(píng)價(jià)由腸道益生菌誘導(dǎo)的腦功能的變化,健康女性服用益生菌發(fā)酵乳4周,在基線和服用益生菌4周后行功能磁共振成像分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)益生菌攝入與包含情感,內(nèi)臟感覺和體感皮質(zhì)的分布式功能網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)響應(yīng)降低有關(guān),益生菌攝入與靜息態(tài)中腦連接性的變化有關(guān)。到目前為止,尚無用益生菌治療偏頭痛病人的隨機(jī)對(duì)照臨床試驗(yàn)發(fā)表。
綜上所述,偏頭痛病人常伴有胃腸道癥狀,與腸易激綜合征、胃潴留、胃食管反流和乳糜瀉等胃腸道疾病共病出現(xiàn),胃腸道疾病病人頭痛的發(fā)生率較高,某些食物能夠誘發(fā)和加重偏頭痛發(fā)作,有些飲食能夠用于緩解偏頭痛,益生菌在偏頭痛的治療中也發(fā)揮了一定的作用,偏頭痛與胃腸道之間的這些關(guān)聯(lián)提示腸道菌群這一重要的胃腸因素可能在偏頭痛的發(fā)生中起了一定的作用。
人類正常的微生物群由細(xì)菌、真核真菌、病毒和古細(xì)菌組成,其中細(xì)菌數(shù)量最多且占主導(dǎo)地位。人類腸道中有多達(dá)100萬億(1014)個(gè)微生物定植,總重量約2 kg,包括300~1 000個(gè)不同菌種,是人體表面共生微生物的最大群體,通過一層柱狀腸上皮細(xì)胞與宿主分離[25]。腸道菌群主要由厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門和變形菌門等組成,前兩者占細(xì)菌總量的90%以上。整個(gè)消化道的細(xì)菌數(shù)量并不相同。食道和胃中的細(xì)菌數(shù)量很少,每毫升101~103個(gè)細(xì)菌,到小腸的上部細(xì)菌數(shù)量明顯增加,每克小腸內(nèi)容物的細(xì)菌數(shù)量是103~104,小腸下部細(xì)菌濃度持續(xù)增加,在回腸和回腸末端,每克腸內(nèi)容物有108~109個(gè)細(xì)菌,而在結(jié)腸中,每克糞便有1012~1014個(gè)細(xì)菌。但是至今我們尚無法確定細(xì)菌種類的準(zhǔn)確數(shù)量。由于絕大多數(shù)菌種在有氧條件下不能培養(yǎng),而厭氧條件很難維持,與氧氣的短暫接觸可能會(huì)殺死幾個(gè)菌種,從而導(dǎo)致其他菌種的生命力下降,因此,過去的培養(yǎng)方法無法檢測(cè)完整的腸道菌群。隨著微生物檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)步,目前通常采用高通量測(cè)序技術(shù)和生物信息學(xué)方法來分析腸道菌群,它主要是利用不同菌種的基因變異進(jìn)行區(qū)分,一般把細(xì)菌16S RNA 序列的97%的一致性定義為一個(gè)操作分類單元,并以此來區(qū)分不同菌種,但是目前對(duì)菌種的操作分類單元存在多種算法,不同算法對(duì)于16S RNA序列一致性的切斷值并不相同。
腸道菌群通過長(zhǎng)期的進(jìn)化選擇,與人類的健康息息相關(guān)。它參與食物的消化和吸收,維持正常的消化道生理功能;它能合成和分泌多種維生素,產(chǎn)生短鏈脂肪酸及多種代謝產(chǎn)物,參與人體的合成和代謝;它構(gòu)成了人體的天然屏障,阻擋病原微生物的入侵,刺激免疫,參與腸道免疫和機(jī)體的抗炎和免疫調(diào)節(jié)過程[26]。腸道菌群是人體內(nèi)化的環(huán)境因素,與人類疾病關(guān)系密切[27]。它不僅與炎癥性腸病、腸易激綜合征和一些感染性腸道疾病等胃腸道疾病有關(guān),還與糖尿病、肥胖等代謝性疾病,類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等自身免疫性疾病,帕金森病、多發(fā)性硬化、阿爾茨海默病和自閉癥、抑郁癥等神經(jīng)精神類疾病,以及慢性疼痛、過敏性疾病、惡性腫瘤等胃腸外疾病相關(guān)。
腸道的功能受腸神經(jīng)系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)和自主神經(jīng)系統(tǒng)的交感神經(jīng)節(jié)的相互作用控制調(diào)節(jié)。像腦和脊髓一樣,腸神經(jīng)系統(tǒng)也來源于神經(jīng)嵴細(xì)胞,后沿著迷走神經(jīng)遷移至腸道并在腸道中分化,分泌類似的神經(jīng)遞質(zhì),包括乙酰膽堿,多巴胺,5-羥色胺和降鈣素基因相關(guān)肽,含有2億~6億個(gè)神經(jīng)元,與脊髓中的數(shù)量相當(dāng),被稱為人類的“第二腦”。
腸-腦軸由腸神經(jīng)系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、自主神經(jīng)系統(tǒng)(包括交感神經(jīng)和副交感神經(jīng))、神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)和神經(jīng)免疫系統(tǒng)等組成。通過該軸傳遞的信號(hào)經(jīng)傳入纖維投射到大腦皮層,經(jīng)傳出纖維作用于腸壁平滑肌,神經(jīng)、激素、免疫的共同調(diào)節(jié)使得大腦對(duì)胃腸道的運(yùn)動(dòng)、感覺、自主神經(jīng)和分泌功能產(chǎn)生作用,同時(shí),胃腸道系統(tǒng)也通過上述途徑反過來對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能產(chǎn)生影響[28]。
微生物群-腸-腦軸理論的提出為偏頭痛的發(fā)生機(jī)制提出了新的可能,它是指腸道菌群可以通過多種途徑參與腸道和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的雙向調(diào)節(jié),影響宿主的腦功能,這些途徑包括連接大腦和消化道的迷走神經(jīng)途徑、以下丘腦一垂體一腎上腺軸為代表的內(nèi)分泌途經(jīng)、腸道菌群代謝物影響的代謝途徑和多種免疫因子參與的免疫途徑等。研究證明腸道微生物及其代謝物參與調(diào)節(jié)腸道功能,包括影響腸道通透性,調(diào)節(jié)腸粘膜免疫功能,影響腸道的運(yùn)動(dòng)和敏感性,以及調(diào)節(jié)腸神經(jīng)系統(tǒng)的活性,另外,臨床前研究顯示,微生物群及其代謝物參與大腦功能和行為的調(diào)節(jié),包括應(yīng)激反應(yīng),情緒行為,疼痛調(diào)節(jié),攝食行為和腦的生物化學(xué)過程[29]。
另外,腸道菌群還能夠上調(diào)腸道和血腦屏障的通透性。血腦屏障是腦毛細(xì)血管壁與神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞形成的血漿與腦細(xì)胞之間的屏障和由脈絡(luò)叢形成的血漿和腦脊液之間的屏障,它能夠阻止某些物質(zhì)由血液進(jìn)入腦組織,使腦組織少受甚至不受血液中有害物質(zhì)的損害,從而保持腦組織內(nèi)環(huán)境的基本穩(wěn)定,對(duì)維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)正常生理狀態(tài)具有重要的生物學(xué)意義。Braniste等[30]研究發(fā)現(xiàn)無菌小鼠及其后代的血腦屏障通透性均升高。腸易激綜合征病人存在腸道菌群改變,它激活腸道粘膜免疫反應(yīng)和炎癥反應(yīng),進(jìn)而增強(qiáng)腸道粘膜通透性和削弱粘膜上皮的屏障功能。
目前用于研究腸道菌群對(duì)腸-腦軸調(diào)節(jié)作用的實(shí)驗(yàn)方法主要包括應(yīng)用抗生素、糞便菌群移植和無菌動(dòng)物模型[29]??股氐膽?yīng)用能夠改變腸道菌群的組成,進(jìn)而通過神經(jīng)、代謝、免疫和內(nèi)分泌等途徑影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)的功能。應(yīng)用抗生素的方法主要是通過給予動(dòng)物腸道不吸收的抗生素,改變其腸道菌群組成,進(jìn)一步分析腸道菌群對(duì)疾病的影響的方法。糞便菌群移植,是將健康人糞便樣本中的共生細(xì)菌,通過鼻胃管、鼻十二指腸管、胃鏡或結(jié)腸鏡、直腸導(dǎo)管灌腸等方式移植到病人的胃腸道內(nèi),重建新的腸道菌群,進(jìn)而治療腸道及腸道外疾病的一種方法,通過修復(fù)重建紊亂受損的腸道菌群,恢復(fù)正常的腸道菌群功能。無菌動(dòng)物是在無菌屏障系統(tǒng)中,通過剖腹取出動(dòng)物胎兒,并飼養(yǎng)在無菌隔離器中,飼料、飲水經(jīng)過消毒,定期檢驗(yàn),證明動(dòng)物體內(nèi)外未能檢出細(xì)菌、真菌、原蟲、內(nèi)外寄生蟲等微生物的動(dòng)物。無菌動(dòng)物的方法是通過將病人和健康人的糞便菌群分別移植到無菌動(dòng)物胃腸道內(nèi)完成腸道微生物重建,進(jìn)一步分析不同的腸道菌群對(duì)宿主的影響。但是,這些方法均存在一定的局限性,例如,無菌動(dòng)物是在無菌條件下出生的動(dòng)物,它通過剖宮產(chǎn)從母體取出,并立即將新生兒轉(zhuǎn)移到隔離器,所有進(jìn)入的空氣、食物和水都經(jīng)過滅菌。而研究發(fā)現(xiàn),宮內(nèi)環(huán)境不是無菌的,且母體腸道菌群的代謝物可能對(duì)胎兒大腦發(fā)育有著一定的影響。于是,由無菌動(dòng)物母親飼養(yǎng)的無菌動(dòng)物幼仔開始用于實(shí)驗(yàn)研究,但是,腸道菌群的缺乏可能影響正常的母性行為,進(jìn)而影響無菌動(dòng)物胎兒的大腦發(fā)育。因此,將上述實(shí)驗(yàn)結(jié)論應(yīng)用于人類時(shí)還需謹(jǐn)慎。
而用于研究腸道菌群對(duì)腸-腦軸調(diào)節(jié)作用的臨床方法主要包括兩個(gè)方面:一種是用自我報(bào)告的方法作為評(píng)價(jià)益生菌、抗生素或各種飲食替代調(diào)節(jié)腸道菌群后腦功能變化的指標(biāo)[16~23],這種方法的局限性是研究結(jié)果會(huì)受到樣本量、受試者基線狀態(tài)、所用評(píng)價(jià)工具以及腸道菌群組成的個(gè)體差異等的影響;另一種方法是用功能磁共振成像來評(píng)估人類大腦對(duì)腸道菌群調(diào)節(jié)作出反應(yīng)的變化[24],可是腦功能容易受到體內(nèi)外多種因素的影響,從而導(dǎo)致研究結(jié)果的差異,且大腦對(duì)腸道菌群的實(shí)驗(yàn)性干擾作出反應(yīng)的機(jī)制尚不明確。
綜上所述,我們推測(cè)腸道菌群可能通過對(duì)腸-腦軸神經(jīng)、內(nèi)分泌、免疫和代謝途徑的調(diào)節(jié),以及上調(diào)腸道和血腦屏障的通透性,進(jìn)而影響著大腦的功能。偏頭痛是一種腦功能異常性疾病,三叉神經(jīng)血管系統(tǒng)的炎癥在偏頭痛病理生理機(jī)制中起著重要的作用,它可能受到腸道菌群-腸-腦軸的影響。這需要我們對(duì)偏頭痛病人的腸道菌群-腸-腦軸調(diào)節(jié)進(jìn)行進(jìn)一步的臨床和實(shí)驗(yàn)室研究。通過對(duì)偏頭痛病人的腸道菌群-腸-腦軸調(diào)節(jié)機(jī)制的深入研究,有利于我們對(duì)偏頭痛的發(fā)病機(jī)制更加深入的了解,可能會(huì)給偏頭痛的診斷提供新的生物標(biāo)志物,為偏頭痛的治療和預(yù)防提供新方法、新思路,前景可待。