張 悅, 王玉瑩, 羅海燕, 廖紅伍, 周克兵, 顏 波, 陽學風

張悅, 王玉瑩, 周克兵, 陽學風, 南華大學衡陽醫(yī)學院附屬南華醫(yī)院消化內(nèi)科 湖南省衡陽市 421002

張悅, 王玉瑩, 周克兵, 陽學風, 南華大學衡陽醫(yī)學院附屬南華醫(yī)院全科醫(yī)療科 湖南省衡陽市 421002

羅海燕, 廖紅伍, 南華大學衡陽醫(yī)學院附屬南華醫(yī)院 湖南省衡陽市 421002

張悅, 王玉瑩, 上海市普陀區(qū)人民醫(yī)院急診科 上海市普陀區(qū) 200060

顏波, 南華大學衡陽醫(yī)學院附屬第一醫(yī)院重癥醫(yī)學科 湖南省衡陽市 421001

張悅, 研究生, 研究方向主要為膿毒癥基礎(chǔ)與臨床研究.

0 引言

膿毒癥(sepsis)是由感染引起的全身炎性反應綜合征. 2017年, 全球約有4890多萬人因感染而發(fā)生膿毒癥, 病死率高達17.9%, 是現(xiàn)今重癥醫(yī)學科亟待解決的難題之一, 嚴重威脅著患者的生命安全. 由于發(fā)病率及病死率高, 2017年世界衛(wèi)生組織(World Health Organization, WHO)將膿毒癥列為一個全球性的公共衛(wèi)生問題. 最近的證據(jù)表明, 膿毒癥發(fā)生、發(fā)展與腸道微生態(tài)紊亂關(guān)系密切. 一方面, 腸道微生態(tài)紊亂可以增強膿毒癥的易感性. 腸道細菌在某些條件下可通過腸黏膜直接侵入外周血, 或經(jīng)“腸-器官”軸進入遠隔器官, 形成細菌移位, 誘發(fā)全身炎性反應、膿毒癥, 病情進一步發(fā)展可導致機體器官功能障礙, 甚至引起膿毒性休克而危及生命. 另一方面, 膿毒癥又可導致人體腸道微環(huán)境發(fā)生改變, 引起腸道菌群失調(diào), 誘導炎性因子分泌, 致使腸道黏膜屏障受損, 進一步加重病情. 本文通過探討腸道菌群和膿毒癥之間的相互關(guān)系, 為膿毒癥臨床干預提供思路.

1 腸道菌群及腸黏膜屏障功能

1.1 腸道菌群與菌群失調(diào) 人體腸道是微生物寄居的主要場所, 含有最龐大的微生物群, 包含細菌、真菌等多種微生物. 過去, 關(guān)于人腸道微生物群的大多數(shù)知識來自于勞動密集型的培養(yǎng)方法. 最近, 由于高通量和低成本測序方法等與培養(yǎng)無關(guān)的方法的出現(xiàn), 調(diào)查腸道微生物的能力大大提高. 76%屬于新的和未定型的糞便物種可由16s rRNA測序獲得. 全基因組鳥槍宏基因組學可以提供更可靠的微生物群組成和多樣性的估計. 地球已知大概有55門細菌和13門古生菌, 但是由于進化選擇作用, 人類的腸道僅僅寄生12門細菌, 其中擬桿菌門()和厚壁菌門()為主, 古生菌門(), 史氏甲烷短桿菌、變形桿菌門、疣微菌門、放線菌門、梭桿菌門和藍細菌比例較少. 腸道微生物組是保護宿主健康的一道屏障, 在維持人體腸道正常生理功能中起重要作用, 具有輔助人體營養(yǎng)、代謝、生長、免疫、防御等功能.

正常情況下腸道菌群的種類和數(shù)量保持相對平衡狀態(tài), 在某些條件下(如飲食、機體應激、創(chuàng)傷、藥物等)腸道原生細菌減少、條件致病菌(如銅綠假單胞菌、變形桿菌、鮑曼不動桿菌、肺炎克雷伯菌等)顯著增加成為優(yōu)勢菌群, 即為腸道菌群失調(diào). 腸道菌群失調(diào)與膿毒癥、艱難梭菌()感染、炎癥性腸病等疾病發(fā)生密切有關(guān).

1.2 腸黏膜屏障與屏障功能障礙 腸黏膜屏障主要由腸黏膜上皮細胞、上皮細胞間連接及黏液物質(zhì)組成, 具有分割腸腔內(nèi)物質(zhì)、防止病原微生物和腸道毒性物質(zhì)透過腸黏膜進入血液循環(huán)及體內(nèi)其他組織器官的功能. 其中消化液、腸黏膜上皮細胞分泌物及正常細菌分泌的抑菌物質(zhì)構(gòu)成化學屏障. 消化液中的胃酸可以滅殺大部分來自口腔的病原菌, 而膽汁對病原菌增值具有一定的抑制作用, 腸道上皮細胞分泌黏液遍布整個腸道黏膜表層, 可有效阻斷病原菌與腸上皮結(jié)合. 腸道黏膜上皮細胞由橋粒、貼壁連接和緊密連接連接在一起構(gòu)成化學屏障, 防止細菌、內(nèi)毒素向宿主體循環(huán)擴散. 腸道黏膜免疫系統(tǒng), 由淋巴結(jié)、固有層和上皮細胞組成免疫屏障, 構(gòu)成了保護腸道完整性的屏障.

正常情況下, 腸道屏障允許水、溶液和免疫調(diào)節(jié)因子通過細胞旁途徑進入, 抑制腸腔內(nèi)物質(zhì)和微生物進入. 當人體的腸黏膜屏障在各種外因及內(nèi)因(燒傷、創(chuàng)傷、大手術(shù)、感染、休克)的影響下被破壞后, 腸黏膜通透性增加, 腸道內(nèi)的細菌及內(nèi)毒素突破腸黏膜屏障侵犯到腸外組織, 可引起腸源性感染.

1.3 腸道菌群對腸黏膜屏障功能的影響 腸道菌群對腸道屏障的影響體現(xiàn)在下列幾個方面: (1)參與黏液層合成和降解的調(diào)節(jié). 腸道菌群的代謝產(chǎn)物短鏈脂肪酸在低濃度情況下刺激腸道黏液的分泌和黏蛋白2(Mucin2)的表達, 而高濃度的短鏈脂肪酸作用則相反; (2)調(diào)節(jié)腸道抗菌活性物質(zhì)的形成. 抗菌肽是天然免疫的主要效應物之一, 可由腸道菌群刺激潘氏細胞分泌產(chǎn)生; (3)對腸上皮細胞分化、發(fā)育、更新具有重要影響. Yu等應用人源化的微生物菌群小鼠模型, 觀察早產(chǎn)兒腸道微生物群對腸上皮發(fā)育的影響, 發(fā)現(xiàn)腸道菌群參與腸上皮細胞分化和緊密連接的形成. 腸上皮細胞的更新對維持腸道屏障功能具有重要作用. 無菌動物往往出現(xiàn)腸道上皮細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)異常, 糞菌移植后腸道上皮細胞可修復更新至正常水平.

2 腸道菌群失調(diào)對膿毒癥發(fā)生的影響

2.1 腸源性膿毒癥發(fā)生的常見原因 正常情況下腸道菌群的種類和數(shù)量保持相對平衡狀態(tài), 在某些條件下(如飲食、機體應激、創(chuàng)傷、藥物等)發(fā)生腸道菌群失調(diào), 即可引發(fā)腸源性感染. 據(jù)報道, 高脂飲食引起的腸道微生態(tài)失調(diào)和代謝內(nèi)毒素血癥, 質(zhì)子泵抑制劑(proton pump inhibitors, PPIS)具有增加肝硬化患者細菌感染和敗血癥的風險. Baggs等調(diào)查在516家醫(yī)院病人在住院后90天內(nèi)發(fā)生敗血癥的風險, 發(fā)現(xiàn)與未接觸抗生素患者相比, 接觸高風險抗生素者患敗血癥的風險高出65%.

2.2 腸源性膿毒癥的發(fā)生機制

2.2.1 腸道菌群失調(diào)導致腸黏膜屏障功能的破壞: 腸道菌群通過減少腸道黏膜的通透性和增強黏膜上皮防御機制來形成黏膜屏障, 并與腸道形成共生關(guān)系, 在調(diào)控腸黏膜屏障功能中發(fā)揮重要的作用. 生理狀態(tài)下構(gòu)成生物屏障的菌群主要為乳酸桿菌和雙歧桿菌, 維持腸道無氧環(huán)境, 抑制需氧菌繁殖, 在病理狀態(tài)下隨著腸道環(huán)境的改變, 致病菌更易生存, 部分病原菌甚至可循環(huán)利用有益菌代謝產(chǎn)物進一步繁殖擴張, 引起腸源性感染, 破壞腸黏膜生物屏障功能. 致病菌的大量生長也會導致致病及其代謝產(chǎn)物可破壞腸道黏液層結(jié)構(gòu), 隨后黏附于腸上皮細胞, 可直接或間接誘導上皮細胞損傷. 同時腸道細菌可通過釋放毒性蛋白, 如大腸埃希菌可通過3型分泌系統(tǒng)將NleA蛋白轉(zhuǎn)運至細胞內(nèi), 幽門螺旋桿菌則通過4型分泌系統(tǒng)將細胞毒性相關(guān)基因A編碼的效應蛋白傳遞至胃腸上皮細胞, 下調(diào)蛋白酶激活受體-1等信號通路干擾緊密連接蛋白表達于定位, 最終導致腸上皮細胞緊密連接開放, 從而引起腸黏膜通透性增加, 導致腸黏膜物理屏障功能下降, 致病菌更易穿過腸黏膜入侵.

2.2.2 腸道菌群失調(diào)導致腸道黏膜免疫功能的破壞: 丁文婷等研究中表明腸道微生物對包括全身性固有免疫、特異性免疫等在內(nèi)的免疫反應產(chǎn)生影響, 腸道黏膜免疫系統(tǒng)是機體免疫系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分, 具有獨特的結(jié)構(gòu)與功能, 其免疫功能主要由腸黏膜相關(guān)淋巴組織參與完成. 腸道上皮表達的多種TOLL樣受體可通過細胞信號傳遞形成級聯(lián)反應開啟特異性免疫應答, 而腸道菌群平衡被破壞后, 隨著致病菌的不斷繁殖會產(chǎn)生大量的內(nèi)毒素, 內(nèi)毒素被吸收入血后可被TOLL樣受體識別并激活轉(zhuǎn)錄因子AP1、NF-κB信號通路, 進而釋放γ-干擾素、腫瘤壞死因子-α及白介素等炎性因子, 進一步加重黏膜屏障功能損傷.

2.2.3 腸道菌群失調(diào)導致菌群移位, 腸道以外的組織發(fā)生感染: 正常生理條件下腸道菌群按一定的數(shù)量和比例寄居在腸道不同部位, 發(fā)揮著營養(yǎng)、代謝、免疫等多重生理功能, 由于存在完整的腸道黏膜屏障可以使機體不受這些細菌的損害. 在藥物應用及創(chuàng)傷、休克等狀態(tài)下, 可使腸道微環(huán)境改變導致菌群失調(diào), 致病菌不斷繁殖并離開原定位橫向移位或向腸黏膜深部縱向轉(zhuǎn)移, 而一旦腸黏膜屏障完整性被破壞, 這些細菌及其毒素即可越過腸上皮細胞屏障大量入侵腸道以外的無菌組織和器官, 如腸系膜淋巴結(jié)、或由門靜脈入血并擴散至肺、肝等遠隔器官, 引發(fā)腸源性感染, 誘發(fā)一系列炎癥因子級聯(lián)反應大爆發(fā)導致病情加重最終發(fā)展為膿毒癥, 危及患者生命. 在邵瑞飛等研究中表明腸道菌群和“腸-肺”軸參與了膿毒癥的發(fā)生與發(fā)展, 指出人體腸黏膜屏障功能發(fā)生障礙時, 致病菌及其分解物可通過血液遷移到腸系膜淋巴結(jié)、肺等正常無菌組織, 引發(fā)全身炎性反應及遠隔器官受損, 最終誘發(fā)膿毒癥.

3 膿毒癥對腸道菌群的影響

3.1 膿毒癥進一步加重腸道菌群失調(diào) 顏俊等指出胃腸道在膿毒癥早期即可受累并出現(xiàn)腸道菌群失調(diào)、腸黏膜屏障功能障礙, 其中菌群失調(diào)的發(fā)生率高達60%. 劉丹等研究指出膿毒癥患者會出現(xiàn)腸道菌群紊亂且具有三大特征, 表現(xiàn)為腸道菌群多樣性下降和菌群結(jié)構(gòu)改變、專性厭氧菌減少而兼性厭氧菌增多、有益共生菌減少而機會致病菌增多. 王玉等研究中也表明正常情況下人體腸道以擬桿菌門、梭桿菌門、放線菌門等專性厭氧菌占優(yōu), 膿毒癥時腸道缺氧環(huán)境遭受破壞, 促使兼性厭氧菌變形菌門在腸道不斷增值擴張, 變形桿菌能干擾物質(zhì)代謝和免疫調(diào)節(jié), 是腸道微環(huán)境失調(diào)的標志之一.

3.2 膿毒癥進一步加重腸黏膜屏障功能破壞 膿毒癥的一個重要變化就是組織缺血缺氧, 腸道也不例外. 動物實驗研究發(fā)現(xiàn), 膿毒癥大鼠腸黏膜中毛細血管減少、黏膜破壞, 顯微結(jié)構(gòu)觀察發(fā)現(xiàn)上皮細胞超微結(jié)構(gòu)破壞、 細胞骨架收縮、細胞連接中斷.

4 研究膿毒癥與腸道菌群相互關(guān)系的臨床意義

目前臨床認為腸道菌群失衡、腸道屏障功能受損和細菌移位是誘發(fā)膿毒癥的重要原因, 而膿毒癥又會反向累及人體胃腸道, 進一步促進病情進展, 因此近年來腸道菌群與膿毒癥相關(guān)研究主要集中在阻斷膿毒癥發(fā)生發(fā)展的治療環(huán)節(jié)上, 如糞菌移植、微生態(tài)免疫營養(yǎng)劑及中醫(yī)中藥治療. 在李素彥等研究中發(fā)現(xiàn)通過糞菌移植后大鼠腸道菌群α多樣性指數(shù)顯著升高, 基于門、科屬水平的菌群結(jié)構(gòu)明顯逆轉(zhuǎn), 腫瘤壞死因子-α、白介素等炎性因子顯著降低, 研究指出糞菌移植能改善膿毒癥大鼠腸道菌群失衡, 同時激活膽堿能抗炎通路發(fā)揮抗炎作用. 謝潔等研究發(fā)現(xiàn)膿毒癥腸功能障礙患者使用微生態(tài)免疫營養(yǎng)劑有利于減輕患者全身炎癥反應、調(diào)節(jié)其腸道菌群、改善機體免疫功能. 此外中醫(yī)中藥在阻斷膿毒癥方面獲得了一定的進展, 李銀平等認為腸道是膿毒癥多器官功能障礙綜合征的啟動器官, 腸道屏障功能的破壞造成了腸源性內(nèi)毒素血癥和菌群移位, 并將"菌毒并治"和"三證三法"進行了完善和豐富, 總結(jié)出了"菌毒炎并治"和"四證四法"辨證治療原則. 劉錦等研究中發(fā)現(xiàn)采用溫下健脾法治療膿毒癥后腸道菌群物種豐度和腸道sIgA表達水平獲得升高, 研究指出溫下健脾法可調(diào)節(jié)膿毒癥胃腸功能障礙的腸道菌群及腸道免疫異常, 從而發(fā)揮治療膿毒癥的作用.

5 展望

膿毒癥與腸道菌群間的相互關(guān)系至今仍未完全闡明, 且缺乏臨床大樣本數(shù)據(jù)支撐, 需要獲得臨床更多的關(guān)注, 為臨床控制膿毒癥的發(fā)生發(fā)展提供預防與治療策略.