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从肠道菌群到炎症因子:读懂疾病的预警信号

谷禾健康

当我们的皮肤被轻微割伤或烧伤时,伤口周围区域可能会变得红肿、发热,甚至伴有疼痛;感冒时,喉咙痛、肿胀;不小心扭伤后,可能会肿胀、疼痛和僵硬…这些都与炎症相关。

炎症,作为身体对损伤或感染的自然防御机制,是一种复杂的生物学过程,涉及到免疫细胞和多种分子介质的相互作用。它可以帮助身体对抗病原体、清除死亡细胞和促进组织修复。然而,当炎症反应过度持续时间过长时,它也可能成为许多疾病的驱动因素,包括心脏病、糖尿病、某些类型的癌自身免疫疾病等。因此,了解炎症及其相关症状对于早期识别和治疗炎症相关疾病至关重要。

你是否想过,在身体出现炎症之前,其实已经有一些潜在的信号出现?炎症这个过程看似简单,但背后却涉及复杂的免疫系统调控,以及多种炎症因子的参与。值得注意的是,在这些可见的炎症症状出现之前,我们体内的炎症因子可能已经悄然发生了改变

研究表明,肠道菌群的失调往往是最早的预警信号之一。当肠道微生物群的平衡被打破时,会引发一系列连锁反应:有益菌群(如双歧杆菌、乳酸杆菌)数量减少条件致病菌和致病菌的比例升高。这种失衡会导致肠道屏障功能受损,使得细菌产物(如脂多糖LPS)更容易进入血液循环。

早期的肠道菌群改变会引起炎症因子水平的显著变化。比如说:血清中促炎因子如TNF-α、IL-1β和IL-6的水平开始升高,而抗炎因子如IL-10的水平则呈现下降趋势。同时,由于有益菌群减少,短链脂肪酸等具有抗炎作用的代谢产物的产生也会减少。这些变化都可能发生在明显的炎症症状出现之前。

这种早期的炎症因子改变往往具有预警作用。例如,在动脉粥样硬化的发展过程中,即使尚未出现明显的斑块形成,血液中的炎症因子水平就已经开始发生变化。

本文将带大家了解炎症因子,具体怎么看,它的高低代表着什么,发挥什么作用,探讨炎症因子作为早期诊断生物标志物的价值,以及肠道菌群与炎症因子之间的复杂联系。通过监测肠道菌群的变化炎症因子水平的波动,我们可以更早地发现潜在的健康问题,为疾病的预防和早期干预提供重要的时间窗口。

01
炎症与炎症因子

◑ 炎症

炎症是身体对外界损伤、感染或内部损伤的一种自然防御反应,旨在清除有害刺激因子、清除死亡细胞和组织碎片,并启动修复过程。它是免疫系统的一部分,涉及多种细胞类型分子介质,包括白细胞、血管系统、补体系统和各种炎症因子

日常可见的炎症反应可分为两类:

  • 一类是急性炎症,比如运动后的肌肉酸痛,或是扭伤后的肿胀,通常来得快去得也快;
  • 一类是慢性炎症,如长期的关节不适,持续的胃肠道问题,或是反复发作的皮肤症状,这类炎症往往会持续较长时间。

不健康的生活方式,如吸烟、不良饮食、过量饮酒、久坐不动、压力、体重增加等,都可能导致慢性炎症

慢性低度炎症——疾病之源

慢性低度炎症是在没有明显感染的情况下,体内炎症介质水平持续升高。这种炎症状态往往不会引起明显的临床症状,但会长期影响人体健康

慢性炎症可以攻击全身,并在此过程中增加特定区域某些类型疾病和紊乱的风险,如心脏、大脑、关节、胃肠道等。

炎症是如何被触发的?

炎症的触发是一个复杂的过程,感染、损伤、应激、自身免疫反应、坏死细胞、代谢紊乱…这些都可能是炎症触发的途径。

随着损伤信号的识别,免疫细胞如巨噬细胞和树突状细胞迅速响应,受体的激活促使免疫细胞分泌炎症因子,这些炎症因子是炎症反应中的关键分子。

炎症因子的释放不仅放大了炎症信号,还促进了血管的扩张和通透性增加,使得免疫细胞和分子能够更有效地到达受损部位。这些炎症因子的相互作用级联反应构成了炎症反应的基础,它们共同协调了机体对损伤和感染的防御机制。

接下来我们来深入认识炎症过程中的核心”信使”——炎症因子。

◑ 炎症因子

炎症因子在疾病发展过程中扮演着关键角色,其水平变化不仅反映了疾病的发展态势,更为疾病的早期诊断和预后评估提供了重要依据。研究表明,炎症因子的变化往往早于临床症状的出现,这种特性使其成为疾病发展的重要生物标志物。

我们先看一下,炎症因子是什么?

炎症因子是一类由免疫细胞和其他细胞产生的特殊蛋白质分子,它们在体内发挥着”信使“的作用。也就是说,炎症因子就像是我们身体内的一支特殊”信号部队“,它们负责在炎症发生时传递各种指令,协调免疫系统的行动。

无论是急性炎症还是慢性炎症,炎症因子都扮演着不可或缺的角色,它们决定着炎症反应的强度、持续时间和最终结果。

炎症因子与细胞因子有什么区别?

炎症因子主要是指那些能够引起或加剧炎症反应的分子,而细胞因子则是一类更广泛的信号分子,包括炎症因子在内的多种类型,比如生长因子、趋化因子等,它们参与调节免疫细胞的功能和相互作用。

炎症因子可以被视为细胞因子的一个子集,也就是那些具有促进炎症反应功能的细胞因子

在疾病发展的早期阶段,即使尚未出现明显的临床表现,体内的炎症因子已经开始发生显著变化

例如,促炎因子TNF-α和IL-6的水平会逐渐升高,而抗炎因子IL-10的水平则呈现下降趋势。这种变化具有明显的时序性渐进性特征,为疾病的早期预警提供了可能。同时,C反应蛋白(CRP)等急性期蛋白的轻微升高,也常常预示着潜在的健康问题。

主要的促炎因子和抗炎因子有哪些?

doi:10.3390/ijeph17207618

随着疾病的进展,炎症因子会呈现出不同的变化模式。在急性疾病中,IL-1β和TNF-α等促炎因子会快速升高,同时伴随着中性粒细胞趋化因子的显著增加。而在慢性疾病中,则常常表现为持续的低度炎症状态,多种炎症因子维持在较高水平,形成促炎和抗炎因子的失衡状态。

不同类型的疾病中,炎症因子往往表现出特征性的变化。以心血管疾病为例,患者体内的CRP和IL-6水平通常持续升高,同时伴有粘附分子表达的增加。在自身免疫性疾病中,TNF-α和IL-17显著升高,以及特异性自身抗体的出现,往往是重要的诊断依据。而在代谢性疾病中,脂联素水平的改变和瘦素抵抗的出现,则与胰岛素抵抗密切相关。

炎症因子作为生物标志物在临床实践中有多重价值

诊断方面,它可以用于疾病的早期筛查、鉴别诊断和病情评估;

预后评估方面,能够预测疾病的进展趋势,评估并发症风险,并监测治疗效果;

治疗指导方面,帮助医生选择合适的治疗方案,调整用药剂量,评价治疗效果。

了解炎症因子的作用机制不仅有助于我们更好地理解炎症过程,也为开发新的治疗策略提供了靶点,通过调节炎症因子的活性来治疗炎症性疾病,那么,如何有效地调节这些炎症因子的活性呢?近年来,越来越多的研究开始关注肠道菌群在调节炎症因子和免疫反应中的作用

02
炎症、炎症因子与肠道菌群

在疾病发展的早期阶段,即使在临床症状尚未显现时,身体内部可能已经发生了微妙的改变。肠道菌群作为人体最大的微生态系统,常常能够最早感知这些变化,并通过多种途径向身体发出预警信号

我们以前的文章也有很多提及,肠道菌群不仅能影响局部的免疫反应,还能通过多种机制影响全身性的炎症状态,比如说:

代谢产物:

肠道菌群通过发酵膳食纤维产生短链脂肪酸(SCFAs),如乙酸、丙酸和丁酸,这些代谢产物能够调节免疫细胞的功能,特别是对调节性T细胞(Treg)的分化和功能具有重要作用,进而影响炎症因子的产生。

免疫细胞调节:

肠道菌群能够影响树突状细胞(DCs)和巨噬细胞的成熟和功能,这些免疫细胞在调节炎症因子的表达和释放中起着关键作用。

肠道屏障功能:

维持健康的肠道菌群有助于维持肠道屏障的完整性,防止病原体和有害物质的入侵,从而减少炎症因子的激活。

抗炎和促炎平衡:

某些肠道菌群成员能够促进抗炎细胞因子如IL-10的产生,而抑制促炎细胞因子如TNF-α和IFNγ的表达。

肠道菌群发出的预警信号,主要通过代谢产物、免疫细胞调节、肠道屏障功能维持以及抗炎促炎平衡等途径实现,而炎症因子则是传递这些预警信号的关键分子

通过监测这些早期的分子标志物,我们可以在疾病发展的早期阶段进行干预,从而更有效地预防和控制炎症反应的发生发展。

接下来,我们将深入探讨常见的炎症因子(炎症标志物),包括C反应蛋白、粪便钙卫蛋白、TNF-α、IL-1、IL-6、IL-10、IL-17、IL-22等,这些炎症因子的具体功能,肠道菌群与这些炎症因子的关联等。


c反应蛋白(CRP)

C反应蛋白(CRP)是一种重要的由肝脏产生的急性期反应蛋白,是临床上最常用的炎症标志物之一。比如,广泛使用于IBD筛查和评估疾病活动性、临床复发和治疗反应。

什么时候需要做CRP测试?

——急性

CRP水平在体内发生炎症组织损伤时会急剧上升。比如说,感冒时身体的免疫系统会被激活,C反应蛋白的产生显著增加,反映了身体正在经历一种急性炎症反应,通常伴随着其他症状,如发热、 寒战、喉咙痛、全身乏力、呼吸急促、恶心呕吐等。一般出现这种情况的时候医生会要求抽血,看看CRP指标。

——慢性

除了感染性疾病的早期诊断外,CRP水平的升高还可用于判断疾病的严重程度和监测治疗效果。例如,在风湿性关节炎、狼疮、炎症性肠病、血管炎、哮喘等慢性疾病中,CRP常常作为一种重要的生物标志物,帮助医生评估病情进展及治疗反应。也可用于术后并发症监测

例如,血液中高水平的hs-CRP心脏病发作风险增加有关。如果hs-CRP水平较高,心脏病发作的人更有可能再次心脏病发作

CRP水平的高低意味着什么?

一般来说,健康人的血液中CRP含量很低。

CRP与肠道菌群有什么关联?

一项研究中,在CRP血浆水平升高的肥胖小鼠中,Akkermansia muciniphila的比例下降

Phascolarctobacterium属成员的丰度与较低水平的CRP有关。这种关系可能会解释为什么该菌属比例的下降与结肠炎症有关:Phascolarctobacterium丙酸的生产者,丙酸是一种短链脂肪酸,通过抑制促炎调节因子NFκB的活性来抑制促炎级联反应。同样,粪杆菌的丰度与CRP水平呈负相关

因此,CRP是一种下游炎症标志物,可以通过特定肠道微生物的抗炎代谢产物的作用下调

对BMI超过25的健康受试者的基线血清和微生物群数据的评估表明,CRP水平较高的受试者乳杆菌属和双歧杆菌属的细菌丰度明显较低,但大肠杆菌属和拟杆菌属的丰度较高


粪便钙卫蛋白(FC)

钙卫蛋白是一种胞浆蛋白复合物,在中性粒细胞中组成性表达,并在肠道炎症期间迁移至肠粘膜时释放。

在健康状况下,钙卫蛋白具有免疫调节功能,对免疫防御至关重要;在慢性炎症性疾病中,钙卫蛋白可通过细胞因子受体结合和活性氧的产生来促进疾病进程

钙卫蛋白——非侵入性生物标志物

自20世纪80年代钙卫蛋白的鉴定和表征以来,粪便钙卫蛋白成为一种经过显著验证的非侵入性生物标志物,可用于评估肠道炎症,是短期复发和IBD炎症活动的可靠预测指标

举个例子:一个人去医院看病,主诉反复腹泻、腹痛、体重下降,有慢性腹泻的病史,过去几个月中症状有所加重,医生考虑他可能与肠道疾病相关,为了确诊,医生可能会开具粪便钙卫蛋白检测进行辅助诊断,帮助区分炎症性肠病和肠易激综合征。

钙卫蛋白水平高低意味着什么?

  • 低或正常水平(<=50.0 mcg/g)可能没有炎症,并且处于缓解状态,或者如果有症状,则这些症状不是由炎症引起的(即由肠易激综合征或其他原因引起)。了解这一点有助于排除IBD,并避免不必要的转诊和结肠镜检查。
  • 中度或临界水平(50.1-120.0 mcg/g)可能存在一些炎症,可能是由于治疗的炎症性肠病或与使用非甾体抗炎药(NSAID),阿司匹林或质子泵抑制剂有关。对于中度水平和提示IBD的临床症状的患者,可能需要在4-6周内重新检测。
  • 高或异常水平(>=120.1 mcg/g)可能有活动性炎症。高水平并不总是炎症的原因,所以医生可能会要求额外的测试。内窥镜检查(结肠镜或乙状结肠镜检查)可以作为后续测试,以帮助确定炎症,体征和症状的原因。

粪便钙卫蛋白与肠道菌群有什么关联?

一项来自TREND队列的大样本老年人研究发现,在高钙卫蛋白组与低钙卫蛋白组中,几种促炎肠道微生物属显著增加,而产短链脂肪酸菌减少

粪便钙卫蛋白升高的组中,几种产短链脂肪酸菌属(如梭菌属、Blautia、Turicibacter)的丰度降低IBD、帕金森和心血管疾病中的许多发现一致。这些产生SCFA菌减少可能是几种疾病机制的关键,因为SCFA可以防止病原体,调节代谢,内分泌和免疫功能,并影响药物代谢和吸收。

发炎的肠道中较高水平的氧气可以允许肠杆菌科的有氧呼吸,同时抑制专性厌氧菌、拟杆菌产生SCFA的梭菌的生长。此外,通过与富含脂肪的西方饮食的相互作用,含有促炎脂多糖作为膜成分的革兰氏阴性菌可能会引发炎症和粪便钙卫蛋白水平升高

血清中,高粪便钙卫蛋白组IL-17 C、CCL 19和毒性代谢产物硫酸吲哚酚升高。这些变化部分由肠道微生物群介导。此外,高粪便钙卫蛋白组显示BMI增加心脏病发作和肥胖的患病率较高

在免疫疗法治疗肝细胞癌患者期间,粪便钙卫蛋白显示出与阿克曼氏菌肠杆菌科比例和肠道微生物群α多样性相反的时间演变,但与zonulin-1和LBP相似。


肿瘤坏死因子-α

肿瘤坏死因子-α(TNF-α)是驱动炎症关键细胞因子。TNF-α在炎症级联反应的上游启动阶段,是Th1信号通路关键的细胞因子,在人体免疫系统中扮演着“紧急呼叫器”的角色。

该分子水平升高与胰岛素抵抗葡萄糖耐受不良相关,因为TNF-α能够激活各种信号传导途径,包括mTOR途径,使其成为代谢疾病发展中的关键分子。

TNF的“好”

TNF诱导睡眠,并增加非快速眼动睡眠。因此,当我们晚上想入睡时,它提高一些是很好的。TNF在健康人中在夜间自然升高

TNF是一种直接的脂肪克星,它导致脂肪细胞中的胰岛素抵抗,但也导致肌肉细胞中的胰岛素抵抗。这意味着葡萄糖不能进入这些细胞

TNF通过抑制食欲素来抑制食欲。因此,高水平的TNF会使你吃得更少,并抑制葡萄糖进入脂肪细胞,从而使你变瘦。如果你减少TNF,会变得更饿,储存更多的脂肪。因此,抗TNF治疗导致体重增加并不奇怪。

TNF的“坏”

TNF通过抑制食欲素让人感到疲劳,降低情绪降低认知和身体表现。

注:食欲素是一种非常重要的神经递质,对许多身体功能。食欲素在记忆获得和巩固以及长期记忆强化中起着许多关键作用。因此,如果你有炎症升高,它会损害你的认知能力。

TNF可以通过破坏线粒体造成持久的伤害。

TNF还可以降低甲状腺激素,导致“低T3综合征”。它也可以降低睾酮(趋势,但不显著)。

TNF会减缓伤口愈合,这意味着需要更多的时间从运动/受伤中恢复。

TNF可诱导“肠漏”。

长期升高的TNF-α也会扰乱昼夜节律并导致白天疲劳

与TNF-α相关的疾病:炎症性肠病(IBD)、类风湿性关节炎(RA)、2型糖尿病、肥胖、系统性红斑狼疮、神经退行性疾病、精神分裂症等。

哪些肠道菌群与TNF-α呈负相关?

  • 乳杆菌属(Lactobacillus casei、Lactobacillus bulgaricus、Lactobacillus crispatus等)
  • 双歧杆菌
  • 普拉梭菌(F. prausnitzii)
  • Odoribacter splanchnicus
  • Roseburia hominis
  • 其他一些产丁酸菌
  • Saccharomyces boulardii
  • Mycobacterium tuberculosis

哪些肠道菌群与TNF-α呈正相关?

  • 大肠杆菌 (Escherichia coli)
  • 志贺氏菌 (Shigella)
  • Rothia dentocariosa
  • Staphylococcus aureus
  • 其他机会性致病菌

TNF-α在不同类型的感染中表现出不同的作用,例如在真菌感染中,TNF-α通过调节Th17/Th2中性粒细胞/嗜酸性粒细胞的平衡来影响炎症反应。而在克罗恩病患者中,TNF-α的诱导活性与某些革兰阴性菌有关。

肠道菌群通过其代谢产物,如短链脂肪酸,可以影响TNF-α的水平。短链脂肪酸能激活AMPK,减少FIAF(诱导型脂肪因子)的产生,从而抑制脂多糖的活性,进而影响TNF-α的产生

★  如何减少TNF-α?

生活方式:运动(骑车)、瑜伽、太极拳、睡眠不足后的小睡、谈恋爱等。

饮食:沙丁鱼、蘑菇、大蒜、蜂蜜、大豆、苦瓜、十字花科蔬菜(西兰花、花菜)、水果(红树莓、蓝莓、黑醋栗果、李子、桃、荔枝、巴西莓)等。

其他补充剂:姜黄素、鱼油、肉桂、精氨酸、甘氨酸、组氨酸、铬、植物淄醇、黄芪、青蒿素、柠檬苷、辅酶Q10、紫锥菊、葡萄糖胺、小檗碱、黄芩、银杏、南非醉茄、槲皮素等。


IL-1

IL-1是一种重要的促炎细胞因子。促进炎症细胞的招募和活化,增加血管通透性,吸引免疫细胞到达炎症部位。参与调节T细胞和B细胞的活化、增殖和分化,促进发热反应、疼痛、肿胀。同时也可以诱导某些细胞类型的凋亡,参与组织修复和再生。

与IL-1相关的疾病:自身免疫性疾病、感染性疾病、心血管疾病、代谢性疾病、神经退行性疾病等。

哪些肠道菌群与IL-1呈负相关?

  • Lactobacillus intestinalis
  • 双歧杆菌
  • Akkermansia muciniphila
  • 一些产丁酸菌

哪些肠道菌群与IL-1呈正相关?

  • Clostridiales
  • Klebsiella
  • 拟杆菌的一些菌株
  • 肠杆菌科
  • 假单胞菌属
  • 某些机会性病原体

肠道菌群代谢产物,短链脂肪酸,通过激活AMPK和抑制PGC-1α,进而影响IL-1的产生。

◆ IL-1β

IL-1β是IL-1家族的重要成员之一,同属于促炎性细胞因子,IL-1β常作为特异性炎症标志物

IL-1β的“好”

IL-1β是诱导睡眠机制的一部分,并增加非快速眼动睡眠,IL-1β具有昼夜节律,在睡觉前升高,但如果你是夜班工人,它会转移到白天。

IL-1在记忆功能中发挥作用,所以人需要一定水平的IL-1,但要尽可能低”。

在啮齿动物中,IL-1β增加了催产素和加压素的释放。

IL-1β增加NGF

NGF和NT-3在刺激神经突起生长方面有些独特,这是NGF、BDNF或NT-4无法单独完成的。IL-1β还会增加GDNF,这再次刺激神经突起的生长。

此外,它可以通过增加bFGF来增加多巴胺促进神经元

IL-1β的“坏”

如果你的IL-1水平升高,那么这将影响你的情绪、认知功能、清醒程度和动力,需要关注降低慢性炎症。

IL-1与抑郁症有关,可能通过减少雌激素合成、增加黄体酮分解影响情绪,同时降低雄性激素水平。压力可通过IL-1b介导的途径导致抑郁,同时损害认知能力,影响学习和记忆,这可能与脑源性神经营养因子(BDNF)的减少有关。

IL-1通过抑制食欲素引起疲劳,并与焦虑、HPA轴激活、IBS、认知缺陷和多种慢性疾病相关。

IL-1β与低睾酮水平相关,可能通过影响甲状腺激素皮质醇水平降低性能。它还抑制胰岛素释放,影响血糖水平,降低乙酰胆碱水平,并在肠道中抑制胃酸,可能导致幽门螺杆菌感染失控

IL-1β与肠道菌群的关联

  • 分节丝状菌(SFB):通过粘附于肠道上皮细胞诱导SAA的分泌,进而刺激CD11c+细胞产生IL-1β。
  • 普拉梭菌:降低IL-1β的水平。肠道核心菌属——普拉梭菌(F. Prausnitzii),预防炎症的下一代益生菌
  • Parabacteroides distasonis可以抑制IL-1β。
  • IL-1β与拟杆菌和Christensenellaceae相关Christensenella minuta——下一代益生菌候选者:改善代谢、减轻炎症
  • 海马体中IL-1β的过度表达会导致精神疾病,如抑郁症,益生菌Lactobacillus gasseri通过调节IL-1β表达和肠道菌群减轻小鼠认知障碍和抑郁症

★ 如何减少IL-1β?

饮食:蔬菜和水果(花青素)、芹菜、生姜、十字花科蔬菜(西兰花、花菜)、燕麦鱼(虾青素)等。

益生菌:植物乳杆菌等

其他补充剂:维生素A、VB2、穿心莲、β-葡聚糖、葡萄籽提取物、水飞蓟素、红景天、黄连素、小檗碱、葡萄籽提取物、鱼油、茶多酚、蜂蜜、黄芩苷、迷迭香酸、丹参、锌(如果缺乏)、苜蓿、白术、紫苏等。


IL-6

IL-6是与系统性炎症相关的炎症因子,调节免疫反应,参与激活和分化T细胞,促进B细胞分化和抗体产生,促进急性期蛋白的合成,促进中性粒细胞的募集,参与炎症性疾病的发生发展。

IL-6在中枢神经系统中也发挥作用,参与调节神经炎症和情绪反应

IL-6可以通过两种方式激活细胞:

  • 一种方法是抗炎和帮助组织再生;
  • 另一种是促炎性的,会引起各种问题。

IL-6在你生病运动升高,特别是有氧运动。如果运动增加炎症标志物,那么怎么理解运动是健康的?

当你运动时,肌肉会释放IL-6,这是抗炎的。然而,当免疫细胞(巨噬细胞)释放它时,它是促炎性的。

IL-6还抑制Th1细胞,同时诱导Th2细胞,因此对Th2占主导地位的人来说情况更糟。它还增加了B细胞,这是产生抗体并导致过敏和自身免疫的原因。

不易患自身免疫性疾病的人也可能患有IL-6升高。这是与现代文明病有关的细胞因子。最常见的原因可能是肥胖

IL-6升高的其他常见原因可能是慢性压力、睡眠太少、吃得太多(特别是吃太多糖或精制食品)、吸烟、过量酒精、运动过多

IL-6的“坏”

IL-6水平在几乎所有疾病状态中都升高。

减少了Treg细胞,这反过来又阻碍了我们对摄入的蛋白质产生耐受性的能力-引起过敏。它还增加了中性粒细胞的产生,这是炎症

IL-6是中年后期认知能力下降的一个很好的预测因子

IL-6可能会导致情绪恶化绝望的感觉。IL-6还与暴力自杀、冲动和避免单调乏味相关。

IL-6导致血糖水平升高,增强了应激激素(CRH)对肠道粘膜的影响,导致IBS。IL-6可导致肠漏。

IL-6通过抑制(或超甲基化)对GABA正常工作重要的基因(GAD 67)而导致精神分裂症。

IL-6是CRP最有效的诱导剂,CRP就是我们前面讲的炎症标志物。

它可以通过增加IgG和IgM抗体产生和恶化食物敏感性和自身免疫问题。

IL-6也会导致皮肤问题。IL-6在患有皮肤真菌变色菌的人中升高。IL-6还增加了Th 22细胞,这破坏了皮肤微生物平衡。

IL-6的“好”

IL-6如果升高大多是不好的,但短暂的峰值可能是有益的。

TNF和IL-1β增加IL-6,但IL-6反过来抑制这两种细胞因子,其比IL-6本身更有害。在这种方式下,它是一种抗炎。抑制TNF,分解脂肪细胞并降低胰岛素抵抗

IL-6在一些细菌、病毒和真菌感染中起保护作用。

IL-6的正常水平是什么?

在健康受试者中,IL-6血液水平几乎检测不到,范围在2-6 pg/ml之间。另一项研究提到,健康人的平均水平为0.5 pg/ml 

抑郁症患者的IL-6水平比健康人高约1.78 pg/ml。

在患有风湿性关节炎的人中,水平可以增加到1000倍(不常见)。在败血症中,这是非常危险的,它可以增加到一百万倍。

IL-6与肠道菌群有什么关联?

高脂饮食削弱粘液层的完整性,增加血液中LPS的水平,通过TLR-4传递,导致血液中TNF-α、IL-1、IL-6和PAI-1(纤溶酶原激活抑制剂-1)的水平升高,引起系统性炎症。

坏死的肠道粘膜细胞会刺激巨噬细胞产生IL-6。

  • 大肠杆菌(Escherichia)和志贺氏菌(Shigella):会增加IL-6的产生。
  • 乳杆菌属(Lactobacillus)和双歧杆菌属(Bifidobacterium):能够抑制IL-6的产生。
  • 分节丝状菌(SFB):通过鞭毛蛋白促进其产生。

★ 如何减少IL-6?

生活方式:情绪积极、睡眠不足后的小睡、听音乐等。

饮食:地中海饮食、燕麦、多酚、坚果(腰果)、豆类、橄榄油、蔬菜、蓝莓、红树莓、蜂蜜等。

其他补充剂:鱼油、植物甾醇、螺旋藻、维生素B2、VB12、VE、镁、铬、锌、精氨酸、组氨酸、甘氨酸、银杏、维生素E、黄芩苷、乳铁蛋白、葡萄籽提取物、黄芪、丹参、紫锥菊、迷迭香酸、牛至、鼠尾草等。


IL-10

IL-10是一种重要的抗炎因子。

它能抑制促炎细胞因子的产生(如TNF-α、IL-1β、IL-6),降低抗原呈递细胞的活性,减少炎症细胞的募集,有助于炎症反应的消退。抑制Th1细胞的活化,从而调节Th1/Th2平衡

IL-10的“好”

自身免疫性疾病(如类风湿性关节炎、系统性红斑狼疮等)和移植免疫中,IL-10有助于防止自身反应性T细胞的活化,减少对移植器官的排斥反应。

IL-10抑制COX-2,这是参与偏头痛,疼痛和炎症。COX-2通常被非甾体抗炎药如阿司匹林和布洛芬阻断。

通过抑制肥大细胞,它抵消了这些细胞在过敏反应部位的炎症作用。

IL-10通过减少暴饮暴食并降低下丘脑(控制食欲的腺体)中的胰岛素和瘦素抵抗(通过抑制细胞因子、Nf-kB和ER应激)来减少肥胖。

IL-10的“坏”

IL-10可以阻断对病毒感染的反应,甚至直接增加病毒蛋白的产生,比如说,在慢性疲劳综合征中,IL-10增加;慢性感染的丙型肝炎患者在遗传上倾向于高IL-10产生,对治疗的积极反应较低。

平衡 IL-10 的“好”与“坏”

Th 1免疫系统,特别是CD 8 + T细胞和IFN γ,是人体对抗癌症的机制的一部分。阻断IL-10显示出作为癌症治疗的前景。然而,IL-10在某些情况下也通过促进细胞毒性T细胞活性和IFN-γ产生而发挥保护性抗癌作用。

重要的是认识到全身和癌组织中的IL-10水平之间存在差异。如果IL-10在正常组织中处于健康水平,在癌组织中处于低水平,那么这是比较理想健康的。

血液中IL-10的水平并不一定代表肠道或其他组织中的水平,但通常存在相关性。

现代环境中,高IL-10水平可能比低IL-10水平更好,因为可以对抗细菌感染。

IL-10与肠道菌群有什么关联?

乳杆菌、双歧杆菌、普氏粪杆菌、某些产丁酸菌:能促进IL-10的产生,从而改善肠道炎症。

益生菌通过促进调节性T细胞(Treg)的分化来增加IL-10的产生

★ 如何增加IL-10?

生活方式:运动、晒太阳、冥想等。

饮食:芝麻油、肉桂、大蒜、辣椒素、甘草、芥末等。

益生菌:植物乳杆菌、布拉氏酵母菌、干酪乳杆菌、枯草芽孢杆菌等。

益生元:阿拉伯半乳聚糖

其他补充剂:姜黄素、表儿茶素EGCG、Boswellia、橄榄苦苷、褪黑素、白藜芦醇、维生素D3、辅酶Q10、植物甾醇等。


IL-17

IL-17(白细胞介素-17)是一种重要的促炎细胞因子,在自身免疫和炎症反应中发挥关键作用。IL-17能够促进多种细胞产生炎症因子,如IL-1β、TNF-α和IL-6,促进中性粒细胞募集,加剧炎症反应。

在肿瘤微环境中具有双重作用,既可以促进抗肿瘤免疫反应,也可能促进肿瘤的侵袭和转移

与自身免疫性疾病、肿瘤、感染性疾病等相关。

IL-17水平的变化可以作为某些疾病预后的生物标志物。

IL-17 C属于IL-17细胞因子家族,由上皮细胞而不是免疫细胞产生。它作为对上皮损伤的快速局部自分泌反应,促进抗微生物保护反应肠屏障维持

分节丝状菌(SFB):通过其鞭毛蛋白促进其产生。

青春双歧杆菌(Bifidobacterium adolescentis):能够诱导肠道Th17细胞积累,从而促进IL-17的产生。


IL-22

IL-22(白细胞介素-22)是IL-10家族的重要成员,主要参与组织修复和黏膜免疫

具体来说,IL-22在组织损伤后的修复和再生过程中起着重要作用,特别是在肝脏和肠道等上皮组织中。

它是一种促炎细胞因子,但它也能发挥抗炎作用,特别是在抑制过度的炎症反应和促进组织稳态方面。

IL-22能够增强上皮细胞的抗菌肽表达,从而增强机体对细菌和病毒感染的防御能力。

急性结肠炎中具有保护作用,但在慢性结肠炎中,IL-22与IL-17A协同介导致病性

分节丝状菌(SFB):通过鞭毛蛋白参与调节其产生,诱导SAA产生来促进IL-22的分泌,刺激树突状细胞促进IL-22的产生。


IFNγ

IFNγ(干扰素-γ)是一种重要的细胞因子,它在免疫反应、抗感染、抗肿瘤和调节免疫应答中扮演着重要角色。

IFNγ是Th1细胞介导免疫反应的关键因子,它能够促进Th1细胞的分化,并抑制Th2细胞的分化,从而调节Th1/Th2平衡

在某些自身免疫性疾病中,如多发性硬化症和类风湿性关节炎,IFNγ的过度产生与疾病的发生和发展有关。

肿瘤:IFNγ在肿瘤免疫监视中起关键作用,但其在肿瘤微环境中的作用可能更为复杂,包括促进肿瘤免疫逃逸


TGF-β

TGF-β(转化生长因子-β)是一种多功能细胞因子,在调节免疫反应和促进Tregs细胞的增殖中起作用。

肠道菌群的变化可以影响TGF-β的产生,进而影响Tregs和Th17细胞的平衡。

丁酸梭菌,诱导树突状细胞中TGF-β信号传导,进而诱导调节性T细胞(Treg)的产生。

以上我们了解一些常见的炎症因子的功能,与肠道菌群的关联,基于这一认识,我们将进一步探讨这种异常变化如何表征不同疾病的风险,以及如何通过早期干预来预防和治疗相关疾病。

03
肠道菌群-炎症因子异常表征的疾病风险及干预

在探讨肠道菌群与炎症因子异常之间的关系时,我们不得不关注它们在多种慢性疾病中的作用,尤其是那些与炎症密切相关的疾病。

这里我们通过举例分析几种典型疾病(抑郁症、心血管疾病、炎症性皮肤病)中肠道菌群与炎症因子的动态变化特征,更深入地理解肠道菌群如何作为炎症反应的早期指标,为疾病的早期预防和个体化治疗提供科学依据。


抑郁症

抑郁症是一种常见的精神障碍,其特征为情绪低落、食欲不振和高自杀率。研究表明,炎症反应在抑郁症的发病中起着关键作用,炎症水平的紊乱可增加抑郁症的发病率

调节炎症水平可能是肠道菌群影响宿主健康的途径之一。通过调节特异性肠道菌群和炎症反应,可以实现抑郁症的早期预测、预防和个性化治疗。

➤ 抑郁症

一项研究通过孟德尔随机化分析方法确定了15个与抑郁症相关的肠道菌群分类群和4种细胞因子,并证实了某些细胞因子在肠道菌群对抑郁症影响中的介导作用。

研究发现,RomboutsiaIntestinimonas、瘤胃球菌UCG 011等对抑郁症具有保护作用。

Romboutsia,Ruminococcaceae UCG 011,Intestinimonas都是产丁酸菌,临床研究发现,Romboutsia的丰度与帕金森病患者的抑郁状态呈负相关。同样,应激耐受性较差的小鼠含有较少的Romboutsia,导致对抑郁症的易感性更高

IntestinimonasIL-10水平呈正相关能够修复肠道损伤的促炎细胞因子DAO、D-LA呈负相关

瘤胃球菌科UCG 011能够影响促炎细胞Th17的分化,减少促炎细胞因子IL-17的分泌,改善慢性炎症,缓解疼痛和焦虑抑郁症状。

毛螺菌FCS 020、链球菌、Marvinbryantia等被确定为抑郁症的危险因素

毛螺菌科FCS 020能够诱导炎症反应,与血清脂多糖和细胞因子产生正相关,并且在自闭症儿童中丰度增加

链球菌是一种与LPS密切相关的促炎性肠道菌群。

Marvinbryantia在慢性轻度应激大鼠中数量增加。

ADA 和 IL-18 R1是抗抑郁的保护性细胞因子

VEGF_ATNFSF 14促进抑郁的危险因子

抑郁症的严重程度与VEGF_A呈正相关。这可能与VEGF介导的血脑屏障功能障碍有关。许多抗抑郁药物通过调节VEGF_A发挥抗抑郁作用,因此VEGF_A对抑郁症的治疗效果具有预测作用

TNFSF 14是TNF受体超家族的成员,其通过激活NF-κB信号通路促进促炎细胞因子的产生。TNF损害神经递质的合成并降低5-羟色胺的可用性,导致神经毒性代谢物的积累,这反过来会导致神经系统损伤导致抑郁症。

循环细胞因子介导的肠道菌群对抑郁症的影响

doi.org/10.1007/s13167-024-00379-z

➤ 重度抑郁症(MDD)

一项研究探讨了首发未经治疗的重度抑郁症(MDD)患者的肠道菌群组成与炎症因子和认知功能之间的关系。

研究发现MDD患者的肠道菌群多样性显著降低,某些菌群如拟杆菌属、Alistipes增加;一些菌群如梭菌科、Turicibacter减少。这些肠道菌群的改变与炎症因子(如IL-6、CRP)水平升高以及认知功能障碍(如执行功能、记忆力下降)显著相关

在MDD患者中,拟杆菌科拟杆菌属均与hsCRP、CCT1、CCT2正相关

拟杆菌属是嗜酸性和革兰氏阴性的,是存在于人类胃肠道系统中非常丰富的细菌。拟杆菌属的某些菌株由于其许多能力对人类健康有利。然而,当人们经历压力,如休克,虐待,失去家庭成员等。拟杆菌属物种的某些菌株如脆弱拟杆菌可分泌脂多糖(LPS)、细菌淀粉样蛋白、内毒素(如脆弱溶素)和外毒素。这些神经毒素刺激各种细胞类型中TNF-α、IL-1β、IL-8、IFN-γ、CXCL 8和其他炎性细胞因子和趋化因子的释放,导致对这些细菌分子病原体的炎症反应。

活化的炎症反应可以破坏肠粘膜屏障以及血脑屏障,并且进一步地,它们可以活化CNS的小胶质细胞。发现活化的小胶质细胞参与促炎细胞因子的分泌,包括IL-1β、IL-6、TNF-α和TGF-β,从而有助于患有神经障碍的个体中认知障碍的发展

Alistipes与IL-6呈正相关,与延迟记忆、总分和标准化评分呈负相关

Alistipes也是促炎细菌,有研究表明,Alistipes属以IL-6依赖性方式参与促进炎症和肿瘤发生。本研究中Alistipes与IL-1、IL-6无显著相关性,与TNF-α呈负相关。因此,Alistipes可以通过炎症反应以外的其他方式加重认知障碍

扩展阅读:

肠道重要菌属——另枝菌属(Alistipes),调节炎症情绪等的潜力菌

Clostridiaceae、TuricibacteraeTuricibacterIL-1βIL-6均呈负相关

➤ 伴有厌食症的重度抑郁症

与健康个体相比,患有厌食症重度抑郁症患者具有不同的肠道微生物群,具有更高的CRP水平。伴厌食症的抑郁症患者中Blautia含量更丰富,并与CRP、HAMD评分厌食症正相关。肠道菌群可能通过炎症因子CRP影响MDD和厌食症。

粪杆菌、拟杆菌Roseburia副拟杆菌与厌食、HAMD评分和CRP水平负相关。

短链脂肪酸通过干扰NF-κB通路发挥抗炎作用,补充短链脂肪酸可以减少炎症并缓解抑郁症状

因此,MDD患者中产短链脂肪酸菌的减少可能会通过炎症反应引起抑郁症。这些炎症分子干扰食欲并促进厌食。下丘脑的炎症通过上调5-羟色胺的可用性,并刺激其在下丘脑中的信号传导途径而引起厌食症

总的来说,由于肠道生态失调引起的免疫失衡是抑郁症发病的早期风险指标。这为利用无创肠道菌群检测对抑郁症进行早期筛查、及时预防和个性化治疗提供了依据。通过将非侵入性肠道菌群检测现有方法(如心理问卷)相结合,可以共同预测和评估患抑郁症的风险


心血管疾病

心血管疾病(CVD)对人类健康构成了巨大的威胁。炎症是心血管疾病病理过程的普遍原因,包括免疫细胞的激活、积聚和炎症因子的释放。

➤ 动脉粥样硬化(AS)

动脉粥样硬化是CVD的病因之一。脂质沉积持续性血管炎症被认为是动脉粥样硬化斑块进展的两个核心因素。

一项基于粪便宏基因组学、临床测量和流行病学的研究表明,日常饮食通过影响肠道微生物群促进动脉粥样硬化的形成,而抗炎反应功能障碍可能是核心过程

脆弱拟杆菌的增加减少了乳酸杆菌的丰度,增加了脱硫弧菌科的丰度,导致葡萄糖或脂质代谢功能障碍,加重炎症反应。

循环中低密度脂蛋白含量显著增加,斑块中CD 36、F4/80增加,促进主动脉斑块的形成和动脉粥样硬化的进展

衰老是动脉粥样硬化发展的另一个关键危险因素。

在炎症反应加重的衰老个体中,参与花生四烯酸(AA)代谢途径的组分(如20-HETE、PGF 2 α、花生四烯酸和LTB 4)显著增加。因此,建议肠道微生物群与动脉粥样硬化可能通过“肠道微生物群-代谢物-局部炎症-动脉粥样硬化”轴联系起来。

花生皮提取物(PSE)可降低动脉粥样硬化小鼠的血清TC和LDL-C含量,增加HDL-C含量,从而减缓动脉粥样硬化斑块的形成。

天麻素可以调节肠道微生物种类和丰度,降低促炎细胞因子TNF-α和IL-6的水平,增加抗炎因子IL-10的水平。

通心络干预是一种传统中药,通过增加肠道中益生菌的水平来改变斑块稳定性,从而增加有益代谢产物的含量,如反式阿魏酸,这可以抑制斑块中NLRP 3相关的炎症通路并稳定斑块。

乳酸杆菌的管理减少了来自受干扰的肠道微生物群的毒素,并增加了SCFA的水平,抑制了动脉粥样硬化的进展。

黄酮类化合物通过抑制TMA裂解酶而具有治疗冠心病的作用。

燕麦纤维可以防止动脉粥样硬化的恶化,阻断了TLR 4信号通路,降低了NF-κB p65的表达,并通过影响肠道微生物源性异丁酰-L-肉碱、戊酰肉碱、1-甲基鸟苷和2-甲基鸟苷来维持肠粘膜屏障的完整性

鱼油衍生的长链单不饱和脂肪酸(LCMUFA),通过降低厚壁菌门和拟杆菌门的比例增加肠道中阿克曼氏菌的丰度,上调SCFA以及SCFA诱导的一些胰高血糖素样物质来维持肠道微环境的平衡,降低了血清中炎性细胞因子的水平,抑制了动脉粥样硬化病变的进展。

支链氨基酸(BCAA)补充剂可以通过调节炎症来减轻动脉粥样硬化,包括减少巨噬细胞浸润、降低炎症因子的血清水平和抑制炎症相关信号通路。

➤ 慢性心力衰竭(CHF)

对53名慢性心力衰竭患者和41名对照成员的粪便宏基因组分析显示,慢性心力衰竭患者的肠道微生物群组成和代谢特征与对照组有显著差异,提示肠道微生物群功能障碍慢性心力衰竭密切相关。

当肠道微生物群被破坏时分泌的LPS,以TLR4依赖性方式减少ZO-1紧密连接(TJ),并诱导肠上皮TJ的明显变形,导致肠屏障完整性的破坏

心力衰竭患者会发生慢性全身炎症反应,血浆中几种促炎细胞因子的水平与疾病的严重程度预后相关。肠道微生物群破坏和细菌产物(如LPS)易位到血液中是炎症过度状态的主要因素。

LPS是最强的促炎介质之一,可诱导心力衰竭患者血清中TNF-α、IL-1和IL 6的释放。另一方面,LPS通过TLR 4直接诱导心肌细胞损伤

研究表明,晚期心力衰竭患者心脏中TLR 4的表达增加,与心脏炎性损伤高度相关,而抑制TLR 4可缓解心力衰竭的进展。

然而,一些研究表明,通过适当调节肠道微生物群,从而减轻或逆转心室重塑,可以减轻炎症。

目前有报道称,一些中药,如芪荔强心(QL),可稳定心力衰竭后的肠道菌群,通过减少炎症因子(如NLRP 3、IL-1β和TNF-α)的产生来抑制心肌纤维化和心脏重塑

严重的心力衰竭总是伴随着肠道功能障碍。因此,重视肠功能的维持,可能会改善心力衰竭患者的预后

肠道微生物群失衡会加重心血管疾病

doi.org/10.3390/nu15030607

➤ 高血压

• 高盐饮食与肠道菌群失衡

高盐饮食导致乳杆菌属减少,这些菌株能够产生肠道吲哚-3-乳酸,进而影响Th17细胞的活化。

• Th17细胞与炎症因子IL-17A

Th17细胞的活化与IL-17A的产生增加有关,IL-17A通过上调肾脏中的钠转运蛋白(如钠氢交换蛋白3和氯化钠共转运蛋白)促进肾钠再吸收,这可能导致盐敏感性高血压

• 益生菌治疗与血压调节

鼠乳杆菌(Lactobacillus murinus)进行的益生菌治疗可以预防小鼠的盐敏感性高血压,这表明通过调节肠道菌群可以影响血压。

• 高盐饮食与肠道菌群代谢物:

高盐饮食降低了肠道中脆弱拟杆菌花生四烯酸的水平,这可能增加肠源性皮质酮的产生,进而提高血清和肠道中的皮质酮水平,促进血压升高

• 饮食中钠的减少与SCFA

减少饮食中的钠可以增加循环中的短链脂肪酸(SCFA),降低血压,这表明菌群代谢物SCFA可能在血压调节中发挥作用。

• 神经炎症与高血压

肠道微生物群的紊乱及其代谢产物失调,会刺激巨噬细胞释放过量的炎症因子加剧高血压的进展。

• 交感神经系统的激活与肠道菌群

交感神经系统的激活增加了肠粘膜的渗透性破坏了肠道微生物群的平衡,导致炎症细胞的动员和分化,这些炎性细胞返回大脑后加重神经炎症

双歧杆菌能够增加eNOS的活性,降低血清过氧化氢酶的活性,这可能有助于维持血管的舒张和降低血压

高纤维饮食增加了共生细菌的丰度,抑制了机会致病菌的繁殖,例如,产乙酸菌比例的增加有效降低了血压,减轻了心脏肥大和纤维化。

总的来说,维持肠道微生物群的稳定性对CVD的进展具有抑制作用。合适的饮食疗法,如益生菌和益生元补充剂,可以维持肠道微生物群的平衡,这已被证明可以有效降低血液中炎症因子的水平,改善心血管疾病的预后。


炎症性皮肤病

炎症性皮肤病代表了一组具有多种病因的疾病,包括遗传因素、感染和免疫失调,涉及先天性和适应性免疫系统中各种免疫细胞和炎症介质的激活。

一项研究首次使用双样本MR分析评估肠道微生物群与炎症性皮肤病之间的双向因果关系。

doi.org/10.3389/fimmu.2023.1231848

▸阿克曼氏菌属、瘤胃球菌属、双歧杆菌属、真杆菌属、粪球菌属等:

产生乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐,通过GPCR和PPARγ受体调节免疫细胞,减少炎症因子释放,抑制组蛋白脱乙酰酶(HDAC),促进线粒体脂肪酸β-氧化。

▸乳酸杆菌和双歧杆菌:

增加色氨酸(Trp)和Trp代谢物,维持肠道屏障功能,减少痤疮炎症。

▸长双歧杆菌特殊作用:

将Trp代谢为吲哚-3-甲醛(I3C),通过AHR途径抑制Th2细胞,缓解特应性皮炎(AD)。

▸双歧杆菌、乳杆菌、Roseburia:

将多不饱和脂肪酸代谢为共轭亚油酸(CLA),抑制COX-2/5-LOX途径,抑制TLR4/NF-κB信号通路,减轻特应性皮炎皮肤病变。

▸硫酸盐还原菌(SRB):

Desulfovibrionaceae,产生硫化氢(H2S),干扰丁酸盐氧化,损害肠道屏障,增加炎症因子释放。

以银屑病(牛皮癣)为例

银屑病是一种慢性复发性炎症性皮肤病,其特征是促炎细胞因子的释放增加

Th-1、Th-17、Th-22细胞的扩增和活化, 一旦活化,这些细胞促进大量促炎介质的产生,包括但不限于来自角质形成细胞、淋巴细胞和其它免疫细胞的TNF-α、IL-6、IL-1、IL-17、IL-22、IL-23、VEGF、IFN-γ。此外,这些细胞促进皮肤病变的免疫发病机制,并在银屑病过程中驱动全身参与。

通过健康的饮食和运动获得的体重减轻能够改善银屑病的临床病程和治疗反应,甚至防止其发生,这种平衡的一个关键因素是肠道微生物群。(这在我们之前的文章中也详细阐述过)

肠道菌群在代谢综合征和银屑病中的多效性作用

doi.org/10.3390/ijms25158098

哪些菌群产生炎症因子,影响银屑病发生发展?

厚壁菌门中,金黄色葡萄球菌Staphylococcus aureus)产生超抗原如TSST-1,其刺激角质形成细胞和DC分别产生促炎细胞因子和IL-23。这导致Th17细胞活化和IL-17产生,促进银屑病特征

放线菌门中,纹状体棒状杆菌(Corynebacterium striatum)直接刺激角质形成细胞和DC产生IL-1β、IL-6和IL-23,增强Th17细胞分化。

在变形菌门中,大肠杆菌和粘膜奈瑟氏菌(Neisseria mucosa)通过LPS激活巨噬细胞和DC,触发IL-23、IL-6和IL-1β的产生,从而稳定Th17细胞并促进IL-17的产生。

孢子形成细菌如梭菌和脆弱拟杆菌通过诱导结肠T淋巴细胞和平衡Th1/Th2/Th17细胞来调节免疫应答.

分节丝状细菌(SFB)诱导Th17细胞分化。

在标准治疗的协同作用下,可以建议采用适当的饮食或其他干预措施来调节肠道菌群,从而改善银屑病的临床表现,并降低合并症的发生率。

婴儿双歧杆菌35624和1:1:1的益生菌混合物(即长双歧杆菌CECT 7347、乳双歧杆菌CECT8145、鼠李糖乳杆菌CECT 8361)在8至12周的治疗过程后,要么降低促炎TNF-α和血浆C-反应蛋白,要么降低患者的银屑病面积和严重程度指数。

在用咪喹莫特治疗的BALB/c小鼠中,戊糖乳杆菌GMNL-77显著降低了红斑鳞屑病变和促炎细胞因子如IL-23和IL-27的mRNA水平。

有趣的是,补充短双歧杆菌CCFM683有效地下调了角蛋白16/17、IL-17和TNF-α的表达,通过调节FXR/NF-κB通路和角质形成细胞增殖来改善银屑病

以上我们了解了炎症因子在多种疾病中的作用机制,以及肠道菌群如何通过影响这些因子的水平和功能来调节炎症反应。炎症因子不仅反映了炎症的状态,还可以作为疾病进展和治疗效果的生物标志物。

为了有效地评估炎症因子的变化,临床上采用了多种检测方法。这些方法能够提供准确的炎症因子水平信息,辅助医生做出及时的诊断和治疗决策。接下来,我们将详细介绍几种常用的检测技术。

04
临床上如何监测

检测体内炎症通常需要特定的血液检查,以测量指示炎症反应的各种标志物。

◉ ELISA(酶联免疫吸附测定)

原理:抗原-抗体特异性结合,通过酶标记检测

优点

灵敏度高、特异性强、可批量检测

缺点

检测时间较长、操作步骤多、成本较高

适用

IL-1β、IL-6、TNF-α等细胞因子的定量检测

◉ 化学发光免疫分析

原理:利用化学发光物质标记抗体或抗原

优点

检测速度快、灵敏度高、自动化程度高

缺点

仪器要求高、试剂成本高

适用:CRP、PCT等急性期蛋白的快速检测

◉ 免疫比浊法

原理

抗原抗体形成免疫复合物产生浊度

优点

操作简单、成本低、检测快速

缺点

灵敏度较低、易受干扰

适用:CRP、血清淀粉样蛋白等的常规检测

◉ 流式细胞术

原理:通过荧光标记检测细胞因子

优点

可同时检测多个指标、特异性强、定量准确

缺点

设备昂贵、要求技术人员专业水平高

适用:细胞内细胞因子和膜表面标志物检测

◉ PCR技术

原理:检测炎症因子的基因表达水平

优点

灵敏度极高、特异性强、可检测微量样本

缺点

操作复杂、成本高、易污染

适用:炎症因子基因表达研究

◉ 蛋白质芯片

原理:多种抗原抗体反应的微阵列分析

优点

可同时检测多个指标、样本用量少、高通量

缺点

成本高、技术要求高、标准化难度大

适用:多种炎症因子的同时检测

◉ 肠道菌群健康检测

原理:通过分析肠道菌群及其代谢产物的变化情况,间接反映人体的炎症状态

优点

非侵入性、可重复采样、早期预警、利于干预、反映整体状态、长期监测

缺点

成本高、技术要求高、数据分析复杂

适用:多种炎症因子的同时检测

通过肠道菌群监测炎症因子的方法虽然存在一些局限性,但其独特的预警价值非侵入性特点使其成为传统炎症监测方法的重要补充。

随着技术的进步和研究的深入,这种检测方法的局限性正通过多种创新手段得到克服:

  • 利用人工智能、深度学习算法构建菌群-炎症预测模型;
  • 通过大数据分析建立多中心数据库,实现跨群体验证;
  • 结合宏基因组学、代谢组学和蛋白质组学等多组学整合分析提高预测准确性;
  • 大规模的临床验证研究,评估其在实际临床环境中的有效性和实用性;
  • 通过规模化和自动化可以降低高通量测序的成本;
  • 云计算平台的应用可以实现实时数据分析和远程监测;
  • 标准化的生物信息分析流程,开发新的生物信息学工具和数据库,提高结果的可比性和可重复性。

这些技术创新显著提升了肠道菌群检测在临床应用中的价值,特别是在精准医疗预防医学领域,使其成为疾病预警和健康管理的重要工具。

05
预防/缓解炎症的方法

饮食方式

地中海饮食(MD)包括水果、蔬菜、全谷物、橄榄油、红酒等,可能对IBD有益。有证据表明,地中海饮食后可降低IBD和炎症的发生率。地中海饮食有助于抗炎菌群的存活,并防止肠道微生物群的失调发展。

通过调节肠道微生物群,改变肠道微生物组成,增加SCFA水平,降低尿TMAO水平,地中海饮食可以成为阿尔茨海默的潜在治疗干预措施。此外,更严格地遵守地中海饮食会延缓阿尔茨海默的进展,并提供1.5-3.5年的阿尔茨海默防护

更多抗炎饮食,详见我们之前的文章:

深度解析 | 炎症,肠道菌群以及抗炎饮食

全面解析各类营养物质在炎症中的作用

益生菌

益生菌引入人体后,不仅会产生抗炎代谢产物,下调IL-6、IL-12、TNF-α等炎症因子和NF-κB通路等相关信号通路,还有助于抑制病原体的生长,修复肠道屏障,调节初始淋巴细胞的分化和增殖。

在BALB/c小鼠中,引入干酪乳杆菌可以预防肠道和关节炎症,不仅在膝盖,还在肠系膜和腘淋巴结中下调IL-1β、IL-6、IL-17、IL-23、TNF-α

在一项涉及18名活动性强直性脊柱炎患者的试点研究中,补充嗜酸乳杆菌和唾液酸乳杆菌4周后,巴斯强直性脊柱炎疾病活动指数和视觉模拟量表有所改善。

此外,干酪乳杆菌、嗜酸乳杆菌、罗伊氏乳杆菌、双歧杆菌和嗜热链球菌的组合成功降低了用光受体间类维生素A结合蛋白免疫的C57BL/6小鼠的视网膜组织学评分,这是一种自身免疫性葡萄膜炎的动物模型。

在牙周炎的背景下,引入乳双歧杆菌HN019罗伊氏乳杆菌显著改善牙周炎的临床指标,包括减少探诊深度、减少探诊出血和降低手术风险。上述临床试验或动物实验中没有报告严重不良事件。

下一代益生菌,如F.prausnitzii、A.muciniphila,它们对IBD的治疗效果已经得到证实。这些益生菌可以减少浸润的巨噬细胞,抑制NF-κB信号通路,减少IL-8的产生,最终降低结肠炎的严重程度。

考虑到IBD和常见肠易激综合征之间肠道生态失调的相似模式,下一代益生菌在肠易激综合症管理中的应用也可能很有前景。

益生元

益生元是指微生物选择性利用以带来健康益处的底物。菊粉和低聚果糖等益生元的微生物发酵会产生代谢物(如SCFA),进一步调节肠道微生态系统和免疫反应。

在SpA的背景下,据报道,口服长链菊粉和低聚果糖可显著降低HLA-B27转基因大鼠结肠炎和关节炎的发病率。

对于牙周炎的动物模型,口服甘露寡糖成功地防止了牙槽骨丢失降低了IL-10和IFN-γ的表达,下调了TNF-α和IL-1β的水平,并显著恢复了肠绒毛和隐窝深度。

值得注意的是,益生元具有广泛可接受的安全性,报告的严重不良事件很少。

后生元

在国际益生菌和益生元科学协会的指导下,益生元是指死亡的微生物或其对宿主有益的成分,包括SCFA、SBA等。

在SpA的背景下,直接外源性补充短链脂肪酸可以减轻各种动物模型中的关节炎严重程度。此外,口服短链脂肪酸还可以防止效应T细胞的激活和免疫细胞向脾脏和颈部淋巴结的运输,最终降低C57BL/6J和Kaede转基因小鼠模型中葡萄膜炎的严重程度。

该领域对原发性硬化性胆管炎的研究相对丰富。已经启动了几项为期12-24周的II期临床试验,报告称,无论是去甲熊去氧胆酸(SBA的衍生物)、奥贝胆酸(FXR配体)还是西洛菲索(FXR激动剂),都能显著降低原发性硬化性胆管炎患者(有或没有IBD)血清中的碱性磷酸酶

此外,在患有IBD相关肝损伤的C57BL/6J小鼠中,添加乳脂球膜(Milk Fat Globule Membrane)与促炎细胞因子减少FaccalibacumumRoseburia恢复结肠炎和肝损伤减轻以及谷胱甘肽转移酶途径的重新激活有关。

对于牙周炎患者,口服热灭活植物乳杆菌L-137有效地减少了同时接受支持性牙周治疗且基线深度不小于4mm的患者的探诊深度。

此外,小檗碱促进丁酸盐的产生,改善肠道屏障,降低循环LPS和促炎细胞因子水平,下调牙槽骨中的促炎细胞,最终改善牙周炎动物模型中的牙槽骨损失。同样,在后生元中也没有报告严重的不良事件。

抗生素

临床上,抗生素用于杀死致病菌抑制其增殖

在SpA的背景下,口服美罗培南万古霉素有效地抑制了BALB/c和SKG小鼠脾脏中Th1和Th17细胞减少的外周附着点炎的发展。

对于葡萄膜炎,甲硝唑万古霉素已被证明可以缓解葡萄膜炎,并增加用光受体间维甲酸结合蛋白预处理的B10.RII小鼠肠外淋巴组织中Tregs的丰度。

对于原发性硬化性胆管炎患者,应用万古霉素、甲硝唑和米诺环素改善肝酶和梅奥风险评分。

此外,阿莫西林联合甲硝唑、单独甲硝唑和阿奇霉素可有效改善牙周炎患者的临床结果,其中阿莫西林联合甲硝唑在减少探诊袋深度、探诊出血和提高临床附着水平方面表现最佳

粪菌移植 (FMT)

FMT是指将健康人类粪便中的微生物群移植到患者消化道中,使肠道微生态系统快速恢复的疗法。FMT的效果受到各种因素的干扰,包括供体的粪便质量、粪便的制备程序、给药方法和频率、FMT前的个体化肠道微生物组成(包括细菌、真菌和病毒)以及操作员技术。

一项试点随机对照研究表明,FMT组的内镜严重程度指数降低C反应蛋白水平降低,这证明了FMT在维持克罗恩病缓解方面的疗效。

FMT还可以通过改善肠道微生物群的失调来减少肝脏脂肪积聚,从而减少NAFLD

对FMT在阿尔茨海默病治疗中的作用的系统综述表明,FMT可以恢复SCFA和健康的微生物组,从而破坏阿尔茨海默患者的Aβ寡聚体,从而减少阿尔茨海默的发病机制。进一步机制研究表明,FMT降低了结肠、血清和SN中的LPS水平,抑制了TLR4/MyD88/NF-κB信号通路,使肠道微生物群和SCFA正常化,增加了突触素I的表达,并改善了阿尔茨海默模型小鼠的认知缺陷和Aβ沉积

06
结 语

在许多慢性疾病中,例如肥胖症、动脉粥样硬化、2型糖尿病、炎性肠病、多发性硬化、类风湿性关节炎等,炎症是主要原因。肠道菌群的结构成分可能引发炎症,这可能引发一系列涉及白细胞介素和其他细胞因子的炎症反应。同样,某些短链脂肪酸和细菌代谢的其他代谢副产物可能有助于抑制炎症反应。因此,肠道菌群改变往往可能是炎症的预警信号,更早于临床症状的出现,其在疾病防治中的价值正逐渐被认识和挖掘。

特别是在当今精准医疗时代,结合人工智能深度学习算法、多组学整合分析等创新技术,肠道菌群检测的准确性和临床应用价值将得到进一步提升。随着检测技术的不断优化、数据分析方法的持续改进,以及临床验证研究的深入开展,肠道菌群检测将在疾病预警、健康管理、个体化治疗,响应监测以及预后评估中发挥越来越重要的作用。

未来,深入了解肠道微生物诱导的炎症因子的信号机制,有助于为肠道微生物诱导的炎症性疾病开发更精确、更有效的治疗方案。

本文内容仅供学习和交流目的,不构成任何形式的医疗建议。

主要参考文献

Chaudhary S, Kaur P, Singh TA, Bano KS, Vyas A, Mishra AK, Singh P, Mehdi MM. The dynamic crosslinking between gut microbiota and inflammation during aging: reviewing the nutritional and hormetic approaches against dysbiosis and inflammaging. Biogerontology. 2024 Oct 23;26(1):1.

Bai S, Bai H, Li D, Zhong Q, Xie J, Chen JJ. Gut Microbiota-Related Inflammation Factors as a Potential Biomarker for Diagnosing Major Depressive Disorder. Front Cell Infect Microbiol. 2022 Mar 15;12:831186.

Wu, J., Ou, G., Wang, S. et al. The predictive, preventive, and personalized medicine of depression: gut microbiota and inflammation. EPMA Journal (2024).

Liu P, Gao M, Liu Z, Zhang Y, Tu H, Lei L, Wu P, Zhang A, Yang C, Li G, Sun N, Zhang K. Gut Microbiome Composition Linked to Inflammatory Factors and Cognitive Functions in First-Episode, Drug-Naive Major Depressive Disorder Patients. Front Neurosci. 2022 Jan 28;15:800764.

Secchiero, P.; Rimondi, E.; Marcuzzi, A.; Longo, G.; Papi, C.; Manfredini, M.; Fields, M.; Caruso, L.; Di Caprio, R.; Balato, A. Metabolic Syndrome and Psoriasis: Pivotal Roles of Chronic Inflammation and Gut Microbiota. Int. J. Mol. Sci. 2024, 25, 8098.

Wang, W.; Zhu, L.-J.; Leng, Y.-Q.; Wang, Y.-W.; Shi, T.; Wang, W.-Z.; Sun, J.-C. Inflammatory Response: A Crucial Way for Gut Microbes to Regulate Cardiovascular Diseases. Nutrients 2023, 15, 607.

Mao R, Yu Q, Li J. The causal relationship between gut microbiota and inflammatory dermatoses: a Mendelian randomization study. Front Immunol. 2023 Sep 27;14:1231848.

Heinzel, S., Jureczek, J., Kainulainen, V. et al. Elevated fecal calprotectin is associated with gut microbial dysbiosis, altered serum markers and clinical outcomes in older individuals. Sci Rep 14, 13513 (2024)

Saedi, S., Derakhshan, S., Hasani, A. et al. Recent Advances in Gut Microbiome Modulation: Effect of Probiotics, Prebiotics, Synbiotics, and Postbiotics in Inflammatory Bowel Disease Prevention and Treatment. Curr Microbiol 82, 12 (2025).

Jukic A, Bakiri L, Wagner EF, Tilg H, Adolph TE. Calprotectin: from biomarker to biological function. Gut. 2021 Oct;70(10):1978-1988.

Zhao M, Chu J, Feng S, Guo C, Xue B, He K, Li L. Immunological mechanisms of inflammatory diseases caused by gut microbiota dysbiosis: A review. Biomed Pharmacother. 2023 Aug;164:114985.

Tie Y, Huang Y, Chen R, Li L, Chen M, Zhang S. Current insights on the roles of gut microbiota in inflammatory bowel disease-associated extra-intestinal manifestations: pathophysiology and therapeutic targets. Gut Microbes. 2023 Dec;15(2):2265028.

Nigam M, Devi K, Coutinho HDM, Mishra AP. Exploration of gut microbiome and inflammation: A review on key signalling pathways. Cell Signal. 2024 Jun;118:111140.

Soares CLR, Wilairatana P, Silva LR, Moreira PS, Vilar Barbosa NMM, da Silva PR, Coutinho HDM, de Menezes IRA, Felipe CFB. Biochemical aspects of the inflammatory process: A narrative review. Biomed Pharmacother. 2023 Dec;168:115764. 

肠道菌群失调与炎症性肠病的关联

谷禾健康

健康是人生命活动的根本,而肠道健康更是其中的重要部分。随着现代生活方式改变,炎症性肠病发病率增加

炎症性肠病是一种严重影响患者生活质量的疾病。在全球范围内影响数百万人,发病率高,给卫生保健系统带来了沉重负担。

●炎症性肠病的病因

炎症性肠病的病因尚不明确,可能与肠道免疫反应异常有关。但与其他炎症性疾病一样,炎症性肠病的病因是多因素的,涉及遗传和环境因素的参与。这些病因大多影响肠道菌群组成,说明微生物群在炎症性肠病发展中发挥重要作用

肠道微生物群在维持宿主生理免疫稳态方面发挥着关键作用。维持健康的肠道菌群对免疫平衡至关重要,多项研究证明,肠道菌群失调(菌群组成改变)与炎症性肠病有关。

●炎症性肠病引起的其他疾病

慢性结肠炎不及时治疗有可能引起肠穿孔、肠狭窄、大量便血、中毒性肠扩张甚至结肠癌等疾病,不过结肠癌的可能性是比较小的。

慢性结肠炎引起的并发症也是比较多的,有可能引起关节炎、肝功能障碍皮肤病变等一系列并发症。

近年来,在健康和疾病中肠道微生物组成,以及通过使用益生菌调节肠道微生物群方面取得了实质性进展。通过益生菌粪菌移植调节肠道菌群后,患者的炎症性肠病缓解,为肠道炎症疾病的治疗开辟了新的前景。

了解并关注肠道健康非常重要。本文带大家了解慢性肠道炎症的病因和机制,重点关注肠道失调在这一复杂疾病的免疫病理学中的作用。

同时还介绍了目前可用的肠道菌群导向治疗炎症性肠病的方法,并讨论了其对炎症性肠病长期缓解的作用。希望大家拥有更健康的肠道。

本文主要从以下几个方面讲述

●炎症性肠病的症状和病因

●炎症性肠病中的免疫

●炎症性肠病患者体内的菌群

肠道微生物群失调与免疫失调

慢性肠道炎症的治疗

01
炎症性肠病的症状和病因

克罗恩病与溃疡性结肠炎

炎症性肠病是肠道的一种慢性炎症状态,也可能影响其他器官,如果不治疗,会导致高发病率死亡率。炎症性肠病可通过不同的临床表现发生,其主要亚型为克罗恩病溃疡性结肠炎

✦临床症状

克罗恩病溃疡性结肠炎表现出明显的临床特征。

克罗恩病

在克罗恩病中,炎症病变是跨壁的(可能涉及肠壁的所有层),也不连续,正常的肠区与受影响的肠区交替出现

虽然在大多数克罗恩病例中,病变发生在回肠或结肠的第一部分,但也可能位于胃肠道的其他区域(从口腔到肛门)。

溃疡性结肠炎

溃疡性结肠炎的炎症病变是连续的,通常累及直肠和近端结肠。与克罗恩病相反,溃疡性结肠炎只影响肠道上皮层

两种炎症性肠病症状相似,包括腹泻腹痛直肠出血,通常伴有体重减轻、疲劳和发烧

然而,在克罗恩病中,肉芽肿更常见于炎症区域,也可能出现脓肿,阻塞肠道狭窄和不同肠道区域之间以及皮肤和其他器官之间的瘘管(炎症连接)。

溃疡性结肠炎患者通常在诊断时表现为中度症状,但炎症病变的范围与疾病严重程度相关,而胰腺炎与更严重的疾病相关。

•肠道外的一些表现症状

肠外表现在克罗恩病和溃疡性结肠炎中都很常见25%–40%的炎症性肠病患者都有肠外表现

虽然这些表现可能出现在几乎所有的器官和系统中,但主要影响眼睛、皮肤、肝脏和关节。肺、胰腺和血管系统不太常见

一些肠外表现与疾病活动有关,并通过治疗得到改善,如少关节炎和口腔溃疡。其他则是非依赖治疗的,如葡萄膜炎和强直性脊柱炎。

✦治疗方法

大多数溃疡性结肠炎患者只需要医疗,其中20%-30%需要手术治疗。克罗恩病通常是进行性的,约50%的患者在确诊后10年内需要手术治疗

克罗恩病患者的死亡率是健康人群的1.3-1.5倍,不受影响区域的影响,主要由结直肠癌、低血容量、营养不良、贫血引起。

由于目前尚无完全治愈方法,炎症性肠病的治疗旨在改善症状缓解疾病

不同疾病类型严重程度抗炎药的使用

溃疡性结肠炎的治疗

活动期溃疡性结肠炎中,首先口服类固醇,然后是氨基水杨酸盐(ASA)。对于左侧结肠炎,通常使用外用制剂(栓剂或灌肠剂),而对于横向和上行结肠炎,口服制剂有时结合外用给药是有效的

对于这种治疗无效的溃疡性结肠炎患者,考虑使用单克隆抗体,通常是英夫利西单抗(IFX)阻断炎症细胞因子肿瘤坏死因子α。为了保持病情缓解,ASA是首选药物。然而,对于ASA不能维持缓解的患者,也可以使用硫唑嘌呤(AZA)或IFX。

克罗恩病的治疗

对活动性克罗恩病的治疗可能遵循“自上而下”或“加速”策略。在自上而下的治疗中,治疗从高剂量免疫调节剂或生物制剂开始,剂量随症状改善而调整

在强化治疗中,先用低剂量的低效药物,如果无效,则调整治疗以达到缓解,方法是使用未定义的更有效药物。

类固醇、氨基水杨酸盐和抗生素可以联合使用以达到缓解。如果出现肠梗阻、脓肿或瘘管等并发症,也可进行手术。

硫唑嘌呤通常用于维持治疗,有时与甲氨蝶呤联合使用。对这些方案无效的克罗恩病患者,需要进行生物治疗,单独使用英夫利西单抗或与之前的药物联合使用。

炎症性肠病的病因

炎症性肠病被描述为一种多因素疾病,可能是由遗传物质环境特征等不同易感因素造成的,这些因素反过来可能影响基因调控的表观遗传机制

炎症性肠病的病因

编辑​

Amelia S,et al.Elsevier.2022

基因和环境(在表观遗传调控的参与下)都可能影响微生物群的组成,进而可能触发炎症性肠病。

✦遗传因素影响炎症性肠病

遗传因素对炎症性肠病的重要性早已被提出。事实上,多达12%的患者有炎症性肠病家族史。在亲属中,炎症性肠病患病率明显高于普通人群,在兄弟姐妹中发现克罗恩病的易感性风险最高(30%-35%)。

注:全基因组关联研究有助于剖析炎症性肠病的遗传背景,迄今已确定240多个易感位点。克罗恩病和溃疡性结肠炎以及其他炎症性疾病共享大多数基因座。然而,除了非常早发病的炎症性肠病外,这些易感基因座仅占炎症性肠病估计遗传风险的一小部分(约20%)。

许多风险相关基因座参与了早期免疫应答期间宿主和微生物之间的相互作用,表明宿主-微生物相互作用和先天免疫在炎症性肠病的发展中起着核心作用

影响炎症性肠病的基因

1996年确定的第一个与炎症性肠病(IBD)相关的遗传位点被指定为IBD-1。后来,在IBD-1位点发现了一个基因,该基因参与细胞内对细菌细胞壁成分胞壁二肽的传感。该基因被命名为“核苷酸结合寡聚化域-2”或“半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶募集域15”(NOD-2/CARD-15)。

在NOD-2基因中发现了三种易感变异体,它们都导致核因子kB(NF-kB)激活功能丧失,这是一种参与促炎细胞因子表达的转录因子,对细胞内细菌的免疫发展很重要。尽管迄今为止,NOD-2风险变体在高加索人群中与回肠克罗恩病的相关性最强,但只有少数回肠疾病患者具有风险变体,而亚洲克罗恩病患者几乎没有这些变体。

影响先天免疫应答的其他遗传风险变体的例子包括ATG16L1(“自噬相关16样-1”)、LRRK2(“富含亮氨酸重复激酶-2”)和IRGM(“免疫相关GTPase M00”)基因,这些基因在自噬中起作用

✦表观遗传(性状)与炎症性肠病有关

基因表达的表观遗传修饰也与炎症性肠病有关。影响基因表达的三个主要表观遗传过程是DNA甲基化组蛋白修饰非编码RNA

DNA甲基化是指在胞嘧啶核苷酸中添加甲基(主要是CpG基序)。

其中,DNA甲基化和非编码RNA的作用在炎症性肠病中得到了最广泛的研究。这个过程影响基因的转录活性表达水平。与健康对照受试者相比,炎症性肠病患者的基因甲基化程度增加。微RNA(miRNA)在转录和转录后水平介导RNA沉默和基因表达。

这些过程可能会干扰T细胞分化、Th17信号传导和自噬。与健康对照组相比,炎症性肠病患者以及活动性与非活动性疾病患者的miRNAs表达不同

注意:在其他炎症性疾病中,如系统性红斑狼疮和类风湿性关节炎中发现了一些重叠的miRNA特征。环境因素强烈影响表观遗传调控,因此表明表观遗传是环境暴露和基因表达之间的联系。

✦环境因素

已确定炎症性肠病风险的不同环境决定因素,如吸烟、城市与农村生活、空气污染和饮食

// 工业化与吸烟增加了风险

欧洲和北美的炎症性肠病发病率最高,但自21世纪初以来似乎趋于稳定。相反,在非洲、亚洲和南美洲的新兴工业化国家,随着这些国家进入更加西化的生活方式,炎症性肠病的发病率仍在增加

吸烟似乎会增加炎症性肠病(尤其是克罗恩病)的风险,并与肠道通透性丧失有关。

// 饮食会影响炎症性肠病的风险

一些基于多中心欧洲前瞻性队列研究的研究试图将饮食习惯炎症性肠病风险联系起来。

最近的一项文献荟萃分析也确定了炎症性肠病的其他环境风险因素:阑尾切除术或扁桃体切除术(CD)、软饮料消费(UC)、抗生素暴露、口服避孕药使用、维生素D缺乏和肠肝螺杆菌(enterohepatic Helicobacter)(IBD)。

// 微生物可能导致发病或炎症

环境因素也可能直接或间接影响肠道微生物群的组成

长期以来,人们认为微生物在炎症性肠病发病中起着重要作用。并对炎症性肠病中特定致病生物的定植和肠道菌群组成进行了广泛研究。

禽分枝杆菌(Mycobacterium avium)的定植,副结核分枝杆菌(Mycobacterium tuberculosisycobactins)或带有大肠杆菌粘附侵袭性变体的副结核分枝杆菌似乎会促进易感宿主的慢性炎症,可能导致炎症性肠病的发展(尤其是克罗恩病)。

此外,肠道微生物群组成的改变(失调)可能使代谢失衡,导致炎症反应缺乏调节

除环境因素外,宿主遗传影响微生物群落组成。事实上,单卵双胞胎比双卵双胞胎显示出更相似的微生物群。炎症性肠病风险等位基因与肠道微生物群组成的关联研究表明,炎症性肠病的高遗传风险与罗氏菌属(Roseburia)的丰度较低相关,而肠杆菌科(Enterobacteriaceae)的丰度较高

02
炎症性肠病中的免疫

黏膜固有免疫

固有免疫是机体在种系发育和进化过程中形成的天然免疫防御功能,即出生后就已具备的非特异性防御功能,也称为非特异性免疫

✦上皮细胞

上皮层和相关的抗菌机制对于限制肠道微生物群进入肠粘膜至关重要。当第一道防线受损时,就会发生微生物移位,并建立炎症机制。

覆盖肠上皮的粘液层在保持肠道微生物和上皮细胞之间的低接触方面起着重要作用。它由凝胶形成粘蛋白聚合而成,主要由特殊上皮细胞(即杯状细胞)分泌。

这些粘蛋白聚合物由于能够结合水而在肠腔中膨胀,形成肠粘液。小肠粘液由一层薄而不连续的粘液层组成,结肠粘液由两层密度不同的粘液组成:外层更疏松,细菌更易渗透,内层更坚固,通常无菌。

●粘蛋白缺少会增加结肠炎风险

小鼠粘蛋白2敲除被证明会发展为结肠炎增加结直肠癌的风险。在这些小鼠中,发现许多细菌与上皮细胞直接接触。研究发现,克罗恩病患者的结肠中,黏蛋白表达减少,炎症区域MUC1表达减少,非炎症区域MUC3、MUC4和MUC5B表达降低

黏蛋白(MUC)是一类主要由黏多糖组成的糖蛋白

最近,一项荟萃分析证实克罗恩病患者肠道中粘蛋白表达降低。黏液蛋白表达受损可能导致肠道微生物群与上皮衬里之间的接触增加,从而导致炎症

•肠上皮细胞有助于维持稳态

肠道上皮细胞分泌抗菌肽(AMPs),在限制肠道病原体感染方面发挥重要作用,并有助于维持肠道内稳态,保持共生细菌和上皮细胞之间的低接触

抗菌肽(AMPs)的例子包括再生蛋白、免疫球蛋白(Ig)A和防御素。在人类中,已经确定了十种防御素,分为两类:a-防御素(HD),主要由小肠的潘氏细胞、中性粒细胞和某些巨噬细胞群分泌;b-防御素(HBD),由上皮细胞分泌,以响应细胞因子或模式识别受体(PRR)的微生物识别。

克罗恩病中描述了防御素生产的失调。事实上,携带NOD2移码敏感变异体的回肠克罗恩病患者HD5和HD6的潘氏细胞表达降低。这可能导致微生物与上皮层接触增加,部分解释了克罗恩病敏感性增加的原因。相反,据报道,HBD2在结肠克罗恩病和溃疡性结肠炎的炎症区域表达增加,这可能是通过炎症刺激调节HBD2表达。

✦微生物分子的识别

通过上皮层里易位的微生物进入下层肠粘膜,被吞噬细胞(主要是单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞)吞噬,并在吞噬小体中被进一步清除。这些细胞通过属于不同膜或细胞溶质蛋白家族的模式识别受体识别病原体相关分子模式(PAMP)。

PAMP是进化保守的微生物抗原

一旦识别,信号转导途径就会发生,导致转录因子的核移位炎症细胞因子的产生。Toll样受体是一类广泛的模式识别受体,是肠道微生物群的关键免疫传感器,是通过PAMP识别的免疫系统的哨兵。它们在吞噬细胞的细胞质或内体膜以及肠上皮细胞和基质细胞中表达,激活后二聚并导致下游信号级联,导致NF-kB激活,推动参与树突状细胞成熟和T淋巴细胞增殖和激活的关键细胞因子的产生。

●炎症性肠病患者识别功能受到影响

炎症性肠病患者TLR信号似乎受到影响。与健康对照组相比,在活动期溃疡性结肠炎患者中,TLR2、TLR4、TLR5、TLR8和TLR9表达上调,而在静止期溃疡性结肠炎患者中,TLR5表达下调

在结肠炎小鼠模型中,TLR2/6的抑制减缓了疾病进展,表明其与病理有关。据报道,在炎症性肠病患者的肠道中TLR6过度表达,可能会加剧T辅助因子Th1和Th17反应。

由于TLR3、TLR5和TLR7的多态性与更高的溃疡性结肠炎严重程度相关,其他TLR受体的失调似乎也会导致炎症性肠病。TLR下游信号传导导致细胞因子分泌,这可能对肠道内稳态有利或有害。

TLR诱导的细胞因子有助于肠道内稳态的例子包括IFN-a和b(后者诱导溃疡性结肠炎缓解、白细胞介素-15(通过调节性T细胞诱导控制肠道炎症和白细胞介素11(其刺激对溃疡性结肠炎有益)。

另一方面,TLR信号也可诱导促炎细胞因子,如IL-1b、IL-6、IL-8、TNF-a和IL-18(抑制杯状细胞成熟,促进溃疡性结肠炎病理。

✦炎性小体

——也称炎症小体,是由胞浆内模式识别受体(PRRs)参与组装的多蛋白复合物,是天然免疫系统的重要组成部分。

炎症小体激活异常也与炎症性肠病的发展有关。NLRP3炎性小体是细胞质模式识别受体的NLR家族成员,是肠内稳态的重要调节器。

NLRP3可在各种细胞类型中表达,如粒细胞、抗原呈递细胞(APC)、T和B淋巴细胞,其激活可在识别外源微生物抗原内源性危险信号时触发。一旦触发,NLRP3介导炎症小体复合体的组装。

作用机制

在这个复合物中,caspase-1被激活,将白介素1β前体和白介素18前体分别裂解为分泌的IL-1b和IL-18。激活的半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶1与半胱氨酸蛋白酶11一起裂解胃泌素D,使其发生聚合,从而导致细胞质膜孔的形成并导致细胞溶解,这是一种称为细胞凋亡的细胞死亡过程。

细胞溶解后,细胞内成分的释放诱导炎症细胞的募集,促进炎症。炎症激活分为两个步骤:在第一启动步骤中,NF-kB被激活,导致NLRP3和白介素1β前体合成的转录诱导;由微生物或危险信号触发的第二个激活步骤导致NLRP3炎性小体复合体的组装。

●炎症小体缺乏可能导致炎症恶化

NLRP3表达和炎症小体激活对维持肠道内稳态至关重要,因为据报道,NRLP3和炎症小体表达缺陷的小鼠对右旋糖酐硫酸钠(DSS)诱导的结肠炎的敏感性增强,病情恶化,死亡率更高

然而,炎症小体激活的持续上调也可能导致白细胞介素1β和白细胞介素-18的过度生成,以及细胞凋亡的增加,从而导致炎症性肠病中观察到的炎症恶化

事实上,60%的克罗恩病患者检测到NLRP3炎性体激活,并与长期溃疡性结肠炎疾病相关。据报道,克罗恩病患者中白细胞介素-18分泌增加,白细胞介素1β水平升高与炎症性肠病严重程度增加相关。此外,在携带TLR2风险等位基因的炎症性肠病患者中,共生肠道微生物诱导了细胞凋亡,使病情恶化

注意

尽管有这些发现,NLRP3炎症组在炎症性肠病发病机制中的作用仍然存在争议,因为其他小鼠和人类研究也表明过度活跃的炎症组具有保护作用

✦自噬

自噬是一种细胞更新过程,其中起源于内质网的小泡包围老化的细胞器和蛋白质,通过溶酶体融合促进其降解

自噬机制影响其他细胞过程,如肽分泌细胞内病原体降解

●自噬损伤会使炎症失控

自噬相关克罗恩病易感性等位基因的存在导致自噬损伤。患有自噬相关风险变异体的克罗恩病患者的潘氏细胞表现出颗粒异常,可能影响其抗菌肽分泌途径,导致微生物增殖增加炎症失控。自噬缺陷的巨噬细胞和树突状细胞清除细胞内病原体的能力较低,并可能通过炎症小体激活促进炎症

✦固有淋巴细胞

固有淋巴细胞(ILC)是指不表达任何T、B或髓细胞标记物,但同时表达白细胞介素2白细胞介素7受体的淋巴细胞。

它们在抵御微生物病原体方面起着核心作用,并且在组织内稳态方面很重要。固有淋巴细胞作用于先天免疫和适应性免疫之间的串扰,并对多种细胞类型分泌的细胞因子作出反应。

由于固有淋巴细胞作用于第一道防线,因此它们战略性地位于外部因素和传染源暴露程度较高的位置,如肠粘膜皮肤肺部

固有淋巴细胞的三个主要亚组

ILC1细胞(Th1样细胞)表达转录因子T-bet,能够分泌IFN-gTNF-a,并对抗细胞内病原体——这一亚群还包括NK(“自然杀伤”)细胞。

ILC2(Th2样细胞)表达GATA-3(“谷氨酰胺基tRNA转氨酶结合蛋白-3”)转录因子,分泌IL-4、IL-5、IL-9和IL-13,在抵御蠕虫方面很重要,也在过敏反应中起作用。

ILC3(Th17样细胞)表达转录因子RORgt,分泌IL-17、IL-22、GM-CSF(“粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子”)和TNF-a,对细胞外病原体侵入粘膜部位具有重要作用。

然而,这些不同的表型保留了相当大的可塑性。粘膜ILC3细胞的主要功能是维持屏障完整性

●固有淋巴细胞对调节稳态至关重要

如上所述,肠道粘膜巨噬细胞和树突状细胞对微生物的TLR感应导致下游释放促炎细胞因子,如白细胞介素1β和白细胞介素23。黏膜ILC3细胞通过分泌IL-22、GM-CSF和IL-17对这些介质作出反应。IL-22也由Th17和Th22细胞分泌,在体内稳态控制中发挥重要作用

事实上,IL-22作用于上皮细胞,改善屏障完整性,从而防止细菌移位。该细胞因子还促进抗菌肽(如b-防御素)的产生和分泌,影响小鼠的微生物群组成,并增加宿主对病原微生物的耐药性

除了产生白细胞介素22,ILC3细胞还能够通过直接接触和抗原递呈调节其他免疫细胞(如CD4+T细胞)的活性,因为这些细胞表达II类主要组织相容性复合物分子(MHC-II)。

克罗恩病中描述了ILC1和ILC3的肠道过度积累,在溃疡性结肠炎中观察到固有淋巴细胞活性增加。在小鼠中,由抗原呈递细胞分泌的白细胞介素1b和白细胞介素23诱导的ILC3刺激导致肠内累积的白细胞介素17和IFN-g分泌增加。缺乏ILC3细胞的小鼠未发生右旋糖酐硫酸钠诱导的结肠

适应性免疫

这种免疫只针对一种病原体。它是人体经后天感染(病愈或无症状的感染)或人工预防接种(菌苗、疫苗、类毒素、免疫球蛋白等)而使机体获得的抵抗感染能力

✦作用机制

巨噬细胞和树突状细胞消化吞噬微生物的抗原,并将其与MHC1类或2类分子结合,呈现给效应T细胞

细胞膜标记物CD11b、CD11c和CD103的表达定义了树突状细胞的独立亚群,从而影响随后的T细胞反应

T细胞是适应性免疫反应的关键参与者,根据周围组织环境的细胞因子特征,可以分化为效应器调节亚型。抗原呈递细胞与T细胞相互作用的性质和调节促使Th细胞分化为不同的亚群,每个亚群都发挥着特定的作用:

Th1是产生IFN-g的细胞,对细胞内细菌和某些原生动物的免疫很重要;Th2是产生IL4、Il-5和Il-13的细胞,参与对蠕虫和寄生虫的免疫;Th17是IL-17A、IL-17F、IL-21和IL-22的产生者,参与中性粒细胞反应;Th1/Th17细胞同时产生IFNg和IL-17A,具有Th1和Th17细胞的特征。

虽然暴露于肿瘤生长因子-b(TGF-b)可促进调节性T细胞分化,但Th1细胞主要由IL-12和IFN-g诱导,而IL-4在IL-6存在的情况下可促进Th2细胞和TGF-b的分化,从而促进Th17细胞的分化。

✦炎症性肠病患者适应性免疫出现异常

在克罗恩病患者中,检测到巨噬细胞产生较高的白细胞介素12,以及白细胞介素12和白细胞介素18诱导异常Th1免疫应答。此外,在炎症性肠病患者的肠道固有层中检测到Th17和Th1细胞群的丰度增加

•促炎细胞因子增加

体外培养的克罗恩病和溃疡性结肠炎患者的活检均分泌了相当数量的IFN-g。这种细胞因子促进肠细胞凋亡和巨噬细胞活化,增加巨噬细胞产生肿瘤坏死因子,进一步加剧炎症

炎症性肠病患者炎症粘膜的体外培养也报告了白细胞介素17A转录水平的升高和白细胞介素17A分泌的增加。白细胞介素17A诱导中性粒细胞向炎症部位募集,并介导炎症分子的上调,如诱导型一氧化氮合酶和白细胞介素1β。此外,白细胞介素17A诱导巨噬细胞产生促炎细胞因子。

注意

患有活动性疾病的炎症性肠病患者血液中的调节性T细胞减少,而肠粘膜中的调节性T细胞增加,功能正常。然而,肠固有层T细胞在炎症性肠病中对调节性T细胞功能无反应,这可以说明Th细胞缺乏调节

03
炎症性肠病患者体内的菌群

胃肠道内微生物种群的建立是一个复杂的过程,涉及微生物宿主相互作用,最终形成稠密和稳定的种群。

✦肠道微生物与宿主互惠互利

肠道微生物群落或肠道内的微生物群落与宿主建立了共生关系,在健康环境中互惠互利。宿主提供了一个稳定且营养丰富的栖息地,而微生物群给宿主带来了重要的益处,例如未消化的饮食成分和肠粘膜产生的内源性粘液的发酵,以及短链脂肪酸、氨基酸和维生素的产生。

此外,微生物群通过防止外来生物入侵,例如通过产生代谢物和细菌素,抵抗病原体定植,并影响肠上皮和免疫系统的发育和内稳态

肠道微生物群的组成受宿主因素的影响,如年龄、遗传、分泌产物(如胃酸和胆汁)、蠕动和肠道转运时间。另一方面,环境因素(如饮食)在生命周期内对宿主产生影响,不断调节微生物群落。

肠道微生物失调

尽管肠道中的大多数微生物都存在于肠腔内,但与粘膜相关的微生物群对宿主来说非常重要,因为它对上皮粘膜功能的影响比肠腔细菌更大,对炎症性肠病的发病机制的影响更大

注意:由于采样限制,大多数人体肠道微生物群研究,包括炎症性肠病患者的研究,都分析粪便样本。尽管粪便样本可能不能准确反映整个胃肠道的微生物群落组成,但大多数微生物都是通过粪便途径离开的。因此,粪便微生物群组成的变化反映了胃肠相关效应

健康成年人大肠粘膜微生物群的组成是一致的,但与同一个人的粪便微生物群不同。因此,对炎症性肠病患者粘膜相关微生物群的研究证实,远端胃肠道不同解剖部位的微生物组成没有显著差异。另一方面,比较炎症性肠病患者粪便微生物群相关粘膜的研究报告了不同的结果。

✦炎症性肠病患者肠道菌群多样性较低

与健康对照组相比,克罗恩病和溃疡性结肠炎患者的肠道菌群多样性较低。与健康个体相比,这种变化伴随着物种丰富度的降低(一种群落中物种总数的测量方法),在克罗恩病患者中尤为明显

炎症性肠病中的细菌变化

对大多数炎症性肠病患者的报告了厚壁菌门(Phylum Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和变形杆菌门Proteus)内特定细菌类群的丰度变化,随着被认为具有攻击性的菌群(如变形杆菌(Proteus)、梭杆菌属(Fusobacterium)和瘤胃球菌(Ruminococcus)的扩大,同时具有保护性的菌群(例如Faecalibacterium、罗氏菌属(Roseburia) 、毛螺菌科(Lachnospiraceae)和双歧杆菌属(Bifidobacterium spp.))的减少

在厚壁菌门和梭状芽孢杆菌类中,属于Faecalibacterium、罗氏菌属(Roseburia) 、颤螺菌属(Oscillibacter)和粪球菌属(Coprococcus)的丁酸盐产生菌在炎症性肠病患者中普遍减少

丁酸是一种短链脂肪酸,可被肠粘膜吸收,是结肠细胞的主要能量来源,提供高达70%的需求量。此外,丁酸具有抗炎作用,并积极调节肠道内稳态

✦梭状芽孢杆菌缺乏可能引起肠道炎症

梭状芽孢杆菌(Clostridia)类成员的缺乏可能会使某些个体易于继发肠道炎症。相比之下,炎性多糖的产生菌——瘤胃球菌(Ruminococcus)(也属于梭状芽孢杆菌类)在炎症性肠病患者中富集

✦肠道炎症患者拟杆菌、疣微菌等丰度减少

在拟杆菌门(Bacteroidaceae)中,克罗恩病和溃疡性结肠炎患者的拟杆菌丰度低于健康人。拟杆菌在活动性克罗恩病和溃疡性结肠炎患者中的减少比缓解期更明显

在变性菌门变形菌门(Proteobacteria)内,肠道微生物群中的γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)、肠杆菌科( Enterobacteriaceae )成员的富集与炎症性肠病密切相关

另一方面,在疣微菌门(Verrucomicrobia)内,炎症性肠病患者粪便样本中的嗜黏蛋白阿克曼菌(Akkermansia muciniphila减少。在含有人类肠道微生物群的动物模型中,嗜黏蛋白阿克曼菌的存在降低了结肠组织学损伤和促炎介质的组织mRNA表达。

尽管一些研究表明炎症性肠病患者存在肠道微生物群失衡,但与克罗恩病和溃疡性结肠炎相关的失调似乎是特定疾病

据报道,克罗恩病、溃疡性结肠炎和非炎症性肠病患者之间存在明显的微生物特征,无论炎症性肠病患者体内粘膜相关微生物群的稳定性如何。

炎症性肠病中的真菌变化

炎症性肠病患者的粪便和粘膜真菌群不平衡。与健康个体类似,炎症性肠病患者的真菌群主要由担子菌门(Basidiomycota)和子囊菌门(Ascomycota)两个门以及伞菌纲(Agaricomycetes)和酵母菌纲(Saccharomyces)两个类别组成。

✦克罗恩病中念珠菌占主导地位

主要差异在于较低的分类学水平。特别是对于克罗恩病, 念珠菌(Candidaspp)的丰度普遍增加,尽管研究中的优势种有所不同。

Candida tropicalisCandida glabrata在克罗恩病患者中占主导地位,而 Leptosphaeria减少

与健康受试者相比,克罗恩病中炎症和非炎症粘膜中的总真菌负荷显著增加

Filobasidium uniguttulatumSaccharomyces cerevisiae均与克罗恩病患者的非炎症粘膜相关,而Xylariales(子囊菌门)与炎症粘膜相关。

病程中微生物组成的改变

患有炎症性肠病的儿科患者有机会帮助研究疾病发病机制的生物学成分,尤其是在诊断过程中获得的样本。

–1 炎症性肠病中微生物群总体减少

一项研究分析了最近诊断为炎症性肠病的儿科患者粘膜相关菌群的主要细菌组成,报告了一些潜在有害细菌群的优势,或有益细菌种类的减少

肠易激综合征患儿的粘膜与更多的需氧和兼性厌氧菌相关,而克罗恩病和溃疡性结肠炎中属于正常厌氧肠道微生物群的物种或组的总体减少,尤其是普通拟杆菌。

随后,通过细菌16S rRNA基因和真菌小亚单位核糖体区域的焦测序分析了治疗初期克罗恩病儿童的粘膜。虽然与对照组相比,罗氏菌属(Roseburia) 、Eubacterium和 Subdoligranulum、梭状芽孢杆菌类成员在克罗恩病中的丰度较低,但萨特氏菌(Sutterella)的丰度明显较高

–2 特定细菌的丰富程度与疾病状态呈正相关

大型儿科新发克罗恩病队列研究,包括代表各种疾病表型的受试者,在开始治疗之前,调查了多个胃肠道位置的粪便粘膜相关微生物群。

微生物群分析表明,粘膜相关生物并不局限于任何肠道位置,总体微生物组成主要通过样品类型微生物多样性与对照组进行区分。疾病表型不足以区分患者。

在炎症性克罗恩病条件下,粘膜相关微生物群与物种多样性的总体下降和几个分类群丰度的变化密切相关

E.coliPasteurellaceaeVeillonella parvulaEikenella corredensFusobacteriaum nucleatum中特定细菌种类的丰富程度与治疗前新诊断的克罗恩病儿童的疾病状态呈正相关,该研究支持以上菌群为炎症性肠病进展驱动因素

与克罗恩病呈负相关的菌群常见于

长双歧杆菌(Bifidobacterium Longum) ↓↓↓

青春双歧杆菌(Bifidobacterium adolescentis) ↓↓↓

普拉梭菌(Faecalibacterium prausnitzii) ↓↓↓

罗氏菌属(Roseburia) ↓↓↓

直肠真杆菌(Eubacterium rectale) ↓↓↓

普通拟杆菌( Bacteroides vulgatus) ↓↓↓

Bacteroides caccae ↓↓↓

巴氏杆菌科(Pasteurellaceae)和奈瑟氏菌科(Neisseriaceae)在10岁以下患者中的丰度较高,但随着年龄的增长而减少。在诊断时收集的粪便中仅微弱地反映出新发的粘膜相关失调,这表明粘膜失调可能先于临床疾病,并独立于长期炎症发展。

–3 环境因素影响微生物的反应

一项关于儿童克罗恩病的前瞻性研究分析了患者在开始治疗之前和之后的粪便样本,首先使用抗生素,然后在8个月期间使用规定的配方食品或抗肿瘤坏死因子抗体。

在诊断时,肠道微生物群表现出特定细菌真菌的变化,即埃希氏菌属(Escherichia)和韦荣氏球菌属(Veillonella增加,阿克曼菌属( Akkermansia)、罗氏菌属(Roseburia) 、普雷沃氏菌(Prevotella)和真菌(包括念珠菌属)减少

降低了肠道炎症反应中的失调。炎症、抗生素暴露和饮食独立影响肠道微生物群落的不同分类群。例如,真菌负荷随着疾病和抗生素的使用而增加,但随着饮食治疗而减少

因此,虽然肠道内的失调在克罗恩病中很常见,但微生物的反应取决于环境因素

✦开始治疗前的微生物群特征

在开始治疗之前,新诊断的溃疡性结肠炎儿科患者的粘膜微生物群也有特征。除了溃疡性结肠炎患者中疣微菌门(Verrucomicrobia)显著减少外,其他细菌种类的丰富程度与健康儿童相似。此外,在属水平上,溃疡性结肠炎患者中罗氏菌属Roseburia)的相对丰度显著降低,而嗜血杆菌(Haemophilus)的相对丰量增加

●疾病活动与部位影响肠菌群的组成和功能

肠菌群组成和功能的改变似乎与炎症性肠病患者的疾病活动、疾病行为和病变部位有关。尽管在研究之间或与疾病活动相关的研究中,微生物群组成的确切差异没有得到一致复制。

但已经观察到,在所有形式的克罗恩病中,下列菌群持续减少:

  • 毛螺菌科(Lachnospiraceae)
  • 双歧杆菌科
  • 梭状芽孢杆菌科(Clostridiaceae)
  • 丹毒丝菌科(Erysipelotrichaceae)

而下列菌群增加:

  • 韦荣氏球菌科(Veillonellaceae)
  • 巴氏杆菌科(Pasteurellaceae)
  • 奈瑟氏菌科(Neisseriaceae)
  • Gemellaceae
  • 梭杆菌科(Fusobacteriaceae)
  • 肠杆菌科(Enterobacteriaceae)

✦儿童患者的肠道菌群特征与成人患者相似

新发炎症性肠病儿童和成人常见的肠道菌群主要偏差

Amelia S,et al.Elsevier.2022

炎症性肠病患儿的肠道菌群特征与成人患者相似。因此,成人型炎症性肠病患者的生态失调可能在儿童期就已确立。

●肠道微生物失调反应炎症的严重程度

对儿科患者(包括治疗前新诊断的儿童)的研究得出结论,肠道生物失调反映了炎症的存在和严重程度。然而,虽然肠道微生物群的变化可能在炎症性肠病早期发生,并可能导致疾病的发生,但随着时间的推移,环境因素,包括炎症本身,可能通过改变肠道的代谢条件,进一步导致失调

04
肠道微生物群失调与免疫失调

人类肠道微生物群失调是真正的致病因素还是仅仅是肠病炎症的后果,这个问题尚不清楚。但是肠道微生物被证明是炎症性肠病相关肠道炎症的重要因素

在健康状态下,宿主对肠道微生物群的免疫反应仅局限于粘膜表面。据报道,炎症性肠病患者的粘膜相关微生物密度较高,在促进肠道炎症方面,被认为比粪便微生物群发挥更大的作用。

注意:比较炎症性肠病患者结肠粘膜炎症和非炎症区域的微生物群组成的研究试图阐明居民肠道微生物群炎症免疫反应的可能影响,但结果相互矛盾

炎症性肠病患者间的微生物群差异

一项研究发现,炎症性肠病患者体内粘膜炎症非炎症区域的微生物群落组成没有显著差异。不过该项研究未根据炎症性肠病类型进行区分。

其他研究分析了克罗恩病和溃疡性结肠炎患者炎症和非炎症粘膜活检中的微生物群,发现同一个体内的微生物特征相似,但个体间差异很大

✦克罗恩病患者中变形菌丰富

与溃疡性结肠炎患者或健康受试者相比,克罗恩病患者的变形菌门(Proteobacteria显著增加。还报告说,在炎症克罗恩病组织中,埃希氏菌(Escherichia)和志贺氏菌(Shigella更为丰富,而在非炎症克罗恩病组织里,Pseudomonas更为广泛。大肠杆菌和梭杆菌能够粘附粘膜,侵入肠上皮细胞,并可能加剧炎症

拟杆菌和梭杆菌更常见

具核梭杆菌通过破坏上皮屏障和诱发异常炎症而加重结肠炎。相对于炎症性溃疡性结肠炎,拟杆菌门(Bacteroidetes)在克罗恩病炎症粘膜中更常见。克罗恩病粘膜活检中最常见的是普通拟杆菌(Bacteroides vulgatus),克罗恩病患者中脆弱拟杆菌(Bacteroides fragilis)的数量明显高于溃疡性结肠炎患者或健康受试者。脆弱拟杆菌与产生白细胞介素10的调节性T细胞的增加有关,这限制了促炎机制,从而有助于减少炎症。

除了拟杆菌外,梭杆菌门(Fusobacteria)在克罗恩病患者的炎症粘膜中比溃疡性结肠炎患者的炎症黏膜中更常见。相反,在发炎的溃疡性结肠炎粘膜中更频繁地检测到厚壁菌门(Phylum Firmicutes)和变形菌门Proteobacteria)。与大肠杆菌类似,梭杆菌能够粘附粘膜,侵入肠上皮细胞,并可能加剧炎症。尤其是具核梭杆菌刺激结肠上皮细胞中肿瘤坏死因子的表达。

总的来说,这些研究结果表明,由于同一参与者的微生物群分布几乎没有变化,无论炎症状况或取样位置如何,因此粘膜相关微生物群没有发生明显的局部变化。

此外,根据引用的研究,粘膜微生物组成更依赖于个体间的变异,而不是疾病类型。

肠道微生物导致代谢改变

事实上,肠道微生物群组成的变化导致微生物代谢物的改变,这可能在炎症性肠病发病机制中起作用。

✦短链脂肪酸

短链脂肪酸是肠道微生物群通过发酵未消化的饮食成分和肠粘膜产生的内源性粘液而产生的。

短链脂肪酸影响肠上皮细胞生物能量学、微生物增殖、屏障和炎症功能

短链脂肪酸影响受体激活与信号传导

短链脂肪酸被吸收到血液循环中,在那里它们可能与白细胞上的G蛋白偶联受体GPR43结合,阻碍其激活。GPR43信号传导抑制炎症反应,包括粘附分子和炎症介质的表达,以及白细胞趋化性。

缺乏GPR43的小鼠炎症反应加剧,外源性给予野生型小鼠短链脂肪酸对临床有益。短链脂肪酸还抑制NF-kB信号传导,在相对高浓度下,丁酸抑制I类组蛋白脱乙酰酶,后者是免疫和炎症的重要调节因子。

微生物群影响免疫细胞的激活

颤螺菌属 (Oscillospira)被认为是一种利用宿主衍生聚糖或从富含糖蛋白的饮食中获得的聚糖的丁酸生产菌

在炎症性疾病中,尤其是克罗恩病中,颤螺菌的含量减少。微生物群似乎控制先天性和适应性免疫细胞激活的系统阈值。因此,持续接触常驻细菌发酵产物和代谢物对外周免疫系统的正确功能至关重要

然而,不能排除常驻微生物在控制局部免疫中的直接作用,因为在其他研究中,粘膜炎症状态与局部粘膜相关微生物群的扰动有关,即同一炎症性肠病患者体内炎症粘膜和非炎症粘膜的微生物群组成差异

✦色氨酸代谢物

对宿主的免疫反应至关重要的另一类代谢物是色氨酸代谢物

色氨酸又称β-吲哚基丙氨酸,是人体的必须氨基酸之一。

缺乏色氨酸会导致结肠炎

使用小鼠进行的营养研究表明,饮食中缺乏色氨酸会导致结肠炎,并补充色氨酸以防止发炎。将失调的微生物组从喂食色氨酸缺乏饮食的小鼠转移到喂食正常饮食的无菌受体,足以引起结肠炎

在小鼠中,色氨酸代谢菌株罗伊氏乳杆菌(Lactobacillus reuteri)可预防结肠炎。当它将色氨酸代谢成吲哚丙烯酸时,它是通过增强上皮屏障功能和减少炎症反应而起作用的芳烃受体的配体。

色氨酸影响上皮免疫

膳食色氨酸还可以通过增加调节微生物组组成并防止机会病原体感染的抗菌肽的产生来影响上皮免疫性。与炎症性肠病相反,在多发性硬化的鼠模型中,缺乏饮食色氨酸可防止中枢神经系统自身免疫,这是由于致脑病的T细胞反应受损和微生物组发生了深远的变化。

值得注意的是,饮食中色氨酸限制的保护作用在无菌小鼠中被取消,并且与色氨酸代谢物的原型传感器无关,这表明这些保护作用可以通过微生物组代谢功能来介导。

✦结肠炎患者炎症部位细菌减少

研究表明,尽管溃疡性结肠炎和克罗恩病患者的成对活检样本之间的微生物群落组成具有高度的个体间变异性,但在每个疾病队列中,结肠发炎区域的细菌负荷通常低于非发炎区域。

克罗恩病和溃疡性结肠炎患者的炎症部位和非炎症部位所含的厚壁菌(以及相应的更多拟杆菌)均比非炎症性肠病对照样品,但仅溃疡性结肠炎患者显著减少

另一方面,在研究中包括的克罗恩病患者的大多数成对活检样本中检测到肠杆菌科成员,与溃疡性结肠炎和非炎症性肠病样本相比,肠杆菌属成员占克罗恩病总微生物群的比例增加了10倍。

肠杆菌科相对丰度的增加与NOD2风险等位基因计数呈正相关。NOD2基因内的多态性损害了这种细胞内受体作为细菌细胞壁成分的传感器在先天免疫中的作用,了克罗恩病的发病风险。

由于先天免疫受体(如NOD2和TLR4)的遗传多态性被认为是炎症性肠病发展的主要风险因素,宿主自身常驻微生物群的异常免疫反应被认为在促进炎症疾病进展方面起着关键作用

炎症与菌群失调的关联

✦白细胞介素放大炎症过程

与正常组织相比,在活动性炎症的溃疡性结肠炎组织中,厚壁菌门的数量较少,这主要是由于粪杆菌属(梭状芽孢杆菌目)的减少。事实上,白细胞介素22、白细胞介素17细胞(Th22细胞)和Th1细胞与厚壁菌门正相关

白细胞介素17细胞渗入炎症性肠病患者的炎症肠道,在那里产生白细胞介素17A和其他细胞因子,触发并放大炎症过程。虽然Th17细胞因子在炎症性肠病发病机制中可能很重要,但Th17细胞也可能具有组织保护作用,主要取决于其通过产生白细胞介素22增强上皮屏障功能和反调节机制的能力。

✦结肠炎期间宿主-肠道微生物氧交换加强

事实上,众所周知,粪便细菌通过炎症细胞因子调节或刺激白细胞介素10的产生而表现出保护作用。相比之下,由于不动杆菌属的差异,蛋白杆菌门在炎症粘膜中更为丰富,这与Th22细胞和Th1细胞的数量呈负相关

因此,在活动性炎症的溃疡性结肠炎患者的活检组织中,严格需氧不动杆菌属也扩大了,这表明结肠炎期间粘膜上皮的损伤可能会增加宿主-肠道微生物群的氧交换

事实上,活动性炎症期间的生物失调状况可能与肠道内存在的径向氧梯度有关,这种氧梯度从较需氧粘膜界面延伸到大部分厌氧肠腔。宿主的氧合影响肠腔氧合,氧从宿主组织扩散到肠腔。在宿主组织恢复常氧后,腔氧浓度也降低,这表明氧气正被靠近粘膜界面的肠道微生物群消耗。粘膜较高的耐氧性和过氧化氢酶表达可能有利于肠道生态系统中的微生物竞争,因此,粘膜可能有利于耐气细菌群落的定植,尤其是来自蛋白质杆菌门的细菌。

与粪便微生物群相比,溃疡性结肠炎患者活检样本中富集的一些细菌类群在无胃肠道症状的研究对象的粘膜中也较高

因此,在结肠炎活动性炎症期间扩张的细菌很可能在健康人的肠道菌群中正常存在,数量较少。例如,梭状芽孢杆菌和瘤胃球菌科在肠腔菌群中更为丰富,但与活动性结肠炎的样本相比,这些分类群在正常非炎症组织中也更为丰富

✦炎症和肠道菌群失衡直接可能存在联系

内源性或外源性因素(如饮食、压力或感染)或它们的组合可能会引发亚临床肠道粘膜炎症,这取决于个体的遗传易感性,可能有利于特定促疾病肠道细菌的生长。

这些机会性微生物随后加剧了形态学和功能变化,导致病理后果,导致宿主的慢性炎症和临床症状。这些结果可能支持这样的假设,即炎症性肠病患者中观察到的整体生物失调在某种程度上可能是肠道环境紊乱的结果,而不是疾病的直接原因。

例如,作为炎症反应副产物生成的电子受体促进兼性厌氧菌(如肠杆菌科)的生长。因此,慢性炎症可能形成肠道微生物群,并进一步导致失调

急性胃肠道粘膜感染的特点是与微生物群的显著变化相关的失调,以及具有增强的侵袭性和炎症特性的细菌的优势,这些特性可以直接加剧炎症和组织损伤,如γ-变形菌。

✦通过肠道菌群判断炎症状态

已有研究显示不同的肠道菌群可以通过免疫反应影响肠道屏障以及通过胆汁酸转化等代谢途径影响免疫细胞相互作用,从而影响免疫调节

借助这些方面的研究和临床数据,我们可以通过肠道菌群从几个方面来反映了解免疫系统及自身的炎症状态

病原菌的存在很大程度上会激发免疫系统的炎症,因此首先评估肠道菌群中是否存在异常的病原菌超标情况

来自谷禾健康肠炎临床患者肠道菌群检测报告,结果显示血液链球菌Streptococcus)及衣氏放线菌(Actinomyces israelii超标,如下:

<来源:谷禾健康数据库>

类似的病原菌超标在没有严重导致感染症状的情况下也会诱发刺激免疫系统炎症,如果免疫力低下就可能导致病原菌感染,如果持续存在超标也可能导致慢性炎症

真菌在免疫中的作用

真菌微生物群在肠道炎症中的作用日益被认识。炎症性肠病患者和健康人之间的菌群组成不同,真菌菌群也不同,炎症粘膜中的真菌群与非炎症区域的真菌群是可以区分的。

✦炎症区域和非炎症区域真菌差异很大

白色念珠菌(C. albicans)和热带念珠菌(C.tropicalis)在炎症区域特别丰富,而在非炎症粘膜中则不存在。相比之下,S. cerevisiaeSaccharomyces castellii在炎症粘膜中较少出现

光滑念珠菌(C.glabrata)也在克罗恩病粘膜中富集。光滑念珠菌是最重要的真菌机会性病原体之一,通过适应和免疫逃避策略促进炎症反应,这表明它可能在肠道炎症中起作用。

白色念珠菌也与炎症性肠病患者的粪便真菌有关。白色念珠菌可能是炎症性肠病中观察到的炎症过程的发起者,通过几种途径与酵母菌的主要成分和先天免疫反应的主要受体相结合

此外,炭角菌目在炎症粘膜上更为丰富,而酿酒酵母在非炎症粘膜中更为丰富。炭角菌目的许多物种产生具有抗菌特性的化合物,可对抗人类病原体,如结核分枝杆菌、耶尔森菌、李斯特菌和沙门氏菌,以及具有细胞毒性抗氧化活性的代谢物。因此,炭角菌目成员的存在可能反映了对炎症环境的适应。

✦真菌影响受体与免疫,导致炎症

真菌细胞壁成分与宿主免疫反应相关。与病原菌平行,真菌可以穿透被破坏的粘膜屏障,并通过其细胞壁成分激活TLR受体、Dectin-1(C型凝集素受体)、清道夫受体家族成员和固有层的补体系统。

这些受体的感应导致信号事件,依赖于白细胞介素17、白细胞介素22、CARD9(Caspase募集域家族成员-9)、ITAM(免疫受体酪氨酸基激活基序)、NFAT(活化T细胞的核因子)和NF-kB,导致严重的炎症表型

05
慢性肠道炎症的治疗

饮食干预

由于文化传统、农业做法、社会经济地位和生活方式的改变,饮食本身在世界各地都在发生变化。炎症性肠病发病率的快速增加与工业化和暴露于环境因素,特别是饮食改变有关。营养和饮食模式影响免疫系统稳态,并可能通过不同的机制导致肠道炎症,包括肠道微生物群的调节。

饮食对肠道菌群组成有很大影响。目前关于饮食策略作为炎症性肠病主要治疗方法的证据越来越多。过去几年,针对炎症性肠病的潜在治疗效果,提出了几种饮食干预措施,即特定碳水化合物饮食、无麸质饮食、抗炎饮食。

然而,这些饮食要么不耐受,要么限制性很强,要么缺乏证据证明其对炎症性肠病的疗效。炎症性肠病的饮食干预研究最多的是独家肠内营养,这在儿科克罗恩病中常用,但饮食发挥其作用的确切机制尚不清楚。

独家肠内营养包括使用营养全面的液体饮食,而不是通常的固体和液体,通常长达8周,这是非常严格的,特别是在长期使用期间,可接受性有限

✦抗炎饮食

你吃的食物在控制慢性炎症方面可能起到积极消极的作用。

▸ 什么是抗炎饮食?

国际食品信息理事会基金会(International Food Information Council Foundation)营养传播副主任将其描述为一种饮食,重点关注高营的食物,任何“营养密集”,“天然来源的维生素,矿物质和色素很多”的食物都是这种饮食的理想成分。

尤其是抗氧化剂, “它的主要参与者是水果,蔬菜,豆类,健康脂肪等食物,例如橄榄油和牛油果,包括鱼类,坚果和浆果等。

但是,抗炎饮食不仅是您的饮食,而且与食物的烹饪方式有关。应限制或避免高盐,饱和脂肪,糖和精制碳水化合物的食物。

在这里列举了一些抗炎食物促炎食物,可以帮助更好地进行抗炎饮食

•抗炎食物

很多种食物均具有抗炎特性,其中包括抗氧化剂多酚含量高的食物。

1 浆果

浆果是小果实,富含纤维,维生素和矿物质

2 深海鱼

深海鱼是蛋白质和长链omega-3脂肪酸EPA和DHA的重要来源。

3 西兰花

西兰花是萝卜硫烷的最佳来源之一,萝卜硫烷是一种具有强大抗炎作用的抗氧化剂,可通过减少引起炎症的细胞因子和NF-kB的水平来对抗炎症。

4 牛油果

牛油果可能是少数值得冠以的超级食品之一,提供各种有益的化合物,可防止发炎并降低癌症风险。

5 辣椒

甜椒和辣椒中富含维生素C和抗氧化剂,具有强大的消炎作用。

6 蘑菇

蘑菇的热量非常低,并且富含硒,铜和所有B族维生素。它们还包含提供抗炎保护的酚和其他抗氧化剂。

7 葡萄

葡萄含有花青素,可减少炎症。此外,它们还可以降低多种疾病的风险,包括心脏病,糖尿病,肥胖症,阿尔茨海默氏病和眼疾。

8 姜黄

姜黄素是一种强大的抗炎营养素,因此受到了广泛的关注。姜黄可减轻与关节炎,糖尿病和其他疾病相关的炎症。

9 特级初榨橄榄油

特级初榨橄榄油是可以吃的最健康的脂肪之一。

它富含单不饱和脂肪,是地中海饮食中的主要食物,具有许多健康益处。

•促炎食物

在受伤或感染期间,身体会释放化学物质以帮助保护它并抵抗任何有害生物。但是,食用过多的促炎食物可能会导致慢性低度发炎

1 糖和精制碳水化合物

摄入过多的糖和精制的碳水化合物与体内炎症增加以及胰岛素抵抗和体重增加有关。

2 人造反式脂肪

人造反式脂肪可能是您可以食用的最不健康的脂肪。它们是通过将氢添加到液态不饱和脂肪中而产生的,以使其具有更固态的脂肪的稳定性。

3 过量饮酒

虽然适度饮酒可带来一些健康益处。但是,较高的用量会导致严重的问题。大量饮酒可能会加剧炎症并导致“漏泄的肠道”,从而在整个身体内引发炎症。

4 植物油和种子油

概要一些研究表明,大量食用植物油中的omega-6脂肪酸含量可能会促进炎症。但是,证据不一致,需要更多的研究。

6 加工肉

加工肉富含AGEs等炎性化合物,其与结肠癌的强烈关联可能部分归因于炎症反应。食用加工肉会增加患心脏病,糖尿病,胃癌和结肠癌的风险。

✦FODMAP饮食

前不久提出了一种更有前景的直接针对肠道微生物群的营养方法,包括低可发酵低聚糖、双糖、单糖和(FODMAP)的饮食。

FODMAP是极易发酵但吸收不足的物质,分子量小,高渗效应导致肠道通透性增加。这些特性增强了肠道微生物群的发酵作用

•FODMAP饮食的负面作用

富含FODMAP的饮食相关的症状是产气、腹痛、腹胀、抽筋、腹胀和腹泻。另一方面,近端结肠中FODMAP的快速发酵导致内腔中短链脂肪酸和乳酸的大量生成,进而影响粘膜屏障

// 容易营养缺乏

尽管静止性炎症性肠病患者的胃肠道症状有潜在改善,但低FODMAP饮食与负面影响相关。由于饮食限制,营养缺乏的风险很高

// 对肠道微生物有负面影响

另一方面,低FODMAP饮食意味着限制食品中天然存在的益生元,如果聚糖和低聚半乳糖,通过减少糖化细菌,特别是双歧杆菌,对肠道微生物群组成产生负面影响

// 菌群数量减少

观察到,在静止期炎症性肠病患者中,低FODMAP饮食后,长双歧杆菌、青春期双歧杆菌和普氏双歧杆菌的数量减少

由于双歧杆菌优先发酵果聚糖和低聚半乳糖,而普拉斯尼茨革兰阴性杆菌通过交叉喂养间接利用它们,因此,这种减少可能是由于到达肠道的可发酵底物数量的变化造成的。

在静止期克罗恩病患者中,低FODMAP饮食导致产生丁酸盐的梭状芽孢杆菌簇和嗜粘杆菌数量减少,这对粘膜相关微生物群的健康很重要,并且黏液溶解度瘤胃球菌扭矩的相对丰度增加,通常在克罗恩病患者中减少

注意

长期服用低FODMAP饮食引起了一些担忧。除了评估饮食对炎症标记物疾病活动的影响外,还需要对炎症性肠病患者低FODMAP饮食的充分性安全性进行更多研究。

此外,关于低FODMAP饮食影响的少数研究样本量小,饮食应用的设计和时间不同,可能会影响结果的显著性。

营养干预可能在炎症性肠病症状管理延长病情缓解方面发挥重要作用。然而,需要进一步的研究来更好地描述饮食、肠道微生物群和炎症性肠病之间的关系。

小结

饮食干预可能是挽救生命和降低医疗费用的可持续且具有成本效益的方式。但是,这些饮食干预措施的长期成功因人而异。成功与否取决于每个人的饮食建议是否可行,以及这些措施是否确实产生了预期的生理变化

益生菌和益生元

益生菌被定义为当摄入足够量时对宿主健康有益的活微生物。

益生菌作为操纵肠道微生物群内物种组成和代谢活动的一种手段,已被大量研究,以促进健康预防管理肠道疾病

益生菌的作用可以是直接的,也可以是间接的,通过调节居民的微生物群或免疫系统。它们可以增强上皮屏障功能,增加对肠粘膜的粘附力,同时抑制病原体,促进对病原菌的竞争性排斥,产生抗微生物物质,并调节宿主的免疫系统。

例如,在感染或炎症状态下,益生菌可能会增加肠上皮细胞之间紧密连接的完整性,并防止肠细胞凋亡。此外,益生菌会产生短链脂肪酸和乳酸,降低肠上皮细胞的促炎反应,抑制潜在致病微生物的生长。

✦益生菌在炎症性肠病的作用

因此,使用益生菌调节肠道菌群,以对症和明确管理炎症性肠病具有巨大的治疗潜力。益生菌应从人类的肠道菌群中选择,不应对抗生素产生固有的耐药性。乳杆菌属(Lactobacillus)和双歧杆菌属(Bifidobacterium)的成员通常被认为是安全的,是功能性食品和补充剂中使用最多的益生菌,因为它们被证明对健康有益。

•益生菌对克罗恩病的作用暂不明确

使用益生菌治疗克罗恩病产生了相互矛盾的结果。一些研究已经成功地用益生菌治疗克罗恩病,如大肠杆菌(Escherichia coli)、鼠李糖乳杆菌( Lactobacillus rhamnosus)和布拉迪酵母菌(Saccharomyces cerevisiae boulardii)。

相反,也有报道称,鼠李糖乳杆菌未能维持克罗恩病的缓解。由于该研究领域缺乏精心设计的随机对照试验,目前关于益生菌诱导克罗恩病缓解的疗效和安全性的证据的确定性较低。

然而,最近公布的克罗恩病患者报告称,定期服用含有乳酸菌菌株组合(戊糖乳杆菌、短乳杆菌、植物乳杆菌、发酵乳杆菌、凯氏乳杆菌和林德纳乳杆菌)的产品导致其粪便中凯氏乳球菌丰度更高,症状的减轻和生活质量的提高

L. kefiri具有很强调节肠道微生物群组成的能力,导致与炎症反应和胃肠道疾病发病直接相关的几个细菌属显著减少

✦益生元与合生元在炎症性肠病中的作用

益生元被定义为“通过选择性刺激结肠中一种或有限数量细菌的生长或活性,从而对宿主产生有益影响非消化性食品成分,从而改善宿主的健康”。

益生元与短链脂肪酸(主要是醋酸盐、丙酸盐和丁酸盐)的生成增加有关,这可能有助于维持结肠内稳态。合生元是益生菌与益生元的结合,可能有利于活性克罗恩病患者,是治疗该疾病的潜在疗法。长期研究表明,服用合生元对活性克罗恩病有很好的疗效

对最初接受氨基水杨酸盐和泼尼松龙治疗方案但未能缓解的患者进行合生疗法试验。合生元包括高剂量的益生菌短双歧杆菌、长双歧杆菌和干酪乳杆菌,以及作为益生元的木薯。

// 一定程度上改善克罗恩病症状

大多数患者的临床症状有所改善。车前草已被证明有助于腹泻患者,改善粪便粘稠度和黏度。其他随机对照试验评估了克罗恩病患者服用含有长双歧杆菌与商业益生元组合的合生元后,临床症状和组织学评分得到了有效改善,肠粘膜中的长双歧杆菌和其他种类的双歧杆菌定植增加

此外,在3个月时,治疗组对粘膜白细胞介素18、干扰素(INF-g)和白细胞介素1b的影响不大,而TNF-a的表达在6个月时显著降低。粘膜中双歧杆菌物种的更高丰度可促进与参与调节促炎细胞因子途径的致病物种的竞争,从而刺激更具免疫调节性和耐受性的免疫反应

// 缓解溃疡性结肠炎

大肠杆菌Nissle 1917是一种非致病性大肠杆菌菌株,可防止对抗病原菌的定植。它减少结肠粘膜损伤,降低上皮通透性,有效维持溃疡性结肠炎缓解。

混合益生菌VSL#3由8株细菌组成,包括嗜酸乳杆菌、保加利亚乳杆菌、植物乳杆菌、干酪乳杆菌、嗜热链球菌、短双歧杆菌、婴儿双歧杆菌和长双歧杆菌。它下调宿主免疫反应,改善上皮屏障功能,增加粘液生成。

综合分析显示,VSL#3与安慰剂相比,在诱导缓解方面有显著益处的趋势,而与美沙拉秦相比,大肠杆菌Nissle 1917在维持缓解方面表现出非劣效性

一种类似的合生元被证明在溃疡性结肠炎治疗中有用。肿瘤坏死因子、白细胞介素1a是驱动炎症和诱导防御素表达的炎症细胞因子,治疗后也显著降低。试验组的活检减少了上皮组织的炎症和再生。肿瘤坏死因子在活动性溃疡性结肠炎的发病机制中起着关键作用。因此,抑制炎症溃疡性结肠炎粘膜中肿瘤坏死因子的分泌是治疗疾病和预防复发的主要目标

小结

虽然益生菌或合生元的使用对溃疡性结肠炎的治疗和维持有积极作用,但在克罗恩病中,只有合生元显示出明显的效果。

益生菌疗法可以通过与促进结肠中益生菌生长的益生元结合而潜在地得到改善。使用合生元的另一个优点是,益生元成分可以促进肠道内具有益生菌特性的本地生物体的生长。使用益生菌调节肠道细菌组成,并可能减少炎症或激活先天免疫,可用于治疗策略中,以恢复宿主肠道微生物群。

益生菌可能通过操纵微生物群来增加有益微生物的数量,减少可能有害的细菌,从而减少炎症触发因素,从而增加肠道生物多样性,改善炎症性肠病患者的症状。不过,不同微生物菌株和临床环境的益生菌效果不同。因此,对于大多数炎症性肠病患者来说,很难实现一般益生菌配方。

微生物的免疫治疗

目前用于炎症性肠病的治疗策略会严重抑制免疫系统,从而导致严重感染和恶性肿瘤等风险。最近开发了一种基于微生物的免疫疗法,利用正常肠道微生物群的固有免疫调节特性,通过恢复免疫功能来治疗免疫相关疾病。

这种新的方法涉及位点特异性免疫调节剂,它是一种复杂的生物制剂,旨在以靶向、器官特异性的方式激活先天免疫应答。

▸ QBECO治疗

QBECO是一种来源于临床肠致病性大肠杆菌灭活分离物的试验性位点特异性免疫调节剂

QBECO针对激活的巨噬细胞向胃肠道募集,大肠杆菌菌株通常会导致感染。免疫调节剂包含来自单个灭活微生物物种的成分,免疫系统将其识别为特定器官或组织中感染的常见原因,刺激新一波激活的固有免疫细胞的募集,并清除非生产性炎症的慢性来源。

因此,QBECO治疗不是抑制免疫功能,而是通过新免疫细胞的产生和动员,优化异常免疫反应,重建正常屏障功能和粘膜稳态,从而克服胃肠道免疫失调。

✦QBEOO减轻了炎症性肠病的病理

QBECO已经在诱导性结肠炎和炎症性肠病患者的实验模型中进行了测试。服用QBECO后,小鼠结肠炎的严重程度总体降低。该疗法减弱了肠道病理,改善了粘膜完整性,从而减少了胃肠粘膜的免疫细胞浸润,尤其是中性粒细胞的数量。

// 溃疡性结肠炎患者症状改善

在同一研究中,大多数接受QBECO治疗的UC患者在接受16周治疗后,其疾病在临床、内镜和组织学方面均有改善,粘膜完整性也有所改善。此外,治疗后1周内直肠出血明显减少。QBECO治疗还降低了结肠粘膜UC患者中中性粒细胞的数量,正如在诱导性结肠炎小鼠中观察到的那样。

// 克罗恩病患者症状也有改善

接受微生物QBECO治疗的克罗恩病患者也报告症状改善。在第一种临床方法中,十分之七的患者在至少三个月的治疗期间症状完全缓解。三名患者在停止药物治疗和QBECO治疗后持续出现临床病情缓解。此外,研究期间未报告严重不良事件。

最近对68名中重度克罗恩病患者进行的随机对照试验(RCT)评估了QBECO的安全性、疗效和耐受性。接受QBECO治疗的患者对治疗有良好的耐受性

与安慰剂相比,到第8周时,疾病活动显著减少。之前接受肿瘤坏死因子抑制剂治疗的患者在第8周对QBECO反应的可能性较小,但随着治疗持续到第16周,症状有所改善,这表明可能需要更长的疗程才能在这些受试者中取得最佳结果。

此外,在随机对照试验期间QBECO治疗改善的克罗恩病患者产生IL-18,血清IFNg、IL-12p70和IL-17A水平较高,证实了对细菌刺激的有效免疫反应。

小结

利用基于微生物的免疫疗法,如QBECO,其功能是有效激活而不是抑制粘膜免疫功能,这是一种新的炎症性肠病治疗思路。然而,还需要进一步研究来评估这种新型免疫治疗方法在溃疡性结肠炎和克罗恩病治疗中的安全性疗效

粪菌移植

用捐赠的粪便或纯化的粪便培养物进行粪便微生物群移植是目前治疗复发性艰难梭菌感染的常规方法。越来越多的人认识到微生物群失调在炎症性肠病发病机制中的作用,促使人们研究粪便移植作为一种潜在的炎症性肠病新疗法

粪便移植改善炎症性肠病的证据进展迅速,前景看好。然而,关于这种治疗的疗效,有报道称结果相互矛盾。

注意:结果的多样性可能与不同的实验设计和方法学问题有关,包括供体选择、粪便类型、分娩方法、移植前准备、供体粪便处理方法、供体样本汇集以及给药频率和时间。

例如,粪便捐赠者样本的厌氧处理可保存可存活的厌氧菌用于移植,并可能影响临床结果。

最近的一项短期随机对照试验得出结论,使用经厌氧处理的供者样本进行粪便移植,与使用自体样本相比,8周后病情缓解的可能性更高,并且与本研究中观察到的治疗反应呈正相关的所有生物体都是厌氧菌(主要是专性厌氧菌)。Anaerofilum pentosovorans和粪拟杆菌物种的增加与治疗后疾病的改善密切相关。然而,从基线检查到第4周,微生物的数量发生了显著变化,在第8周之前保持稳定,但在12个月后发生了变化。

✦粪菌移植在溃疡性结肠炎中的作用

// 胃肠道症状改善,微生物群与健康者相似

一项前瞻性研究调查了溃疡性结肠炎患者粪便微生物群移植的临床疗效,结果表明,治疗后胃肠道症状改善,健康肠道微生物群重新繁殖。移植后,微生物群逐渐与健康献血者相似。克雷伯菌属和链球菌属的相对丰度下降,普氏菌属的相对丰度增加,表明这些属的变异可能是导致溃疡性结肠炎发病的重要因素

// 微生物多样性显著增加

另一项研究表明,多次给药6周的多捐赠者密集剂量粪便微生物群移植是活动性溃疡性结肠炎患者的有效治疗方法。移植与微生物多样性显著增加相关,持续至治疗结束后8周。

此外,特定分类群与粪便微生物群移植结果相关。虽然梭状芽孢杆菌和Blautia属与治疗益处相关,但其他属(包括梭杆菌属和Sutterella属)的结果一直为阴性,这些属被认为与溃疡性结肠炎的发病机制有关。

粪便移植后病情缓解的溃疡性结肠炎患者粪便中的霍氏真杆菌(Eubacterium hallii)和inulivorans Roseburia富集,粪便样本中的短链脂肪酸水平升高。此外,未获得缓解的患者 Fusobacterium gonidiaformans、Sutterella wadsworthensis和埃希氏杆菌的富集

建议

需要进一步研究来评估炎症性肠病患者粪便微生物群移植的长期缓解维持和安全性。

根据个体特征,使用各种特定肠道保护微生物菌株或其代谢物组合,可能比整个粪便微生物群移植更有效更安全

结语

肠道微生物群失调似乎在炎症性肠病的发展中起着重要作用。发现可能导致慢性炎症的肠道微生物特征至关重要

近年来,在鉴定不同微生物类群之间的健康平衡方面取得了重大进展。厚壁菌门和拟杆菌门中包含的某些微生物类群的丰富程度健康肠道相关,有益或有害微生物之间的平衡强烈影响宿主健康。

影响宿主微生物群的遗传环境因素需要进一步研究。为了开发个人定向治疗,还迫切需要更广泛地鉴定促进健康的微生物类群。

未来的另一个主要目标是选择个性化的益生菌或合生元疗法(或微生物特异性粪便移植)来治疗单个炎症性肠病患者,为实现长期缓解甚至完全治愈炎症性肠病做出巨大贡献。

主要参考文献:

Adamji, M., Day, A.S., 2019. An overview of the role of exclusive enteral nutrition for complicated Crohn’s disease. Int. Res. 17, 171–176.

Borisova, M.A., Achasova, K.M., Morozova, K.N., et al., 2020. Mucin-2 knockout is a model of intercellular junction defects, mitochondrial damage and ATP depletion in the intestinal epithelium. Sci. Rep. 10, 21135.

Buisson, A., Douadi, C., Ouchchane, L., et al., 2019. Macrophages inability to mediate adherent-invasive E. coli replication is linked to autophagy in Crohn’s disease patients. Cells 8, 1394.

Caldeira, L. de F., Borba, H.H., Tonin, F.S., et al., 2020. Fecal microbiota transplantation in inflammatory bowel disease patients: a systematic review and meta-analysis. PLoS One 15, e0238910.

Cox, S.R., Lindsay, J.O., Fromentin, S., et al., 2020. Effects of low FODMAP diet on symptoms, fecal microbiome, and markers of inflammation in patients with quiescent inflammatory bowel disease in a randomized trial. Gastroenterology 158, 176–188.e7.

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