急性胰腺炎中肠道微生态的改变及基于肠道微生态的治疗策略

杨森

在过去20 年里，我国的急性胰腺炎(acute pancreatitis，AP)发病率提高了20%，成为我国胃肠疾病最常见的住院原因之一。根据其严重程度可将其分为轻症急性胰腺炎(MAP)、中重症急性胰腺炎(MSAP)与重症急性胰腺炎(SAP)。其中MAP一般没有器官衰竭和并发症，死亡率低。然而，有15%～20%的轻症患者可发展为SAP，伴有全身炎症反应和持续性多器官功能衰竭，死亡率高达30%，如果后期发生胰腺坏死组织继发性感染，病情发展为败血症，死亡率将会更高。近年来，随着对AP发病机制和病理生理过程等深入研究，急性胰腺炎的发生与发展与已知的病理性钙信号传导、自噬受损、线粒体功能障碍等病理生理过程息息相关。除此之外，肠道菌群失衡也越来越备受关注。这些机制相互作用，共同促进了AP的发生与发展。

1 肠道微生态

肠道微生态作为人体内最丰富、最复杂的生态系统，由超过1014微生物组成，分属1 000多个不同的物种。而这些微生物中的细菌在维持肠黏膜屏障功能、免疫调节、参与机体物质代谢等方面起着重要作用。目前，人类肠道菌群已经鉴定出细菌的几十个门，包括：拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门、放线菌门、梭杆菌门、螺旋体门等。在健康人群中，拟杆菌门、厚壁菌门、变形菌门和放线菌门占肠道菌群数量的99%。在这些门中，有的是有益菌，有的是机会性病原体，它们相互合作与竞争，共同维持着肠道微生态的平衡。这些细菌丰富度及均匀度的变化与人类健康和疾病的发生发展息息相关，已有研究表明，肠道菌群失调参与了炎症性肠病[1]、肠易激综合征[2]、抑郁症[3]、糖尿病[4]等疾病的发生与发展。

2 肠道菌群失调与AP

一项前瞻性临床研究结果表明[5]，与健康对照组相比，早期AP便伴有肠道微生态失调，主要表现为肠道菌群多样性减少，肠球菌和肠杆菌科增加，以及双歧杆菌减少，并且炎症因子血清IL-6与肠杆菌科和肠球菌呈正相关，与双歧杆菌呈负相关，血浆内毒素与肠球菌呈正相关。肠道菌群多样性的减少，最直接的后果就是导致了肠屏障功能的障碍。随着病情的进展，可以反映肠黏膜损伤的血清二胺氧化酶及D- 乳酸水平明显升高[6]。Zhu Y等人[7]研究表明，在门水平上，AP的拟杆菌门丰度显著减少，而变形菌门丰度则高于健康对照组。在属水平上，与健康对照组相比，普氏菌、粪杆菌和双歧杆菌等有益菌丰度水平下降，而致病菌大肠埃希菌- 志贺氏菌、肠球菌等丰度水平上升。大肠埃希菌- 志贺氏菌的增多可能与潘氏细胞的减少相关，潘氏细胞参与了肠屏障的组成，其可分泌α- 防御素、溶菌酶等来重构肠道细菌的结构[8]。而由于肠屏障功能的受损，肠黏膜通透性增加，大肠埃希菌-志贺氏菌、肠球菌可以通过损伤的肠黏膜释放入血引起继感染性胰腺坏死，是细菌易位的主要菌群。另外，Zhu Y等人[7]还进行了不同严重程度AP的肠道菌群比较，发现与轻症AP组和中重症AP组相比，重症AP组的拟杆菌属、Alloprevotella、Blautia和Gemella丰度水平显著下降，这些共生有益菌被认为是假定的纤维素降解剂，可促进结肠中抗性淀粉和纤维素的发酵并产生短链脂肪酸[9-12]，而短链脂肪酸(特别是丁酸盐)是肠上皮细胞的主要能量来源，可通过刺激上皮细胞产生黏液和紧密连接蛋白的重排增强肠黏膜屏障功能[13]，并且可以通过抑制NLRP3 炎性体途径减轻肠道损伤和炎症反应[14]。短链脂肪酸水平的下降，会加重肠屏障功能受损及肠道炎症反应，促进病情的进展，这与研究观察到的结果一致[7]。

肠道菌群的失衡也影响着机体的代谢途径，肠道菌群的代谢物所传递的“信号”在AP病情进展中起着不可忽视的作用。这些不同的代谢物可以是肠道菌群直接分泌、间接影响机体分泌或者通过分解和转化食物而来。肠道菌群与代谢物相互作用，影响着病情的发展。 前文提到在胰腺炎患者中粪杆菌的丰度水平显著下降，而粪杆菌是分泌丁酸盐的主要肠道菌群，在牛磺胆酸盐诱导的坏死性胰腺炎小鼠试验中[15]，其肠道代谢组学的特征性改变就是丁酸盐水平下降，并且通过口服和全身补充丁酸盐可以降低死亡率、细菌易位的发生，并且可以防止大肠埃希菌- 志贺氏菌的定植，缓解了病情的进展。有研究[16]强调了多胺在志贺氏菌属发病机制中的作用，由于基因的缺失和突变，志贺菌属失去了合成多胺的能力，而多胺可以通过调节改变K+通道活性、膜电位和胞质游离Ca2+浓度进行肠柱状细胞的重排从而修复肠黏膜[17]。这与前文提到的重症胰腺炎中志贺氏菌作为细菌易位的主要菌群的结论一致。另外，我们课题组进行的一项研究的预实验发现，与轻症胰腺炎相比，重症胰腺炎的肠道代谢物γ-谷氨酰半胱氨酸丰度显著降低，它是合成谷胱甘肽的中间底物，这导致了谷胱甘肽合成减少，通过KEGG通路分析我们发现，谷胱甘肽的减少会引起铁死亡核心调控因子谷胱甘肽过氧化物酶4活性下降，使脂质过氧化物和活性氧ROS过氧化积累，导致细胞铁死亡发生，而有研究表明[18]，铁死亡会加剧AP肠黏膜屏障的损伤。

3 基于肠道微生态的AP 治疗策略

目前，通过纠正AP肠道微生态失调达到治疗目的的方式主要有三种：抗生素、微生物制剂和粪菌移植。

3.1 抗生素 在肠屏障功能受损情况下，肠道菌群易位是AP病情加重的重要原因之一，AP患者在没有出现坏死胰腺组织感染的情况下，是否应该预防性使用抗生素治疗一直是值得商榷的话题。

目前大多数指南认为，预防性使用抗生素并不能降低胰腺周围组织或胰腺感染的发生率，也不能降低死亡率[19]，甚至有可能导致多重耐药或真菌感染。但有学者对18项随机对照试验进行荟萃分析发现[20]，预防性使用抗生素可以显著降低胰腺坏死的发生，并降低了总死亡率。有研究发现[21]，在雨蛙素诱导的AP小鼠中，通过联合使用万古霉素、新霉素和多黏菌素b能够减少肠道菌群，并且能改善肠黏膜屏障障碍，其作用机制可能是通过抑制胰腺NLRP3(Nod受体蛋白之一，在形成炎症小体中起重要作用)通路和抑制肠-胰腺炎症反应来抑制肠道细菌向胰腺的易位。在一项回顾性研究中[22]，研究者发现接受利福昔明治疗的AP患者的胰腺坏死感染的发生率较未接受利福昔明治疗的明显降低，但在死亡率方面没有统计学差异。利福昔明是第一个非氨基糖甙类肠道抗生素，对沙门氏菌属、大肠杆菌、志贺氏菌属等菌属有很高的药物活性，可通过纠正肠道菌群失调(正常菌群重新定植于肠道，特别是非致病性大肠杆菌)减轻肠道黏膜炎症，这提示利福昔明可能是治疗AP的一种新型治疗选择。

胰腺感染中的大多数病原体是胃肠道革兰氏阴性菌(大肠杆菌、变形杆菌、克雷伯氏菌)，因此，对于明确有感染的胰腺炎患者(可通过超声引导下细针抽吸细胞学检查区分感染性胰腺坏死和无菌性胰腺坏死)，或有明显脓毒症临床症状(低血压、发热、休克——充分复苏后)的AP患者，可使用抗生素治疗[20]。抗生素应具有良好的穿透胰腺炎的胰腺组织(有效通过血胰屏障)特性，选择应遵循“降阶梯”策略，针对革兰氏阴性菌和厌氧菌为主，如碳青霉烯类、喹诺酮类、第三和第四代头孢菌素、甲硝唑等。疗程为7～14 d，特殊情况下可适当延长[23]。尽快完善细菌培养及药敏试验，根据其结果调整抗生素。

3.2 微生物制剂 微生物制剂包括益生菌和益生元。益生菌根据世界卫生组织定义是指活的微生物，当摄取合适数量时，对宿主健康有益。益生

菌并不是只有一种或者几种，它是一类对人体健康有好处的细菌的总称。目前，大多数益生菌指的是双歧杆菌属、乳酸杆菌属及酵母菌属。双歧杆菌属主要分泌产物是乙酸和乳酸，可降低肠道环境的pH值，抑制肠道有害菌的生长。益生菌可抑制潜在致病菌的生长繁殖[24]，降低细菌易位的发生率和死亡率。并且可以增强胰腺谷胱甘肽的生物合成[25]，这可能会减少胰腺细胞的铁死亡发生。现在研究比较热门的益生菌菌株鼠李糖乳杆菌GG可以分泌一种新型分泌蛋白HM0539，这种蛋白可以增强肠道黏蛋白表达，预防脂多糖或肿瘤坏死因子-α诱导的肠道屏障损伤，增强肠黏膜屏障功能[26]。一项随机、双盲、安慰剂对照试验表明益生菌可缩短轻症急性胰腺炎患者的住院时间[27]。但一项包含536名成人重症AP的6项随机对照试验的荟萃分析表明，与安慰剂组相比，益生菌对胰腺感染率、手术率、住院时间和死亡率没有显著影响[28]。因此，对于重症AP患者，可能不适合使用益生菌治疗。上述研究结果的不一致可能与研究设计、受试人群的差异和偏倚等因素相关。总的来说，益生菌是否能作为治疗AP的一种常规方法，仍需要进一步科学循证。益生元则是指一些不被宿主消化吸收却能够选择性地促进体内有益菌的代谢和增殖，从而改善宿主健康的有机物质。有研究发现[29-30]，唾液酸乳糖和低聚半乳糖可增强肠屏障功能，其可诱导上皮细胞分化和修复，还可以增加肠道双歧杆菌及拟杆菌属的丰度水平，这将进一步增加短链脂肪酸（主要是乳酸、丁酸和丙酸）等浓度水平，这对急性胰腺炎肠道炎症反应可能有一定益处。但是，在一项纳入86名患者的前瞻性、双盲随机试验中[31]，研究者发现合生元(益生菌和益生元的混合制剂)能减少中重症和重症AP患者的住院时间，但对于脓毒血症的发生率及患者的死亡率并没有影响。已有研究证明补充胆汁酸[32]、丁酸盐[33]能直接或间接地调节肠道菌群、减轻肠道炎症，但这些研究都只是在小鼠模型上进行，缺乏临床证据，但也为我们在分子水平上探讨机制及临床上治疗AP提供了新的思路和指导。

3.3 粪菌移植 粪菌移植(fecal microbiota transplantation，FMT) 是指将健康人粪便中的功能菌群，移植到患者胃肠道内，重建新的肠道菌群，通过增加肠道微生物的多样性，实现肠道及肠道外疾病的治疗。目前，粪菌移植在治疗溃疡性结肠炎、复发性艰难梭菌感染等疾病有显著疗效，但在治疗AP方面仍存在争议。一项随机、单盲、平行组、对照研究发现[34]，FMT并没有降低AP患者的感染性并发症发生率，还观察到FMT组D-乳酸水平升高，这表明FMT治疗还可能会加重肠屏障功能障碍。在AP小鼠模型上，FMT增加了小鼠的死亡率和细菌易位的发生[12]。FMT治疗的效果和诸多因素相关，如供体选择、FMT时机、移植途径等。因此，FMT在AP治疗中的效果并不明确，未来还需要更多的多中心研究来检验其治疗效果。

4 结语

综上所述，肠道微生态失衡涉及了病理性钙信号传导、细菌易位、铁死亡等诸多病理生理过程，对AP的病情发展起着不可忽视的作用。通过使用抗生素、益生菌或益生元调节肠道菌群有一定的疗效，但要严格掌握使用适应证。虽然FMT治疗AP效果不明确，但仍是一种相当有潜力的治疗方法。未来需要进行大规模、多中心的试验来进一步验证上述三种微生态疗法的疗效。