乳糜瀉中麥膠與消化道菌群相關性研究進展

吳星星，吳 靜，單兆偉

(1.南京中醫藥大學附屬醫院 消化科，江蘇 南京 210029; 2.南京大學中醫研究院 南京鼓樓醫院 南京中醫藥大學鼓樓臨床醫學院，江蘇 南京 210008)

乳糜瀉(celiac disease, CD)是一種由麥膠蛋白介導的慢性多器官自身免疫性疾病，主要累及兒童和成人的小腸，具有遺傳傾向。常見的發病因素主要包括：環境因素、遺傳因素、免疫失衡，因其多病因致病，故臨床癥狀亦呈多樣性[1]：主要包括腹瀉、腹脹、腹痛等腸內癥狀及貧血、皰疹樣皮膚炎、骨質減少、周圍神經病變等腸外癥狀。CD主要依據血清抗肌內膜抗體IgA-EMA或抗組織轉谷氨酰胺酶抗體tTG陽性，及十二指腸病理(黏膜絨毛部分或完全萎縮、隱窩增生、上皮內淋巴細胞或漿細胞浸潤)，經去麥膠飲食臨床癥狀緩解等綜合診斷[2]。

CD患者攜帶特定易感基因(HLA-DQ2、HLA-DQ8)，但它們的存在并不足以導致CD的發生，需環境因素——麥膠的參與[3]。隨著含麥膠食物消耗增加，相關自身免疫性疾病的發病率亦逐漸上升(如CD、小麥過敏性疾病)[4]。在遺傳易感個體中，麥膠是誘發CD必要條件之一。麥膠是一種主要存在于小麥、大麥、黑麥中的蛋白質，約占小麥總蛋白的80%～85%[5]。它是一種由數百種單體、低聚物、聚合物組成的蛋白質混合物，主要包括醇溶蛋白(gliadin)和谷蛋白(glutenin)；其中導致CD的主要抗原蛋白——富含谷氨酰胺和脯氨酸的醇溶蛋白，且其分解后的33肽不被人體消化酶、刷狀緣肽酶消化[6-7]。部分麥膠在口腔中被微生物蛋白酶水解，進而降低其免疫毒性。然而大多數麥膠在胃內由胃蛋白酶水解為高分子大肽，從胃進入小腸內的肽段，因其富含脯氨酸不易被完全降解，長時間滯留于腸道，增加觸發免疫反應的機率[8-9]。腸腔內聚集的大量免疫原性高分子肽段，主要包括免疫顯性肽段(如α-醇溶蛋白中57～89肽和33肽)和非免疫顯性肽段(如P31～P43)，分別觸發由CD4+Th1細胞介導的適應性免疫反應和由上皮內淋巴細胞介導的固有免疫反應，導致腸道上皮炎癥細胞浸潤、絨毛萎縮和隱窩增生[10]，腸上皮細胞破壞、腸道通透性增加，出現腹瀉、腹脹、腹痛、消瘦、皰疹性皮膚炎等多種臨床癥狀。

堅持無麥膠飲食(gluten free diet, GFD)是有效治療CD的方法，GFD雖可明顯改善CD患者臨床癥狀，但無麥膠飲食費用高且產品少，堅持無麥膠飲食不僅給社會及財政帶來負擔，而且給患者帶來社會和心理影響[11]。飲食對腸道菌群組成和功能有很大影響，麥膠又可調節腸道菌群穩態。除麥膠之外，消化道菌群紊亂可能是誘發CD的另一環境因素。研究證實，CD患者存在消化道菌群紊亂，且有益菌豐度及多樣性下降，致病菌增加[12-13]。本文重點對消化道菌群與麥膠之間相互作用，及其在乳糜瀉中的作用機制進行綜述。

1 麥膠與口腔菌群

1.1 口腔菌群

迄今為止，口腔中有1 000多種細菌分別棲息于唾液、牙齒、牙齦等不同的部位，每克牙斑約有1 011個牙斑細菌，每毫升唾液中含有108個細菌，因此使口腔成為消化道第二個微生物密集定植的場所[14-15]。最新研究表明，口腔共生菌群可增加口腔黏膜免疫功能，從而使口腔免受病原微生物入侵。例如，口腔韋榮球菌屬、鏈球菌屬促進抗菌肽(anti-microbial peptide，AMP)產生，增加上皮屏障功能和黏膜厚度[16]。但另有研究發現，口腔微生物中的一些致病菌，不僅與齲齒、牙周炎、口腔潰瘍等口腔疾病相關[17]，而且與感染性心內膜炎[18]、冠狀動脈粥樣硬化[19]、肺炎[20]、肥胖[21]、腸道疾病等有一定相關性?？谇痪嚎杀淮罅窟\輸到消化道遠端，某些口腔微生物在遺傳易感個體中可能會誘發腸道疾病，如Atarashi等[22-23]發現口源性克雷伯氏菌通過定植于結腸，誘導Th1細胞分化促進腸黏膜炎癥反應。

1.2 口腔菌群降低麥膠蛋白的免疫原性

目前大多數研究局限于微生物與腸道疾病之間的關系，而口腔是第一個與食物接觸的消化器官，且與消化系統疾病有直接關系。因此，在大量研究十二指腸菌群、結腸菌群的基礎上，應當對口腔菌群進一步分析，完善對消化道菌群特征的描述。CD患者存在口腔菌群紊亂，例如CD患兒唾液菌群紊亂，其中擬桿菌門(卟啉單胞菌屬、牙髓卟啉單胞菌屬和南希普雷沃桿菌)、血鏈球菌的豐度平均高于健康對照組, 且放線菌門、厚壁菌門(尤其是乳酸桿菌屬、嗜熱鏈球菌)水平顯著降低[24]。進食含麥膠食物在口腔中雖短暫停留，但唾液中菌群數量和種類明顯多于定植在胃和十二指腸內的菌群，口腔中存在與麥膠代謝相關的菌群。國外學者發現，麥膠蛋白在口腔中的初步代謝可能與定植于口腔中的羅氏菌屬、放線菌屬、耐瑟氏菌屬、輕鏈球菌屬相關[25]。CD患者與健康者相比，唾液中含有豐富的能夠降解麥膠的菌群，且對麥膠的降解率較高，其中顯著增加的乳桿菌屬可能是其原因之一。另外抗蛋白酶、高免疫原性的33肽聚醇溶蛋白可被菌斑菌完全降解,以降低其免疫原性[26-27]。由此可知，麥膠代謝可能是導致口腔菌群紊亂的原因之一。

2 麥膠與腸道菌群

2.1 腸道菌群

消化道內第一個微生物密集定植的場所當屬腸道。腸道內定居1 000多種微生物，與人體細胞比為1.3∶1。健康者腸道菌群主要包括厚壁菌門、擬桿菌門、變形菌門、放線菌門[28-29]。根據與宿主之間的相互作用，腸道菌群分為3類：益生菌(如乳酸桿菌、雙歧桿菌等)、致病菌(如梭狀芽孢菌、糞腸球菌等)、機會致病菌。健康者腸道菌群具有保護維持腸道屏障功能、促進營養物質代謝吸收、調節免疫、抗衰老、防癌和抑癌等作用[30]。菌群與宿主之間存在互利共生的關系，宿主為其提供營養物質及生存微環境，菌群通過參與宿主體內的一系列生理作用協助維持人體腸道穩態平衡。國內外已有大量研究表明，腸道微生物與人體之間的平衡一旦被打破，則會通過膽汁酸代謝、腦-腸軸、腸道屏障、免疫等多種途徑，導致肥胖、糖尿病、冠狀動脈粥樣硬化、腸易激綜合征、炎癥性腸病、乳糜瀉等多系統疾病的發生[31]。

2.2 麥膠蛋白直接誘導腸道菌群紊亂

在乳糜瀉患者中，腸道微生物與人體之間的平衡可以被麥膠打破。大量未被降解的麥膠蛋白從口腔、胃中被推送致小腸、大腸內，為腸腔內不同細菌提供豐富的底物，從而促進降解麥膠蛋白細菌的繁殖，打破腸道菌群穩態[32-33]。目前主要通過檢測十二指腸菌群豐度和多樣性，評估小腸菌群組成結構。D'Argenio等[34]通過檢測活動性CD患者十二指腸黏膜菌群，發現變形菌門豐度增加，而厚壁菌門、放線菌門豐度減小，且與GFD患者及健康者相比，奈瑟氏菌屬的成員明顯多于其他兩組(P=0.03)，其中金黃奈瑟氏球菌豐度較大。Snchez E等[35]發現活動性CD患兒十二指腸黏膜菌群(正常含麥膠食物飲食)與GFD患兒、健康兒童相比，在門水平上，變形菌門豐度增加、厚壁菌門豐度降低；科水平中腸桿菌科、葡萄球菌科豐度增加，鏈球菌科豐度減少。在CD動物實驗中亦發現腸道菌群失調，如麥膠敏感性獼猴與健康獼猴對比，發現麥膠敏感性獼猴的糞便菌群α多樣性及豐度降低，且在前8個細菌科水平中，鏈球菌科和乳酸菌科在麥膠敏感性獼猴中更為豐富[36]。由此推斷，未被降解的麥膠蛋白是導致乳糜瀉患者腸道菌群紊亂的其中一個因素。

2.3 麥膠蛋白聯合腸道菌群誘導腸道炎癥反應

麥膠蛋白中的醇溶蛋白通過激活固有免疫和適應性免疫，通過誘導產生細胞因子及趨化因子，激活腸道炎癥反應。尤其是醇溶蛋白在小腸固有層被組織轉谷氨酰胺酶去酰胺化，并與抗原呈遞細胞的HLA Ⅱ類DQ2/8分子結合，活化T細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞，分泌促炎性細胞因子；另可通過B細胞產生抗肌內膜抗體、抗醇溶蛋白抗體和抗谷氨酰胺轉胺酶抗體激活適應性免疫，從而增加腸黏膜通透性[37]。誘發CD患者腸黏膜炎癥反應的因子中，除醇溶蛋白之外，腸道微生物亦有不可或缺的作用。眾所周知，免疫因素是CD病因之一，適應性免疫在CD的發病機制中起重要作用。研究發現，腸道菌群與適應性免疫密切相關，腸道微生物對宿主適應性免疫B細胞與T細胞這兩大分支有重要調控作用。腸道菌群可通過調節B細胞的應答以促進腸道中IgA的產生；也可通過調節腸道誘導Th17、Treg細胞的分化來維持腸道炎癥反應與免疫耐受之間的平衡[38]。醇溶蛋白誘導腸道屏障功能障礙從而使腸道致病菌過度生長和易位，發生腸道微生態失衡；微生態失衡通過調節B細胞與T細途徑，激活免疫炎癥反應, 炎癥因子通過破壞腸上皮細胞，可進一步增加腸道黏膜通透性，加重乳糜瀉[39]。CD中腸黏膜免疫反應可能會直接破壞生物屏障，進而影響微生物穩態，菌群失衡作為致病因素反作用于CD，如此形成惡性循環，使炎癥持續存在。

2.4 腸道菌群促進麥膠蛋白水解

人體缺乏能夠完全消化麥膠的蛋白酶，腸道菌群在此類蛋白質代謝過程中的作用不容忽視。未被降解的麥膠蛋白由小腸傳輸至大腸，一旦進入大腸則與腸道內大量微生物密切接觸，因大腸菌群基因的多樣性，使其具有不同于人體生化途徑，從而使某些腸道微生物具有代謝麥膠蛋白能力[40]。已有學者發現人體腸道存在與麥膠蛋白代謝相關的菌群(如乳桿菌屬、鏈球菌屬、葡萄球菌屬、梭狀芽孢桿菌屬、雙歧桿菌屬)[41]。不僅大腸內存在此類微生物，小腸內亦存在代謝麥膠的微生物。Camino等[42]表明，與健康組相比，食用含麥膠飲食的CD小鼠十二指腸黏膜菌群具有較高的麥膠蛋白水解活性，且與變形菌門(包括假單胞菌)的豐度有關。Herrán等[43]通過研究健康者及CD患者分解麥膠蛋白的小腸菌群，從十二指腸黏膜中分離出隸屬于32個細菌菌種的114個菌株，其中85個菌株生長在含有麥膠作為唯一氮源的培養基中，31個菌株具有細胞外水解麥膠蛋白活性，27個菌株具有水解對CD患者有免疫原性的33肽活性。

3 無麥膠飲食與消化道菌群

CD患者存在消化道菌群的紊亂，但經過GFD治療后，CD患者消化道菌群是否能得到明顯的改善？研究發現，經過GFD治療的CD患者消化道菌群仍然處于一種失衡狀態。一項關于兒童的研究證實，GFD患兒(n=13)，與相同數量的健康兒童相比，唾液中類桿菌屬、擬桿菌增加，放線桿菌及熱鏈球菌減少[44]。Reddel及Di Cagno等[37,45]發現經過2年的GFD治療后，CD患者十二指腸黏膜菌群尚未完全恢復，且菌群豐度仍持續下降，盡管致病菌的豐度下降，但有益菌的豐度依然較低。De Palma等[46]研究表明，健康成人堅持GFD后，雙歧桿菌屬、乳桿菌屬、糞桿菌屬豐度下降，然而腸桿菌屬豐度增加。GFD是影響腸道菌群組成的一個重要因素，GFD不僅不能完全恢復CD患者消化道菌群，還可影響健康者菌群穩態[47]。去麥膠飲食能夠影響幾種菌群的豐度，特別是涉及碳水化合物及淀粉代謝的菌群(梭狀芽孢桿菌科)。飲食是影響菌群豐度、多樣性及功能的重要因素。在生理狀態下，飲食模式和營養狀況對腸道菌群均有一定影響[48-49]。在不同膳食成分中，纖維對腸道微生物和相關代謝物有積極的影響。與標準飲食相比，GFD中纖維含量較少[50-52]。因此，可以初步推斷，含少量纖維的GFD，是導致腸道菌群紊亂的一個因素。

4 益生菌對CD的影響

嚴格的無麥膠飲食是目前唯一有效治療CD的方法，長期GFD雖改善CD患者癥狀，但仍存在腸道菌群紊亂。目前在GFD的基礎上采用益生菌干預CD患者研究較少，但有限的研究結果表明益生菌制劑聯合GFD可恢復CD患者腸道菌群。研究證實，與健康者相比，CD患兒厚壁菌門與擬桿菌門的比例及放線菌門豐度下降，GFD患兒口服3個月含2種雙歧桿菌菌株(B632和BR03)的益生菌制劑，與未補充益生菌制劑的GFD患兒相比，厚壁菌門與擬桿菌門的比例、放線菌門下降較前增加，且與健康兒童糞便菌群組成基本相似[53]。

5 總結與展望

綜上所述，乳糜瀉、麥膠、消化道微生物三者之間存在復雜的互交關系。CD患者不僅存在腸道菌群紊亂，而且亦伴隨口腔微生物生態失調。目前研究尚未確定與CD相關的確切微生物模式，且消化道菌群失衡與CD之間的因果關系亦尚無定論。麥膠蛋白與消化道菌群作為誘發CD環境因素，兩者之間存在密切聯系。在CD腸黏膜免疫應答過程中，麥膠蛋白與菌群發揮著協同作用，從而使腸道免疫反應處于持續激活的狀態, 引起CD的臨床癥狀。另進食含麥膠食物為消化道菌群提供了豐富的物質能量，進一步導致菌群失調。然而，哺乳動物體內雖缺乏消化麥膠蛋白酶，但消化道中的某些特定細菌或一些細菌代謝產物均可降解麥膠蛋白。一方面麥膠蛋白與菌群失衡之間存在互為因果的關系，另一方面在誘導CD腸道免疫應答過程中表現出協同關系。

未來應對菌群與麥膠誘導CD發病機制進行深入研究, 以闡明腸道微生態、麥膠在CD發病機制中的共同作用。益生菌(特別是麥膠蛋白代謝相關的雙歧桿菌、乳酸桿菌)有望成為CD患者的輔助制劑，并盡可能減少嚴格GFD帶來的相關不良反應。當然，這不是絕對的預測，畢竟動物實驗曾表明CD動物模型中腸道乳酸桿菌增加，不能排除乳酸桿菌此時并不能充當益生菌的角色。