急性胰腺炎（acute pancreatitis，AP）是多種病因導致胰酶在胰腺內被啟用後引起胰腺組織自身消化、水腫、出血甚至壞死的炎症反應。腸功能障礙是重症急性胰腺炎（severe acute pancreatitis，SAP）常見併發症，也是促使病情發展甚至誘發多器官功能障礙的重要因素。腸道功能障礙包括腸黏膜屏障損傷和腸道動力障礙，有研究表明腸道菌群可透過影響腸黏膜上皮細胞更新、腸道通透性、腸道抗菌肽的釋放及腸道黏液層等調節腸黏膜屏障功能。本文將就腸道菌群失衡在AP腸黏膜損傷中的作用作一闡述。
01
腸黏膜屏障功能損傷對AP的影響
正常腸道黏膜屏障由機械屏障、化學屏障、免疫屏障與生物屏障共同構成。一般情況下，腸道有害物質（如細菌和毒素）由於受到腸黏膜屏障的阻礙不能夠穿透腸壁，移位至機體其他器官或血液，腸黏膜屏障的完整性保證了機體能夠抵禦外界因素的干擾。腸黏膜屏障損傷是AP的主要併發症之一，一項meta分析結果顯示，59%的AP患者合併有腸黏膜屏障損傷，通透性增加。另一項研究發現，68。8%的AP患者血液可以檢測到代表腸道菌群的細菌DNA，說明AP過程中腸道菌群透過損傷的腸黏膜屏障移位至血液中。腸道細菌移位入血是導致胰腺感染壞死和患者死亡的主要原因，壞死性AP併發感染患者病死率是無菌壞死性AP患者的2倍。一項多中心臨床研究顯示，SAP患者早期腸黏膜屏障損傷與SAP相關併發症（菌血症、感染性壞死、器官衰竭）的發生和死亡密切相關，由此可見，腸黏膜屏障損傷在SAP病程進展中發揮重要作用。
02
AP患者腸道菌群的變化
人體腸道內菌群由1500多個種屬、50多個菌群構成，厚壁菌門（Firmicutes）最多，擬桿菌門（Bacteroidetes）其次，其他常見的還有變形菌門（Proteobacteria）、放線菌門（Actinobacteria）、梭桿菌門（Fusobacteria）以及疣微菌門（Verrucomicrobia）。近年來，隨著宏基因組研究的發展，人們越來越意識到腸道菌群對人體的健康和疾病發揮著重要作用。腸道菌群結構主要受到內部基因和外部微環境的影響，基於基因組學和代謝組學證據表明，外部微環境對腸道菌群的影響大於內部基因作用。腸道的外部微環境主要包括飲食、藥物和各種腺體的分泌液（如唾液、胃液和胰液等）。胰腺作為人體最大的外分泌腺，可分泌含有HCO-3的黏液來調節腸道pH，維持腸道穩態。AP過程中由於胰酶的異常分泌以及胰腺結構的破壞，導致胰腺分泌功能異常，可引起腸道穩態和腸道菌群的改變。Tan等收集了76例AP患者和32例健康志願者糞便，應用聚合酶鏈式反應變性凝膠電泳法分析發現在AP早期腸道菌群組成即發生了明顯的變化，表現為有益菌屬減少（如乳酸桿菌屬）而致病菌（腸球菌屬）明顯增多，且腸道菌群變化越顯著的SAP患者器官衰竭和感染性併發症的發生率越高，提示腸道菌群失調在AP中起重要作用。
我們進一步利用高通量測序法研究發現，AP患者在疾病早期出現腸道菌群失衡，與健康人相比存在明顯差異，AP患者腸道內細菌多樣性明顯減少，在屬水平，AP患者腸內雙歧桿菌、Blautia、羅斯菌屬等有益菌的相對丰度明顯下降，而埃希桿菌屬-志賀桿菌、腸球菌屬等條件致病菌的相對丰度明顯升高，且重症患者腸道菌群組成不同於輕症患者，表現為產短鏈脂肪酸（short chain fatty acids，SCFAs）的有益菌如擬桿菌屬、Blautia和孿生球菌屬等明顯減少，提示腸道菌群失衡可能參與AP重症化。隨後，國內外其他研究同樣證實腸道菌群失衡在AP發生發展中發揮重要作用。
03
腸道菌群在AP腸黏膜屏障功能損傷中的作用
正常的腸道菌群構成腸黏膜生物屏障，具有影響腸道蠕動、調節宿主免疫、加強上皮屏障的功能。腸道中的厭氧菌（如乳酸桿菌、雙歧桿菌等）可以以黏附、嵌合等方式，形成膜樣結構，透過其定植抗力，阻止致病菌黏附到上皮細胞並抑制致病菌繁殖。前期研究顯示AP患者腸黏膜屏障指標［如血清D-乳酸和二胺氧化酶（DAO）水平］在疾病早期即明顯升高，提示腸黏膜屏障受損，且相關性分析顯示腸黏膜屏障損傷與腸道菌群失衡密切相關，如腸道內致病菌埃希桿菌屬-志賀桿菌和腸球菌屬與D-乳酸和DAO呈顯著正相關，而有益菌乳酸桿菌、Blautia則與二者呈負相關。近年越來越多研究在動物模型中觀察到腸道菌群可透過調節腸道功能進而影響AP的重症化。我們前期研究發現，無菌小鼠和抗生素預處理小鼠誘導AP後，其胰腺病理改變如水腫、炎症細胞浸潤和壞死以及全身炎症反應較腸道內有菌的無特定病原體（SPF）小鼠明顯減輕，與此同時其腸道NOD樣受體家族3（NLRP3）炎症小體的活化被抑制；而應用菌群移植技術恢復無菌小鼠和抗生素預處理小鼠腸道菌群后，其胰腺損傷和全身炎症反應再次加重，且其腸道NLRP3炎症小體活化水平增加，提示腸道菌群可能透過調節NLRP3活化影響AP嚴重程度；進一步利用基因敲除技術發現敲除NLRP3可調節腸道菌群，包括增加有益菌乳酸桿菌的含量並抑制致病菌埃希桿菌屬-志賀桿菌的生長，進而維持腸黏膜屏障功能，最終減輕AP病理改變。另有學者同樣觀察到抗生素可透過抑制NLRP3炎症小體活化發揮改善AP的作用。
為進一步明確影響AP的關鍵腸道細菌，有研究分別應用產丁酸的有益菌丁酸梭菌和條件致病菌大腸桿菌對小鼠進行灌胃處理後，觀察誘導AP後胰腺病理損傷，結果顯示丁酸梭菌可透過改善腸道菌群失衡，抑制腸道炎症反應，維持腸黏膜屏障功能，從而減輕AP；反之，大腸桿菌可透過啟用TLR4、MyD88、p38MAPK訊號通路誘導腸黏膜屏障損傷，進而加重AP。而絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）抑制劑對SAP的保護機制可能與糾正腸道菌群失衡和減輕腸道炎症反應有關。此外，有研究發現中藥胡黃連苷對SAP誘導的腸黏膜屏障損傷具有保護作用，其機制包括上調腸道內乳酸桿菌，下調致病菌埃希桿菌屬-志賀桿菌，從而抑制TLR4依賴的PI3K、AKT、NF-kB炎症訊號通路的啟用。
不僅腸道菌群本身可影響腸黏膜屏障功能，腸道細菌的代謝產物異常（如SCFAs減少）也可影響腸黏膜屏障功能。參與SCFAs生成的腸道菌群主要是雙歧桿菌數、乳桿菌屬、擬桿菌屬和梭桿菌屬等厭氧菌。SCFAs不僅可以為機體腸黏膜細胞提供生長能量，調節腸道pH，還可以維持腸黏膜上皮細胞間緊密連線蛋白的完整性，改善腸黏膜屏障功能。我們的前期研究結果發現，AP患者在病程早期出現腸道菌群失衡和SCFAs含量減少，且重症患者產SCFAs細菌和含量較輕症患者明顯減少。新近有研究發現補充丁酸可明顯改善SAP的嚴重程度，其治療機制包括糾正腸道菌群失衡，增強腸黏膜屏障功能和減少腸道內的細菌移位。綜上所述，腸道菌群紊亂在腸黏膜屏障損傷過程中發揮重要作用。
04
調節腸道菌群在AP治療中的作用
腸道微生物群落的改變導致腸道屏障功能的改變，引起腸道細菌過度生長及免疫功能受損。益生菌預防能夠穩定腸道屏障障礙功能，從而最大限度地減少細菌移位和預防感染併發症。Lutgendorff等報道，在AP誘導前5 d開始益生菌預處理可以減少急性胰腺炎誘導的腸屏障功能障礙，並透過主要涉及大鼠黏膜谷胱甘肽生物合成的機制阻止氧化應激。此外，有研究發現補充SCFAs也可以緩解AP過程中腸黏膜屏障的損傷，Pan等發現丁酸鹽可減弱AP相關的腸道損傷，丁酸鹽可透過降低血清DAO水平，降低結腸促炎細胞因子水平，改善腸屏障功能。上述荷蘭團隊2020年的一項基礎研究也發現，西式飲食增加小鼠壞死性胰腺炎的死亡率，表現為全身性感染、盲腸菌群多樣性降低、大腸桿菌激增、代謝譜紊亂、產丁酸菌丰度下降、丁酸缺失，補充丁酸可減輕感染，調節菌群失調，降低死亡率。因此，體外補充益生菌和腸道菌群代謝產物可有益於提高AP小鼠腸黏膜屏障功能，減少感染的發生。
近年來，也有越來越多的臨床研究探索益生菌對SAP患者的影響。一項研究發現，急性胰腺炎和伴隨器官衰竭的患者中，益生菌處理組腸細胞損傷增加，細菌移位增加；在不伴有器官衰竭的患者中，益生菌進行預防不僅不會影響腸上皮細胞的損害，且可以減少細菌的移位，這些結論表明預防急性胰腺炎感染併發症的未來研究應著重於疾病早期改善腸屏障功能。但2008年荷蘭的一項多中心隨機雙盲對照研究得出相反的結論，預防性使用益生菌感染性併發症的發生率無明顯下降，卻會增加SAP患者的死亡風險。2016年Bongaerts等也就這篇文章做出了一項評論，他們認為是蛋白水解胰酶和益生菌治療的致命結合導致該試驗的高病死率，而碳水化合物細菌發酵產生的乳酸水平升高是關鍵的促成因素，他們建議未來研究使用益生菌的前提是：（1）在疾病症狀首次發作後立即開始益生菌療法；（2）限制可發酵碳水化合物的供應；（3）防止患者自身腸道菌群的細菌（過度）生長；（4）大量增加益生菌的劑量。
最近的一項meta分析納入了13項益生菌或益生元治療AP隨機對照臨床研究，共計950例患者，結果表明，益生菌、益生元或合生元製劑在某種程度上縮短了SAP患者的住院時間；且對於大多數其他臨床結果（如感染性胰腺壞死和病死率），使用益生菌、益生元或合生元製劑均有好處。然而，益生菌治療AP目前仍然存在爭議，目前國內外AP指南均未推薦使用益生菌。仍需較高級別的臨床隨機對照研究去進一步研究益生菌在AP治療中的作用及時機。
05
結語
綜上所述，腸黏膜屏障損傷可引起腸道細菌移位至血液或其他組織器官，從而加速AP的進展、加重AP，而AP過程中腸道菌群結構和數量的改變與腸黏膜屏障損傷密切相關，調節腸道菌群改善腸黏膜屏障損傷可能成為AP治療的一種有效方法。腸道菌群紊亂與AP重症化的關係以及影響機制仍需要更多的研究加以證實，益生菌在AP治療中的作用也需要更多的基礎研究以及高質量臨床研究進一步證實。
參考文獻（略）