今日話題之——腸道菌群與功能性便秘的研究進展

作者：瀏海寧（綜述），陳玉琢，吳昊，劉韜韜 △（審校）

（復旦大學附屬中山醫院消化科 上海 200032 ）

摘要： 腸道菌群在多種疾病中具有特徵性改變，並參與疾病的發生與進展。研究表明，腸道菌群紊亂與功能性便秘存在相關性，且腸道微生態製劑對功能性便秘具有治療作用。本文從功能性便秘的腸道菌群改變、發生機制、與「腦 － 腸 － 菌」軸的關聯及腸道微生態的治療等方面，結合國內外最新研究成果，闡述腸道菌群與功能性便秘的研究進展。

關鍵詞：功能性便秘；腸道菌群；「腦－腸－ 菌」軸；微生態治療

中圖分類號：Ｒ574.62

文獻標識碼：B

doi : 10.3969/j.issn.1672-8467.2015.04.024

功能性便秘是臨床上常見的胃腸道功能性疾病。我國成人慢性便秘的患病率為4%~6% , >60歲的人群患病率可鋼彈22% ，在西方國家發病率約為27%[1-2] 。便秘一詞有多種含義，主要包括排便次數減少( <3次/周)、糞便乾硬和排便困難。慢性便秘的病程≥6個月[2]。功能性便秘的發病機制主要包括以下４種：纖維素、水分攝入不足；腸道平滑肌肌張力降低，蠕動減弱；腸蠕動受機械性阻礙；排便肌群的活動障礙。國內外研究表明，除以上４種始動發病因素外，腸道菌群紊亂可參與慢性便秘的發生與進展。 「腦－腸－菌」軸( brain-gut-bacteria axis , BGBA )作為胃腸病學的新概念亦可幫助闡釋便秘的發病機制與臨床表現。除此之外，腸道微生態製劑作為便秘的輔助治療亦有明確的治療效果。本文即從以上幾方面對腸道菌群與便秘相關性及其研究進展作一綜述。

腸道正常菌群

成人腸道內細菌總數約1×10^13~1×10^14，由400~500種細菌組成，以厭氧菌為主[3]。2011年Arumugam等[4]指出，人體腸道優勢菌群存在宿主特異性，可分為3種腸型，分別為擬桿菌腸型、普雷沃菌腸型、瘤胃球菌腸型。以「門」的水準來排序，正常菌群的組成依次為厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門、變形菌門、互養菌門、疣微球菌門、梭桿菌門等。以「屬」的水準排序，則為擬桿菌屬、柔嫩梭菌屬、雙歧桿菌屬、毛螺旋菌科諸屬、糞球菌屬、瘤胃球菌屬、優桿菌屬、普雷沃氏菌屬、梭菌目諸屬、鏈球菌屬、埃希菌屬等。

便秘患者的腸道菌群改變

菌群的研究方法可分為培養法和非培養的分子技術。培養法主要見於早期菌群研究。鑒於腸道菌群的巨大數量和多樣性，傳統的標準培養技術已不適用 [5]，因為沒有一種培養基適合培養如此多種類的微生物。Zoppi等 [6]利用培養的方法研究了28名患慢性功能性便秘的嬰兒和14名健康嬰兒的腸道菌群，得出便秘兒童糞便中梭菌屬和雙歧桿菌屬細菌比健康兒童顯著升高的結論。 Khalif等 [7] 用培養的方法研究57名成人功能性便秘患者，雙歧桿菌屬和乳桿菌屬細菌含量均有顯著降低，而潛在致病性細菌或真菌升高。國內畢紅玲等 [8] 採用活菌定量培養計數法，動態觀察58例成人便秘患者與56例健康對照者的糞便菌群的變化，發現相比於對照組，便秘組患者糞便中的雙歧桿菌、擬桿菌、乳桿菌均顯著減少，梭桿菌、腸桿菌顯著增高。受研究方法所限，實驗所用培養基無法做到與腸道環境一致，培養後的菌群與原生腸道菌群有一定差異，因此以上3個試驗所得出的結論也具有局限性。

近年來出現了多種非培養的分子技術方法，包括熒光免疫原位雜交(FISH)、DNA微陣列、實時定量PCR(qPCR)、變性梯度凝膠電泳(DGGE)、高通量焦磷酸測序[9]。國內王林等[10]通過變性梯度凝膠電泳法(DGGE)研究10例頑固性便秘患者和6例健康人的結腸黏膜菌群，指出頑固性便秘患者菌群有明顯改變，與對照組比，頑固性便秘患者結腸黏膜菌群物種豐富度和香農多樣性指數顯著降低。此實驗僅從整體角度描述腸道菌群的變化，未具體到屬或門的水準。

新一代的高通量焦磷酸測序方法可檢測更豐富的微生物類群，提供更多的資訊，可確定到屬的水準。Zhu等[11]使用新一代高通量焦磷酸測序法研究8例便秘兒童和14例健康兒童的糞便微生物組成。從門的水準來看，健康人群擬桿菌門佔比59.18%，為第一優勢菌群，厚壁菌門佔比34.98%，兩者合計佔比93.56%，構成腸道菌群的主體部分。便秘人群兩者比例調轉，厚壁菌門佔比57.98%，為第一優勢菌群，擬桿菌門佔比33.69%。從屬的水準來看，便秘組患者糞便的糞球菌屬、瘤胃球菌屬顯著增加，普雷沃氏菌屬則顯著下降。而雙歧桿菌屬、梭桿菌屬未檢出顯著差異。便秘人群柔嫩梭菌屬比例為健康人群的2.8倍(P=0.165)。此實驗採用高通量焦磷酸測序法，大大提高了數據準確性，不足之處是病例數尚少，亦未檢測乳桿菌、優桿菌、腸桿菌等常見菌群。

便秘與菌群改變的機制探究

結合微生物學相關研究，可對以上部分菌群改變結果進行合理解釋，並有助於探究腸道菌群對便秘發病、進展的影響。De Filippo等[12]比較了非洲兒童(以素食為主)和歐洲兒童(以「西方飲食」為主)的腸道菌群，普雷沃氏菌在歐洲兒童組顯著下降,進一步推出普雷沃氏菌的豐度與飲食中纖維含量成正相關。纖維素的缺乏導致食糜難以促進腸道的蠕動，正是便秘的發病機制之一。因此，普雷沃氏菌的豐度下降側面反映了便秘患者的病因。

糞球菌、柔嫩梭菌有共同的代謝特徵—產丁酸[13]。動物實驗表明，丁酸可以抑製結腸平滑肌收縮而引起慢傳輸型便秘[14]，又可以刺激結腸對水的吸收使糞便乾硬[15]。由此可推斷，大量產丁酸鹽的糞球菌和柔嫩梭菌的豐度增加可以加重便秘。糞球菌和柔嫩梭菌的豐度的改變雖不是便秘發生的始動因素，卻可加重糞便乾硬和排便困難。目前尚沒有明確證據表明功能性便秘患者結腸內丁酸豐度增加，因而還有待代謝組學的進一步檢驗。

Attaluri等[16]及Sahakian等[17]的研究均表明腸道菌群的甲烷排泄會減慢腸道蠕動速度。亦有多項研究肯定了產甲烷菌與便秘型腸易激綜合征的關聯[18-19]。由於甲烷代謝屬特殊的能量代謝方式，不存在於真核生物和真細菌，僅存在於嚴格厭氧的一類古細菌—產甲烷菌,因此可推斷腸道產甲烷菌的豐度增加可協助誘導並加重慢傳輸型便秘或便秘型腸易激綜合征。遺憾的是，並無高通量測序實驗檢測便秘患者產甲烷菌的豐度變化。

已有充分證據顯示，肥胖、糖尿病、結直腸癌、腸易激綜合征等多種疾病伴有腸道菌群改變，且腸道菌群的紊亂在這些疾病的發病機制中起著重要的作用[20]。上述疾病皆可能伴有便秘的臨床表現。繼發性便秘雖有明確的發病機制，例如糖尿病的高血糖可引起腸神經退化，使腸蠕動減慢；結直腸癌引起腸腔內梗阻等。但原發疾病引起的腸道菌群改變亦可加重或減緩便秘癥狀。

便秘的不同分型對腸道菌群的影響可能也是不同的。功能性便秘可分為慢傳輸型便秘、出口梗阻型便秘。纖維素、水分攝入不足以及腸道平滑肌肌張力降低導致腸蠕動減弱均引起慢傳輸型便秘，其特點是糞質堅硬，直腸指檢時無糞塊或有堅硬糞塊。慢傳輸型便秘的糞便中水分減少，在腸道中長期瘀滯。微生物的生長受pH、溫度、水分、氧氣影響 [21] 。細菌約佔糞便體積的50%[ 22] ，可見其餘的食物殘渣是腸道菌群的良好「培養基」。「培養基」水分的多少屬於參與競爭生長的微生物的環境條件。出口梗阻型便秘的病因則為排便肌群的活動障礙、直腸肛門器質性改變，檢時有大量泥樣糞便，用力排便可出現矛盾性收縮。出口梗阻型便秘的糞便在腸道中貯存時間與正常人無異。在日後腸道菌群改變的研究中，若能區分這兩種類型，可能會有更多有益的發現。

BGBA與便秘

隨著腸道菌群研究的深入，BGBA的概念應運而生。BGMA包括中樞神經系統、神經內分泌-神經免疫系統、自主神經系統、腸神經系統和腸道菌群[23]。中樞神經系統是胃腸道功能調控的高級神經中樞，能夠接收內外環境變化時傳入的各種刺激，整合後通過自主神經系統和神經內分泌系統的下丘腦-垂體-腎上腺軸將其調控資訊傳遞給腸神經系統，或直接作用於胃腸道效應細胞，從而對胃腸平滑肌、腺體、血管起調節作用。胃腸道腺體、免疫細胞在以上神經調控作用下分泌胃腸激素、細胞因子，改變腸道環境，致使腸道菌群組成及功能變化。腸道菌群的變化又可以反過來引起神經系統和腸功能的改變[24]。

精神緊張、心理壓力大是功能性便秘的病因之一，其機制可由BGBA概念解釋。精神緊張引起交感神經興奮，從而抑製腸神經系統活動。腸神經系統可分泌抑製性神經遞質，如一氧化氮、血管活性肽[24]，進而引起胃腸運動減弱、黏膜分泌減少，促使慢傳輸型便秘的發生。胃腸運動減弱亦可導致腸道菌群繁殖加快、向上移位。細菌代謝產生更多的一氧化氮等抑製性神經遞質,加重便秘的進展。

另一方面，便秘患者的糞塊積滯於結直腸，可引起神經反射性癥狀，如腹脹、食慾減退、噁心、頭暈、疲乏等[25]，這些也是腸神經系統反饋至中樞神經系統的體現。

5-羥色胺(5-hydroxytryptamine，5-HT，又名血清素)是一種廣泛存在於中樞神經系統、腸神經系統、腸黏膜內分泌細胞的重要神經遞質。5-HT作用於5-HT4受體，可加快腸平滑肌收縮，加強腸蠕動；作用於中樞5-HT受體，影響精神、行為和內臟痛閾。便秘型腸易激綜合征的5-HT異常低下[24]，應是便秘癥狀產生的重要原因。因此，5-HT4受體激動劑替加色羅被用於治療功能性便秘和便秘型腸易激綜合征。腸道菌群亦可以反作用於「腦-腸」軸?Desbonnet等[26]的研究表明，雙歧桿菌可誘導大鼠神經遞質多巴胺、5-HT血漿濃度升高。便秘型腸易激綜合征患者經雙歧桿菌治療後，5-HT分泌增多，腸道動力顯著改善[27]。這也為便秘和腸易激綜合征的益生菌治療提供了一項有利依據。

便秘的微生態治療

與腹瀉的治療不同，腸道微生態製劑並不作為便秘的一線治療藥物。作為一線治療藥物的瀉藥包含多種缺陷,如長期應用蒽醌類刺激性瀉藥(大黃、番瀉葉、蘆薈等)可導致一種癌前病變—結腸黑變病。容積性瀉藥易導致胃腸脹氣，鹽類瀉劑可導致體內電解質紊亂，潤滑性瀉劑需肛用而不方便。微生態製劑的不良反應較少，又含有多方面的生理性獲益，因此可作為慢性便秘的長期輔助用藥。微生態製劑包括益生菌、益生元、合生元等。新興的糞便菌群移植治療也屬於廣義的腸道微生態治療。

益生菌是指對宿主有利無害的活菌群或死菌，可以是單一菌株製成，也可以是多種菌的複合製劑[3]。常用於治療便秘的益生菌主要有乾酪乳桿菌代田株、嗜酸乳桿菌、鼠李糖乳桿菌、動物雙歧桿菌乳酸亞種、長雙歧桿菌、嗜熱鏈球菌等[28]。國內外研究常用每周排便次數、便秘相關癥狀總評分和糞便性狀總評分來描述益生菌的治療效果。王小蕾等[28]對國外8篇文獻所作的系統綜述顯示，攝入益生菌製劑兩周後，每周排便次數較基線增加1.46次(99%CI：0.41~2.51，P<0.01)，但研究間存在異質性(I2=81%)。Ford等[29]對2個隨機對照試驗進行Meta分析顯示服用益生菌組每周排便次數較基線增加1.49次(95%CI：1.02~1.96)。國內譚彬等[30]及張片紅等[31]皆採用自身對照方式，發現使用益生菌1個月左右，便秘相關癥狀總評分和糞便性狀總評分均有顯著降低。以上研究結果可推知,益生菌製劑療效雖不及瀉藥那樣立竿見影，但堅持服用益生菌製劑一段時間，便秘相關癥狀可減輕，排便次數會增加。益生菌的可能作用機制為通過代謝產生多種有機酸，使腸腔內pH值下降，從而調節腸道蠕動。基於此機制，有民間驗方提出陳醋可治療便秘[32]，但缺乏相關研究數據支持。前述雙歧桿菌可誘導神經遞質多巴胺、5-HT血漿濃度升高，亦可加快腸平滑肌收縮,加強腸蠕動。

益生元是指不被宿主消化吸收，可以選擇性地刺激腸內有益菌的活性或生長繁殖而增進宿主健康的食物成分。益生元主要為非消化性的低聚糖，包括菊粉、乳果糖、低聚果糖、低聚半乳糖、低聚甘露糖等。廣義的益生元還包括纖維補充劑。纖維補充劑被廣泛應用於便秘的治療。水溶性纖維(果膠、歐車前)起保水的作用，有利於增加糞便的黏稠度，但不影響糞便的量與在結腸中的轉運時間。不溶性纖維(纖維素、半纖維素、木質素，幾乎無保水作用，但可增加糞便量，且刺激結腸蠕動[33]。然而，纖維補充劑是作為容積性瀉藥使便秘緩解，而不是其「益生」作用。相反，由於其不加選擇地刺激腸內各種細菌的生長[34]，菌群的發酵和產氣會加重便秘型腸易激綜合征患者的腹痛、腹脹癥狀。關於益生元與便秘治療的臨床研究相當少。Linetzky等[35]使用菊粉和瓜耳膠(主要含半乳糖和甘露糖)的混合物治療便秘，每周排便次數增加,但未有顯著差異，且觀察到服安慰劑組亦有增加。由此可見,益生元緩解便秘的療效並不確切，由於要先刺激益生菌的生長，增多了中間環節，因此不如直接服用益生菌。

合生元是同時含有益生菌和益生元的製劑，所添加的益生元既能促進位劑中的益生菌生長，又可促進腸道中原生菌群的增殖。合生元製劑治療便秘的研究亦不多。Bazzocchi等[36]發現服用合生元製劑(內含5種益生菌和益生元歐車前)8周後，糞便稠度增加至正常水準，糞便結腸通過時間顯著下降。但如前述，歐車前在裡面發揮容積性瀉藥作用可能更多。Waitzberg等[37]的研究表明，服用合生元製劑(內含低聚果糖、乳桿菌和雙歧桿菌)30天后，患者每周排便次數顯著增多、糞便性狀總評分顯著下降。2個實驗都肯定了合生元製劑不輸於益生菌製劑的治療效果。

糞便菌群移植是將健康人糞便中的菌群移植到患者胃腸道內，以重建具有正常功能的腸道菌群。作為一個新興的治療方法，糞便菌群移植在複發性艱難梭菌感染、炎症性腸病、腸易激綜合征、肥胖等疾病均取得了可喜的研究成果[38]。糞便菌群移植在治療便秘方面的研究尚少。1995年,Andrews等[39]對45名便秘患者採用糞便菌群移植的方法，使其中40例患者移植後即有排便困難的緩解，同時腹脹與腹痛癥狀亦減輕，經隨訪60%的患者停止服用瀉藥也可保持正常排便。由於移植他人糞便具有一定的風險性，如傳播供者體內的病毒、致病菌等，便秘患者的糞便菌群移植的研究也受到了很大的局限。

結語

相比於炎症性腸病、腸易激綜合征等疾病，便秘與腸道菌群的研究數量似乎與其高發病率不符。綜合以上論述中所提到的問題，未來的研究可專註於以下幾方面：(1)利用新一代高通量焦磷酸測序法，並擴大樣本量，得出信度更高、更加全面的便秘患者腸道菌群的改變圖譜，進一步確認低豐度但具有重要功能或特性的菌群的改變，如產甲烷菌的豐度變化；(2)利用代謝組學研究便秘患者糞便代謝產物的改變，結合微生物學的基礎研究，對菌群改變及其致病機制相互驗證；(3)深入探究便秘的分型及繼發性便秘對菌群的影響；(4)使用更大劑量或多種益生菌組合製劑，或與傳統瀉藥相結合，探究對便秘的治療更為有效的方法，進行大樣本的隨機對照臨床試驗；(5)根據菌群變化開發新型益生菌種，開展藥物臨床試驗。