李丹 趙新正 于金晟 周昊景 蘇海 陳檑 張鎰 邵威捷 劉巖 肖魯偉

絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥（postmenopausal osteoporosis，PMOP）是一種在絕經(jīng)后常見的骨骼疾病，主要影響老年女性。隨著年齡增長，女性的卵巢功能逐漸減退，導(dǎo)致體內(nèi)雌激素水平降低，這個變化干擾了骨骼的正常代謝平衡，從而導(dǎo)致骨密度減少，最終引發(fā)一種代謝性疾病。PMOP 嚴(yán)重影響患者的生活水平及質(zhì)量，大多數(shù)PMOP 患者因合并骨折或相關(guān)并發(fā)癥而入院，特別是髖部和脊椎骨折的發(fā)生，導(dǎo)致患者死亡率正在逐年增加［1］。目前PMOP 的預(yù)防和治療方面仍然存在較多缺點和不足，藥物治療的嚴(yán)重并發(fā)癥，如頜骨壞死、不典型骨折等［2］。因此，探究新的治療方法至關(guān)重要。腸道菌群作為體內(nèi)關(guān)鍵的微生態(tài)系統(tǒng)，與人類的健康密切相關(guān)?！澳c道-骨骼”軸表明腸道微生物群與PMOP 密切相關(guān)［3］。本文擬從腸道菌群與PMOP 的關(guān)系進行綜述，為研究PMOP 的發(fā)病機制及治療尋求新的切入點。

1 腸道菌群

人類胃腸道中的大量微生物（包括細(xì)菌、真菌、病毒和古生菌）與其宿主之間存在共生關(guān)系，這些微生物統(tǒng)稱為腸道菌群。腸道菌群通過多種方式與宿主產(chǎn)生作用，如促進食物的消化吸收、維持腸道屏障功能、參與免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)、改變藥物的藥代動力學(xué)等［4］。腸道菌群的組成和多樣性也會由于較多因素的刺激而改變，如營養(yǎng)吸收、水分、pH、氧氣、氧化還原反應(yīng)和溫度等［5］。同時，當(dāng)疾病發(fā)生時，腸道菌群也會發(fā)生相應(yīng)的變化。大量研究已將腸道菌群失調(diào)與一系列非傳染性疾病聯(lián)系起來，如炎癥性腸病、腸易激綜合征、骨關(guān)節(jié)炎、骨質(zhì)疏松等［6］。

2 PMOP患者的腸道菌群變化

腸道菌群不僅參與調(diào)節(jié)腸道的動態(tài)平衡，還在“腸道-骨骼”軸上扮演至關(guān)重要的角色。女性絕經(jīng)后，雌激素水平下降，可能對腸道微生物生態(tài)產(chǎn)生影響，這可能導(dǎo)致腸道益生菌減少，有害菌或中性菌增加，破壞腸道內(nèi)菌群之間的平衡，擾亂腸道的局部免疫系統(tǒng)，導(dǎo)致破骨相關(guān)炎癥因子增加，腸道屏障破壞，進而影響全身的免疫功能，最終導(dǎo)致PMOP的發(fā)生［7］。有學(xué)者對106 例絕經(jīng)后女性進行腸道菌群檢測，結(jié)果顯示骨質(zhì)疏松組的菌群多樣性較低，相較于骨量減少組和正常組有顯著差異。骨量減少組以變形菌門為主，包括克雷伯氏菌、大腸桿菌/志賀氏桿菌、腸桿菌等，而骨質(zhì)疏松組則主要以異乳桿菌、乳酸菌和球擬桿菌等［8］。這為進一步研究何種腸道菌在PMOP 中發(fā)揮作用提供了借鑒。

3 腸道菌群調(diào)節(jié)PMOP的機制

3.1 腸道菌群通過介導(dǎo)免疫系統(tǒng)調(diào)控PMOP 腸道菌群對免疫炎癥和骨量的調(diào)節(jié)至關(guān)重要。臨床研究表明，雌激素水平與腸道菌群多樣性之間存在正相關(guān)。絕經(jīng)前后，腸道菌群經(jīng)歷明顯變化，對局部和全身免疫系統(tǒng)產(chǎn)生影響，破壞了骨量的平衡，可能導(dǎo)致骨質(zhì)疏松的發(fā)生［7］。有學(xué)者研究指出［9-10］，當(dāng)雌激素降低時，腸道菌群易發(fā)生紊亂，導(dǎo)致免疫系統(tǒng)的異常激活，進而促進Th17 細(xì)胞表面RANKL 的高度表達(dá)、Th17細(xì)胞及其產(chǎn)生的TNF-α、IL-6、IL-17 等細(xì)胞因子的繁殖，刺激破骨細(xì)胞大量激活，引起骨質(zhì)的溶解和吸收，導(dǎo)致骨質(zhì)疏松的發(fā)生。相反，另一種常見的T 細(xì)胞亞群Treg 細(xì)胞通過分泌抗炎細(xì)胞因子，如IL-10、IL-35，來減少破骨細(xì)胞的分化［11］。因此，維持Treg/Th17 穩(wěn)態(tài)是骨量平衡的關(guān)鍵。

在RANKL/RANK/OPG 系統(tǒng)中，骨保護素（osteoprotegerin，OPG）能夠抑制骨吸收，其機制是通過與RANKL 競爭性結(jié)合RANK，從而阻止RANKL 與RANK 間的相互作用。在雌激素缺乏期間，RANKL 與OPG 間的平衡被破壞，炎癥因子如IL-17、IL-6 和TNF-α 水平迅速升高并誘導(dǎo)RANKL 的表達(dá)。RANKL 激活RANK，導(dǎo)致TRAF6 的表達(dá)，最終激活成骨細(xì)胞中的NF-κB 通路。另一方面，TGF-β 等抗炎因子的表達(dá)減少會導(dǎo)致OPG 的分泌下降［12-13］。雌激素缺乏導(dǎo)致RANKL/OPG 信號傳導(dǎo)失衡，進而導(dǎo)致骨丟失。因此，RANKL/RANK/OPG 信號的平衡是維持骨量的關(guān)鍵因素之一。綜上，腸道菌群的穩(wěn)定，是平衡Treg-Th17 和RANKL/OPG 的關(guān)鍵，并最終防止雌激素缺乏引起骨丟失的發(fā)生。

3.2 腸道菌群通過介導(dǎo)腸道屏障通透性調(diào)控PMOP 腸道屏障是指存在于腸道內(nèi)的一系列層級結(jié)構(gòu)，其具有防止有害物質(zhì)進入身體組織和促進營養(yǎng)物質(zhì)吸收的作用。具體包括：腸道微生物群、外部黏液層、上皮細(xì)胞層和黏膜固有層。然而，當(dāng)絕經(jīng)后女性雌激素水平下降時，會增加腸道屏障通透性，腸道內(nèi)微生物及其代謝產(chǎn)物作為抗原進入腸上皮組織，引發(fā)免疫反應(yīng)，上調(diào)TNF-α、RANKL 和INF-γ 等破骨細(xì)胞相關(guān)因子的表達(dá)，并通過腸道屏障進入血液流至全身，從而影響骨骼系統(tǒng)，最終導(dǎo)致骨量丟失［14］。研究表明［15-16］，在PMOP 小鼠模型中，腸道上皮細(xì)胞間緊密連接蛋白表達(dá)下降，導(dǎo)致腸道屏障通透性增加，促使毒素易于進入體內(nèi)，進而激活免疫系統(tǒng)。因此，促炎細(xì)胞如Th17 細(xì)胞以及炎癥因子如TNF-α、RANKL 和IL-17 的表達(dá)增加可導(dǎo)致破骨細(xì)胞活性增強，進而加速骨量的丟失，加重PMOP 的病情。另外，腸道內(nèi)菌群的紊亂也會破壞腸道屏障，如大腸桿菌、空腸彎曲桿菌、沙門氏菌和產(chǎn)氣莢膜梭菌等有害菌的數(shù)量增加，破壞了腸道屏障的完整性，促使細(xì)菌易位，增加炎癥，加劇了骨量丟失［17］。

3.3 腸道菌群通過介導(dǎo)激素調(diào)控PMOP 迄今為止，研究人員發(fā)現(xiàn)腸道菌群與多種激素水平存在緊密關(guān)聯(lián)。此外，腸道菌群還通過多種激素在骨轉(zhuǎn)換中發(fā)揮關(guān)鍵作用，其中包括雌激素、瘦素、胰島素樣生長因子-1、5-羥色胺以及甲狀旁腺激素［18］。

雌激素是主要調(diào)節(jié)女性骨代謝的激素，在人體中對骨骼具有多種作用，其可以維持骨代謝平衡，防止骨質(zhì)流失［19］。因肝臟作用而失活的雌激素被腸道中具有β-葡萄糖醛酸酶活性的細(xì)菌激活，從而使雌激素被重新吸收到循環(huán)系統(tǒng)中，并增加血清中的雌激素水平。另有研究表明，益生菌可以降低β-葡萄糖醛酸酶水平，并可能延長雌激素的半衰期，因此腸道菌群可以通過調(diào)節(jié)β-葡萄糖醛酸酶活性對PMOP 產(chǎn)生影響［20-22］；此外，腸道菌群可以通過代謝植物雌激素，產(chǎn)生一種稱為Equl 的代謝產(chǎn)物，這種產(chǎn)物具有較強的雌激素效應(yīng)，可以模仿雌激素的作用，對骨骼產(chǎn)生影響，在PMOP 的發(fā)展中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用［2］。了解這一機制有助于更好理解PMOP 的發(fā)病過程，并為該疾病的預(yù)防和治療提供新的研究方向。

瘦素是絕經(jīng)后女性骨組織的保護因子，對骨骼健康有積極作用，有研究發(fā)現(xiàn)，瘦素與骨密度、骨保護素存在正相關(guān)，而腸道菌群可以影響瘦素水平。有研究指出，雙歧桿菌、乳桿菌和梭狀芽孢桿菌與血清瘦素水平呈正相關(guān)，類桿菌和普氏桿菌與血清瘦素水平呈負(fù)相關(guān)，這表明腸道菌群是瘦素調(diào)節(jié)的潛在靶點［23-26］。

胰島素樣生長因子-1（insulin growth factor-1，IGF-1）主要由肝臟產(chǎn)生，在骨骼的發(fā)育和維持中起著關(guān)鍵作用。在前成骨細(xì)胞中，IGF-1 受體的激活引起Runx2 的表達(dá)，Runx2 是參與骨形成的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子。Runx2 進而激活osterix，進一步刺激重要的骨組織成分，如I 型膠原、堿性磷酸酶和骨鈣素的分泌。此外，IGF-1 對于間充質(zhì)干細(xì)胞轉(zhuǎn)化為成骨細(xì)胞至關(guān)重要，IGF-1 直接與成骨細(xì)胞上的IGF-1 受體結(jié)合，促進其形成和分化［27-28］。腸道微生物對IGF-1 的產(chǎn)生和活性有顯著影響。一項對無菌小鼠的研究表明，肝臟和血液中IGF-1 及其結(jié)合蛋白IGFBP3 的表達(dá)與正常腸道微生物的小鼠相比減少。將無菌小鼠移植腸道微生物后，其血清IGF-1 水平增加，表明腸道微生物直接影響IGF-1 的分泌。此外，給小鼠使用抗生素導(dǎo)致IGF-1 水平降低，但給予短鏈脂肪酸恢復(fù)了IGF-1水平［29-31］。總之，腸道微生物及其代謝產(chǎn)物在調(diào)節(jié)IGF-1 水平方面發(fā)揮作用，從而間接影響PMOP 的進展。

5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT）在骨代謝中發(fā)揮著重要作用。腸道菌群通過調(diào)節(jié)5-HT 水平，可能影響骨細(xì)胞的活性，進而調(diào)節(jié)骨轉(zhuǎn)換和骨骼健康。常規(guī)飼養(yǎng)小鼠的血清5-HT 水平和結(jié)腸色氨酸羥化酶1 水平高于無菌小鼠，這表明腸道微生物群改變了5-HT 的產(chǎn)生和分泌［2］?？傊c道微生物可以通過調(diào)節(jié)5-HT 水平，間接對PMOP 的進展產(chǎn)生影響。

甲狀旁腺激素（parathyroid hormone，PTH）是骨骼發(fā)育的重要調(diào)節(jié)因子。PTH 會對骨量產(chǎn)生雙向影響，這取決于靶細(xì)胞是連續(xù)還是間歇暴露于PTH。持續(xù)接觸甲狀旁腺激素（cPTH）會刺激骨吸收，導(dǎo)致骨量減少。另一方面，間歇性暴露于甲狀旁腺素（iPTH）刺激成骨細(xì)胞的產(chǎn)生，從而起到骨保護的作用。有研究表明，iPTH 可以防止去卵巢大鼠的骨丟失。體外研究也表明，iPTH 可以增加骨髓干細(xì)胞中堿性磷酸酶、骨形態(tài)發(fā)生蛋白2 和發(fā)育遲緩相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2 的表達(dá)。腸道菌群及其代謝產(chǎn)物可以調(diào)節(jié)甲狀旁腺素水平，間接影響PMOP。有研究發(fā)現(xiàn)分段絲狀菌通過影響PTH，使腸道內(nèi)TNF的T 細(xì)胞和T 輔助細(xì)胞17 增加，同時，T 細(xì)胞從小腸進入骨髓，導(dǎo)致骨質(zhì)流失［32］。LI 等［33］發(fā)現(xiàn)丁酸與iPTH 協(xié)同作用，使CD4+T 細(xì)胞分化成調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞（Treg 細(xì)胞），這種T 細(xì)胞亞群誘導(dǎo)常規(guī)CD8+T 細(xì)胞釋放Wnt10b，從而激活成骨細(xì)胞中的Wnt 信號通路，促進骨形成。

4 基于腸道菌群治療PMOP現(xiàn)狀

4.1 益生菌和益生元 腸道益生菌通過調(diào)節(jié)炎癥因子的生成、改善腸道屏障通透性、促進營養(yǎng)物質(zhì)吸收等機制參與調(diào)控PMOP［34］。具有抗炎特性的乳酸桿菌和雙歧桿菌可以促進維生素D 的產(chǎn)生，減少破骨細(xì)胞分化，對去卵巢小鼠的骨量喪失具有保護效果［15］。YU 等［35］通過薈萃分析認(rèn)為，補充益生菌顯著降低PMOP 患者血清C 末端肽-I 水平，并防止腰椎的骨量丟失。一項研究發(fā)現(xiàn)，益生菌可以有效預(yù)防去卵巢大鼠的炎性牙槽骨吸收。這種預(yù)防作用可能是因益生菌促進腸道產(chǎn)生豐富的丁酸，改善大鼠的腸道屏障功能，從而降低腸道通透性。這進一步調(diào)節(jié)骨免疫反應(yīng)，有效減緩牙槽骨的流失［36］。

益生元是一種能被腸道有益菌群利用的營養(yǎng)物質(zhì)，其可以通過刺激、促進或恢復(fù)有益的腸道菌群，維持腸道微生態(tài)平衡，影響鈣吸收及轉(zhuǎn)化，維持骨代謝平衡，改善骨質(zhì)疏松。常見的益生元有葡聚糖、低聚果糖、菊粉、木聚糖、低聚半乳糖等［18］。有實驗研究證實去卵巢小鼠口服乳果糖，可以通過維持腸道屏障、宿主腸道免疫系統(tǒng)和腸道微生物群的穩(wěn)態(tài)抑制破骨細(xì)胞形成并防止雌激素缺乏后引起的骨質(zhì)流失［37］。研究發(fā)現(xiàn)靈芝和平菇中含有的益生元β-葡聚糖對PMOP 患者的骨代謝和人類成骨細(xì)胞活性具有積極影響。研究結(jié)果表明，服用蘑菇發(fā)酵產(chǎn)物組的RANK 水平明顯低于對照組，而成骨細(xì)胞活性則高于對照組。同時，服用蘑菇發(fā)酵產(chǎn)物的絕經(jīng)后婦女雙歧桿菌、乳酸菌及短鏈脂肪酸的數(shù)量明顯增加，這些微生物的增加有助于促進成骨細(xì)胞的活性。這些研究結(jié)果表明靈芝和平菇作為益生元，通過調(diào)節(jié)腸道菌群平衡，有助于促進成骨細(xì)胞活性，從而使骨代謝失衡的狀態(tài)得到改善［38］。

4.2 糞菌移植 糞便微生物區(qū)系移植是將健康人的功能性菌群移植到患者的胃腸道中，改善腸道菌群失調(diào)，恢復(fù)腸道內(nèi)微生物區(qū)系的多樣性，作為治療疾病的一種方法。糞便微生物群移植已被廣泛證明可以治療艱難梭菌感染和克羅恩病等疾?。?9-40］。一項研究表明，在動物實驗中，將兒童的腸道菌群移植到去卵巢小鼠中，可以有效防止骨丟失，并增骨強度，該研究還發(fā)現(xiàn)，移植的腸道菌群中含有豐富的阿克曼氏菌，而這種菌群的直接補充同樣可以預(yù)防去卵巢小鼠的骨丟失。然而，雖然糞菌移植在治療PMOP 方面表現(xiàn)出潛力，但目前在臨床上的應(yīng)用還不太實際。通過宏基因組學(xué)，可以研究與PMOP 相關(guān)的腸道菌群代謝產(chǎn)物，這可能為預(yù)防和治療PMOP 提供一些新的見解［41］。

4.3 中醫(yī)藥治療 中醫(yī)藥可以通過調(diào)節(jié)腸道菌群豐度、抑制炎癥因子生成、改善骨內(nèi)微環(huán)境等方式防治PMOP［42］。有學(xué)者通過研究靈芝提取物，發(fā)現(xiàn)其提取物可以改變PMOP 患者的腸道菌群構(gòu)成，增加糞便中短鏈脂肪酸含量，抑制炎癥因子生成，進而達(dá)到治療PMOP 的目的［38］。王杰等［43］研究表明骨碎補可能通過增加腸道菌群的數(shù)量和多樣性，調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)，并介導(dǎo)Wnt/β-catenin 信號通路，來減少PMOP模型大鼠的骨量喪失。

5 小結(jié)與展望

隨著人口老齡化越來越嚴(yán)重，患有PMOP 的人口數(shù)量會越來越多，但目前的治療方法并不理想。然而，隨著“腸-骨”軸的提出，通過干預(yù)腸道菌群治療PMOP 受到越來越多學(xué)者的關(guān)注。腸道菌群通過多種途徑參與PMOP 的病理過程，如影響免疫反應(yīng)、調(diào)節(jié)激素分泌、影響腸道通透性等。益生菌、益生元和糞菌移植及中醫(yī)藥等方法已經(jīng)在預(yù)防和治療PMOP方面顯示出療效。因此，通過干預(yù)腸道菌群治療PMOP 是一種全新的治療理念。