目前，大多数学者认为，IBD是遗传因素、环境因素、肠道菌群和宿主免疫系统的复杂相互作用导致的异常免疫反应和慢性肠道炎症。最新研究进展已经确定了IBD中肠道微生物群的组成和功能改变，同时肠道菌群失调可能在IBD的发病机制中发挥关键作用。在一个全国学术会议上，来自中南大学湘雅三医院的王晓艳教授给大家分享了肠道微生态与IBD相关研究进展。
一、IBD中的肠道微生物变化
人体肠道菌群中，超过99%的肠道细菌属于厚壁菌门、拟杆菌门、变形杆菌门和放线菌门，其中厚壁菌门和拟杆菌门在健康成人的肠道微生物群中占主导地位。
最新研究表明，IBD患者肠道中硝化应激及氧化应激增强，导致专性厌氧菌拟杆菌门和厚壁菌门和需氧菌放线菌门丰度降低，兼性厌氧菌变性菌门丰度增加，微生物的多样性降低（图1）1，导致肠黏膜损害，引发肠道炎症。
炎症会刺激产生IFN-γ，并通过固有免疫细胞的吞噬产生活性氧（ROS），这些自由基最终形成厌氧呼吸的产物。兼性厌氧菌利用这些产物开始生长，导致细菌多样性下降。
有害菌群的扩大可能进一步促进真菌的生长，尤其是念珠菌，而真菌又会通过几丁质和TH1途径中的β-葡聚糖抗原呈递细胞（APC）激活而加剧炎症反应。同时，有害菌群与噬菌体的数目和丰度增加有关，其反过来将会使肠道菌群多样性进一步降低（图2）2。
Yilmaz B等研究发现CD患者的菌群紊乱程度更甚于UC患者，而肠菌变化特征与患者的年龄、病变部位、BMI等临床特征及抗TNF-α药物疗效密切相关3。
图1. 炎症性肠病相关细菌种类系统进化树
图2. IBD炎症与肠道菌群失调的相互作用
二、肠道微生物在IBD中的作用机制
肠道免疫分为固有免疫和适应性免疫。肠道共生菌调节固有免疫细胞如黏膜相关恒定的T淋巴细胞（MALT）、γδT细胞、3型固有淋巴细胞（ILC3）、iNKT细胞等的活化和功能。
例如，微生物来源的核黄素代谢产物促进MALT的发育，而共生菌诱导产生的细胞因子IL-1β和IL-23促进γδT细胞，这两种细胞都能产生IL-17A，诱发细胞炎症。而分节丝状菌（SFB）的定植可促使ILC3细胞产生IL-22，进而发挥抑炎作用（图3）4。
共生菌定植促进效应T细胞（Th2、Th17等）、调节性T细胞（Treg）和B细胞的适应性免疫应答。例如SFB和双歧杆菌的定植可促进Th17细胞的局部分化。梭状芽胞杆菌定植促进了RORγt+Foxp3t+pTreg细胞聚集，其反过来限制了结肠Th2和Th17细胞反应。
总之，多种因素引起菌群失调，其中病原菌通过Th1和Th17效应细胞激活炎症应答，而有益菌减少致使Treg细胞、B细胞、DC细胞和固有淋巴样细胞（ILC）功能失调，细胞因子失衡和黏膜屏障破坏诱发黏膜炎症，诱导IBD产生。
图3. 肠道微生物与固有免疫应答
图4. 肠道微生态与适应性免疫应答
三、肠道微生物在IBD中的应用
肠道微生态的变化导致肠黏膜的损伤，那么，改变肠道微生态结构，是否可以抑制炎症反应？有研究通过增加专性厌氧细菌，减少兼性厌氧菌等方式以维持肠道微生态的平衡，减轻肠道炎症，这也是目前使用肠道微生物治疗的一种主要策略1。
目前粪菌移植（FMT）治疗IBD是研究热点，有研究发现5,6其在轻中度UC中有一定疗效，而在重度UC中，其疗效有待继续研究。目前尚无随机对照研究（RCT）评估FMT在治疗CD中的应用。
此外，FMT的标准化和安全性也是难题，因此，筛选有益的单菌也是目前的一个研究方向。有研究发现7，口服嗜黏蛋白阿卡曼菌（AKK菌）治疗可预防肥胖及相关并发症，但目前发现的能够用于人体的有益菌并不多。
四、王教授团队近期研究成果
1. FMT能控制CD患者炎症
目前，FMT治疗CD疗效尚无定论。王教授团队招募了37例CD患者，最终，有17例完成胃镜FMT试验，16例完成肠镜试验。结果显示，在FMT治疗后，随访8周CD患者的治疗应答率维持在51.5%~67.9%之间，缓解率维持在45.5%~57.6%之间，同时C反应蛋白（CRP）和红细胞沉降率（ESR）降低，提示在CD中FMT有一定的短期抑制炎症作用，安全性尚可，但其长期疗效有待进一步观察（图5）8。
图5. FMT治疗CD患者疗效
2. CD患者肠罗斯菌丰度显著降低
FMT治疗CD存在多种并发症，因此，筛选针对CD的有益菌种更具有广泛的应用前景。王教授团队收集了湖南省的CD患者和健康对照者，使用16S rRNA测序技术分析其肠道菌群9。结果发现CD患者肠道菌群多样性较健康志愿者有所下降。其中，罗斯菌属、毛螺旋菌属、拟杆菌属等丰度降低，肠球菌属、梭杆菌属、大肠埃希菌属等丰度升高。在种水平上，肠罗斯菌丰度下降最为明显，其机制与肠罗斯菌通过肠上皮诱导树突状细胞活化，促进辅助T细胞分化抑制炎症有关。
3. 肠罗斯菌鞭毛蛋白是抑制炎症的关键成分
王教授团队在国际上首次分离出肠罗斯菌的鞭毛蛋白，并发现其能通过肠上皮TLR5，下调IDOI的表达，减少胞内色氨酸消耗，降低犬尿氨酸/色氨酸比例，最终导致肠腔内色氨酸浓度增加，吲哚-3-甲醛等物质大量产生并释放，释放的吲哚进一步通过AhR促进肠黏膜内NCR+ILC3活化及IL-22分泌，发挥抑炎作用10。该研究明确了肠罗斯菌的鞭毛蛋白是其抑炎的关键作用成分，为IBD的靶向精准治疗提供全新的理论基础。
4. 磁性纳米颗粒帮助肠罗斯菌定植
如果筛选到CD相关的益生菌，那么服用之后，益生菌会在肠道定植下来吗？有研究使用猪作为动物模型发现有40%的动物出现了益生菌定植抵抗。因此，益生菌难以有效定植是限制其作用的关键因素。王教授团队使用磁性纳米颗粒Fe3O4（MIONs）帮助肠罗斯菌（R. intestinalis）定植11，发现MIONs能被肠罗斯菌内化，且对肠罗斯菌、细胞和组织没有明显毒性。在小鼠实验中发现，R. intestinalisMIONs能显著缓解实验性大鼠结肠炎，同时MIONs能显著增强R. intestinalis在大鼠肠道中的存留与定植（图6），其为益生菌的应用提供了有前景的方法。
图6. MIONs能显著增强R. intestinalis在大鼠肠道中的定植
综上所述，IBD患者中肠道微生物整体丰度下降，且CD患者菌群紊乱程度更甚于UC患者。肠道菌群紊乱会增加肠道炎症反应，同时，炎症反应也会加剧肠道紊乱，二者相互作用，但其具体机制有待进一步研究。FMT在轻中度UC中有一定疗效，但在重度UC中疗效尚不可知。王教授团队发现FMT 治疗CD能在短期抑制炎症作用，但长期疗效有待进一步观察；还发现CD患者中肠罗斯菌丰度下降明显，且其鞭毛蛋白是抑制炎症的关键成分；此外，王教授团队使用磁性纳米颗粒帮助肠罗斯菌定植，为益生菌的应用提供了有前景的方法。
王晓艳教授寄语
肠道菌群是近期研究热点，其在IBD发病过程中发挥重要作用。肠道菌群中的有益菌可通过调节免疫细胞，发挥免疫抑制作用。部分有害菌也可通过免疫细胞受体或其代谢产物，促进炎症细胞分泌炎性因子，造成肠道损伤。所以，肠道菌群会影响免疫反应。同时，肠道炎症也会影响肠微生态。
近期在Gastroenterology上发表的文章，提示IBD患者肠道中硝化应激及氧化应激增强，导致有害菌增强、有益菌减少，肠道微生态平衡被打破，所以这两者是相互作用，是因是果还需要进一步研究。
在临床应用方面，粪菌移植（FMT）是目前研究的热点，但距离走向临床还有一段时间。针对肠道菌群的治疗，目前提倡个体化治疗，通过检测16S rRNA等一些方便的方法，了解肠道菌群的改变，再进行个体化的治疗，我认为这是未来的一个研究方向。
抑制免疫的方法有很多，包括药物抑制，如美沙拉嗪、激素、免疫抑制剂，生物制剂等；调节肠道菌群，例如有些有益菌可通过调节肠上皮细胞和免疫细胞，进而抑制炎症反应；还有干细胞治疗，因此我们可以通过多种途径调节肠道免疫反应。而内镜对IBD诊治，包括疾病筛查、预后及癌变监测、并发症控制及干预等都发挥举足轻重的作用。
总之，IBD诊断和治疗任重而道远，我们要大力培养年轻的IBD医生，这样IBD学科的发展才会欣欣向荣。
参考文献
1. Schirmer M, Garner A, Vlamakis H, Xavier RJ. Microbial genes and pathways in inflammatory bowel disease. Nat Rev Microbiol. 2019;17(8):497-511
2. Ni J, Wu GD, Albenberg L, Tomov VT. Gut microbiota and IBD: causation or correlation? Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 2017;14(10):573-584
3. Yilmaz B, Juillerat P, Øyås O, et al. Microbial network disturbances in relapsing refractory Crohn's disease. Nat Med. 2019;25(2):323-336
4. Belkaid Y, Harrison OJ. Homeostatic Immunity and the Microbiota. Immunity. 2017;46(4):562-576
5. Costello SP, Hughes PA, Waters O, et al. Effect of Fecal Microbiota Transplantation on 8-Week Remission in Patients With Ulcerative Colitis: A Randomized Clinical Trial. JAMA. 2019;321(2):156-164
6. Allegretti JR, Mullish BH, Kelly C, Fischer M. The evolution of the use of faecal microbiota transplantation and emerging therapeutic indications. Lancet. 2019;394(10196):420-431
7. Depommier C, Everard A, Druart C, et al. Supplementation with Akkermansia muciniphila in overweight and obese human volunteers: a proof-of-concept exploratory study. Nat Med. 2019;25(7):1096-1103
8. Yang Z, Bu C, Yuan W, et al. Fecal Microbiota Transplant via Endoscopic Delivering Through Small Intestine and Colon: No Difference for Crohn's Disease. Dig Dis Sci. 2019
9. Shen Z, Zhu C, Quan Y, et al. Insights into Roseburia intestinalis which alleviates experimental colitis pathology by inducing anti-inflammatory responses. J Gastroenterol Hepatol. 2018;33(10):1751-1760
10. 王晓艳等.肠罗斯氏菌鞭毛蛋白通过TLR5调控IDOI介导色氨酸代谢并活化NCR+ILC3在克罗恩病中抑制炎症的机制研究.2019
11. Xiao M, Shen Z, Luo W, et al. A new colitis therapy strategy via the target colonization of magnetic nanoparticle-internalized Roseburia intestinalis. Biomater Sci. 2019;7(10):4174-4185