雙歧桿菌四聯活菌對重癥急性胰腺炎腸屏障功能的影響和相關作用機制研究

梁錦慧,尹毅霞,覃月秋,梁秋利,陸俞安

[1. 右江民族醫學院研究生學院,廣西 百色 533000;2. 廣西分子病理學(肝膽疾病)重點實驗室,廣西 百色 533000;3. 右江民族醫學院臨床醫學院,廣西 百色 533000]

重癥急性胰腺炎(severe acute pancreatitis,SAP)是一種以胰蛋白酶原激活、炎性細胞浸潤、腺泡細胞破壞為特征的炎癥性疾病,胰腺局部炎癥導致促炎細胞因子聚集釋放,這將誘發全身炎癥和多器官功能障礙綜合征(multiple organ dysfunction syndrome,MO-DS),導致高發病率和高死亡率[1-3]。SAP約占急性胰腺炎(acute pancreatitis,AP)患者的20%～30%,通常是由膽道疾病、酗酒、暴飲暴食等原因引起,具有持續性(>48 h)器官衰竭,病死率高,醫院死亡率約為13%～35%[4-5]。胃腸道作為人體內最大的儲菌庫和內毒素庫,被認為是全身炎癥反應綜合征(systemic inflammatory response syndrome,SIRS)的觸發器和始動器,是膿毒癥和MODS的中心器官[6-7]。SAP起病之初,腸道內缺血、缺氧引起腸上皮細胞凋亡增加,腸道通透性增加,引起腸黏膜屏障功能障礙[8],此時機體防御功能受損,易導致腸道菌群失調,胃腸道微生物(大腸桿菌、變形桿菌、肺炎克雷伯菌等)和毒素的移位[9],引起腸源性感染及胰腺繼發感染的發生,加重炎癥反應,對SAP患者造成二次打擊。中國微生態調節劑專家共識推薦對胃腸功能障礙者啟動微生態治療[6]。益生菌是指含有充足的特定活菌、能維持宿主微生態平衡的微生物制劑,當給予適當劑量時,對人體健康有積極影響[10]。益生菌因其可糾正腸道內菌群失調、維持腸道免疫穩態、保護腸黏膜屏障和降低體內炎癥反應等方面作用,成為治療SAP的研究熱點。本文通過回顧性分析雙歧桿菌四聯活菌治療SAP的相關文獻,對雙歧桿菌四聯活菌影響SAP腸屏障功能相關機制、療效進行綜述。

1 雙歧桿菌四聯活菌概述

研究發現,SAP動物及患者腸道內雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌豐度明顯減少,而以大腸埃希菌為主的致病菌比例增高,腸道菌群中厭氧菌與需氧菌比值嚴重倒置,且炎癥因子水平及細菌易位程度升高[11-13],而經使用益生菌治療后SAP動物及患者腸道內雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌株豐度增加,炎癥水平下降,細菌易位減少[12]。SAP患者腸屏障功能受損、腸道菌群失調是增加患者感染率、死亡率的重要因素,微生態營養理念認為通過添加益生菌制劑能有效調節腸道菌群,保護腸屏障功能。目前用于人體的益生菌主要為乳酸桿菌屬、雙歧桿菌屬、腸球菌屬、鏈球菌屬、芽胞桿菌屬、梭菌屬和酵母菌屬[6],臨床上應用的益生菌制劑有單一的益生菌及復合益生菌制劑,種類繁多,每種制劑包含的活菌種類不一,其中復合益生菌制劑包括不同活菌,補充有益菌種類更多,相互也能發揮協調作用,相比于單一的益生菌制劑效果更優。其中雙歧桿菌四聯活菌是一種由嬰兒雙歧桿菌、嗜乳酸桿菌、糞腸球菌、蠟樣芽胞桿菌聯合的微生態制劑,作為微生態制劑的代表之一,起到調節腸道內菌穩態平衡的作用。雙歧桿菌及嗜酸乳桿菌與調節胃腸動力、免疫功能、參與物質代謝及生物拮抗等生理功能密切相關[14-15]。糞腸球菌定植于腸道并形成一層生物薄膜,保護腸屏障免收外界細菌侵襲[16]。蠟樣芽胞桿菌作為一類兼性厭氧菌,可以充分消耗氧氣,使得腸道環境中氧的濃度下降,并利于雙歧桿菌、乳桿菌在腸道內生長繁殖,充分發揮它們的作用[17]。SAP腸道內缺乏雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌株,雙歧桿菌四聯活菌可直接補充4種不同種屬的益生菌,4種活菌在腸道內可聯合起到補充益生菌數量、充分消耗腸道內氧氣、定植形成生物薄膜、抑制致病菌繁殖的作用,對改善胃腸功能障礙效果顯著。

2 雙歧桿菌四聯活菌影響SAP腸屏障功能的相關機制

2.1機械屏障 正常生理情況下腸道上皮細胞在腸腔、固有層和黏膜相關淋巴組織之間形成物理屏障,腸上皮細胞通過緊密連接與鄰近的上皮細胞連接,組成防止大分子物質、毒素等發生擴散轉移的機械屏障[18]。腸機械屏障是腸道抵抗有害物質入侵的第一道防線,是構成腸屏障的最基本框架,其結構基礎是腸黏膜上皮細胞及細胞與細胞之間完整的緊密連接,它由跨膜蛋白Claudin、Occludin以及閉合小環蛋白(Zonula occludens,ZOs)組成,對維持腸機械屏障功能的完整及細胞之間穩固排列發揮重要功能,一旦緊密連接發生破壞則會導致腸黏膜屏障功能受損[19]。一些研究表示,應用雙歧桿菌四聯活菌對SAP患者腸機械屏障功能有著保護及改善腸屏障功能障礙的作用,其中嗜酸乳桿菌可以通過增強緊密連接蛋白磷酸化來增強上皮屏障的完整性,雙歧桿菌可以修復腸上皮緊密連接,降低腸黏膜通透性,減少腸道內致病菌及內毒素移位到其他器官[20],糞腸球菌則通過自身的附著能力定植在動物腸道黏膜上,形成腸道外層生物屏障,防止腸道致病菌侵入。腸道菌群的代謝產物也參與了腸道內的代謝及腸屏障功能的維護,主要包括短鏈脂肪酸、吲哚衍生物、多胺、有機酸和維生素,其中短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFAs)是腸道菌群最常見的代謝物。SCFAs是腸上皮細胞的主要能量來源,SCFAs可以促進腸上皮細胞的增殖分化,減少細胞凋亡,在維持腸黏膜的機械屏障中發揮重要作用,同時,SCFAs還可以刺激中樞神經系統產生神經信號,傳遞到腸道刺激腸上皮細胞分泌激素和生長因子,促進腸道發育[21]。研究還表明,SCFAs可促進腸上皮緊密連接蛋白的合成,增加ZO-1和Occludin蛋白的表達,抑制腸道通透性,增強腸黏膜機械屏障功能[22]。SCFAs主要由腸道菌群發酵產生,雙歧桿菌、嗜乳酸桿菌屬是腸道內厭氧菌,可發酵食物中不易消化的碳水化合物、肽和氨基酸產生SCFAs,增強腸機械屏障功能,降低SAP腸道通透性,顯著改善患者的腸黏膜屏障功能,有利于SAP患者腸屏障的康復[23]。

2.2化學屏障 胃腸道內的黏液、消化液、溶菌酶及腸道菌群產生的有機酸等化學物質被稱之為化學屏障。雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌、糞腸球菌為乳酸菌,當其在腸道內生長、繁殖時,能產生有機酸,降低腸腔內pH值,不利于致病菌在腸腔內生長,從而起到防御致病菌、保護胃腸道黏膜的作用[24]。其中,雙歧桿菌是糖類分解菌,可將進入結腸的碳水化合物發酵分解成有機酸如SCFAs、乳酸,降低腸腔內pH值,抑制致病菌繁殖,起到降低腸道感染風險、糾正腸道菌群失調的作用,并通過競爭腸道上皮上的受體和膽汁酸來抑制病原體的生長[14]。而蠟樣芽胞桿菌在腸道中能將高分子碳水化合物分解為單糖,再由其他菌種將單糖轉化為乳酸,降低腸腔內pH值,同時,分解產生的乳酸還可以通過破壞細菌細胞壁的外膜來增強宿主溶菌酶的抗菌活性,能起到抑制致病微生物在腸道內定植的作用[25]。腸黏液主要由杯狀細胞合成的黏蛋白(mucoprotein,MUC)骨架和復雜的O-連接低聚糖修飾而成,MUC2是由小腸和結腸的杯狀細胞合成和分泌的主要黏蛋白,腸黏液覆蓋胃腸道,形成一層保護性的黏液凝膠層,在空間上將細菌分隔到管腔,防止細菌侵襲上皮細胞[24],同時起到潤滑作用,防止糞便磨損和撕裂腸道上皮細胞。FISHMAN J E等[26]通過胰膽管結扎法制作胰腺炎大鼠模型,可觀察到與對照組相比,胰腺炎大鼠腸道通透性增加,在鏡下可觀察到腸黏液層丟失,失去黏液層覆蓋的腸道絨毛數量顯著增加。張美曦等[27]通過對雛雞喂養雙歧桿菌,可見使用雙歧桿菌后雛雞腸道杯狀細胞數量、腸道MUC2 mRNA表達、腸液MUC2含量明顯增高。雙歧桿菌、乳酸桿菌可以增加MUC2基因的表達,促進MUC2的合成,引起結腸黏液層的積累和更新[24,28]。因此,對SAP應用雙歧桿菌四聯活菌可以通過促進腸黏液的分泌、增加溶菌酶的抗菌活性以及降低腸腔內pH值起到保護腸化學屏障作用。

2.3免疫屏障 免疫屏障主要是協助消化道的抗原識別并起殺菌或抑菌作用的黏膜免疫系統。腸道免疫系統主要由腸黏膜上皮的免疫相關組織、免疫細胞和分子構成,它們共同構成腸道免疫屏障,可以及時識別外來抗原以及自身異?？乖?誘導局部及全身免疫應答反應,維持腸道動態平衡[29]。分泌性IgA(secretory IgA,sIgA)是由腸黏膜固有層漿細胞分泌的免疫球蛋白,它是黏膜分泌物中含量最豐富的免疫球蛋白,在腸道免疫屏障中起到核心作用[30]。腸黏膜表面的sIgA對腸道菌群尤其是G-桿菌具有特殊親和力并包裹細菌,封閉細菌與腸上皮細胞結合的特異部位,保護腸道上皮免受腸道毒素和病原微生物侵襲,具有減弱細菌吸附、穿透腸黏膜上皮的能力,而且sIgA能結合抗原分子形成免疫復合物介導吞噬細胞清除病原微生物,減少腸道細菌移位數量[31]。研究表示SAP大鼠因腸道血供障礙可導致腸黏膜絨毛縮短,杯狀細胞脫落和功能下降,漿細胞數量減少,腸腔內sIgA分泌量減少,腸屏障功能受損[32]。嗜乳酸桿菌自身及代謝產物可作為抗原物質被M細胞攝取,隨之遷移至派爾集合淋巴結的T淋巴細胞區或系膜淋巴結,將抗原提呈給初始T淋巴細胞,激活Th2細胞,產生大量IL-5,活化派爾集合淋巴結生發中心的B淋巴細胞,使其轉化為漿細胞分泌IgA,提高sIgA的含量水平[33]。使用雙歧桿菌四聯活菌能保護SAP腸免疫屏障功能,機制可能與促進腸黏膜內漿細胞分泌sIgA,提高腸腔內sIgA水平相關,有助于降低致病菌吸附在腸黏膜表面的能力,糾正失衡的腸道菌群,保護腸道屏障功能[14]。

2.4生物屏障 腸道內相對穩定的共生菌構成機體生物屏障,這類共生菌定居動物內環境中,對維持腸道微生態平衡,對免疫功能的提高起到重要的作用。腸道內的益生菌可以競爭有限的營養和與上皮細胞的黏附位置,防止潛在致病性微生物的過度生長和入侵。SAP患者胃腸激素分泌紊亂,腸平滑肌能量代謝障礙,動力減退,可導致胃腸動力的功能障礙或麻痹性腸梗阻,使腸道無法通過蠕動將有害物質及時排出體外,從而使細菌在小腸近端過度生長,引發菌群失調[34-35]。相關研究表明SAP患者出現腸道菌群失衡,具體表現為雙歧桿菌、乳酸桿菌等益生菌減少,而以大腸埃希菌為主的致病菌比例增高[36]。當出現腸道菌群失調時正常菌群不能通過競爭結合位點和營養物質去抑制致病菌的生長,導致致病菌大量繁殖,對腸道上皮細胞和腸道黏膜屏障造成損傷,細菌會通過腸腔轉移到其他組織和器官中,激活釋放各種炎癥介質,造成炎癥因子風暴,從而對機體構成“二次打擊”[37-38]。譚超超等[39]通過逆行胰膽管注射牛膽磺酸鈉構建急性胰腺炎動物模型,予益生菌組大鼠雙歧桿菌及乳酸桿菌制成的微生態制劑,發現急性胰腺炎模型組大鼠腸道內雙歧桿菌屬細菌、乳桿菌屬細菌明顯減少,致病菌腸桿菌、腸球菌等均明顯升高,而益生菌灌胃組腸道內雙歧桿菌屬細菌、乳桿菌屬細菌顯著升高,易位感染發生率較模型組降低62.5%,同時評價腸黏膜通透性的指標二胺氧化酶、D-乳酸水平降低。劉金鳳[12]研究結果顯示經使用雙歧桿菌四聯活菌片的SAP患者炎癥指標、細胞因子水平較前治療明顯下降,腸道內雙歧桿菌、乳酸桿菌比例均高于治療前,大腸桿菌、葡萄球菌比例均低于治療前。目前各實驗表明雙歧桿菌四聯活菌對腸道生物屏障的保護作用,補充雙歧桿菌四聯活菌可增加了腸道內有益菌的數量,抑制了致病菌的繁殖,對維持機體生物屏障起到有力作用。其中,雙歧桿菌、嗜乳酸桿菌、糞腸球菌可定植于腸道上皮表面,與致病菌競爭結合位點和營養物質,抑制致病菌在腸道內的定植和繁殖,另外,嗜酸乳桿菌、糞腸球菌能通過產生細菌素抑制腸道常見病原菌的生長繁殖[40-41],而蠟樣芽孢桿菌為厭氧菌,可以充分消耗氧氣,使得腸道環境中氧的濃度下降,有利于雙歧桿菌、乳桿菌等厭氧菌在腸道內生長繁殖,從而抑制需氧菌的繁殖[42]。

注:sIgA為分泌性IgA;MUC2為黏蛋白;SCFAs為短鏈脂肪酸。圖1 雙歧桿菌四聯活菌作用于腸屏障機制圖

3 小結和展望

綜上所述,腸屏障功能障礙是SAP的重要并發癥,隨著對SAP研究的不斷深入,應用微生物制劑治療腸屏障功能障礙是目前的研究熱點,雙歧桿菌四聯活菌在對腸道的機械屏障、化學屏障、免疫屏障、生物屏障均有有益作用。但目前在臨床上對應用雙歧桿菌四聯活菌的安全性及有效性仍有爭議,仍有待更多的臨床樣本數量、更具體深入的研究以便指導臨床患者治療,進一步改善患者的預后。