腸道微生態與胰腺疾病

楊子涵 吳東

中國醫學科學院北京協和醫院消化內科 疑難重癥及罕見病國家重點實驗室，北京 100730

【提要】 腸道微生態由腸道微生物及其基因組和生存環境共同構成，其異常改變與全身各類炎癥、腫瘤和代謝疾病密切相關。近年來，腸道微生態異常改變與急性胰腺炎、慢性胰腺炎及胰腺癌的關系研究不斷增多，引起臨床重視。胰腺炎癥可能并發或造成腸道微生態紊亂，反之腸道微生態紊亂又可能加重胰腺炎癥反應，增加全身及局部并發癥風險，甚至誘發胰腺腫瘤。本文旨在探討腸道微生態參與調控胰腺疾病的機制及其潛在的臨床應用前景。

腸道微生態由腸道微生物及其基因組和生存環境共同構成，在消化系統穩態調控中發揮重要作用。腸道微生態異常改變與全身各類炎癥、腫瘤和代謝疾病密切相關。目前認為，內源性或外源性因素可通過破壞腸屏障功能，促進腸黏膜通透性增加和炎癥改變，從而對腸道微生物產生選擇作用，導致易感人群腸道機會病原體增殖并向致病微生物轉變。失調的腸道微生物及其基因產物進而引起局部或系統的病理變化，最終導致疾病發生[1]。腸屏障系統主要包括黏膜化學屏障、機械屏障、免疫屏障和生物屏障，由腸上皮細胞連接復合體及其分泌物、腸道免疫細胞及腸內正常菌群組成。近年來，腸道微生態紊亂與胰腺疾病的關系引起臨床高度重視。研究顯示，AP的發生和發展會導致患者腸道菌群失調，而腸道微生態紊亂會進一步促進AP的病情惡化[2-3]。本文從AP腸道微生態紊亂的發生、進展及并發癥等角度出發，結合CP和胰腺腫瘤，闡述腸道微生態在上述疾病中的作用機制及干預腸道菌群的臨床應用前景。

一、腸道微生態紊亂參與調控AP病情進展

AP是世界范圍內消化疾病急診住院的首要病因，全球發病率約為34/10萬，近年來呈明顯增高趨勢，消耗了大量醫療資源[4]。大部分AP患者病情較輕，但約20%患者會進展為SAP，出現全身炎癥反應綜合征和器官功能衰竭。SAP病情危重且缺乏特異性藥物，治療難度大，病死率高達20%～30%，是嚴重威脅人民生命健康的急危重癥[5]。因此早期、準確地評估病情和預測預后對AP患者尤為重要。當前臨床上常用的APACHEⅡ、BISAP、Ranson等評分系統存在應用繁瑣、時效性差等局限。近年來，有關預測AP嚴重程度及預后的生物標志物研究取得了很大進展，包括CRP、鳶尾素、致癌因子2和微小RNA在內的多種標志物顯示出良好的預測價值[6]，其中也不乏將特定腸道菌群作為生物標志物來預測AP疾病嚴重程度的研究[7]。

腸道菌群是腸道微生態系統的重要組成部分，具有保護腸黏膜屏障、介導宿主免疫反應及調節代謝等作用[8]。腸黏膜完整性需要腸內正常菌群參與維持，而在AP早期即出現的腸道菌群失調則破壞了這一穩態。AP導致腸道菌群失調的機制主要包括胃腸動力障礙、缺血再灌注損傷、氧化應激和免疫功能紊亂[2]。在上述多重因素影響下，腸道菌群多樣性降低，菌群結構和數量發生改變，表現為有益菌數量明顯減少，機會病原菌數量增多。Zhu等[9]研究發現，增加腸道有益菌阿克曼菌的豐度可增強腸道黏膜緊密連接蛋白ZO-1和occludin的表達，提示腸道菌群失調會影響腸道黏膜的機械屏障能力。此外，Tan等[10]發現血清IL-6與潛在病原菌如腸桿菌科和腸球菌的豐度呈正相關，與有益菌雙歧桿菌的豐度呈負相關；血清內毒素含量與潛在病原菌腸球菌的豐度呈正相關，提示腸道菌群失調可能通過促進腸道炎癥及免疫反應，破壞腸黏膜屏障完整性。

短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids, SCFAs）是腸道菌群的主要代謝產物，也是腸道上皮細胞的主要能量來源。SCFAs可促進腸道上皮細胞的增殖與分化，減少細胞凋亡，也可通過促進腸上皮緊密連接蛋白ZO-1和occludin的表達增強腸黏膜屏障功能[11]。腸道菌群失調可導致產SCFAs的益生菌減少，進而影響腸黏膜屏障的完整性，從而加重AP的嚴重程度[3]。一項薈萃分析顯示，約60%的AP患者存在腸屏障損傷[12]。在此情況下，腸黏膜通透性增加進而導致腸道菌群移位、胰腺組織壞死感染，炎癥風暴從局部擴散至全身，甚至發生多器官功能障礙綜合征，危及生命[13]。故AP的病理生理機制與腸道微生態密切相關，腸道微生態紊亂是AP患者腸屏障被破壞的主要原因，腸屏障功能受損、細菌和內毒素移位是AP病情惡化的重要推動因素。筆者團隊研究[14]發現，不同嚴重程度AP患者在腸道菌群的組成和功能上存在顯著差異，MAP、MSAP和SAP患者中占據主導地位的腸道菌群分別是擬桿菌屬、大腸埃希菌屬-志賀菌屬和腸球菌屬。MAP患者大芬戈爾德菌屬顯著增多，布勞特菌屬顯著減少；MSAP患者厭氧球菌屬顯著增多，霍氏真桿菌顯著減少；SAP患者則腸球菌顯著增多，霍氏真桿菌顯著減少[14]。上述研究表明腸道菌群的改變參與調控AP的病情進展，未來需要更多研究探索其具體機制。

急性呼吸窘迫綜合征（acute respiratory distress syndrome, ARDS）是SAP最常見的嚴重并發癥，也是SAP患者早期死亡的主要原因[15-16]。疾病后期（發病時間＞4周）發生的胰腺組織感染壞死及繼發的多種局部或全身并發癥構成了SAP治療的主要瓶頸。腸道微生態改變與胰腺壞死的發生密切相關，胰腺組織感染壞死一般發生在患者入院10 d之后，通常認為是細菌從腸道移位而導致[17]。約30%無菌性胰腺壞死會進展為感染性胰腺壞死，從患者壞死胰腺組織中可培養出葡萄球菌、腸球菌、大腸埃希菌及克雷伯菌等病原體[18]。Li等[19]采用16s rDNA測序技術識別出AP患者移位菌群的特征，展示了膿毒血癥與AP嚴重程度之間的關聯性。筆者團隊收集AP患者入院時直腸拭子樣本行16s rDNA測序后發現，急性壞死性胰腺炎患者相較非壞死性胰腺炎具有獨特的腸道微生態改變；糞腸球菌（Enterococcus faecium）和大芬戈爾德菌（Finegoldia magna）可作為生物標志物預測胰腺壞死和感染，為SAP早期預測及治療提供了思路[7]。此外，Hu等[20]比較了AP伴或不伴ARDS患者的腸道菌群改變，發現AP伴ARDS患者腸道菌群在組成和功能上出現了特定的變化，主要表現在變形菌門、腸桿菌科、大腸埃希菌屬-志賀菌屬和肺炎克雷伯菌豐度較高，而雙歧桿菌屬豐度較低。進一步通過隨機森林建模分析發現，大腸埃希菌屬-志賀菌屬的豐度差異能夠區分AP伴ARDS和AP不伴ARDS，提示腸道菌群的特異性變化在SAP進程中可能具有潛在的預測價值。

總之，腸道微生態改變在AP的發病、進展及并發癥中發揮重要作用。腸道菌群及其代謝產物失調可能導致炎癥反應激活、腸屏障功能減弱和胰腺組織損傷，從而促進SAP的發生和進展。此外，腸道微生態的改變還與胰腺壞死、胰周感染壞死和全身并發癥相關。有理由相信，未來的研究將有助于深入探究腸道微生態與AP之間的關系，為臨床治療和判斷預后提供新的思路。

二、腸道微生態變化與CP并發癥及癌變之間的關系

研究表明，CP患者腸道微生物豐富度及多樣性顯著降低。在門水平上，CP患者腸道擬桿菌門豐度減少，變形菌門豐度增加[21]。此外，乳酸桿菌屬、雙歧桿菌屬、糞桿菌屬、普雷沃菌屬豐度減少，大腸埃希菌和糞腸球菌豐度則增高[22-23]。CP患者腸道微生態改變與胰腺外分泌功能不全（pancreatic exocrine insufficiency, PEI）密切相關，進而促進CP病情進展并增加并發癥風險。例如，動物實驗發現腸道中過量的脂肪會導致微生態失調、產脂多糖內毒素菌群增加及免疫細胞Toll樣受體激活，導致腸黏膜炎癥加重、腸道屏障功能受損及循環內毒素水平增加[24]。當前腸道微生態改變調控CP的具體機制尚未明確，但CP腸道菌群豐富度及多樣性的降低與患者腹瀉、腹痛、腹脹、惡心等癥狀相關，經抗生素如利福昔明治療后，上述癥狀可好轉[25-26]?，F有證據表明，腸道微生態改變及相應的病理改變可能影響CP疾病進展及并發癥，包括胰腺外分泌功能不全、糖尿病及胰腺癌等。

1.腸道微生態與CP進展：腸道微生態改變引起CP進展的證據首先來源于動物實驗。例如，將CP小鼠的腸道菌群通過糞便移植的方式移植至無菌小鼠，可誘導后者出現CP；而補充胰腺消化酶和益生菌，保持腸道微生態穩定則可減輕CP嚴重程度[23]。此外，健康供體的糞菌移植顯著減輕了CP小鼠的胰腺損傷和纖維化，而CP小鼠的糞菌移植則使胰腺中CD4+T細胞和巨噬細胞浸潤數量增加，進而加劇胰腺纖維化[27]。另有研究顯示CP患者腸道大腸埃希菌豐度提高可促進全身炎癥反應及CP病情發展[22]。以上結果提示腸道微生物組的變化與CP的嚴重程度有關。

2.腸道微生態與PEI：PEI為CP并發癥之一，其發生率為30%～48%，可引起消化不良、脂肪瀉、體重下降、脂溶性維生素缺乏及骨質疏松[28]。研究發現，存在PEI的CP患者腸道微生態紊亂的發生率是無PEI患者的2.5倍[29]。當存在小腸細菌過度生長時，腸道菌群代謝的改變會加劇PEI，而腸道微生態失調可引起胰腺抗菌肽合成減少，誘發小腸細菌過度生長[23,30]。已知CP患者腸道雙歧桿菌的豐度與PEI的發生呈負相關[21]。此外，PEI患者腸道微生態中普雷沃菌屬豐度增加，擬桿菌屬豐度減少。而普雷沃菌屬的某些菌種可產生硫酸氫鹽，通過誘導細胞凋亡的方式引起胰腺損傷，可能導致胰腺外分泌功能進一步下降[31]。

3.腸道微生態與糖尿?。禾悄虿镃P常見并發癥，新診斷的CP患者15個月內出現糖尿病的風險約為36%，33個月后則高達60%。CP相關性胰腺損傷可引起3c型糖尿?。╰ype 3c diabetes mellitus,T3cDM）。一項系統綜述指出，相較于無T3cDM的CP患者，并發T3cDM患者胃腸道內擬桿菌門豐度較高，糞桿菌屬豐度較低[22]。例如，T3cDM的CP患者腸道微生態中普氏棲糞桿菌豐度減少，這種腸道微生態變化引起腸道菌群脂多糖（lipopolysaccharide, LPS）合成顯著增加，進而導致血清內毒素水平增加，與糖代謝受損有關[32-33]。這是因為LPS可通過Toll樣受體和NF-κB通路誘導胰島β細胞產生炎癥，導致β細胞功能障礙[33]，但具體機制仍需進一步研究。此外，有研究發現CP患者布氏瘤胃球菌豐度減少，該菌種在人類結腸抗性淀粉的降解中具有重要的生理作用，而抗性淀粉的降解減少可促進胰島素抵抗的發生，導致葡萄糖代謝的改變[32]。CP患者腸道普氏棲糞桿菌減少可能參與調控T3cDM發生及惡化。

4.腸道微生態與CP癌變：相較于正常人群，CP患者群體胰腺癌總體發病率增加[34]，尤其是攜帶KRAS突變基因的CP患者[32]。其中，腸道微生態改變如小腸細菌過度生長可能通過LPS驅動的炎癥反應和TLRs介導的NF-κB通路刺激KRAS突變基因表達，引起慢性炎癥和氧化損傷從而加速胰腺癌的發展[32]。此外，腸道微生態改變可以通過多種途徑激活免疫系統，包括腫瘤浸潤淋巴細胞（tumor infiltrating lymphocytes, TILs）、固有免疫細胞及相關細胞因子等。TILs可產生促炎遞質激活STAT3和NF-κB通路，促進細胞增殖和抑制細胞凋亡，從而促進癌癥發生[32]。

可見，腸道微生態和CP之間存在相互作用，CP患者腸道微生態改變可源于PEI，而這種微生態改變可進一步影響CP的病程及并發癥。從腸道微生態的角度進行干預，有望為預防CP進展和提高患者生活質量提供新的思路。

三、腸道微生態與胰腺腫瘤

胰腺癌因其發病率增長且預后較差，現已成為全球癌癥死亡的第7位病因[35]。其中胰腺導管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinoma, PDAC）作為胰腺最常見的惡性腫瘤，其發病與疾病進展亦受到腸道菌群的調節。PDAC患者的腸道菌群組成與健康人群存在差異。一項對中國PDAC患者腸道菌群的薈萃分析報道，與健康對照人群比較，PDAC患者腸道菌群α多樣性顯著減低，變形菌門、普氏菌屬明顯增加，而厚壁菌門、雙歧桿菌屬和梭菌屬等則明顯減少[36]。在西方PDAC患者腸道菌群中也發現了相似的改變[37]。菌群及菌群代謝物的改變可能和胰腺癌預后存在相關性。研究表明，在胰腺癌患者腸道中多胺合成途徑的活性提高，丁酸合成途徑的活性降低，這些代謝物的改變被認為可能參與腫瘤的發生和轉移[38]。進一步研究發現腸道菌群紊亂可能促進腫瘤生長，調節或抑制特定菌群可能成為預防或治療胰腺腫瘤的一種潛在策略。在胰腺癌、結直腸癌、黑色素瘤等多種腫瘤模型中，無菌小鼠的腫瘤負荷、肝轉移負荷均明顯減輕[39]?？诜股匾裁黠@減少了胰腺癌小鼠的腫瘤負荷[37]。益生菌喂養后的胰腺癌小鼠腫瘤組織中多種miRNA明顯上調，這些基因的高表達與胰腺癌更好的預后和更長的生存期有關[40]。

盡管腸道菌群參與胰腺癌發生發展的調控機制尚不明確，既往研究仍提示了一些潛在作用機制，例如免疫調節機制。在缺乏成熟T和B淋巴細胞的小鼠中，無菌小鼠的腫瘤抑制作用趨于消失，提示菌群可能通過適應性免疫應答參與調控胰腺癌的進展[39]。除了通過免疫細胞調節，細菌遷移也是一種潛在機制。越來越多的研究發現胰腺癌患者的胰腺組織內存在細菌。與正常胰腺組織相比，PDAC患者和胰腺癌小鼠胰腺組織的細菌豐度顯著增加。與腸道菌群改變相似，PDAC患者胰腺菌群中的變形菌門豐度也明顯增加[37]。胰腺組織的菌群結構不僅對患者的長期生存具有高度預測性[41]，還與多種化療藥物的療效與耐藥性密切相關[42]。進一步研究發現小鼠模型中標記的糞腸球菌和大腸埃希菌（Escherichia coli）可以從腸道遷移到胰腺，對該器官的微環境產生直接影響[37]。

腸道菌群可能有助于PDAC患者的早期識別與治療決策。75%的PDAC患者在診斷時已處于進展期，失去了手術根治性切除的機會，長期預后較差[42]。對胰腺癌小鼠腸道菌群縱向改變的研究發現，早期胰腺癌小鼠就已經發生了菌群失調，隨著胰腺腫瘤的進展菌群差異會更加顯著，但仍與早期菌群失調存在一致性[43]。該結果提示腸道菌群可能有助于胰腺癌的早期診斷，從而改善預后?？紤]到菌群不僅與PDAC的生存期相關，還與化療藥物的療效與耐藥性及術后并發癥風險緊密相關[44]，腸道菌群的變化可能有助于制定個體化的醫療決策，通過精準治療改善患者預后。腸道菌群調節也是一種潛在的治療策略。菌群代謝物吲哚-3-乙酸（indole-3-acetic acid, 3-IAA）被發現具有治療胰腺癌的潛力，血清3-IAA濃度與胰腺癌患者化療后的無進展生存期、總生存期均存在顯著相關性[45]。未來，化療聯用抗生素、糞菌移植、益生菌等治療手段有望成為治療胰腺癌的新療法[46]。

綜上所述，胰腺疾病的發生、發展與腸道菌群失調之間存在密切聯系，涉及機制復雜（圖1）。隨著對腸道微生態在胰腺疾病中作用的深入了解，未來的研究聚焦于如何調節或改善腸道微生態來治療或預防胰腺疾病上。腸道菌群的調節與干預或將成為預防和治療AP、CP和胰腺腫瘤的新策略。

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志謝感謝北京協和醫學院龐可博士為本文繪制插圖