危重症患者肠道菌群变化及干预措施的研究进展
2020-11-09 20:59
近年来，酒店保洁13825404095飞速发展的测序技术使得菌群研究以前所未有的深度和细节还原度得以开展，短期内使我们能够更精确高效地诊断和治疗合并感染的重症患者。长远来看，这一工具为我们研究重症患者的病理生理机制提供了新思路，并且有望通过此方法发现一条全新的菌群治疗途径。现综合国内外研究进展，从危重症患者的肠道菌群、代谢产物和干预措施等方面展开综述。
1 肠道菌群与肠黏膜
人肠道黏膜表面积约为400 m2，由上皮细胞、固有层和黏膜肌层组成[1]。人类肠道中约含有1 014个微生物细胞，其中绝大多数是细菌，还包括病毒、古生菌和真核生物等[2]。肠道菌群的变化不仅影响个体的生理变化，而且会通过改变免疫应答影响宿主对感染的易感性[3]。不同菌群可影响患者对饮食和药物的反应性，从而影响健康[2]。
近10年研究表明，菌群与宿主肠上皮细胞之间存在稳态关系。动物研究表明，肠道菌群除保护肠上皮免受损伤外，还可参与肠道免疫防御机制，有助于抵御肠道病原体的侵袭[4]；也可通过产生抗菌素等代谢产物，竞争管腔营养物和附着位点，从而抵御病原体[5]。营养和饮食在肠道菌群的组成和宿主的免疫状态中起着重要的作用[6]。人体依靠各种肠道细菌来完成重要的生理活动，如碳水化合物的代谢和维生素与激素的生成[7]。反之，宿主分泌的大部分肠黏液可作为底物被肠细菌（如阿克曼属等）回收利用。肠菌的代谢产物短链脂肪酸（SCFAs），如乙酸盐、丙酸盐和丁酸盐，也是有效的抗菌剂[8]。丁酸盐是肠道细胞的主要能源[9]，丙酸盐、丁酸盐都是有效的信号分子和免疫应答的调节剂[10]。
2 危重症疾病与肠道菌群
已有研究表明，重症患者的肠道菌群多样性显著降低，肠道微生态紊乱似乎与不良预后相关。除患者本身的生理病理变化外，针对重症患者的任何一个干预措施都会对其肠道菌群产生深远的影响。由于代谢紊乱、肠道缺血/再灌注、使用广谱抗菌药物[11]和血管收缩剂、胃肠道动力改变、肠腔营养物质缺乏等因素，危重症患者肠道菌群易发生快速而持久的改变。例如，广谱抗菌药物可破坏肠道微生态平衡，造成肠道菌群紊乱和抗菌药物相关性肠源性疾病的发生[11]。
2.1 危重症状态下的肠道改变：
在危重症期间，肠道菌群的组成以及上皮和黏膜屏障的状况都会改变[12]。危重症患者接受的治疗可破坏肠道固有菌群，引发胃肠道功能障碍，如腹胀、腹泻、黏膜屏障损伤等，甚至诱发肠源性脓毒症[12]。黏膜屏障受损时，由于缺氧或应激，上皮屏障通透性发生改变，细菌移位增加，可促进多器官衰竭和脓毒症的发生[13]。危重症患者的另一个典型特征是肠上皮细胞凋亡增加。研究显示，抑制肠上皮细胞凋亡确实改善了铜绿假单胞菌肺炎诱导的脓毒症小鼠的存活率[14]，但其机制尚未明确。危重症患者持续暴露于广泛的内环境改变（如儿茶酚胺产生增加、葡萄糖代谢改变和胃肠功能障碍）以及临床干预措施（如质子泵抑制剂、阿片类药物、营养支持和抗菌药物），这些因素均会影响肠道菌群组成，而紊乱的肠道菌群有益于病原体生长[15]。因此，危重症患者的肠屏障和肠道动态平衡都受到干扰，且与不良预后相关。然而，重症患者是否仅因为危重症的影响而表现出不同的菌群组成，或者是因为紊乱的菌群导致临床预后不良，仍有待研究。
2.2 危重症患者的肠道菌群：
流行病学研究表明，重症患者存在肠道菌群紊乱[16]。利用深度测序技术的研究表明，重症加强治疗病房（ICU）患者粪便菌群存在极端生态失调[17,18]。在门水平上，ICU患者的菌群表现出健康菌厚壁菌门和拟杆菌门减少，潜在致病菌如变形菌门增加，部分样本甚至与尸体的菌群相当[18]。在ICU患者的菌群分析中，单一菌属可占50%以上，以肠球菌、葡萄球菌和梭菌等为主，但由于样本量较小，暂未发现菌群多样性、厚壁菌门/拟杆菌门丰度比值或革兰阳性/革兰阴性菌丰度比值与生存状况的相关关系[17]。日本Ojima等[19]通过高通量DNA测序发现，ICU患者急性期肠道菌群的动态变迁、肠道菌群的显著失调与重症患者的预后相关。Maamar等[20]通过对63例ICU患者的肛拭子进行抗菌药物敏感测试发现，有28例患者存在广谱头孢耐药肠杆菌。儿童ICU患者也同样存在不同程度的肠道菌群紊乱[21]。有文献报道，难治性高容量腹泻患者呈现严重的凋亡性小肠结肠炎，虽未检出肠道致病菌，但菌群分析显示，严重耗竭的肠道菌群伴机会性病原体过度生长，利用粪菌移植（FMT）可改善腹泻症状和临床结局[22]。在重症患者中，正常的肠道菌群因为应答宿主的生理应激和抗菌药物而出现紊乱并表现出毒性作用，这种改变能够被磷酸化聚乙二醇抑制[23]。这些均提示干预重症患者的肠道菌群可能是治疗的新策略。对危重症患者的研究表明，肠道在全身炎症反应综合征（SIRS）中发挥重要作用[24]，肠道菌群的组成与SIRS患者的发病率和病死率相关[25]。一项利用经典非分子微生物学方法的研究表明，在严重SIRS患者中，粪便菌群可分为3种模式，即多样、单一或耗竭模式，且这些模式与临床结局相关[26]。一项观察了63例合并SIRS的ICU患者的研究显示，胃肠道不耐受患者肠道内双歧杆菌等专性厌氧菌的丰度显著降低，葡萄球菌的丰度显著升高[27]。亦有研究报道，危重症患者肠道SCFAs水平发生改变[28,29]。来自日本的ICU临床队列研究显示，SIRS患者的肠内厌氧菌代谢产物SCFAs水平显著降低，且合并胃肠道疾病的患者表现出更低的粪便SCFAs水平[28]。在严重SIRS患者的粪便中测得的丁酸盐浓度较健康者约低20倍[29]。
3 危重症患者的肠道菌群干预措施
由于肠道菌群在抵御入侵病原体的宿主防御机制中发挥重要作用，因此，调控危重症患者的菌群组成是潜在的治疗方法。
3.1 抗菌药物应用：
抗菌药物治疗不仅能在短期内影响菌群组成，而且表现出持久的作用，比如抗菌药物耐药性的发展[30]。口服与静脉抗菌药物的应用均会影响肠道菌群的组成[31]。由于菌群间存在天然平衡，因此抗菌药物清除特定菌群会对其他菌群的生存产生影响[32]。已证明，抗菌药物对肠道菌群的影响与几种医源性感染（包括由艰难梭菌和耐万古霉素肠球菌引起的感染）的风险增加相关[33]。选择性消化道去污（SDD）是一种新的治疗策略，可靶向肠道菌群以防止ICU患者体内致病微生物如铜绿假单胞菌、肠杆菌科和金黄色葡萄球菌的潜在生长，从而降低危重症患者的总体病死率[34,35]。然而，出于对耐药细菌筛选的担忧，限制了SDD的广泛使用[36]。有研究报道，经SDD处理的ICU患者表现出肠菌多样性降低，大肠埃希菌、革兰阳性厌氧菌和产丁酸菌丰度下降，拟杆菌和肠球菌丰度升高，但由于ICU患者队列混杂因素太多，无法解答SDD对ICU患者住院时间和抗菌药物耐药性的影响[37]。
3.2 膳食纤维：
膳食营养是影响肠道菌群结构和功能最重要的因素[38]。高纤维饮食可能通过富集产SCFAs菌，增加肠道内SCFAs水平，降低产脂多糖（LPS）菌水平，进而减少LPS入血引起组织器官炎症反应。一项来自泰国的研究显示，在膳食中添加混合纤维能减少ICU患者广谱抗菌药物相关腹泻的发生[39]。益生元（如低聚果糖、菊粉等）是食物中的不可溶膳食纤维，能够选择性发酵以促进和活化定植在肠道中的有益菌，从而对宿主产生有益的生理效应[40]。一项发表于Nature杂志的在印度农村进行的新生儿大规模随机试验表明，益生元和益生菌治疗具有预防新生儿死亡或脓毒症的潜在作用[41]。一项多中心随机对照双盲试验证明，接受低聚果糖干预的ICU患者菌群、SCFAs和粪便排出量无显著变化，但低聚果糖对普拉菌的降低有潜在影响[42]。2001年发表的一项研究表明，可溶性纤维干预组的腹泻评分、腹泻时间较对照组显著降低，但对脓毒症相关病死率和ICU住院时间没有影响[43]。因此，2016年美国肠外和肠内营养学会（ASPEN）指南中也建议益生元可作为血流动力学稳定的内外科ICU患者的肠内营养常规添加剂[44]。然而，关于益生元与患者预后的关系研究较少，仍需要开展更多的前瞻性、干预性研究以证实这种治疗方法的有效性和安全性。
3.3 益生菌：
益生菌保护胃肠道的机制包括竞争性抑制致病菌的生长、阻止致病菌对肠上皮的黏附和侵入、清除致病毒素、增强肠屏障功能、调节宿主免疫反应等。在临床实践中，尽管没有确凿的证据，但益生菌仍被用来治疗多种疾病[45]。1983年，Tempé等[46]在ICU患者的肠内营养液中添加布拉酵母菌11~21 d，可有效预防腹泻的发生。30多年来，将益生菌应用于ICU患者的研究层出不穷，但各研究使用的益生菌制剂种类繁多，疾病种类也不尽相同。在一项随机对照研究中，机械通气患者口服鼠李糖乳杆菌显著降低了呼吸机相关性肺炎（VAP）的发生率，证实了应用乳酸菌治疗ICU患者的可行性[47]。还有研究表明，使用乳酸杆菌可以为脓毒症等重症患者带来更好的结局[48]。ICU患者接受益生菌治疗与感染减少、VAP发生率降低具有显著相关关系[49]；然而，另一项较早期的荟萃分析未显示益生菌干预可降低VAP的发生率[50]。但是，荷兰急性胰腺炎研究小组的研究结果显示，接受益生菌预防治疗的重症胰腺炎患者的病死率增加，带来对益生菌安全性的质疑[51]，该研究的失败强调了菌群干预治疗的合理方法的必要性，需综合考虑患者筛选、菌株选择与治疗剂量。因此，2016年ASPEN指南不推荐重症患者常规使用益生菌，但同时也提出益生菌的使用是安全的[44]。
3.4 FMT：
FMT是一种传统且古老的治疗手段。2013年4月，FMT被首次写入美国临床指南，用于治疗复发性难辨梭状芽孢杆菌感染[52]。研究表明，FMT可治疗艰难梭菌感染[53,54]；2012年，中国医科大学附属第四医院成功利用FMT治愈1例艰难梭菌感染腹泻的患者[53]；动物研究显示，黄连素可以改善艰难梭菌相关性腹泻小鼠的肠道菌群[55]，提示可通过调节肠菌来监测、预防或治愈疾病。目前FMT已被用于专业临床中心，治疗复发严重艰难梭菌感染的患者，其治愈率超过90%[54]。此外，据报道，我国研究团队利用FMT在脓毒症后发生多器官功能障碍综合征（MODS）和腹泻的危重患者的治疗中取得了成功[56,57]。2016年的一项病例报告描述了成功使用FMT抑制免疫缺陷宿主肠道内多耐药菌的生长，且未出现显著副作用[58]。虽然供者的筛选标准仍需进一步规范，但FMT以其便捷性和安全性成为有潜力的治疗手段。
4 展望
危重症患者的肠菌研究是一个充满希望和潜力的领域，但是目前的研究趋势是否对ICU患者产生真正的医学影响仍有待观察。目前，菌群研究对重症医学的影响分为两类，即尽可能保持菌群稳态或通过干预措施挖掘菌群的治疗潜力。保持肠道菌群稳态意味着维持肠道菌群多样性，丰富膳食纤维摄入，并考虑ICU治疗措施对菌群的潜在影响。通过替代或支持肠道菌群，或通过微生物制剂来调节肠内菌群的干预措施为危重症患者的治疗提供了新的策略。未来的治疗方法可能是有针对性地增加或消耗有生物学意义的细菌，微生物制剂的治疗潜力才刚刚起步。返回搜狐，查看更多
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