腸道菌群生理功能及相關兒童疾病的研究進展腸道是體內細菌定植的主要場所，胃腸道棲息的細菌大約重1000g，大約30個屬，400500多種，總體數量在1014以上，比人體細胞的10倍還多；腸道定植的細菌具有數量巨大、多樣化、復雜性和動態性的特點，腸道菌群（intestinal microflora）是目前人體微生態學研究關注的核心。隨著認識的深入和分子生物學技術的應用，證實腸道菌群對兒童重要的生理功能諸如免疫、代謝、營養等的發育成熟過程起著決定性的作用，與感染性疾病、腸道慢性炎癥性疾病、過敏性疾病、自身免疫性疾病及代謝性疾病等密切相關。本文對近年來兒童腸道菌群生理功能及相關兒童疾病的研究新進展進行綜述。1腸道菌群的生理功能 腸道微生態承載著人類后天獲得基因，參與人類正常生理和疾病病理過程，與人體健康密不可分。研究表明腸道菌群能防御感染與增強腸道屏障功能，對外來致病菌及條件致病菌的入侵具有較強的生物拮抗作用；腸道菌群可合成維生素并促進營養素吸收，刺激宿主免疫器官及其功能的發育；腸道菌群所生成的氨、硫化氫、胺、毒素等代謝產物是有害的，也促使機體完善免疫機制以清除之。近年來在腸道菌群對機體代謝和免疫作用方面特別引起關注。1.1 腸道菌群與營養代謝功能腸道菌群在食物的消化吸收方面發揮著重要作用。來自歐洲分子生物學實驗室的科學家發現腸道菌群有三種不同的優勢族群類型，其中Bacteroides（擬桿菌屬）擅長分解碳水化合物，而Prevotella（普雷沃菌屬）則傾向于分解腸道黏液，和Ruminococcus（瘤胃球菌屬）會幫助細胞吸收糖類1，都是有助于食物的消化吸收。大量證據表明腸道菌群能競爭性消耗致病菌的營養素，促進鈣、鎂和鐵等無機鹽的吸收，參與了機體多種等維生素的合成；更重要是參與蛋白質、肽和氨基酸的代謝并具有改善脂質代謝的作用：腸道菌群可利用特有的酶類 (如半乳糖苷酶等)分解未被上消化道水解吸收的營養物質，生成乙酸、丙酸和酪酸等短鏈脂肪酸(SCFA)，后者既能作為能量底物被機體利用（如酪酸提供結腸上皮能量，乙酸和丙酸可隨門靜脈到達肝臟和外周器官，成為糖原和脂肪合成的底物），也能調控人體抗組氨酸脫乙酰酶基因表達發揮抗癌作用，對G蛋白耦合受體基因表達發揮作用進而調控外周代謝器官脂肪合成2。在研究肥胖及其相關代謝性疾病的過程中發現肥胖、糖尿病或者非酒精性脂肪肝的動物或成人身上都伴隨著腸道菌群數量或組成的變化。動物模型實驗表明腸道擬桿菌屬增加會增加積聚和肥胖，嬰兒期腸道較高的脆弱擬桿菌和葡萄球菌的減少與學齡期較高體重指數有關3。Kalliomaki等4為了明確早期的腸道菌群是否與兒童肥胖相關，通過對25名超重的7歲兒童進行前瞻性研究，發現與體質量正常的同齡兒童相比，腸道雙歧桿菌減少，腸球菌增多。Furet等5分析了肥胖者行減肥手術前后糞便菌群變化，結果發現普拉梭菌術前含量較低，且與炎癥物質呈負相關，術后該細菌保持增長趨勢，與宿主攝入食物無關。Larsen等6通過熒光定量PCR檢測2型糖尿病患者腸道菌群發現厚壁菌屬、梭菌屬明顯減少，有更豐富的變形菌，且該菌屬與血糖水平成正相關，表明腸道菌群可能參與糖尿病的形成。腸道菌群可能通過影響能量吸收、脂肪代謝以及細菌內毒素等途徑引發肥胖和代謝紊亂。隨著生活條件的改變，人類生活習慣和飲食結構也隨之改變，長期高脂飲食導致能量過剩引起肥胖；高脂飲食可能與腸道菌群相互作用導致炎癥：高脂飲食改變了腸道菌群的結構，腸內雙歧桿菌減少，腸道通透性增加，腸上皮細胞合成乳糜顆粒增多，促進脂多糖吸收和運轉到靶組，引起游離脂肪酸水平升高及炎癥因子表達，導致糖尿病等代謝紊亂性疾病增多。Cani等7發現腸道雙歧桿菌數量明顯增多的大鼠，其內臟、附睪和皮下脂肪含量都有明顯減少，與肥胖和糖尿病發病呈正相關的血漿促胰島素多肽的水平也顯著降低；雙歧桿菌還能夠促使腸道前體細胞向分泌細胞分化，使得血漿中的胰高血糖素樣肽1和胰高血糖素樣肽2水平明顯升高。肥胖患者腸道菌群結構和發酵產物改變，引起一系列代謝過程變化，導致胰島素抵抗；結腸細菌發酵膳食纖維釋放SCFA，進一步提高機體能量攝取，調控外周代謝器官的脂肪合成；腸道菌群結構改變通過固有免疫機制導致腸粘膜屏障損傷和非酒精性脂肪肝等21。1.2腸道菌群與免疫功能 腸道菌群與腸粘膜構成了人體最重要的外周免疫器官。維持腸道細菌與腸上皮穩態的免疫機制：粘膜層、腸上皮抗菌多肽、漿細胞分泌的分泌性免疫球蛋白（sIgA）。SIgA是免疫系統發育的一個重要因素，SIgA表達對腸道菌群與宿主體內平衡的建立以及對胃腸道菌群的免疫耐受有重要作用8。腸道正常菌群和食物傳播的病原微生物都是通過改變新生兒期Th2細胞的活性來增強SIgA介導腸表面屏障和促進口服耐受，從而在日后形成細胞因子新的平衡9。樹突狀細胞是一種極其重要的免疫細胞，Latvala等10研究發現鼠李糖乳桿菌、雙歧桿菌、嗜熱鏈球菌等均可刺激樹突狀細胞表達CD86和HEHLA-DR，促進其成熟，但不同細菌促進其分泌細胞因子不同。腸道菌群也調控著NK細胞、嗜酸性細胞、Treg細胞等T細胞亞群分化成熟11-13：腸道的革蘭氏(+)菌群是誘導IL-17分化成熟的刺激劑，絲狀片段菌(SFB)是誘導IL-17分化成熟的主要菌種，能增強小腸對病原菌鼠類檸檬酸桿菌的拮抗；梭菌屬是誘導結腸粘膜表達Foxp3+ Treg細胞分化的功能菌群，改善結腸粘膜炎癥和IgE介導的過敏應答；嬰兒雙歧桿菌能通過刺激樹突細胞促進Treg細胞分化增殖。腸道細菌的代謝產物同樣參與免疫系統的調節：Vinolo等14證實短鏈脂肪酸（SCFA）可影響白細胞向炎癥遷移和破壞病原微生物的能力，這種作用通過細胞因子 (TNF-, IL-2, IL-6, IL-10)、花生酸類和細胞趨化因子的生成來實現。 已有證據表明腸道菌群促進出生后腸道黏膜免疫系統和全身免疫系統的發育成熟，與日后發生過敏、肥胖和糖尿病等免疫相關性疾病有關。Olszak等15 研究者發現新生無菌鼠腸粘膜下層和肺組織蓄積大量NK細胞，提高了組織炎性應答，提高了IBD和過敏癥的易感性，而植入腸道菌群，通過誘導CXCL16表達，抑制NK細胞在腸粘膜和肺組織蓄積，結論是初生早期的微生物暴露可限制NK細胞在腸粘膜和肺組織蓄積，調控宿主對IBD和過敏癥的易感性。腸道菌群與宿主免疫系統的相互作用既可以導致B細胞的損害而增加1型糖尿病的風險，也可以通過細菌的脂多糖等引起代謝性炎癥16。2.菌群紊亂相關的兒童疾病腸道菌群與健康密切相關，菌群與人體之間保持動態平衡能有效防止腸道內細菌及內毒素易位；當正常的微生物群落受機體及外環境影響，微生態平衡遭到破壞可使人體致病。腹瀉病和慢性便秘是兒童常見消化道疾病，其與腸道菌群紊亂的關系及益生菌治療的有效性已廣為所知。壞死性小腸結腸炎以早產兒多見，早年的研究認為腸道到正常菌群定植延遲是發病因素之一；最近的研究發現新生早產豬經過抗生素處理NEC發生率顯著增加，提示抗生素使用與NEC有關17，而薈萃分析顯示給予胎齡小于34周體重低于1500 g的早產兒生后10天內腸內益生菌7天以上可減少30%的NEC發病率并減少死亡18。幽門螺桿菌(HP)感染可引起食管返流、胃炎、消化道潰瘍等疾病，也可導致營養不良和生長發育遲緩，在年齡稍大兒童中較為常見，而發展中國家感染率更高；經典的三聯根治療法雖可控制HP感染，也打破了腸道菌群的動態平衡；研究證實益生菌盡管在增加兒童HP的根除率方面有爭議，但可糾正菌群失衡并減輕藥物治療的副作用19。 炎癥性腸病（IBD）是一組原因不明的慢性非特異性胃腸道炎癥性疾病，包括克羅恩并和潰瘍性結腸炎，其發病原因尚不明確。Hviid等20進行的前瞻性隊列研究結果表明抗生素應用是導致兒童IBD發生的非常重要的環境因素。Sokol等21證實IBD患者腸道菌群中厚壁菌和擬桿菌的比例減少而變形菌比例增高。另有研究表明克羅恩的兒童腸道菌群存在雙歧桿菌和乳酸桿菌的降低22。 腸易激綜合征（IBS）指的是一組包括腹痛、腹脹、排便習慣改變和大便性狀異常、粘液便等表現的臨床綜合癥，持續存在或反復發作，是最常見的一種功能性腸道疾病；盡管IBS發病機制尚不清楚，腸道微生態失衡在腹瀉型和便秘型都是有關的：與健康人比較患者腸道菌群主要以乳酸菌屬、鏈球菌屬、瘤胃球菌屬和韋榮氏球菌屬占優勢23；Saulnier等人24采用基因芯片檢測22例學齡期和青春期前的IBS兒童，與正常兒童相比IBS兒童擁有大量的變形菌，其中有經常腹痛的還擁有一種特殊的菌種:Alistipes。嬰兒腸絞痛（Infantile Colic）也可以看做功能性腸道疾病，表現為嬰兒陣發性煩躁不安，極度痛苦喊叫，腹膨脹，排氣多，一般于生后24周發病，大多到34個月痊愈。還沒有學者對引起嬰兒腸絞痛的原因作出肯定的回答，可以確定與嬰兒消化道發育不完整有關。Savino等25研究了50例純母乳喂養的腸絞痛嬰兒，而給予羅伊氏乳桿菌干預后哭鬧時間明顯縮短，同時糞便中乳酸桿菌顯著增加而大腸桿菌及氨類均有減少。乳糜瀉（coeliac disease），又稱麥膠性腸病，在北美、北歐、澳大利亞發病率較高，國內很少見。發病高峰年齡主要是兒童與青年，在嬰幼兒主要表現為生長遲緩、體重下降、嘔吐、腹瀉、腹痛、腹脹及易激惹。現認為發病是遺傳、免疫和麥膠飲食相互作用的結果，患者對含麥膠（俗稱面筋）的麥粉食物異常敏感，是一種Th1介導的免疫紊亂疾病。Palma等26研究有遺傳風險的嬰兒發現腸道有大量的脆弱擬桿菌和葡萄球菌，而雙歧桿菌spp及長雙歧桿菌等數量較少。 肥胖和糖尿病等相關代謝性疾病的發病率在全球范圍呈直線上升趨勢，遺傳、環境、行為和心理社會因素已被證明與此類疾病的形成有重要作用。最新研究證明存在于腸道的微生物是構成肥胖的重要環境因素。母乳中含有豐富的雙歧桿菌，母乳喂養的嬰兒日后發生超重和肥胖的機率減少，母乳喂養的時間與超重的發生率成負相關；而母親孕期BMI、胎兒生長方式以及嬰兒期使用抗生素等均與隨后童年時期的肥胖癥風險有關26。肥胖和糖尿病患兒腸道菌群均有異常：最近一項研究證實哈薩克女性肥胖兒童腸道菌群 Bacteroidetes 減少，而擬桿菌門/厚壁門菌比例下降26；糖尿病患者腸道菌群中厚壁菌屬、梭菌屬明顯減少，變形菌更加豐富6。對138 例3周到一歲嬰兒的前瞻性研究顯示早期腸道富集脆弱擬桿菌而葡萄球菌較低與學齡前期的肥胖癥風險有相關3。Luoto等29發現孕期婦女添加乳酸桿菌和雙歧桿菌可以減少妊娠糖尿病和降低高體重嬰兒的出生風險。過敏性疾病是當今世界重大衛生學問題，兒童常見疾病有濕疹、特異性皮炎、哮喘等，“衛生學說”是解釋過敏性疾病上升的重要機制，大多數學者認同與“生活方式西方化”致腸道菌群減少有關，0-1歲應用抗生素與兒童期哮喘、過敏性鼻炎、結膜炎及濕疹等過敏癥發生率增加顯著高度相關30。流行病學資料顯示過敏患兒較之非過敏兒童有較高水平的梭狀芽孢桿菌，而雙歧桿菌等相應減少31；Bisgaard 32的課題組研究證實嬰兒期的腸道細菌多樣性降低與生后6年內變應性致敏、過敏性鼻炎和外周嗜酸細胞增高有關；Pelucchi等33人對懷孕期婦女或嬰兒生后早期給與益生菌，結果嬰兒期的特異性皮炎的發生率明顯降低。自閉癥（Autism）也稱孤獨癥，是一種廣泛性發展障礙，社會交流障礙是自閉癥患兒面臨的最大問題。Finegold等34采用焦磷酸測序法對33例自閉癥患兒的腸道菌群進行觀察，發現嚴重自閉癥患兒擬桿菌門、放線菌門明顯增高，而糞便中呈現較高水平的脫磷孤菌屬（Desulfovibrio）和普通擬桿菌（Bacteroides vulgatus），后者的特殊變化是否發病的原因抑或是疾病的結果尚不能判定，但腸菌異常所致代謝紊亂可能是發病機制之一。囊性纖維化 (Cystic fibrosis)是遺傳疾病，以肺部和消化系統所受的影響最為嚴重，白種人多見，非洲人和亞裔人則較少患病。有學者發現囊性纖維化患兒生命早期的腸道菌群也有異常，而給予益生菌干預可以減少腸道的炎癥和延遲呼吸道損傷修復，認為腸道菌群紊亂與本病有關聯，具體機制仍需研究35。綜上所述，腸道作為機體最大的免疫器官和微生態體系，直接影響機體的正常生長發育、患病率及遠期健康，保持其功能的正常發揮至關重要。兒童腸道菌群具有動態、脆弱的特點，早期菌群與機體免疫系統和代謝發育有密切相關；腸道菌群失調可誘發多種疾病，多種疾病又可導致腸道菌群失調，互為因果；以腸道細菌為靶點研究兒童相關疾病將有良好的前景。參考文獻：1. 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