消化道微生物菌群与胃食管反流病相关研究进展*

戴 璐，汪 怡，薛建国 综述，刘 菊 审校

江苏省昆山市中医医院：1.检验科；2.药学部；3.治未病科，江苏昆山 215300

胃食管反流病(GERD)作为一种常见的消化系统疾病，是指胃十二指肠内容物反流进食管引起一系列不适症状，其主要表现为胸骨后烧灼感(烧心)或胃内容物反流到喉咙上部感觉反酸，可进一步发展为Barrett食管甚至食管癌[1]。肥胖、吸烟、遗传及精神因素是GERD的危险因素。常见GERD患者食管和胃之间的瓣膜即食管下括约肌功能异常，其具体发病机制仍未明确。19世纪80年代人们首次关注微生物在人类疾病中的作用。消化道微生物菌群作为人体最复杂的微生物群落之一，为宿主提供代谢、免疫和保护功能，对人类健康起着至关重要的作用[2]。消化道微生物菌群与宿主相互作用而维持平衡，失衡则会引起疾病发生。近年来国内外学者开始研究消化道微生物菌群对GERD发生、发展的影响，本文对二者间相关的研究进展进行总结。

1 消化道微生物菌群与GERD

人体消化道包括口腔、咽喉、食管、胃、小肠、大肠和直肠等。本文将主要介绍GERD患者口腔、食管、胃和肠道微生物菌落情况变化(表1)，为GERD发生机制提供理论基础。

表1 GERD患者消化道微生物系统菌群变化情况

1.1口腔微生物与GERD 口腔内有丰富的微生物群，包括几百到几千种不同物种，主要的定植菌为兼性厌氧菌，如链球菌和放线菌。口腔微生物多样性失调可以局部或系统影响宿主稳态平衡导致疾病[3-4]。少量研究显示口腔微生物改变与GERD相关。LINNETT等[5]研究GERD患儿口腔健康问题时发现，相对于健康儿童，GERD患儿口腔变形链球菌增多。变形链球菌是口腔常见定植菌，也是一种产酸微生物，可能与GERD的发生相关。研究发现，GERD患者口腔硝酸盐还原酶活性高于健康人，且喂养高亚硝酸盐食物的GERD小鼠模型更易进展为食管炎，提示口腔微生物的硝酸盐还原酶将硝酸盐转化为亚硝酸盐，进一步促进了GERD的发生、发展[6-7]。为了研究GERD患者口腔微生物种属类别，ZIGANSHINA等[8]通过16SRNA检测出GERD患者及健康人唾液中的主要菌群种属均为链球菌属、普氏菌属、卟啉单胞菌属、韦荣球菌属、奈瑟菌属、嗜血杆菌属、梭杆菌属、罗氏菌属和纤毛菌属；GERD患者唾液中放线菌属、奇异菌属、韦荣球菌属及纤毛菌属等明显增加，卟啉单胞菌属、球菌属、消化链球菌属和奈瑟菌属相对下降。口腔微生物比较复杂，其与GERD间作用的研究相对较少，仍有待进一步研究。

1.2食管微生物与GERD 前期学者研究认为食管是无菌的，存在的细菌大多数被认为是从口咽向胃肠转移残存的。所以相对于肠道微生物而言，食管微生物研究甚少。另外食管标本获取的难度也使得其研究具有一定的困难。近十几年来，研究者采用多种非培养技术检测通过食管活检或食管刷取等方式采集的标本中的微生物组成情况[9]。PEI等[10]学者第一次利用16S rDNA PCR技术检测4例健康成人的食管活检标本细菌群，包括6个门：厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门、变形菌门、梭杆菌门和TM7；而在41个属种中主要的是链球菌属(39%)、普氏菌属(17%)、韦荣球菌属(14%)，大部分食管细菌群与上游口腔细菌群相似。YANG等[11]运用16SrRNA基因检测12例健康成人食管活检标本，菌群以链球菌属为主，与前者结果一致。另外，YANG等[11]的研究还发现，食管微生物群可分为2型：Ⅰ型，食管菌群以革兰阳性链球菌属为主，常见于健康人；Ⅱ型，食管菌群向革兰阴性厌氧菌/微需氧菌转化，革兰阴性厌氧菌/微需氧菌包括韦荣球菌属、普雷沃菌属、嗜血杆菌属、奈瑟菌属和梭杆菌属，主要与GERD相关。通过菌群分析，Ⅰ型食管菌群革兰阴性细菌占14.9%，Ⅱ型食管菌群革兰阴性细菌占比高达53.4%。日本学者通过16S rDNA PCR技术研究发现，GERD患者和健康成人食管细菌种属在门和属水平存在一定差异，GERD患者食管菌群共有6个门：变形菌门(43%)、厚壁菌门(33%)、拟杆菌门(10%)、梭杆菌门(10%)、放线菌门(2%)和TM7(2%)，但与PEI等的研究不同，正常食管菌群中未见梭杆菌门[12]。HARRIS等[13]分别收集嗜酸细胞性食管炎患者37例、GERD患者8例及健康人25例的食管黏膜分泌物进行微生物分析，结果显示服用质子泵抑制剂的GERD患者食管链球菌属明显减少。YU等[14]研究发现，相较于健康人，GERD患者食管微生物种类和多样性下降，拟杆菌门、普雷沃菌属、幽门螺杆菌属和莫拉菌属下降。由此看出，GERD患者食管微生物种类相对于正常食管发生一定变化，其与GERD发生机制之间的联系有待进一步研究。

1.3胃内微生物与GERD 由于胃内含有胃酸和消化酶，胃内曾被认为是无菌的。但国内外多项研究表明胃内有独立的微生物群，且与口腔和食管微生物完全不同[15]。健康人胃内菌群主要包括5个门：梭杆菌门、放线菌门、拟杆菌门、厚壁菌门和变形菌门；从属水平看主要包括奈瑟菌属、普雷沃菌属和链球菌属等[16-18]。幽门螺杆菌(Hp)作为胃内特殊的菌群，在GERD发生、发展机制研究中的结论各不相同。Hp感染常位于胃体部和胃窦部，可导致胃炎、胃溃疡及十二指肠溃疡，且可替代胃内优势菌群改变胃内微生态[15]。胃炎的部位不同，与GERD的相关性也不同。胃体部胃炎引起胃酸分泌降低，胃窦部感染往往引起胃酸分泌增多，胃酸分泌与GERD的发生、发展密切相关。YALAKI等[19]研究发现胃体部胃炎与GERD发生呈负相关。胃酸分泌降低是Hp感染抑制GERD发生、发展的常见机制，相对而言，胃酸分泌增高是Hp感染促进GERD发生、发展的常见机制[20]。GERD最新临床诊断治疗指南指出，质子泵抑制剂可作为GERD治疗的首选药物[21]。由此可见，Hp与GERD的相关机制有待进一步深入研究。

1.4肠道微生物与GERD 人类肠道定植约1013～1014个微生物，包括厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门、变形菌门、梭杆菌门和螺旋菌门，绝大多数属于厚壁菌门和拟杆菌门[22]。肠道菌群所含的基因组是人类基因组的150倍。大量研究表明肠道菌群与炎症、代谢紊乱等多种疾病相关，其中肠道菌群与GERD有着或多或少的联系。KIM等[23]招募糜烂性食管炎患者和健康人，通过食管胃十二指肠镜检查和乳果糖氢呼气试验对比发现糜烂性食管炎患者具有更高的小肠细菌过度生长(SIBO)，说明SIBO可能与糜烂性食管炎相关。姚佳等[24]研究发现，反流性食管炎患者常伴随SIBO，SIBO可加重消化道动力障碍。另外，GEORGE等[25]发现39%的胃瘫患者SIBO阳性，但近期CALDERON等[26]报道胃排空延迟与SIBO无关。值得一提的是，肥胖是GERD发生的危险因素之一[27]，而肥胖与肠道菌群密切相关。多项研究支持肠道微生物变化与肥胖及其并发症(包括胰岛素抵抗和非酒精性脂肪肝)之间的关系[28-29]。研究表明，肥胖小鼠肠道细菌丰度降低，且厚壁菌门比例相对增多[29]。肠道菌群与GERD发生机制密切相关，但目前研究还很表浅，值得深入探索肠道菌群与宿主发生GERD的关系。

2 GERD发生机制与消化道微生物菌群作用探讨

2.1食管裂孔疝(HH) 滑动性HH是一种常见内镜特征，发病率随年龄增长而增高。腹腔内压力增高、肥胖、怀孕或排便紧张均能导致疝的形成。国外学者首次提出GERD依赖于HH存在而发生，HH可以通过多种机制改变胃食管交界处功能，包括：(1)膈括约肌断裂；(2)食管下括约肌(LES)压力降低；(3)食管清除酸功能障碍[30]。MANES等[31]发现Hp感染可以保护HH>2 cm的患者，避免进展为GERD导致无症状疝。另一项研究表明，Hp被根除后，HH患者更易于向GERD发展[32]。因此，Hp感染可能是HH患者GERD发病率低的主要原因。

2.2LES松弛 LES是食管肌束统称，其在抗反流中作为重要屏障。LES松弛是HH患者和健康人反流的主要原因，在GERD发生机制中具有重要作用[33]。已证实GERD患者食管内菌群逐渐向革兰阴性菌转化。FAN等[34]构建脂多糖(LPS)感染的脓毒血症小鼠模型，结果发现括约肌释放诱导型一氧化氮合酶(iNOS)和神经元型一氧化氮合酶(nNOS)引起LES收缩障碍，且LPS引起的功能障碍作用可被iNOS抑制剂阻断。其他研究也同样证明内毒素通过增加一氧化氮(NO)的产生来引起LES松弛[35-36]。另外，有一项横断面研究表明，LES松弛可能是一种局部炎症和自身免疫相关的表现[37]。由此可见，消化道微生物系统菌群与LES松弛密切相关。

2.3食管清除障碍 胃内容物反流进入食管后，主要通过食管蠕动机械清除和唾液碳酸氢盐化学清除，使pH值正常。食管炎患者食管酸清除障碍，31%的GERD患者食管运动异常。尽管仍不清楚两者之间的因果关系，但GERD患者普遍存在食管运动障碍。SIBO可以引起肠道炎症和免疫反应，导致肠道功能障碍。GARGUS等[38]收集8份食管活检组织进行检测发现，GERD患者上皮肌成纤维细胞增加和促炎通路激活，且人食管肌成纤维细胞经酸和LPS刺激，激活Toll样受体4(TLR4)，从而激活下游核转录因子(NF)-κB炎症通路，促进白细胞介素(IL)-6和IL-8分泌。刘菊等[39]通过检测反流性食管炎模型大鼠食管组织及外周血相关促炎因子表达情况，发现反流性食管炎模型大鼠食管组织中IL-18、环氧合酶(COX)-2、iNOS表达水平及外周血中IL-18、IL-6、肿瘤坏死因子(TNF)-α水平均明显高于健康大鼠。此外，NADATANI等[40]培养Barrett食管上皮细胞，发现LPS同时启动和激活NOD样受体蛋白3(NLRP3)炎性小体，导致促炎细胞因子的分泌和细胞凋亡，提示食管微生物群可能有助于炎症介导的Barrett食管癌变。刘亚婷等[41]研究发现反流性食管炎小鼠模型食管黏膜损伤程度及食管组织TLR4、NF-κB表达水平与血清LPS水平呈正相关。由此可见，消化道系统微生物参与炎症过程及免疫应答，与GERD的发生、发展密切相关。

2.4胃排空延迟 胃排空延迟是GERD的发病机制之一，而消化道微生物系统转变对胃延迟排空具有影响作用。INADA等[42]构建LPS感染小鼠模型，研究发现LPS刺激小鼠胃肠道分泌iNOS和TNF-α从而引起胃排空延迟，加重胃排空障碍，从而促进GERD发生。另外，一项研究表明LPS可以促进胃肠道细胞表达COX-2导致胃排空延迟[43]。YUAN等[44]观察研究LPS感染小鼠模型，发现促肾上腺皮质激素释放因子受体2型(CRF2)广泛存在于小鼠胃细胞内，并与LPS引起的胃运动障碍相关。由此可见，Ⅱ型细菌以革兰阴性菌为主，其可能通过引起胃功能障碍，导致胃排空延迟，从而促进GERD发生。Hp作为胃肠道重要的病原菌，对胃延迟排空也有一定的影响。OKUMURA等[45]首次提出Hp可以抑制胃排空导致胃排空延迟。ZHANG等[46]认为治疗Hp感染可以改善胃排空延迟症状，但肠道内细菌含量会影响慢性Hp感染引起的胃肠道病理生理改变治疗后的恢复速度[47]。同样地，有研究表明Hp通过降低胃组织干细胞因子表达来减少Cajal间质细胞导致胃排空延迟，胃排空延迟也是GERD的病因之一[48]。然而一部分学者认为Hp与胃延迟排空并无相关性[49]。

3 小结与展望

综上所述，消化道微生物系统在GERD中起重要作用。消化道微生物系统向Ⅱ型细菌转变，其中革兰阴性菌比例增高，可通过促进HH形成、松弛LES、引起食管清除障碍及胃排空延迟导致GERD的发生，也可以通过慢性炎症逐步向肿瘤转化，这一过程主要通过LPS/iNOS/TLR4/NF-κB通路机制导致疾病发生。但消化道微生物系统种类数量庞大，微生物间及宿主相互之间作用复杂，GERD发病机制尚不明确，消化道微生物系统与GERD之间的机制探索不够深入，所以未来有待进一步研究两者之间联系。总而言之，消化道微生物系统可以作为GERD的标志物，并作为其新的临床治疗靶点，通过检测及调整消化道微生物系统来提示和治愈GERD成为可能。