慢性胰腺炎(CP)是以胰腺实质进行性纤维化为特征的慢性炎症性疾病,全球发病率约为10/10万,过去5年发病率呈现明显上升趋势。其病理进程受遗传易感性(如PRSS1、SPINK1基因突变)、环境因素(如酒精摄入、吸烟)及代谢紊乱等多重因素驱动。传统观点将胰腺视为无菌器官,但近年来微生物组学的研究发现,正常胰腺组织中存在特定的共生微生物群落,其通过调控免疫细胞功能参与局部免疫耐受的建立。更深入的研究表明,肠⁃胰轴是连接肠道与胰腺的关键通路。CP引发的胰腺内外分泌功能障碍会显著改变肠道菌群组成,而肠道微生物的异常增殖又可经迁移途径定植胰腺,通过释放炎症递质、重塑免疫微环境,并激活代谢物⁃免疫⁃神经多维调控网络,最终加剧胰腺纤维化进程和内外分泌功能损伤。这些发现为开发基于微生物组调控的靶向治疗(如益生菌移植、代谢物拮抗剂)提供了分子基础,有望填补当前CP治疗中病理干预疗法缺如的关键临床空白。本文旨在系统阐述肠道微生物与CP的复杂关系,为深入了解CP的发病机制和制定精准诊疗策略提供理论依据。
一、CP肠道微生物失调形成机制
CP作为慢性纤维炎症性疾病,病程迁延,病理变化复杂,肠道微生物群落组成也呈现独特特征。多项研究表明,CP患者伴随显著的肠道菌群失调,主要表现为多样性降低、潜在致病菌增多和有益菌减少。而造成这种失调的机制,目前尚未完全阐明。
1. CP患者肠道菌群特征:一项最近的荟萃分析纳入14项既往研究,包含了342例CP患者和649例健康对照者的粪便样本,分析发现CP患者菌群结构显著改变。在门水平上,厚壁菌门、拟杆菌门丰度显著降低,变形菌门增加。属水平上,机会致病菌如埃希氏菌⁃志贺氏菌属、克雷伯菌属、链球菌属显著富集,而产短链脂肪酸(short‑chain fatty acids,SCFAs)的共生菌如粪杆菌属、柯普雷球菌属、双歧杆菌属丰度下降。SCFAs合成相关保护性代谢通路,尤其是丁酸合成通路的活性降低,可能削弱肠道黏膜完整性。而脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)生物合成、磷酸转移酶系统及细菌侵袭上皮细胞通路显著富集,伴随血浆内毒素水平升高,可加剧代谢与免疫失调反应。将CP患者与胰腺导管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma, PDAC)患者的肠道菌群进行比较,发现二者菌群组成无显著差异,提示肠道微生态失衡可能是CP向恶性转化的驱动因素。
儿童CP(children with CP, CCP)患者缺乏酒精、吸烟等环境干扰因素,成为研究宿主基因与肠道菌群互作的有利模型。Wang等通过16s rRNA测序分析了30例CCP患者与35例健康儿童的肠道菌群,结果显示CCP患者的α多样性显著降低,6个核心益生菌属(包括粪杆菌属、双歧杆菌属等)丰度显著下降,联合诊断AUC值达0.92(P<0.001)。CCP患者菌群代谢通路表现为核糖体活性、叶啉代谢及氨基酸合成通路减弱,而磷酸转移酶系统增强。通过分析宿主基因突变与菌群的特异性关联,发现携带CFTR基因特定突变(如I556V)的CCP患者丁酸球菌属丰度显著降低,肠屏障功能受损;而携带CASR、CTSB等相关基因突变的患者瘤胃菌科富集;未检出上述基因突变的CCP患者表现为韦荣球菌属丰度升高。CCP患者菌群失调不仅与成人CP患者具有共性,如厚壁菌门减少,更体现出宿主基因背景下的异质性。
2. CP菌群失调的形成机制:导致CP患者菌群失调的形成机制目前尚未阐明。现有研究提示可能的因素包括以下3个方面:
(1)胰腺外分泌功能不全(pancreatic exocrine insufficiency, PEI):胰腺外分泌功能是决定肠道微生物群落组成的关键宿主因素。Frost等研究发现粪便胰腺弹性蛋白酶水平(一种评估胰腺外分泌功能的检测指标)对肠道菌群β多样性的影响显著强于年龄、身体质量指数、性别等其他宿主因素。宿主粪便胰腺弹性蛋白酶水平降低与30个菌属丰度变化相关,包括普氏菌属显著增加,拟杆菌属显著减少。另一项研究结合粪便样本和血浆代谢组学数据,发现胰腺弹性蛋白酶水平与菌群α多样性呈正相关,与28个肠道菌群类群显著相关,提示胰腺功能正常可维持微生物多样性。而PEI是CP患者的重要病理特征,可使菌群多样性显著降低,特定菌属过度生长导致菌群单一化。同时,胰腺分泌的抗菌肽减少可诱发小肠细菌过度生长综合征(small intestinal bacterial overgrowth syndrome, SIBO),致病菌丰度升高加剧肠黏膜屏障损伤,形成菌群失调的恶性循环。
(2)长期药物使用:部分CP患者因慢性疼痛需长期依赖阿片类药物(如吗啡和羟考酮)。阿片类药物不仅介导痛觉调节,还可直接作用于肠道神经系统,从而抑制肠蠕动、减少黏液分泌、改变肠道通透性,最终导致肠道菌群多样性降低和潜在致病菌富集。此外,广谱抗生素的滥用进一步加剧菌群失衡,特别是产SCFAs菌(如普氏栖粪杆菌、罗斯菌属)被选择性耗竭。
(3)酒精过量摄入:酒精过量摄入不仅是CP的重要病因,其致病机制还与肠道微生物失调密切相关。乙醇及其代谢产物(如乙醛)可直接损伤肠上皮细胞之间的紧密连接,增加肠道通透性;同时,酒精通过改变胆汁酸代谢和肠道氧化还原状态,优先促进兼性厌氧菌(如肠杆菌科)的生长,抑制专性厌氧菌(如双歧杆菌属)的增殖,诱发SIBO,加重营养吸收障碍,导致菌群进一步失调。Ciocan等研究发现酒精性CP患者肠道中克雷伯菌属、肠球菌属和假单胞菌属等条件致病菌丰度显著升高。
二、微生物失调对CP的病理作用
微生物群落通过肠⁃胰轴形成复杂网络参与CP病程。目前研究表明,微生物生态失衡打破了肠道黏膜抵御病原体的防线,通过多种机制加剧胰腺内、外分泌功能障碍,并加速胰腺纤维化进程。
1. 对胰腺外分泌功能的损害:肠道菌群可通过脂质、氨基酸等代谢物水平调节胰腺外分泌功能。研究表明,约50%的胰液分泌由非胆囊收缩素(cholecystokinin, CCK)依赖的肠内刺激介导。Li等发现肠道肠嗜铬细胞通过释放5⁃羟色胺(5⁃hydroxytryptamine, 5⁃HT),激活迷走神经传入末梢的5⁃HT受体,介导非CCK依赖的胰液分泌。对大鼠联合使用CCK拮抗剂和5⁃HT受体拮抗剂可抑制94%的胰液分泌。肠道孢子形成菌产生的SCFAs如丁酸可刺激肠嗜铬细胞的色氨酸羟化酶1表达,促进5⁃HT合成。而CP患者常伴随菌群多样性降低,SCFAs生成减少从而影响5⁃HT水平,进一步损害胰腺外分泌功能。
胰腺导管上皮通过紧密连接蛋白(ZO⁃1、Occludin)和腺泡细胞分泌的Cathelicidin相关抗菌肽(cathelicidin‑related antimicrobial peptide, CRAMP)构成保护胰腺的物理和化学屏障。当这些局部防御机制紊乱时,机会性致病菌更易定植于胰腺,导致免疫系统异常激活,从而影响胰腺外分泌功能。研究提示,肠道菌群代谢产物SCFAs可调控CRAMP,从而影响胰腺稳态。Ahuja等通过构建胰腺腺泡特异性敲除Orai1(一种关键钙离子通道)的小鼠模型,发现Orai1敲除可使胰腺CRAMP分泌显著减少,无法抑制肠道致病菌生长,导致小鼠肠道屏障通透性增加,细菌移位至胰腺,引发严重感染。
此外,一项纳入336例CP患者的荟萃分析表明,36%CP患者存在SIBO,CP患者发生SIBO的风险是对照组的4.1倍。细菌过度生长不仅干扰营养物质消化和吸收,同时消耗维生素B12和铁离子,导致营养素缺乏。临床上SIBO常引起CP患者腹泻、营养不良和代谢障碍,且无法通过单纯胰酶替代治疗缓解。
2. 对胰腺内分泌功能的损害:研究表明肠道微生物在糖尿病的发生发展中发挥重要作用。通过发酵不可消化的膳食纤维,肠道微生物产生的终产物SCFAs可进入循环,结合包括肠道、肝、脂肪组织、肌肉、胰腺和大脑等组织中的G蛋白耦联受体(g⁃coupled protein receptor, GCPR),改善胰岛素敏感性和抑制炎症。其他主要肠道微生物产生的代谢物胆汁酸是多种蛋白质受体的配体,如法尼醇受体(farnesoid X receptor, FXR)、GCPR5等,参与肝脏脂肪沉积、炎症过程和胰岛素抵抗。
糖尿病患者肠道菌群特征表现为多样性降低,产SCFAs菌减少,条件致病菌如大肠杆菌、肠杆菌目富集。微生物有害代谢产物如LPS对多种免疫相关受体具有高亲和力。当LPS与巨噬细胞上的LPS结合蛋白结合时,可激活Toll样受体4(toll⁃like receptor 4, TLR4)通路,促进活性氧和一氧化氮产生,引发慢性炎症反应。Koh等发现,从组氨酸衍生的微生物代谢物丙酸咪唑在2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus, T2DM)患者门静脉中升高,进一步证实丙酸咪唑可通过激活mTORC1通路抑制胰岛素受体底物,从而破坏胰岛素信号传导。此外,部分菌株促进支链氨基酸(branched‑chain amino acids, BCAAs)积累,蛋白质发酵过程产生的BCAAs衍生有毒代谢物如甲酚,可引起异位肝脂肪堆积和胰岛素抵抗。
尽管1型糖尿病(type 1 diabetes mellitus, T1DM)和T2DM的微生物失调已被广泛研究,但继发于PEI的胰源性糖尿病即3c型糖尿病(type 3c diabetes mellitus, T3cDM)的菌群特征呈现出显著独特性。一项基于印度糖尿病患者的粪便16s rRNA测序研究发现,T3cDM患者的肠道微生物群与T1DM和T2DM患者存在显著差异。T3cDM患者的物种丰富度显著高于T1DM和T2DM患者,具有包括Nesterenkonia sp.AN1、Clostridium magnum、Acinetobacter lwoffii等独特菌属,同时益生菌如产丁酸盐菌显著减少。T3cDM的独特菌群特征提示与PEI直接相关,CP导致的消化酶和CRAMP缺乏,为特定菌群提供了繁殖环境。
3. 加剧CP纤维化进程:当CP发生时,巨噬细胞、树突状细胞和CD4+ T细胞等免疫细胞在纤维化区域聚集,释放的炎症递质可激活胰腺星状细胞(pancreatic stellate cells, PSC),或触发促炎信号通路,从而加剧胰腺损伤与纤维化进程。M2型巨噬细胞与PSC紧密相邻,促进胰腺纤维化,同时活化的PSC能分泌单核细胞趋化蛋白‑1,进而促进单核细胞募集及巨噬细胞向胰腺微环境的浸润与极化。Pan等发现革兰阳性菌的破坏会降低SCFAs水平并损害肠道屏障功能,从而导致胰腺纤维化加剧、单核细胞募集和M2型巨噬细胞极化,而补充SCFAs可改善上述情况,从而缓解CP进展。此外,LPS不仅通过激活巨噬细胞加重胰腺炎症,还可诱导PSC活化,通过NF⁃κB通路加重胰腺纤维化。Liu等发现,小鼠CP模型中肠道菌群失调可通过激活白介素⁃6(interleukin⁃6, IL⁃6)、肿瘤坏死因子⁃α(tumor necrosis factor⁃α, TNF⁃α)等促炎因子,抑制调节性T细胞(regulatory T cells, Tregs)抗纤维化功能,同时促进CD4⁺ T细胞分化为Th17,加剧胰腺炎症⁃纤维化进程。研究表明,PSC表达钠⁃牛磺胆酸共转运多肽,该转运体介导胆汁酸的钠依赖性内流。肠道菌群失调可改变胆汁酸谱,胆汁酸不仅通过FXR途径促进腺泡细胞凋亡,还可刺激PSC触发钙库耗竭依赖性钙内流,导致钙超载和坏死。PSC中极低密度脂蛋白受体通过增强脂蛋白代谢,促进细胞内脂质积累,进而诱导IL⁃33的表达和释放,后者可强烈诱导胰腺2型天然淋巴细胞引发2型免疫反应,同时伴随PSC自身激活,最终加重胰腺纤维化。
三、靶向肠道微生物的CP干预策略
肠道微生物在CP的发生和发展中扮演关键角色,靶向调控肠道菌群为CP管理提供了新的治疗方向。通过SCFAs、益生菌、益生元等补充干预,可有效调节肠道微生态平衡,增强肠屏障功能,缓解胰腺纤维化,并抑制系统性炎症反应。
1. 代谢产物:研究证实,CP患者SCFAs产生菌丰度降低,外源性补充SCFAs可显著减缓胰腺损伤。Li等发现通过补充菊粉膳食纤维,可显著缓解高脂饮食小鼠的胰腺坏死与炎症浸润。进一步实验验证了SCFAs中的丁酸发挥主导作用,通过抑制组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylases, HDACs)增加组蛋白H3乙酰化,促进巨噬细胞从促炎M1型向抗炎M2型极化,表明“菌群⁃SCFAs⁃巨噬细胞极化”通路在胰腺炎中的保护作用。在L⁃精氨酸诱导的大鼠CP模型中,丁酸钠通过抑制HDACs活性,降低氧化应激、氮毒性及炎症反应,可显著缓解胰腺损伤和纤维化。研究表明,高脂肪、低纤维的西方饮食可导致小鼠微生物群多样性降低,丁酸盐产生菌减少,诱导坏死性胰腺炎,导致死亡率显著升高;而补充丁酸盐可显著修复肠道屏障功能、抑制细菌移位,降低死亡率并改善预后。
2.益生菌和益生元:益生菌是指适当剂量摄入时能够为宿主提供健康益处的活性微生物,而益生元则是能选择性刺激肠道益生菌生长的不可消化食物成分。近年来,益生菌与益生元在改善胃肠道及全身性疾病方面展现出重要潜力,它们通过促进肠道微生物发酵产生SCFAs如丁酸盐等,这些代谢产物不仅能够维持肠道屏障完整性,还具有抗炎和免疫调节作用,从而间接改善胰腺炎相关的代谢紊乱和炎症反应。
鼠李糖乳杆菌作为常用益生菌,通过调节肠道菌群稳态、促进抗炎因子IL⁃10分泌及平衡Th1/Th2免疫应答,在肺、肝脏、肾脏等组织中发挥多机制抗纤维化作用。研究发现,在小鼠CP模型中,鼠李糖乳杆菌FSJ13通过富集产丁酸盐菌群、提升丁酸盐水平,进而激活成纤维细胞生长因子21(fibroblast growth factor 21, FGF21)介导的转化生长因子⁃β/Smad2/3通路负调控作用,可显著减轻胰腺纤维化程度。此外,灵芝多糖作为一种益生元,不仅能增强超氧化物歧化酶活性和总抗氧化能力,还通过抑制促炎因子如TNF⁃α的表达及羟脯氨酸水平延缓CP进展,且能恢复胰酶的分泌功能,并优化肠道菌群结构。
3.粪菌移植:粪菌移植(faecal microbiota transplantation, FMT)是一种通过将健康供体粪便中的功能菌群移植至患者肠道,以重建其肠道微生态平衡的治疗方法。该技术不仅能够纠正肠道微生物失衡,还能通过调节菌群代谢产物影响宿主的局部和全身免疫应答。健康供体来源的FMT能够有效改善CP小鼠肠道菌群失衡,减少胰腺组织中的CD4+ T细胞和巨噬细胞浸润,显著减轻CP中的胰腺损伤和缓解纤维化进程。CP导致脂质代谢异常,进而加速胰腺纤维化。研究发现,使用他汀类药物疗法靶向脂质代谢,可维持肠道内稳态,并阻止病原菌从肠道向胰腺迁移,进而通过CD8+ T细胞依赖的方式减轻胰腺纤维化。通过FMT重建肠道微生态,或口服补充他汀类药物相关的肠乳杆菌,可通过影响巨噬细胞与肠道上皮细胞的相互作用,减轻上皮损伤并抑制细菌迁移,最终缓解CP进展。
四、总结与展望
综上所述,CP患者存在显著肠道菌群失调,表现为菌群多样性降低、致病菌增多及产SCFAs的有益菌减少。这种失调通过肠⁃胰轴相互作用加剧CP病理进程:一方面,胰腺外分泌功能不全和长期药物或酒精摄入导致菌群紊乱,细菌代谢产物(如LPS)破坏肠道屏障,诱发细菌移位和全身炎症;另一方面,菌群失调减少SCFAs合成,削弱其对免疫调节和胰腺功能的保护作用,共同促进胰腺炎症、纤维化及内分泌功能障碍(T3cDM)。基于此,靶向肠道微生物的干预策略(如补充SCFAs、益生菌和益生元及FMT)可通过重建微生态平衡、减轻炎症和修复肠屏障,为CP治疗提供新方向。但其临床转化应用仍面临挑战:
(1)丁酸盐等代谢产物补充虽可显著抑制HDACs、促进巨噬细胞M2极化和减轻氧化应激,从而缓解胰腺损伤与纤维化,但临床应用受限于代谢稳定性、递送效率及长期疗效的不确定性;
(2)益生菌和益生元可通过多靶点机制恢复菌群平衡、增强SCFAs生成、激活FGF21⁃TGFβ/Smad抗纤维化通路及改善抗氧化能力,但由于益生菌的作用具有高度的菌株特异性,且益生元对严重PEI患者耐受性差,因此其应用受到限制;
(3)FMT作为根本性重建策略,可减少胰腺免疫浸润并延缓纤维化,但其效果受供体筛选标准化缺失、长期安全性未明及CP特有环境(如PEI、阿片类药物使用)干扰定植的制约,临床转化证据仍较初步。
因此未来研究的重点可聚焦以下几个方向:
(1)多维度组学与空间互作解析:整合宏基因组学、代谢组学和单细胞转录组/空间转录组技术,动态绘制CP病程中菌群⁃宿主互作的三维图谱,重点利用微生物原位成像技术(如FISH⁃seq)及胰腺组织单细胞测序,揭示特定微生物定植区域中PSCs、巨噬细胞等与肠道菌群代谢物(如SCFAs)的直接互作机制;
(2)个体化治疗策略升级:结合宿主基因突变谱(PRSS1/SPINK1/CFTR)与粪便微生物组学数据建立多模态预测模型,实现基于病因分型和并发症(PEI/T3cDM)的精准分群治疗;
(3)精准治疗手段优化:开发响应胰腺微环境的工程化益生菌,用于靶向递送抗炎因子或SCFAs前体,联合酶替代治疗改善PEI相关菌群失衡,探讨菌群代谢产物的最佳治疗窗;
(4)跨学科融合与转化路径:构建“患者⁃类器官⁃动物”三元验证体系,通过器官芯片模拟肠⁃胰屏障功能,结合人工智能辅助的微生物组大数据挖掘,建立可量化的菌群干预疗效评估标准。
通过攻克上述科学问题,靶向肠道微生物的CP治疗有望突破传统疗法的局限,为改善患者预后提供新的治疗范式。
作者:常馨瑶 刘婷婷 王奇雯 廖专 海军军医大学第一附属医院消化内科
来源:慢性胰腺炎中肠道微生物的病理作用及治疗策略[].中华胰腺病杂志,2025,25(6):466-471. DOl:10.3760/cma.j.cn115667-20250418-00048 .
转自:中华胰腺病杂志
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