腸肺軸對囊性纖維化的影響機(jī)制研究進(jìn)展2026呼吸道和腸道的微生態(tài)環(huán)境相互影響，而且兩者都可能對囊性纖維化（cysticfibrosis，CF）造成不同程度的影響，肺與腸的微生態(tài)平衡可以顯著改善CF的預(yù)后。腸道菌群失調(diào)損害腸道屏障功能所引發(fā)的炎癥和代謝紊亂等變化可能通過腸肺軸對CF的發(fā)生發(fā)展造成影響?，F(xiàn)就有關(guān)腸肺軸與CF的相關(guān)性以及腸肺軸影響CF的機(jī)制研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。1

腸肺軸與CF概念及診治現(xiàn)狀1.1

腸肺軸腸道和肺雖然在解剖學(xué)上不同，但兩者有共同的起源。原腸的前腸分化為喉以下的肺與氣管，原腸內(nèi)胚層分化為呼吸道上皮與腺體，原腸的中腸和后腸則分化為大腸等組織［1］。腸肺軸為腸道菌群影響潛在肺部疾病的進(jìn)程或結(jié)果的能力，反之亦然。腸肺軸是基于在肺和腸中定居的微生物群和代謝物，通過腸和肺的共同黏膜免疫系統(tǒng)以及腸和肺之間的血液和淋巴系統(tǒng)連接的雙向軸，有研究發(fā)現(xiàn)腸道微生物群多樣性降低與CF患兒第一秒用力呼氣容積降低和肺部急性加重風(fēng)險增加相關(guān)，這表明腸道微生物群會通過腸肺軸對CF產(chǎn)生影響［2］。1.2

CFCF是高加索人群中最常見的嚴(yán)重遺傳性疾病之一，在該人群中CF發(fā)病率可高達(dá)1/2000；在我國尚無發(fā)病率數(shù)據(jù)，于2018年被列入中國首批罕見病目錄［3］。雖然在男性和女性中診斷率相同，但其在女性中的臨床表現(xiàn)似乎更嚴(yán)重，這可能與雌激素參與疾病病理生理學(xué)有關(guān)［4］。CF是一種常染色體隱性遺傳的單基因疾病，由編碼囊性纖維化跨膜傳導(dǎo)調(diào)節(jié)因子（cysticfibrosistransmembraneregulator，CFTR）蛋白的基因突變引起，CFTR氯離子通道的功能障礙導(dǎo)致大量黏液阻塞全身外分泌腺，臨床表現(xiàn)為慢性阻塞性肺疾病、胰腺功能不全及汗腺受累所致的汗液鈉、氯異常增高等［5］。1.3

診治現(xiàn)狀近年來隨著基因檢測技術(shù)的普及和治療技術(shù)的進(jìn)步，CF診斷病例逐漸增多，且CF患兒的壽命也逐漸延長。CF需要多學(xué)科綜合治療，包括氣道廓清、抗炎治療、預(yù)防和根除感染在內(nèi)的慢性肺病長期管理、胰腺替代治療、營養(yǎng)和康復(fù)等全方位的管理策略。從2012年第一個進(jìn)入臨床應(yīng)用的CFTR調(diào)節(jié)劑（依伐卡托）到目前3種CFTR調(diào)節(jié)劑（依利司他、替扎卡托、依伐卡托）的聯(lián)合療法進(jìn)行CF治療，3種CFTR調(diào)節(jié)劑聯(lián)合療法適用于所有6歲以上發(fā)生F508突變的CF患兒［6］。除此之外，基因治療、mRNA替代療法等均在臨床試驗(yàn)階段中。從精準(zhǔn)醫(yī)療到基因靶向方法，這些創(chuàng)新為未來研究及治療提供了新的方向。2

腸道菌群與CF的相關(guān)性CF患兒腸道微生物組成不平衡，微生物失衡的特點(diǎn)是促炎菌群（如埃希菌和腸球菌）的數(shù)量高于免疫調(diào)節(jié)菌群（如擬桿菌和雙歧桿菌）［7］。有研究發(fā)現(xiàn)CF患兒腸道桿菌科的豐度（特別是大腸桿菌），比健康對照組高10倍［8］。物種豐富度被定義為生態(tài)系統(tǒng)中確定的微生物物種的數(shù)量，與健康人群相比，CF患兒的腸道微生物組具有物種豐富度較低的趨勢，并且腸道微生物平衡發(fā)生改變，稱為生態(tài)失調(diào)［9］。Nielsen等［10］研究發(fā)現(xiàn)，CF兒童的腸道微生物豐富度隨著年齡增長而增加，但始終低于健康兒童，即使在青少年時期，CF兒童的微生物豐富度也未能達(dá)到健康兒童的嬰兒時期水平。腸道微生物多樣性的增加與健康有關(guān)，而多樣性的減少與炎癥性、代謝性、免疫介導(dǎo)性和全身性疾病有關(guān)。生態(tài)失調(diào)、物種豐富度和微生物多樣性降低以及促炎菌屬高于免疫調(diào)節(jié)菌屬是多項(xiàng)研究在CF患兒中發(fā)現(xiàn)的變化，對疾病進(jìn)展有潛在影響。3

腸肺軸對CF的影響機(jī)制3.1

直接糞口途徑傳播Madan等［11］在對CF嬰兒的上呼吸道和糞便樣本縱向測序的研究中發(fā)現(xiàn)，上呼吸道和腸道之間存在一個共有的核心微生物群，且上呼吸道中存在的7個菌屬首先出現(xiàn)在腸道中，這表明這些微生物可能直接從腸道接種到呼吸道。除了微生物的直接傳播外，還有證據(jù)表明非微生物腸道內(nèi)容物到達(dá)氣道，胃食管反流在CF患兒中非常普遍，胃反流液的微抽吸可促進(jìn)促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生［12］。有研究發(fā)現(xiàn)，CF患兒的支氣管肺泡灌洗液中的膽汁酸譜可以分為高膽汁酸組和低膽汁酸組，高膽汁酸組中某些促炎細(xì)胞因子顯著增加，膽汁酸的豐度在隨訪期間對肺部結(jié)局具有預(yù)測性，高膽汁酸患者的肺部結(jié)構(gòu)性惡化顯著多于低膽汁酸患者［13］。Flynn等［14］研究表明肺部微生物群的變化與膽汁酸濃度的高低有關(guān)，并且肺部病原體的數(shù)量與膽汁酸的數(shù)量呈正相關(guān)。因此，膽汁酸向氣道的轉(zhuǎn)移代表了腸肺軸相互作用的一種潛在機(jī)制。3.2

腸道菌群失調(diào)及炎癥反應(yīng)Bruzzese等［15］研究發(fā)現(xiàn)，在CF急性加重后經(jīng)抗生素治療，糞便中的鈣衛(wèi)蛋白水平下降，表明多器官功能恢復(fù)也在進(jìn)行，因此腸道的炎癥狀態(tài)對腸道和肺部健康都具有重要意義。CF患兒腸道炎癥水平高或低的個體具有不同的微生物群組成，腸道炎癥標(biāo)志物也與CF患兒腸道微生物群中特定分類群的改變相關(guān)。Enaud等［16］研究表明，在炎癥水平較高的CF患兒中，鏈球菌增加，而擬桿菌和普拉梭菌減少，但目前尚不清楚是微生物驅(qū)動了炎癥，還是炎癥驅(qū)動了微生物失調(diào)。對此有研究認(rèn)為糞便中的脂肪選擇了一種促炎性微生物群，特別是增加了大腸桿菌的豐度［17］。此外，臭桿菌和擬桿菌在CF患兒中均減少，而這兩種細(xì)菌都被證明可以減少腸道上皮細(xì)胞產(chǎn)生促炎性細(xì)胞因子IL-8，其中臭桿菌還促進(jìn)了外周血單核細(xì)胞分泌抗炎性細(xì)胞因子IL-10［18］。一項(xiàng)針對CFTR基因敲除小鼠的研究表明，通過應(yīng)用抗生素或?yàn)a藥可減輕小腸中的微生物負(fù)荷，使炎癥基因表達(dá)、腸上皮細(xì)胞成熟以及宿主營養(yǎng)獲取相關(guān)基因的表達(dá)正?；?9］。此外，Bazett等［20］發(fā)現(xiàn)通過鏈霉素改變腸道微生物群可以減少小鼠的氣道高反應(yīng)性，并改變氣道T淋巴細(xì)胞亞群，其作用機(jī)制可能是通過減少促炎性IL-17+γδT細(xì)胞來實(shí)現(xiàn)的，同時研究還觀察到Th17、CD8+

IL-17+和CD8+

IFN-γ+

T細(xì)胞的增加，這些細(xì)胞都被推測可能促進(jìn)高反應(yīng)性環(huán)境。3.3

代謝物的影響微生物產(chǎn)生的代謝物對于免疫穩(wěn)態(tài)的發(fā)育和維持至關(guān)重要，腸道微生物群衍生的代謝物可能通過多種機(jī)制發(fā)揮作用。微生物代謝物可以直接測量，也可以通過宏基因組或16SrRNA測序推斷其產(chǎn)生和降解。研究最深入的代謝物是短鏈脂肪酸（short-chainfattyacids，SCFAs）。SCFAs由膳食纖維發(fā)酵產(chǎn)生，乙酸、丙酸和丁酸在糞便中以毫摩爾濃度存在，可以減少炎癥反應(yīng)和腸道通透性［21］。對CF患兒糞便進(jìn)行代謝組學(xué)分析，結(jié)果表明丙酸和丁酸減少［22］。SCFAs產(chǎn)生的減少可能因CF腸道中微生物代謝的改變而加劇，Miragoli等［23］發(fā)現(xiàn)消耗氫氣的微生物減少，導(dǎo)致氫氣積累增加，而氫氣會抑制正常的發(fā)酵反應(yīng)，從而使SCFAs產(chǎn)生減少。CF患者的氣道微環(huán)境變得缺氧，而厭氧細(xì)菌則在這種條件下得以繁殖［24］。對CF患兒的支氣管刷檢樣本、支氣管肺泡灌洗液以及厭氧細(xì)菌培養(yǎng)上清液的研究中發(fā)現(xiàn)，CF患兒肺部厭氧細(xì)菌分泌的SCFAs會觸發(fā)IL-8的產(chǎn)生，且這種影響在CF患兒支氣管上皮中比在健康兒童支氣管上皮中更為顯著；從機(jī)制上看，支氣管上皮細(xì)胞表達(dá)了SCFAs受體（G蛋白耦聯(lián)受體41和G蛋白耦聯(lián)受體43），而上調(diào)G蛋白耦聯(lián)受體41顯著增加了SCFAs誘導(dǎo)的IL-8產(chǎn)生［25］。Ghorbani等［26］探討了已知在CF中失調(diào)的信號通路，研究表明SCFAs能夠刺激支氣管上皮細(xì)胞產(chǎn)生促炎性細(xì)胞因子，包括粒細(xì)胞集落刺激因子、粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子和IL-6，同時這項(xiàng)研究還揭示了SCFAs與CF患兒氣道中性粒細(xì)胞之間的關(guān)系，表明SCFAs誘導(dǎo)的IL-8釋放導(dǎo)致中性粒細(xì)胞在CF肺部的募集增加。4

腸肺軸在CF治療中的潛在應(yīng)用4.1

益生菌的應(yīng)用Tabatabaii等［27］在隨機(jī)對照試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充羅伊乳桿菌可顯著降低輕度至中度肺受累CF患兒的肺惡化。益生菌介導(dǎo)的減少肺惡化的機(jī)制可能包括降低潛在致病微生物群的患病率，如變形桿菌和梭桿菌，促進(jìn)有益菌株的繁殖，如GG乳桿菌和雙歧桿菌。GG乳桿菌的給藥可以使鈣衛(wèi)蛋白水平下降和消化功能增強(qiáng)，從而減少腸道炎癥［28］。同樣，補(bǔ)充雙歧桿菌被發(fā)現(xiàn)與糞便鈣衛(wèi)蛋白和直腸一氧化氮水平下降相關(guān)，并且在CF患兒中顯示出恢復(fù)腸道菌群平衡的趨勢［29］

。4.2

益生元的應(yīng)用在現(xiàn)有的益生元中，母乳中的低聚糖研究相對充分。有研究表明，在健康嬰兒中，母乳低聚糖與嬰兒腸道中雙歧桿菌豐度的增加相關(guān)，并在乙酸的產(chǎn)生和預(yù)防大腸桿菌等病原體感染中發(fā)揮重要作用，母乳喂養(yǎng)還與CF嬰兒腸道菌群多樣性增加以及呼吸道定植減少相關(guān)［30］。Wang等［31］通過體外模型展示了菌群失調(diào)與益生元之間的相互作用，在該研究中，研究人員評估了CF患兒和健康兒童糞便樣本在高直鏈玉米淀粉發(fā)酵前后單個及總SCFAs的水平；與健康對照組相比，CF患兒的乙酸和總SCFAs水平顯著降低，而丁酸和丙酸水平?jīng)]有顯著差異；在CF患兒樣本中，乙酸濃度與其他因素?zé)o相關(guān)性；在健康對照組中，擬桿菌及糞桿菌等菌屬與SCFAs產(chǎn)量呈正相關(guān)，但這些菌屬在CF組發(fā)酵后樣本中顯著減少；健康組的丁酸水平與糞桿菌豐度相關(guān)，丙酸則與擬桿菌顯著相關(guān)；而CF組的丁酸水平與嚴(yán)格梭菌豐度相關(guān)，丙酸濃度則與韋榮菌相關(guān)。4.3

膳食營養(yǎng)素和維生素的應(yīng)用膳食纖維能夠減輕炎癥并改善CF的肺部結(jié)局，這些改善可能與SCFAs的腸道共生菌擴(kuò)增有關(guān)，纖維攝入量較高的CF患兒腹部癥狀也較少［32］。研究表明，較高的血清維生素D水平與每年肺部CF急性加重次數(shù)減少顯著相關(guān)；維生素D還能影響微生物組，其缺乏與γ-變形菌增多及擬桿菌減少有關(guān)，補(bǔ)充維生素D可顯著改變CF患兒的腸道和肺部菌群，尤其減少腸道中的韋榮球菌和丹毒絲菌科，并減少肺部的葡萄球菌和棒狀桿菌數(shù)量［33-34］。4.4

靶向分子治療的應(yīng)用Marsh等［35］研究證實(shí)在長期使用依利司他、替扎卡托、依伐卡托聯(lián)合治療后，可恢復(fù)CF患兒的部分腸道菌群結(jié)構(gòu)，但與健康對照組的腸道菌群結(jié)果仍存在差異，這種差異可能與CF患兒抗生素使用或CF疾病本身因素有關(guān)。未來研究需結(jié)合長期病例隊(duì)列觀察與實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)，以更深入地揭示CFTR調(diào)節(jié)劑與抗生素對腸道菌群動態(tài)功能的影響機(jī)制，進(jìn)而為改善CF患兒腸道病理異常及臨床癥狀提