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综述与科普
肠道/健康基石菌——酪酸梭菌在成人慢性病防治中的关键作用
丁香园-生物制药版
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【摘要】成人慢性病已成为全球首要健康威胁,其核心发病机制为慢性低度炎症、代谢紊乱及多器官交互损伤形成的恶性循环,而肠道菌群失调尤其是产丁酸菌缺乏是连接多种慢性病的共同病理环节。酪酸梭菌作为肠道菌群中的典型基石菌,可通过产生丁酸发挥构筑肠屏障、调节菌群平衡、调控免疫、抑制炎症及代谢调控等多重作用,靶向干预慢性病的核心发病机制,在肥胖、2型糖尿病、炎症性肠病、结直肠癌等多种慢性病的防治中展现出重要临床价值。本文综述了成人慢性病的发病现状、机制及传统治疗局限性,重点阐述酪酸梭菌的临床应用场景与作用机制,为其作为慢病综合管理的微生态干预手段提供理论依据。
【关键词】基石菌;酪酸梭菌;慢性病;肠道菌群;肠屏障;免疫调节;代谢调控
1、成人慢性病的发病现状及危害
成人慢性病在全球范围内呈高发态势,全球非传染性疾病每年导致约180万例可避免的死亡,同时造成超过5140亿美元的生产力损失[1]。不同国家的慢病流行数据均凸显其严峻性,美国超过76%的成年人至少罹患一种慢性病,51.4%的人群存在多病共存的情况,且过去十年间18-34岁年轻人群的慢性病患病率显著上升7个百分点[2]。
在中国,以劳动力人口为主体的健康筛查显示,心血管代谢相关危险因素流行率居高不下,高血压、血脂异常、脂肪肝、超重或肥胖等疾病频发,同时肺结节、甲状腺结节、女性乳腺结节等结节性疾病的检出率持续处于高位[3]。成人慢性病的普遍化与年轻化,不仅严重降低个体的生命质量,引发多器官功能损伤,还大幅增加医疗卫生支出,对社会经济的可持续发展形成巨大负担。
2、成人慢性病的发病机制
成人慢性病的发病是遗传易感背景下,不良生活方式与环境风险因素共同驱动的多因素、系统性复杂过程,核心为慢性低度炎症、代谢紊乱及多器官病理生理交互形成的恶性循环[4][5][6]。慢性低度炎症是慢病发生的核心枢纽,环境、生理或行为风险因素诱导细胞程序性坏死,释放的损伤相关分子模式持续激活免疫系统,引发无菌性炎症并造成组织损伤[4][5];以肥胖为核心的代谢紊乱是关键启动因素,脂肪组织功能失调导致脂质异位沉积,引发的“脂毒性”造成器官特异性纤维炎症反应,加剧胰岛素抵抗与全身性代谢紊乱[6][7];多器官间的病理性交互进一步放大损伤效应,如心血管-肾脏-代谢综合征中,代谢异常与器官损伤相互影响,结合异常激活的炎症调控信号通路,形成疾病进展的恶性循环[6][7],同时性别特异性机制与表观遗传修饰也深刻影响着慢病的病理进程[8]。
3、传统治疗方式及局限性
目前成人慢性病的传统治疗以对症干预为主,如心血管疾病采用降压、调脂、抗血小板等药物治疗,2型糖尿病通过口服降糖药或胰岛素控制血糖,肥胖以饮食、运动结合减重药物干预,炎症性肠病则采用氨基水杨酸类、糖皮质激素或免疫抑制剂等药物[9][10][11][12][13]。此类治疗手段虽能在一定程度上控制疾病症状、延缓病情进展,但存在显著局限性:一是治疗靶点单一,多聚焦于疾病的下游病理表现,未从根源上干预慢病的核心发病机制,难以实现疾病的根治[12][13];二是长期用药易引发不良反应,如免疫抑制剂导致机体免疫力下降、降糖药引发低血糖或胃肠道反应等[9][10];三是无法阻断多器官间的病理交互,对多病共存的复杂慢病情况干预效果有限[11];四是忽视肠道菌群、肠道屏障等微生态环节的调控,难以打破“肠漏-慢性炎症-代谢紊乱”的病理链条,部分治疗甚至会破坏肠道菌群平衡,进一步加重机体代谢与免疫异常[12][13]。
4、酪酸梭菌的临床应用及机制机理
2024年,美国微生物科学院院士赵立平教授团队在《细胞》(Cell)杂志上发表了一项研究成果。该团队通过分析多种疾病的数据,发现了一组对人体健康至关重要的核心菌群,并提出了“基石功能群”的概念[14]。这一功能群特指那些能够产生丁酸等短链脂肪酸的关键菌群。酪酸梭菌(也称丁酸梭菌)就是一种能生成丁酸的典型肠道基石菌,它在维持肠道屏障功能、调节免疫反应、抑制炎症以及促进肠道健康等方面发挥着重要作用[15]。
4.1 酪酸梭菌的临床应用
酪酸梭菌作为安全有效的产丁酸益生菌,已在多种成人慢性病的防治中得到临床应用与研究验证,其应用场景覆盖代谢性疾病、肠道疾病、肝脏疾病、神经系统疾病及肿瘤等多个领域。
刘丽英的研究,在美沙拉嗪基础上联用酪酸梭菌CGMCC0313-1,可使溃疡性结肠炎患者的总有效率提升至97.72%,明显高于单用美沙拉嗪的81.81%,同时不良反应发生率从22.72%降至6.81%。这表明酪酸梭菌CGMCC0313-1联合美沙拉嗪能显著提高治疗效果并降低不良反应,促进患者疾病恢复,安全性良好[16]。
刘炉香的研究显示,在饮食调整和口服多烯磷脂酰胆碱胶囊的基础上,加用酪酸梭菌CGMCC0313-1治疗8周后,非酒精性脂肪肝病患者的肝功能指标(ALT、ALP、γ-GT)显著下降,同时氧化应激指标(ox-LDL、LPO、MDA)也明显降低,且降幅均优于单用多烯磷脂酰胆碱胶囊的对照组。这表明酪酸梭菌CGMCC0313-1辅助治疗能有效改善肝功能,减轻氧化应激损伤[17]。
此外,酪酸梭菌可有效缓解高脂饮食诱导的肥胖,改善2型糖尿病患者的糖脂代谢紊乱,降低胰岛素抵抗与全身性炎症水平[3][18];在神经系统疾病中,丁酸与情感障碍、精神病性障碍或自闭症谱系障碍(ASD)有关联作用[19]。
4.2 酪酸梭菌的作用机制
4.2.1 构筑肠屏障
酪酸梭菌通过产生丁酸为结肠上皮细胞提供核心能量来源,促进肠道紧密连接蛋白ZO-1、occludin及claudin-5的表达,增强肠道上皮细胞间的连接紧密性,维持肠屏障结构完整性,减少脂多糖(LPS)等有害物质的跨膜转运[18][20][21];同时,丁酸可刺激肠道杯状细胞分泌黏蛋白MUC2,增厚肠道黏液层,形成物理保护屏障,防止病原菌黏附与侵袭肠道上皮[22][23],从源头遏制代谢性内毒素血症的发生,阻断“肠漏-全身性慢性炎症”的病理启动环节。前沿研究证实,酪酸梭菌修复肠屏障的作用可同时改善肠道与血脑屏障的完整性,为其跨器官保护作用奠定结构基础[20]。
4.2.2 调节菌群平衡
基石菌酪酸梭菌可通过自身定殖与代谢调节肠道菌群结构,促进有益菌的增殖,抑制促炎菌的富集,其产生的丁酸可进一步为肠道有益菌提供营养,形成有益菌增殖的正反馈循环[14][24]。酪酸梭菌能产生抗菌肽等抗菌物质,特异性抑制大肠杆菌、沙门氏菌等有害菌的增殖,减少有害菌毒素对肠黏膜的损伤,促进有益菌的生长繁殖,提高肠道菌群多样性,调整菌群紊乱状态[25]。同时,酪酸梭菌可修复受损的肠道黏膜,为有益菌的定植创造良好的肠道微环境。
4.2.3 调控免疫功能,维持机体免疫稳态
酪酸梭菌产生的丁酸可抑制组蛋白去乙酰化酶活性,通过表观遗传调控影响免疫相关基因表达,实现系统性免疫调节[26];核心作用为促进调节性T细胞(Treg)的分化,增强Treg细胞的免疫抑制功能,维持机体免疫平衡,抑制自身过度免疫反应与异常炎症激活[27]。此外,丁酸可通过激活G蛋白偶联受体GPR41/43,调节巨噬细胞与树突状细胞的功能,促使其向抗炎表型极化,减少促炎因子的释放,进一步强化机体的抗炎免疫效应[28]。
4.2.4 抑制炎症反应
酪酸梭菌可从多层面抑制慢性低度炎症,一是通过修复肠屏障减少LPS入血,降低炎症信号的初始激活[12][21];二是显著降低机体促炎因子TNF-α、IL-1β的水平,抑制LPS介导的炎症信号通路激活[12][18];三是通过肠-肝轴调控肝脏炎症反应,丁酸介导肝脏Takeda G蛋白偶联受体5(TGR5),抑制IκB-α/β-arrestin2/NF-κB炎症信号通路的激活,减少肝脏炎症因子的释放,缓解脂肪性肝炎的炎症损伤[18];四是在肠道局部通过抑制炎症细胞的浸润与活化,减轻肠道黏膜的炎症反应,改善炎症性肠病与高脂饮食诱导的全身性炎症[18]。NF-κB、JAK-STAT等核心炎症调控通路均为酪酸梭菌的作用靶点,可有效阻断炎症的级联放大效应[6][29]。
4.2.5 代谢调控
酪酸梭菌对机体代谢的调控作用体现在糖、脂、氨基酸等多个代谢层面,可有效缓解高脂饮食诱导的代谢紊乱:在糖代谢方面,可改善葡萄糖耐受不良,降低胰岛素抵抗,恢复机体糖代谢稳态[18];在脂代谢方面,减少脂质的异位沉积,降低血脂水平,缓解肝脏脂肪变性,改善非酒精性脂肪肝病的病理表型[4][18];在氨基酸代谢方面,显著减少血浆中支链氨基酸的过度积累,逆转代谢性疾病中支链氨基酸的代谢异常[18]。其代谢调控机制既包括通过肠屏障修复与炎症抑制减少代谢紊乱的诱因,也包括通过短链脂肪酸代谢稳态的恢复,调节肠道与远端器官的代谢信号通路,同时酪酸梭菌可通过肠道菌群的调节,改善宿主的能量吸收与代谢效率,实现全身性的代谢优化[3][15][30]。
5、总结
基石菌酪酸梭菌通过产丁酸在多层面发挥肠屏障修复、菌群平衡调节、免疫稳态维持、炎症抑制及代谢调控等核心作用,直击成人慢性病的共同病理环节——慢性低度炎症与代谢紊乱,在肥胖、2型糖尿病、炎症性肠病、结直肠癌等多种慢性病的防治中展现出重要临床价值。值得关注的是,酪酸梭菌相关制剂早在2004年便被国家药品监督管理局批准,作为绿标OTC非处方药上市,标志着我国领先欧美等国二十多年实现了产丁酸菌药品制剂的产业化。这一产业化突破不仅为酪酸梭菌的临床转化提供了成熟的产品基础,也为我国在微生态慢病管理领域赢得了先发优势。未来,应充分发挥其作为基石菌的源头干预潜力,构建以肠道微生态为核心的慢病综合管理新策略。
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