【儿科每日一文】专家笔谈丨肠道菌群与儿科肠道炎症性疾病的研究进展

上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心临床营养科 洪莉

新生儿坏死性小肠结肠炎是新生儿期严重威胁生命的肠道炎症性疾病，主要特征为肠黏膜甚至深层的坏死；先天性巨结肠合并小肠结肠炎是先天性巨结肠病最严重且最常见的并发症。儿童炎症性肠病是一组非特异慢性复发性肠道炎症性疾病，溃疡性结肠炎和克罗恩病是其主要的2种发病形式，病程常迁延反复。肠道炎症性疾病严重影响患儿的生活质量，甚至可能危及生命。

肠道炎症性疾病的发病机制，目前尚未明确。近年来认为，肠道菌群紊乱在其发病中发挥重要作用^[1-3]。早产、分娩方式、喂养方式、抗生素使用以及生活环境等，均是影响婴幼儿肠道菌群的重要因素，这些因素可引发肠道菌群紊乱，继而影响肠黏膜的屏障功能和免疫功能，甚至导致肠道炎症性疾病^[1]。

近年来，高通量测序技术的快速发展为深入研究肠道菌群提供了重要的技术手段。本文对肠道菌群在儿科肠道炎症性疾病发病机制中的研究进展进行综述。

一、儿童肠道炎症性疾病与肠道菌群紊乱

1. 坏死性小肠结肠炎与肠道菌群紊乱

坏死性小肠结肠炎是新生儿最常见的胃肠道急症之一。近年来，尽管坏死性小肠结肠炎的早期识别和积极的护理治疗能够显著改善其临床结局，但是其发病率和病死率仍未降低。因此，寻找坏死性小肠结肠炎的病因，并采取相应的预防措施，显得尤为重要。

坏死性小肠结肠炎的发病机制尚未明确，但研究表明其是由多因素决定的，而促炎细胞级联反应加剧的缺血和（或）再灌注损伤可能发挥着重要作用。大量的动物实验表明，肠道缺血、免疫功能不成熟和免疫功能障碍的相互作用，使肠道菌群易位穿过肠黏膜屏障，引起炎症介质包括白三烯、肿瘤坏死因子和血小板活化因子的扩散以及腔内胆汁酸的释放，从而导致不同程度的肠道损伤，并引发全身受累^[4-5]。动物实验发现，无菌小鼠模型在出生后不会并发坏死性小肠结肠炎^[6]，但在引入正常小鼠肠道菌群后，肠道内潘氏细胞受到损伤，肠道上皮细胞Toll样受体4信号介导增强^[7]。

近年来的临床研究也致力于发现坏死性小肠结肠炎的特定致病菌。有研究发现，与对照组相比，早发型坏死性小肠结肠炎患儿在发病早期，其肠道内厌氧芽孢杆菌丰度增加；晚发型坏死性小肠结肠炎患儿发病前6 d，大肠志贺杆菌(Escherichia shigella)所占比例增加，发病前3 d，阪崎肠杆菌(Cronobacter sakazakii)显著增多^[8]。一项大型前瞻性病例对照研究发现，在混合模型中，坏死性小肠结肠炎的发病与肠道内革兰阴性厌氧杆菌-变形菌(Gamma-Proteobacteria)的丰度呈正相关，与专性厌氧菌尤其是厚壁(Negativicutes)和梭状芽胞杆菌(Clostridia)的丰度呈负相关^[9]

2. 先天性巨结肠、先天性巨结肠小肠结肠炎与肠道菌群紊乱

先天性巨结肠是由于病变肠段黏膜下和肌间神经丛副交感神经节细胞缺失，以病变结肠发生持续性的痉挛收缩、近端肠管扩张以及肠内容物排出受阻为特征的先天性肠道动力障碍性疾病。先天性巨结肠是小儿外科常见疾病，在消化道畸形疾病中排名第2位^[10]。先天性巨结肠病可以经外科手术切除无神经节细胞的肠管而治愈。然而，高达40%的先天性巨结肠病患儿在巨结肠根治术后仍可能罹患巨结肠小肠结肠炎，提示缺乏神经节细胞并非先天性巨结肠合并小肠结肠炎的唯一的病因。

先天性巨结肠合并小肠结肠炎是先天性巨结肠病最常见且最严重的并发症。文献报道，先天性巨结肠合并小肠结肠炎的发病率为20%～58%，复发率达50%，病死率为1%～10%^[11]。目前，先天性巨结肠合并小肠结肠炎的具体发病机制，仍未阐明^[12]。

近年来，有研究显示，由于先天性巨结肠的肠道神经系统紊乱可能增加肠道对特定病原菌感染和定植的敏感性，因此肠道微生态失衡可能是先天性巨结肠合并小肠结肠炎的主要发病机制^[11]。巨结肠根治术后发生的先天性巨结肠合并小肠结肠炎的治疗（去除机械性梗阻病因后）包括肠道休息、肠道灌洗、全身性使用抗生素等，表明肠道菌群紊乱可能是先天性巨结肠合并小肠结肠炎起病和复发启动的因素。如何在源头上明确先天性巨结肠合并小肠结肠炎的致病菌，并阻断肠道微生态失衡的恶性循环，可能是防治先天性巨结肠合并小肠结肠炎的解决之策。

近30年来，许多的临床实验和动物研究均致力于探寻导致先天性巨结肠合并小肠结肠炎的特定致病菌。尽管有一些致病菌被认为可能与先天性巨结肠合并小肠结肠炎的发病有关，如艰难梭状芽孢杆菌^[13]、大肠埃希菌^[14]和轮状病毒^[15]等，但迄今为止尚缺乏明确的结论，主要是受限于细胞培养技术以及肠道菌群的复杂性。由于肠道菌群数量庞大、种类繁多，因此85%的肠道细菌无法通过培养获得。有学者利用扩增性rDNA限制性片段分析技术对1例反复发作先天性巨结肠合并小肠结肠炎的3岁患儿进行纵向系列粪便检测（共计15次），发现先天性巨结肠合并小肠结肠炎的发生与特定的肠道菌群分布模式有关，并且受到抗生素使用的影响^[16]。

3.儿童炎症性肠病与肠道菌群紊乱

尽管儿童炎症性肠病的发病机制和诊断程序与成人炎症性肠病相似，但是前者的疾病严重程度较重，且病情进展较快，容易发生并发症，引起生长迟缓和营养不良等。儿童炎症性肠病的病因及发病机制，尚未完全明确。目前认为，遗传易感性、肠道菌群紊乱以及免疫应答异常对于炎症性肠病的发病均有影响^[17]。

近年来，越来越多的研究支持肠道菌群紊乱在炎症性肠病发病中的作用。克罗恩病患者粪便中厚壁菌门(Firmitutes)尤其是Firmitutes prausnitzii的丰度降低^[18]，黏附侵袭性大肠埃希菌(adherent-invasive Escherichia coil)和副结核分枝杆菌(Mycobacteriumavium subspecies paratuberculosis)在炎症性肠病发病中的作用也相对显著。2012年，黏附侵袭性大肠埃希菌的EC15和EC10菌株被首次发现于炎症性肠病患儿的肠道炎症组织中^[19]。体外试验显示，黏附侵袭性大肠埃希菌在肠道上皮细胞中的复制和增殖能力很强，可以诱导分泌肿瘤坏死因子，与克罗恩病患者回肠黏膜病变相关^[20]。与健康人相比，克罗恩病患儿肠道内真菌紊乱较为明显，表现为担子菌门(Basidiomycota)和子囊菌门(Ascomycota)所占比例降低，而白色念珠菌(Candida albicans)丰度增加^[21]。

二、作者团队的研究

目前，国内外应用宏基因组学测序和分析技术探讨肠道菌群在先天性巨结肠合并小肠结肠炎中作用的研究较少。作者团队自2013年起开展了这方面的研究^[22-23]。在手术中提取先天性巨结肠合并小肠结肠炎和先天性巨结肠病患儿不同肠道部位的粪便标本，比较其肠道菌群的特点，结果发现先天性巨结肠合并小肠结肠炎和先天性巨结肠病患儿的肠道菌群种类存在明显差异，而远端无神经节细胞肠道和近端有神经节细胞肠道内的肠道菌群种类并无明显差异，由此提示，有无神经节细胞并不是影响肠道菌群组成的主要决定因素，而有无特定肠道菌群的定植可能是影响先天性巨结肠合并小肠结肠炎发生和发展的重要因素。

进一步的研究发现，曾经罹患先天性巨结肠合并小肠结肠炎的患儿在症状缓解期，肠道菌群构成仍与先天性巨结肠合并小肠结肠炎发病时的相似，提示导致先天性巨结肠合并小肠结肠炎发病的特定肠道菌群分布模式可能持续存在，这也可能是导致先天性巨结肠合并小肠结肠炎复发率高达50%的原因^[23]。

作者团队对早产儿坏死性小肠结肠炎与迟发性脓毒血症的发病与肠道菌群的相关性进行了纵向研究，结果支持“肠道生态失调假说”，即肠道微生物群的“异常动态定植模式”是影响早产儿坏死性小肠结肠炎和迟发性脓毒血症发生和发展的重要因素。作者团队还发现，早产儿自出生后第2周起，肠道菌群定植模式发生紊乱并且逐渐发展为早产特定感染，坏死性小肠结肠炎和迟发性脓毒血症分别呈现不同的纵向变化规律，包括不同致病菌属丰度增加以及菌群多样性出现不同程度的降低，并且与临床变化相关。肠道菌群失调和潜在致病菌的过度增殖在坏死性小肠结肠炎和迟发性脓毒血症的进展中发挥着至关重要的作用。抗生素（尤其是氨基糖苷类抗生素）会导致早产儿肠道微生物群落丰度和多样性的降低。坏死性小肠结肠炎的发病与潜在致病菌属包括肠球菌、葡萄球菌和链球菌的过度增殖有关，而迟发性脓毒血症的发病与克雷伯菌过度增殖有关^[24]。

三、小结与展望

先天性巨结肠小肠结肠炎、坏死性小肠结肠炎和炎症性肠病均是儿科常见的肠道炎症性疾病，其发病与遗传、环境因素和肠道免疫功能相关[1-3]。尽管发病年龄不尽相同，但这些疾病均有着相似的临床表现（腹痛、呕吐、腹泻、便秘、血便、喂养不耐受、体质量减轻甚至营养不良）和病理变化（小肠和结肠黏膜出现损伤、坏死、固有层局部中性粒细胞浸润等）^[25]。有研究发现，年幼时罹患先天性巨结肠合并小肠结肠炎的患儿，其日后罹患炎症性肠病的风险增加^[26]，且与免疫介导的炎症性疾病患者的肠道菌群具有相似性。

肠道菌群在上述疾病中的改变是否是导致这些疾病具有相似的临床和病理特征的因素之一？如何阻断坏死性小肠结肠炎和先天性巨结肠合并小肠结肠炎肠道菌群模式的改变，进而改善和优化其肠道菌群模式，可能是防治肠炎反复发作以及降低未来并发炎症性肠病风险的新途径。

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