急性胰腺炎基于肠道菌群和衍生代谢物的微环境变化及相关治疗策略

急性胰腺炎（AP）是多种病因导致胰酶在胰腺内被异常激活后引起胰腺组织自身消化、水肿、出血甚至坏死的炎症反应，其中绝大部分为自限性的轻症急性胰腺炎（mild acute pancreatitis， MAP），约20%的患者可以进展为病情复杂、多器官受累的重症急性胰腺炎（severe acute pancreatitis， SAP）。SAP早期病死率高，可能与继发感染性胰腺坏死密切相关。研究发现，感染性胰腺坏死最主要的感染源可能来自于肠道致病菌。肠道是AP损伤性受累的重要靶器官。而AP早期肠道菌群失衡及代谢物紊乱亦破坏肠道微环境稳态，增加肠道通透性，导致肠道机会病原菌移位，如此恶性循环加重AP进展，故肠道微环境与AP发病及患者预后息息相关。近年来，基于抗生素、益生菌、中药制剂、粪菌移植等AP相关肠道微生态治疗备受关注。本文就AP相关肠道菌群与代谢物变化及基于肠道微环境的潜在治疗策略进行综述，以期为AP相关微生物组及代谢组研究提供新的思路及治疗途径。

一、AP患者肠道微生物改变

肠道微生物组是人体最主要、最复杂的微生态系统，占人体总微生物量的68%，其在宿主出生时即定植，稳定性和多样性随着宿主发育而平行发展。目前已有多项研究表明，在AP发病期间，其炎症相关微生物群取代肠道宿主特异性微生物群，使AP患者早期即出现肠道菌群多样性及丰度下降。

AP可引起不同分类水平及胃肠区间的肠道微生物含量改变。Zhu等通过比较健康人群与AP患者的粪便，在门水平上发现AP患者肠道变形菌门（Proteobacteria）升高，厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Actinobacteria）下降；科与属水平上肠杆菌科（Enterobacteriaceae）升高，双歧杆菌属（Bifidobacterium）降低。这些菌群变化可能与AP患者发生肠黏膜严重氧化应激有关。在SAP中，TNF⁃α等炎症因子瀑布式释放可导致肠黏膜缺血再灌注损伤而扰乱肠道微生态导致大肠杆菌（Escherichia coli）增多。另一项动物实验发现AP大鼠盲肠黏膜肠道菌群结构分布亦出现差异，大肠杆菌⁃志贺菌（Escherichia⁃Shigella）相对丰度显著升高，瘤胃球菌（Ruminococcaceae）则呈下降趋势。瘤胃球菌被认为是降解抗性淀粉的关键菌，能有效分解宿主碳水化合物及纤维素来获取营养，促进肠黏膜上皮细胞增生从而稳定肠道屏障。大肠杆菌和肺炎克雷伯菌（Klebsiella pneumoniae）是AP继发感染性胰腺坏死最为常见的致病菌。多重耐药革兰阴性菌菌血症对住院的AP患者病情构成严重威胁。最新一项研究发现，感染性胰腺坏死患者中，大肠杆菌感染较其他致病菌感染在死亡率、手术干预率和多器官功能衰竭发生率方面降低。

近年来，已有研究发现不同严重程度的AP患者肠道菌群失衡特性表现不一。Zhu等发现，SAP患者肠道中的拟杆菌属（Bacteroidetes）、普雷沃菌属（Prevotella）等共生有益菌丰度水平较轻症患者显著下降，这可能与重症患者普遍存在胃肠道动力障碍导致肠黏膜皱襞上皮萎缩，引起有害物质积蓄，抑制益生菌生长有关。我国一项前瞻性横断面临床研究发现转入ICU的SAP患者较MAP患者肠球菌属（Enterococcus）水平明显升高。肠球菌属与炎症递质含量呈正相关，其对相当一部分抗菌药物存在的固有耐药性，驱动AP患者局部与全身感染率增加，预后不良。部分肠道条件致病菌如约翰逊副拟杆菌（Parabacteroides johnsonii）、粪拟杆菌（Bacteroides stercoris）等可能是早期识别SAP的微生物标志物。

二、AP肠道衍生代谢物变化

肠道菌群的高代谢活性，将宿主和膳食来源的成分转化为不同代谢物。AP患者肠道代谢物随肠道菌群结构的变化而发生显性或隐形改变。

过去的几年里，研究最为广泛的代谢物是短链脂肪酸（short chain fatty acid， SCFAs），其可通过肠道内诸多有益共生菌产生。SCFAs中乙酸、丙酸、丁酸含量最丰富，能为肠黏膜上皮细胞提供能量，降低肠腔pH值和重建肠道菌群以稳定肠黏膜屏障，帮助恢复肠道稳态。AP患者肠致病菌增多和益生菌减少，促使SCFAs水平下降。Yu等研究发现SAP患者产丁酸盐的主要细菌之一霍式真杆菌（Eubacterium hallii）减少最多，肠道中丁酸盐减少可进一步导致部分条件致病菌肠杆菌科过度生长，增加肠道单微生物感染风险。近年来研究发现胆汁酸及其衍生物代谢异常与急性胆源性胰腺炎（acute biliary pancreatitis， ABP）的发生密切相关。胆汁酸可促进脂质吸收，调节肠内脂类及糖类能源物质平衡。肠道菌群如乳酸杆菌（Lactobacillus）、双歧杆菌、肠球菌等因含有胆盐水解酶，可参与胆汁酸的耦联、降解与转化。ABP患者胆道梗阻、肠道菌群失衡可加重胆汁酸转化与代谢障碍，胆汁酸积蓄诱导胰腺腺泡细胞内钙浓度持续升高，进一步引起线粒体膜去极化和细胞内ATP耗竭，导致腺泡细胞坏死，从而促进ABP的发生与进展。另一重要衍生代谢物是脂质。宿主内外源性脂质代谢异常是高脂血症性急性胰腺炎（hyperlipidemia acute pancreatitis， HLAP）发病关键因素。双歧杆菌、拟杆菌、乳杆菌等肠道共生微生物群可参与合成转化脂质和分解膳食源性脂质，生成具有宿主调节特性的次级代谢产物。国外一项动物研究发现，喂食猪油等高脂饮食的小鼠体内肠道乳杆菌和双歧杆菌丰度下降，这一结果与AP患者肠道失衡菌群谱变化一致，同时表明外源性脂类过高摄入，影响内源性肠道衍生脂质合成与代谢，诱发HLAP。最新一项基于宏基因组和非靶向代谢组的动物研究发现，在AP过程中，西瑞香素、蟾蜍灵等抗炎及抗肿瘤代谢物相关基因的表达与肠道内乳杆菌与丁酸单胞菌属（Butyricimonas）水平有关，这些代谢物在AP中可能会因为肠道菌群失衡及多样性减少等原因而降低。

三、肠道微环境改变参与AP的发病和进展

肠道微环境包含肠道菌群及衍生代谢物、肠黏膜屏障、肠黏膜免疫系统等。其中，肠道菌群及衍生代谢物通过破坏肠黏膜屏障，改变肠道固有及适应性免疫促进AP的发生与进展。

1.肠道菌群及衍生代谢物与肠道黏膜屏障：肠道屏障能防止肠内的有害物质穿过肠黏膜进入人体循环、其他组织和器官。肠道屏障具有多层次性。黏膜菌群和肠腔菌群的共生微生物群黏附在肠道黏膜层上保持动态平衡，构成肠道微生物屏障。一项荟萃分析结果显示，59%的AP患者出现肠道屏障损伤，伴有肠黏膜通透性增加，导致肠道细菌移位、感染性胰腺坏死以及多器官功能障碍综合征的发生。Chen等利用动物实验揭示了急性坏死性胰腺炎（acute necrotizing pancreatitis， ANP）患者肠道致病微生物（大肠杆菌⁃志贺菌等）可能参与抑制肠潘氏细胞分泌溶菌酶等抗菌肽，导致肠黏膜屏障破坏，引起血浆D⁃乳酸和二胺氧化酶升高。Zheng等同样发现一种共生大肠埃希菌可能诱导损伤大鼠肠上皮，破坏肠道机械屏障，加重AP进展。肠道Toll样受体4（toll⁃like receptor 4，TLR4）是细菌识别受体，可激活先天免疫反应参与炎症反应。Mei等报道了AP患者肠道乳酸杆菌的消耗与TLR4丢失有关，从而加剧了胰腺和肠道损伤，导致肠通透性显著增加，促进了细菌从回肠移位至胰腺。

肠道菌群代谢产物紊乱，亦可引起肠细胞代谢障碍，损伤肠屏障功能，增加AP患者菌血症的发生。最新一项研究发现，AP患者较健康者具有相对更高丰度的硫化细菌，如韦荣球菌属（Veillonella）、嗜血杆菌（Haemophilus）等，这些硫化细菌在肠道内分解肠内物质产生硫化氢，过量的硫化氢会成为肠道炎症反应的诱导剂。SCFAs中的丁酸盐为肠黏膜上皮细胞紧密连接蛋白的主要调节因子，其可能通过增加紧密连接蛋白⁃1的表达以及封闭蛋白的再分布来增强肠道屏障功能。研究显示，西餐饲喂的ANP小鼠死亡率增加，与肠道菌群多样性丧失、大肠杆菌大量繁殖和丁酸盐消耗引起的代谢特征改变密切相关，其中丁酸盐耗竭及其补充可能在ANP进展中起核心作用。肠道菌群可以合成多胺，人肠道内高浓度多胺可通过控制肠道Toll样受体2的表达和调节钙黏蛋白⁃E转录等方式维持肠黏膜屏障的完整性。一项对L⁃鸟氨酸诱导的AP大鼠的研究表明，AP与多胺分解代谢有关。另外，肠内高浓度脂类代谢物可刺激促炎信号级联反应或增加屏障破坏因子、减少屏障形成细胞因子，对肠道通透性产生负面影响。同时可能导致回肠细菌群落增多、肠炎性损伤增加，引起AP发病期间肠上皮细胞增殖不足，加剧AP进展。

2.肠道菌群及衍生代谢物与肠道免疫：肠道菌群及其衍生的小分子代谢物与肠黏膜免疫系统相互作用共同维护肠道稳态。早在21世纪初就有研究发现AP患者早期即可出现由于肠致病菌消除受损而引起的肠道免疫抑制特性。多位研究者利用大量动物实验证明，予益生菌或肠道共生菌种（如大肠杆菌和乳酸杆菌等）以及粪菌移植，或可恢复由抗生素或其他因素诱导的肠道微生物群失调，从而改善小鼠与人类肠黏膜和外周中被抑制的适应性免疫功能。这些结果提示部分益生菌或参与维持肠黏膜相关效应性T细胞和调节性T细胞间的转化平衡。有研究发现对无菌动物进行脆弱拟杆菌（Bacteroides fragilis）单定植可促进肠道T细胞产生抗炎细胞因子，从而主动诱导黏膜耐受，改善肠道炎症状态，这可能与拟杆菌在结肠中对部分肠上皮内淋巴细胞发挥募集作用有关。而这一菌群在SAP患者体内下降显著。胰腺坏死和全身感染是SAP患者死亡的主要危险因素。国外一项检测小鼠和人坏死胰腺与肠道中的微生物群组成的研究发现，过度活化的调节性T细胞可促进十二指肠兼性病原菌埃希菌或志贺菌移位到SAP的坏死区域，这一结果支持肠道免疫紊乱可介导失衡菌群移位，增加SAP感染风险的观点。

分泌型免疫球蛋白（secretory immunoglobulin A， sIgA）是受肠道微生物群调节的有助于人体肠道黏膜免疫和屏障功能的微生物结合生物分子，肠道菌群代谢物SCFAs乙酸盐可促进肠道产生独立于T细胞的相关受体介导的微生物群IgA反应。既往研究发现，AP早期无论其严重程度如何，总会伴有T淋巴细胞（包括CD4+和CD8+ T细胞）减少。对于SAP而言这可能与Fas/FasL（Fas配体）信号通路过度表达导致淋巴细胞凋亡有关。Wan等发现，胆汁酸可能通过乳酸杆菌等肠道菌群调节来降低AP严重程度，补充胆汁酸或许可以改善与肠道微生物群尤其是乳酸杆菌失调相关的小鼠胰腺炎症状。同样地，胆汁酸亦可通过激活小肠中的先天免疫反应基因直接或间接地调节肠道微生物组成。尿石素A是一种可由肠道双歧杆菌产生的重要微生物代谢物，具有抗炎、抗氧化应激、抗衰老等生理作用，一方面可上调上皮紧密连接蛋白，增强肠道屏障功能，减少肠道炎症与菌群移位；另一方面，作为线粒体自噬激活剂，或许能通过维持线粒体清除与再循环平衡来改善线粒体功能障碍相关性AP的发生。另外，肠道内色氨酸代谢途径可以影响初始CD4+ T细胞分化为调节性T细胞（regulatory T cells， Treg）和辅助性T细胞17（Th17）。而在AP进展期间，Treg细胞数量持续增加可引起肠道黏膜屏障功能障碍，导致免疫抑制及相关感染并发症的发生。Th17细胞产生IL⁃17、IL⁃3等促炎细胞因子，参与ANP大鼠的胰腺损伤过程。

四、基于肠道微环境的AP治疗策略

近年来，人们逐渐挖掘调节AP相关肠道微生物群及衍生代谢物的新方法，其中起治疗作用的主要包括抗生素、益生菌、中药制剂和粪菌移植。

1.抗生素在AP的应用：肠道致病微生物组及其衍生代谢物微环境变化在驱动AP局部和全身炎症中起着重要作用。AP的治疗中，是否应预防性使用抗菌药物尚存在争议。有研究发现，AP患者预防性使用抗菌药物可能会增加抗生素耐药菌及条件致病真菌的感染，提高ICU入住率和死亡率。而对于可疑的胰腺及胰腺外感染可经验性给予抗生素，国外一项荟萃分析发现预防性使用抗生素可降低AP胰腺外感染率。ABP易合并胆囊炎和胆管炎，常常是抗生素治疗的明确适应证。第三代头孢菌素或哌拉西林他唑巴坦等复方制剂在胰腺的渗透性良好、覆盖率广泛，对革兰阴性菌相关感染性胰腺坏死存在可预期的治疗效果。国内研究者发现采用抗生素组合（万古霉素、新霉素和多黏菌素b）喂养AP大鼠可通过下调肠道菌群胰腺迁移来延缓其病程进展。有研究表明接受利福昔明治疗的AP患者感染性胰腺坏死率较非治疗组下降。利福昔明具有高度抗菌活性，能有效杀灭大肠杆菌等常见的肠道致病菌，同时能促进有益细菌双歧杆菌和乳酸杆菌的生长，且不易被肠道吸收入血，不良反应低，因此有望成为AP的一种新型治疗药物。另外，肠道菌群对抗生素的反应可通过监测代谢物变化来实现，例如喹诺酮类抗生素在治疗大肠杆菌时，脱氧胸苷5′⁃二磷酸⁃鼠李糖上调，这种独特反应或可揭示细菌代谢物与DNA复制的协调关系；而对耐氨苄西林的大肠杆菌代谢组分析发现其核苷酸代谢、部分氨基酸生物合成等途径均发生变化。这种基于代谢物的抗生素⁃细菌相互作用机制探索或许可为日后抗生素在AP中的合理使用提供有利依据。

2.益生菌在AP的应用：益生菌主要是指摄取足够数量时对宿主健康有益的活性微生物。其在人类肠道的作用机制主要包括：（1）防止致病菌的生长与黏附；（2）维持正常的SCFAs水平；（3）促进结肠细胞增殖，修复肠道通透性；（4）改善肠道的免疫反应等。益生菌在AP中的应用研究越来越广泛。Wan等发现，益生菌可加速MAP患者的肠道功能恢复，缩短住院时间。益生菌种类丰富，其中研究最多的主要是乳酸杆菌、双歧杆菌及酵母菌。双歧杆菌是肠道核心菌属之一，研究发现其可通过代谢物乳酸抑制NLRP1炎症小体活化来缓解巨噬细胞相关的AP局部和全身炎症。另外，Wang等通过临床试验发现乳果糖在肠道中通过诱导双歧杆菌富集，促进SCFAs的产生来恢复AP患者肠道功能。这提示双歧杆菌可能是AP部分肠道靶向治疗性药物发挥作用的中转站。乳酸杆菌是具有抗菌活性的维持肠道微生态平衡的重要菌群。国内研究者利用代谢组学发现经乳酸杆菌调控产生的色氨酸代谢产物诺哈曼可抑制促炎的M1巨噬细胞活化，减少促炎因子释放，改善AP多种炎症反应。这一结果表明乳酸杆菌对肠道内代谢物的分级转化同样具有不可或缺的正向过渡作用。已有大量研究发现益生菌可以协同增强宿主肠道及循环免疫系统的作用，益生菌复合制剂VSL#3肠道再定植可促进肠系膜淋巴结中活性CD4+和CD8+ T细胞群的恢复。然而，尽管益生菌具有较多积极作用，患者个体差异对益生菌的易感性却不尽相同，这可能导致临床结局存在异质性。一项荟萃分析提出益生菌对SAP患者的临床结局可能既无益处，也无不良影响。因此，关于益生菌在AP治疗中的作用需要更多循证医学证据支持。

3.中药制剂在AP的应用：AP是多系统参与、多机制致病的复杂疾病，对于单一的靶向药物治疗较难实现其良性转归。中药具有作用靶点多以及不良反应小的特点，其在AP中的疗效受到广泛认可。2019年《中国急性胰腺炎诊疗指南》肯定了单味中药与复方制剂对AP患者症状的缓解均有益处。大黄可调控结肠紧密连接蛋白表达，促进游离菌排泄，以减少致病菌移位及有毒物质的产生而纠正肠道菌群平衡。芒硝具有抗炎消肿止痛的作用，外敷可刺激肠道蠕动、减轻肠道内压力来缓解腹胀。清胰汤是较早应用于AP的复方制剂，可通过减少氧自由基联级反应、抑制细胞内游离钙离子超载、改善胰腺微循环等途径逆转胰腺病理性损伤。Wang等发现，清胰汤通过钙调磷酸酶/活化T细胞核因子途径抑制SAP大鼠钙超载介导的肠上皮细胞凋亡并下调TNF⁃α等炎症信号因子来保护肠黏膜，进一步表明清胰汤对AP存在调节抗炎水平和免疫活性通路的联合作用。Su等提出清胰汤在抑制肠黏膜炎症，减轻肠道屏障损伤和肠道菌群移位引起的内毒素转运等方面亦发挥重要作用。大承气汤以“疏通肝脾、清热活血”等疗法干预AP的发病与进展。多项临床研究指出，大承气汤联合早期肠内营养能增加SAP患者白蛋白水平，提高宿主免疫营养指标，降低肠源性及胰腺周围感染率的发生。急性肺损伤是常见的爆发性胰腺外脏器损伤，好发于SAP患者，有动物实验发现大承气汤可通过干扰肠道淋巴通路和减少炎症递质诱导的炎症反应来改善这类胰腺炎相关性损伤。

4.粪菌移植在AP的应用：粪菌移植是指从健康人粪便中提取功能性菌群移植到存在肠道疾病的患者胃肠道内，使其重新对肠道失调菌群进行调节以达到肠内或肠外治疗目的。与益生菌不同的是粪菌移植是一种宏观微生物群靶向疗法，从整体上重建肠道微环境，增加肠道微生物及其衍生代谢物多样性来抵抗致病菌的干扰。粪菌移植被运用于肠内外各种肠道菌群失衡相关性疾病，包括艰难梭菌感染、炎症性肠病和胃肠道肿瘤、代谢综合征、心血管疾病、神经精神疾病等。然而，粪菌移植对AP治疗产生的积极效应方面尚有待商榷。我国一项前瞻性动物实验发现，粪菌移植联合大黄治疗能改善HLAP大鼠组织炎症及肠道通透性，并一定程度上调节血脂代谢,从而缓解大鼠AP进展，且粪菌移植疗效优于单独使用中药大黄，但这一结论尚需更多随机对照试验加以支持。Liu等通过最新的研究提出正常小鼠粪菌移植诱导产生更高水平的代谢物烟酰胺单核苷酸,可减轻AP介导的线粒体功能障碍、氧化损伤和炎症，改善AP严重程度。这肯定了粪菌移植在AP治疗中的潜在作用。然而，国外有研究报道了粪菌移植治疗AP小鼠会加重胰腺损伤，细菌移位率和死亡率亦增加。Ding等同样发现粪菌移植对改善SAP患者腹内压和感染性并发症无明显作用。因此，粪菌移植在AP中的确切作用仍需进一步研究。

综上所述，AP患者存在肠道微生物群失衡及衍生代谢物紊乱，而后二者变化具有一定相关性，其能通过多种途径和方式干扰肠道黏膜屏障及肠免疫系统参与AP的发病与进展。基于抗生素、益生菌、中药制剂和粪菌移植等治疗可一定程度改善AP患者肠道微环境。目前关于AP患者肠道微生态改变的研究仍处于初步探索阶段，仍有待大规模和多中心的试验来进一步挖掘AP患者肠道菌群及菌群相关代谢物的内在关联性，同时需要更有力的AP患者肠道靶向治疗证据来综合评定微生态疗法的利弊。

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