林海軍，黃雨樺，李幼生

(上海交通大學醫(yī)學院附屬第九人民醫(yī)院普外科，上海 200011)

短腸綜合征(short bowel syndrome, SBS)是指由于壞死性小腸結腸炎、腸系膜血管栓塞、克羅恩病、創(chuàng)傷等一些先天或后天原因導致小腸廣泛切除，剩余小腸有效吸收面積不足，不能維持正常人體營養(yǎng)需求，并由此導致的一系列全身性并發(fā)癥[1]。小腸切除后，殘余腸道組織可通過代償功能(腸腔擴大、絨毛增生、腸上皮細胞增生肥大等)增加吸收面積，促進營養(yǎng)物質的吸收。腸適應過程因人而異，通常數月至2年左右，曾有報道稱短腸術后5年完全擺脫腸外營養(yǎng)(parenteral nutrition, PN)，但其僅屬個例。一旦達成有效的腸適應，SBS病人的生活質量及PN相關并發(fā)癥能得到有效的改善。人體腸道內存在數以萬計的微生物，以細菌為主，其中，厚壁菌門和擬桿菌門為優(yōu)勢菌群。腸道菌群與宿主共生互利，并參與人體眾多的生理過程。與正常人相比，SBS病人腸道菌群各組分發(fā)生顯著的變化，通過腸道菌群或其相關代謝產物來促進腸適應并治療SBS，將為SBS的治療開拓新的視野。

一、腸道菌群概述

人類宿主體內寄生有約1014的微生物，數量總和超過人體細胞總和的10倍，大多數微生物寄生在腸道內。健康成人腸道中菌群種類繁多，厚壁菌門及擬桿菌門占據絕大多數，包括乳桿菌屬、擬桿菌屬等，腸道菌群各組分的變化與飲食等多種因素相關[2]。腸道菌群與宿主相互依存，共同生長發(fā)展，形成一種動態(tài)平衡，一旦這種平衡被打破，即會對機體造成不同程度的影響，并導致疾病的發(fā)生。同時機體患病后，會引起腸道菌群種類和數量的變化，可能導致有益菌種比例下調而有害菌種比例上升。一些條件致病菌在機體正常情況下不參與疾病的發(fā)生、進展，但因一些外來因素導致腸內動態(tài)平衡被打破(如長期使用抗生素等)，導致菌群失調，這些機會致病菌(如腸桿菌等)則會成為體內一些感染灶的來源。通過與無菌動物比較發(fā)現，腸道菌群對機體健康的維持起著不可或缺的作用。近年來研究發(fā)現，腸道菌群不僅與炎癥性腸病、胃腸道腫瘤等胃腸道疾病相關，同時還與心血管疾病、肥胖、免疫系統(tǒng)疾病、代謝性疾病相關[3]。

二、腸道菌群代謝產物功能

腸道菌群參與全身各系統(tǒng)疾病發(fā)生的具體機制目前仍不明確，推測腸道菌群的相關代謝產物可能起著重要的作用。因腸道菌群種類繁多且分離困難，現有的條件幾乎無法實現分離某一具體菌種。雖然使用糞便移植治療難辨梭菌(艱難梭菌)感染已被證實確切有效[4]，但使用腸道菌群或具體某種屬細菌的治療方案仍有較多的風險。當下比較熱門的益生菌，如乳酸菌、雙歧桿菌、布拉酵母菌，盡管在治療抗生素相關性腹瀉、根除幽門螺桿菌、輕型肝性腦病等方面有明顯輔助作用，仍沒有足夠的證據證明其確切的相關性[5]，而且這些活菌對機體健康究竟有無影響，目前仍處于爭議中，且美國FDA并不建議將益生菌的使用作為一種臨床常規(guī)治療方案[6]。因此，現在更多的目光聚焦在腸道菌群代謝產物方面。隨著高通量測序及代謝組學技術的高速發(fā)展，越來越多的腸道菌群相關代謝產物展現出其未知的功能。腸道菌群的基因數量超過人體基因100倍[7]，且廣泛參與人體諸多的代謝途徑。正常人群的不同個體間，腸道菌群亦有差別，然而，代謝途徑相關的主要基因組始終保持穩(wěn)定，這進一步說明腸道菌群及其代謝產物在正常人體代謝過程中起著重要作用。

人體血液循環(huán)中很多小分子物質的產生可能直接來源于腸道菌群[8]，腸道菌群通過代謝產物進入血液循環(huán)，從而發(fā)揮其相應的作用。如脆弱擬桿菌產生的多聚糖A可通過TLR2參與自身免疫反應[9]。最近的研究發(fā)現，來自厚壁菌門中的產芽胞梭狀芽胞桿菌參與吲哚丙酸(IPA)的形成，IPA通過直接激活孕烷X受體(PXR)而加強腸道的屏障功能[10]。腸道菌群中的多種菌屬能夠產生短鏈脂肪酸(SCFAs)，研究發(fā)現梭菌屬在腸上皮細胞增生代謝過程中起著重要作用，而梭菌屬與SCFAs的產生有著密切關聯，因此猜想SCFAs可以促進腸上皮細胞的增生，進一步研究也發(fā)現了SCFAs可以通過GPR41/43途徑、MEK-ERK信號通路參與腸上皮細胞的增生代謝[11]。腸道菌群代謝產物數量繁多， Donia等[12]發(fā)現超過14 000種基因簇參與合成了小分子代謝產物，包括糖類、非核糖體多肽(NRPs)、聚酮化合物(PKs)、核糖體編碼翻譯后修飾肽(RiPPs)等。各類代謝產物的功能各不相同，包括抗菌作用、細胞毒素作用、促進胃腸蠕動、神經遞質作用、參與免疫調節(jié)、代謝調控等[9]。盡管多種小分子代謝產物功能已被發(fā)掘，仍有相當大數量的代謝產物還未明確其生理、病理功能。

三、短腸綜合征腸道菌群及代謝產物變化特點

SBS病人腸適應包括功能性適應及形態(tài)學適應。腸適應的具體機制仍不明了，現階段主要聚焦在腸切除后干細胞及隱窩細胞的增生、腸上皮細胞的遷移、凋亡等分子機制方面[13]。對于保留有結腸的SBS病人而言，Gillard等[14]認為剩余腸道的腸適應主要表現在形態(tài)學、內分泌及腸道微生態(tài)等方面：腸道的絨毛高度增加、吸收面積增加；高血糖素樣肽(GLP)-1、GLP-2等激素分泌的增加；腸道菌群發(fā)生適應性改變，如乳酸桿菌屬的明顯增加。目前GLP-2促進腸適應已經被證實，相似藥物替度魯肽已應用于臨床。

SBS病人的腸道菌群跟正常人相比發(fā)生了相應的變化。Sommovilla等[15]對小鼠行近端50%小腸切除，與對照組比較發(fā)現，小腸切除小鼠腸道菌群在各分類水平均有明顯變化：在“門”水平，變形菌門、放線菌門明顯減少；“科”水平上，腸桿菌科減少，毛螺菌科、疣微菌科比例增加；“屬”水平，乳球菌屬、乳桿菌屬、醋弧菌屬增加，埃希桿菌屬、克雷白桿菌屬減少。該研究結果與大部分成人或兒童SBS的菌群研究有所出入[16-17]，考慮其研究對象為小鼠，且選取的標本為回盲部內容物而并非小鼠糞便的原因。

成人SBS病人腸道菌群的多樣性同樣減少，但對于沒有并發(fā)癥(如腸衰竭相關肝損害等)的嬰幼兒SBS病人，其腸道菌群多樣性跟正常人無明顯差別[17]。進一步對SBS病人腸道菌群各組分分析發(fā)現，革蘭陰性的變形菌門顯著增加，尤其是丙型變形菌綱和其下屬的腸桿菌科[18]。在正常人中，變形菌門僅占很小的比例，而對于腸衰竭的病人，變形菌門可占主導地位[19]，而擬桿菌門、梭菌屬比例減少[16,18]。此外，相比于正常人，乳桿菌屬在SBS病人及腸衰竭病人中比例明顯增高[16]。關于乳桿菌的各項研究報道結果各有不同，有研究發(fā)現，植物乳桿菌比例的增加跟腸外營養(yǎng)的長期使用相關[18-19]，而另外的研究發(fā)現其與腸外營養(yǎng)使用時間呈負相關[16]。值得注意的是，乳酸菌的減少或缺失會導致生長發(fā)育遲緩[20]。

考慮到近年來腸道菌群在數個治療領域初顯奇效，能否將該治療方案應用于SBS或SBS相關的并發(fā)癥仍不明確。Speck等[21]對IL-10敲除的常規(guī)飼養(yǎng)小鼠及無菌小鼠行回盲部切除后進行分析發(fā)現，常規(guī)小鼠的隱窩深度增加、絨毛較高、腸上皮細胞增生明顯，且細菌引起的腸道炎癥可能會促進腸適應，這進一步提示腸道菌群在腸適應中的作用。

當SBS病人發(fā)生腸適應后，即使脫離PN并維持正常飲食，其腸道菌群與正常人仍有差別，但相比較于依賴PN的SBS病人，其腸道菌群更接近于正常人[19]。通過對脫離或依賴PN的SBS病人的腸道菌群進行分析發(fā)現，依賴PN的SBS病人，其變形菌門和腸桿菌科顯著多于擺脫PN的SBS病人和正常人；而脫離PN的SBS病人，梭菌屬XIVa、乳桿菌屬較多[16,18]。因此推測，SBS相關的腸道菌群中的某菌屬或其代謝產物對腸切除后的腸適應起著重要的作用。Gillard等[14]通過將SBS大鼠腸道菌群移植給無菌大鼠后發(fā)現無菌大鼠的結腸發(fā)生了隱窩細胞加深、絨毛增生等適應性改變。但在眾多的腸道菌群中辨別出具體哪種菌屬或代謝產物仍需進一步的實驗探索。免疫功能在腸適應過程中也起著關鍵作用，其作用可能跟腸道菌群相關，對無菌小鼠及常規(guī)飼養(yǎng)小鼠行腸切除后發(fā)現，細菌誘導的炎癥反應可促進腸切除后小腸的腸適應[22]。而在成人SBS病人中，T細胞增生異常與PN持續(xù)時間相關[23]。因此，SBS病人腸適應過程不僅僅是單純的人體代償作用，這其中涉及腸道菌群、免疫等多方面因素共同參與。

四、腸道菌群代謝產物治療SBS展望

提純分離腸道菌群中某菌屬在現有的條件下仍比較困難，但二代測序技術及代謝組學技術的發(fā)展為我們研究腸道菌群及其代謝產物提供了便利。通過比較正常動物、SBS動物模型和無菌動物的腸道菌群及其代謝產物變化，可縮小腸適應相關代謝產物查找范圍，進一步的研究最終可能明確某類代謝產物對SBS腸適應的作用。

腸道菌群代謝產物中一種重要的代謝產物SCFAs(主要為乙酸、丙酸、丁酸)，具有多種有益功能，包括調節(jié)能量代謝、維持腸道屏障功能、免疫功能等[22]。通過對腸衰竭兒童的糞便進行分析發(fā)現，其產短鏈脂肪酸的菌群及短鏈脂肪酸比例均下降[20]。成人SBS病人中，產丁酸的菌屬比例明顯減少[14]。在SBS動物模型中，SCFAs可增強其腸適應，特別是丁酸在早期腸適應過程中起重要作用[24]。SCFAs大部分由厚壁菌門及擬桿菌門產生[25]，而SBS病人腸道中厚壁菌門及擬桿菌門均減少。能否將SCFAs應用于SBS病人腸適應的治療仍需進一步的臨床實驗證實。另一“熱門”菌屬——乳桿菌屬，能夠將色氨酸分解代謝為吲哚甲醛，后者能夠激活芳香烴受體，促使固有淋巴細胞誘導的IL-22分泌增多，IL-22能夠影響?zhàn)つさ挠霞翱咕牡膬鋄26]。因此，可將乳酸桿菌作為潛在菌種應用于早期SBS腸適應過程。

益生菌主要包括乳酸桿菌、雙歧桿菌及酵母菌，Mogilner等[27]通過SBS大鼠研究發(fā)現，益生菌可促進SBS大鼠術后腸道再生，包括腸腔擴大、絨毛增生、隱窩加深等；同時，益生菌還可抑制SBS大鼠術后腸道內細菌移位，減輕機體炎癥反應。

隨著越來越多的腸道菌群的功能被揭示，我們有理由相信，在未來的數年或數十年內使用腸道菌群相關代謝產物治療SBS及其并發(fā)癥將會取得令人意想不到的療效。