肠道菌群与免疫抑制剂相互作用研究进展

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肠道菌群与免疫抑制剂相互作用研究进展
作者：周锦屏、张蕊、刘亚妮、师少军
作者单位：华中科技大学同济医学院附属协和医院药学部
来源：《中国医院药学杂志》 2020年11月第40卷第22期


　　胃肠道微生物群有2000多种，大多数属于8个优势门：厚壁菌门、拟杆菌门、变形杆菌门、放线菌门、梭菌门、疣微菌门、蓝藻门和螺旋菌门，其中超过80%的种类属于厚壁菌门和拟杆菌门。大多数肠道菌群都分布在回肠和结肠，它们可以将上消化道未能消化吸收的碳水化合物进行发酵并转化成可吸收能量。同时肠道菌群在生成维生素（如B族维生素和维生素K）、抵抗病原体、调节免疫以及代谢外源性天然产物或药物中发挥了重要作用。
　　在对药物的处理中，肠道菌群可以将药物还原或水解成疏水性产物，从而影响药物的吸收和药理作用。因而许多药物在给药后都受到肠道菌群的作用，肠道菌群的变化对药物的药效也可能会产生影响。对于一些治疗窗狭窄、毒性较大的药物，这种影响可能会导致严重后果。
　　器官移植是器官衰竭患者延续生命的一种重要手段之一。然而器官移植术后的排斥反应是移植患者不可忽视的问题。临床上常应用免疫抑制剂来预防排斥反应的发生。许多临床常用的免疫抑制剂如他克莫司、环孢素A、霉酚酸等都具有狭窄的治疗窗、较大的不良反应和个体差异。通过研究器官移植后肠道菌群的改变、免疫抑制剂的应用对肠道菌群的影响，以及肠道菌群的变化对于免疫抑制剂的作用，我们可从肠道菌群的角度来解释为何部分免疫抑制剂存在较大的个体差异并更个体化地应用免疫抑制剂。故而本文对移植术后肠道菌群改变以及免疫抑制剂与肠道菌群相互作用的研究进行了综述，希望能为相关研究进一步推进提供理论支持。


　　一、移植术后肠道菌群的改变


　　移植可以分为实体器官移植和造血干细胞移植。器官移植中排斥反应的防治是免疫抑制剂的主要用途之一。由器官移植引起的肠道菌群改变可能会进一步影响到免疫抑制剂的效用。故而本部分综述了各种实体器官移植以及造血干细胞移植对机体肠道菌群的影响，并在表1中对各个研究进行了简要总结。
　　造血干细胞移植：在造血干细胞移植过程中，移植术前的强化疗或放疗会破坏肠黏膜。肠黏膜破坏以及抗生素的应用会导致肠道菌群失调。与没有发生移植物抗宿主病（GVHD）的儿童相比，发生GVHD的儿童干细胞移植患者的肠道抗炎梭状芽孢杆菌显著下降，最高可达10倍。这说明造血干细胞移植后肠道菌群的改变与它术后不良反应发生相关。而在另一个研究中发现，给予发生GVHD的异体骨髓移植患者或小鼠适当的益生菌可以改善其预后。
　　肝脏移植：从解剖位置来看，肝脏70%的血供来自大肠回输到门静脉的血液，它是防御肠源性抗原的第一道防线，也最容易暴露在肠源性刺激下。因此，肝脏病变极易诱发肠道菌群失调。采用大鼠肝移植急性排斥模型进行研究发现，相对于正常大鼠，肝移植大鼠有益菌如嗜酸双歧杆菌和乳酸杆菌明显减少甚至缺失，而大肠杆菌明显增强，株群含量明显增加。而Karin等对38例肝移植患者肠道菌群进行分析，发现在移植后前3周内肠道菌群水平下降，而后有所回升；出现急性排斥的患者肠杆菌、双歧杆菌、拟杆菌以及链球菌丰度增加，而肠球菌、乳酸杆菌、反刍球菌、钩链球菌丰度下降。而在大鼠上的实验也观察到肝脏移植后急性排斥反应与肠道菌群组成相关。这提示：可以将患者肠道菌群组成作为判断移植情况的一个生物指标，进行更详尽的研究。此外，有研究发现严重肝病患者的肠道菌群丰度显著低于健康者，而肝脏移植后肠道菌群组成会发生明显改变，更加接近健康人群。
　　肾移植：肾移植术后由于大剂量使用免疫抑制剂和广谱抗生素，大多数患者在不同时期出现不同程度的以腹泻为主的肠道感染症状。有研究对肾移植术后患者、正常人及腹泻患者的肠道菌群进行分析，发现肾移植组肠杆菌、双歧杆菌明显高于腹泻组，双歧杆菌、小梭菌、拟杆菌显著低于正常组。而Lee等对比了28例患者肾移植前后肠道菌群的组成，发现与移植前相比，移植后标本中变形杆菌的相对丰度有所增加，同时移植后存在腹泻的患者（n=6）肠道菌群的多样性指数低于无腹泻患者。并且分析表明，腹泻患者拟杆菌、瘤胃球菌、粪球菌、多脲显著降低。肾移植导致的肠道菌群紊乱是发生胃肠道反应的重要原因，而移植患者肠道菌群的改变与移植排斥反应的发生有一定相关性。移植术是大多数慢性肾病患者最优治疗方案。不仅肾移植会影响肠道菌群的组成，肾脏疾病也会影响机体肠道菌群的稳定。同时肠道菌群紊乱可能导致内毒素产生、肠道通透性改变，进而影响药物作用、疾病进程。有研究发现，儿童终末期肾病（ESRD）移植患者和血液透析患者的肠道菌群中双歧杆菌丰度相较于对照者（健康受试者）明显降低了。而双歧杆菌作为肠道一种重要的益生菌，具有调节肠道的作用，故而肾移植术后双歧杆菌丰度的降低可能是部分患者肾移植术后出现腹泻原因之一。
　　小肠移植也会影响肠道菌群组成。小肠移植后回肠的肠道菌群丰度，尤其是厚壁菌门的丰度可以反映排斥反应的发生与否。
　　目前关于心脏移植、肺移植对肠道菌群影响的研究较少，心脏移植、肺移植后肠道菌群的变化情况需要进一步实验及临床研究。
　　总之，造血干细胞移植、肝移植、肾移植以及小肠移植对肠道菌群均存在一定影响，而且移植后肠道菌群的改变与术后预后情况有潜在联系。肠道菌群的组成、丰度在一定程度上可以作为一个生物指标来反应移植预后，尤其是宿主排斥反应。同时，肠道菌群或许也可以作为一个辅助指标来协助临床调整移植术后免疫抑制剂、抗生素等药物的使用，帮助推进个体化用药。





　　二、免疫抑制剂对肠道菌群的影响


　　临床常应用免疫抑制剂来预防及减轻器官移植后的免疫排斥反应。常用的免疫抑制剂包括糖皮质激素、环孢素A（CsA）、他克莫司（TAC）和霉酚酸（MMF）等。这些常用的免疫抑制均有着较小的治疗窗，在使用时一般需要监控血药浓度。通常而言，免疫抑制剂有着较长的用药周期。免疫抑制剂在应用中对肠道菌群的影响也引起了许多研究者的兴趣。
　　霉酚酸给药后导致的严重胃肠道反应十分值得关注，这也是限制霉酚酸应用的主要原因。Flannigan等的研究发现，应用霉酚酸可以导致肠道微生物组成的变化，表现为多样性降低、变形杆菌（特别是大肠杆菌/志贺氏杆菌）增加、与脂多糖（LPS）生物合成相关的基因富集。变形杆菌在正常情况下不致病，但可以产生内毒素，MMF应用后肠道菌群组成改变，变形杆菌丰度增加是否与MMF不良反应有直接相关性，需要进一步研究。
　　Zaza等分析了使用霉酚酸+他克莫司的肾移植患者和使用霉酚酸+依维莫司（EVE）的肾移植患者全肠道微生物宏基因组谱的差异，发现TAC+MMF组患者的鞭毛运动开关蛋白（fliNY）和IV型菌毛组装蛋白（pilM）显著富集，而EVE+MMF组患者的大环内酯转运系统mrsA（msrA）显著富集。
　　有研究用泼尼松龙、霉酚酸酯、他克莫司这3种药物的组合、依维莫司或水治疗小鼠14d，分析处理前后粪便和回肠菌群，发现泼尼松龙破坏粪便微生物群落结构，减少拟杆菌门细菌，增加粪便中厚壁菌门细菌，在回肠标本中，泼尼松龙显著减少了狭窄梭状芽孢杆菌属。值得注意的是，厚壁菌门和拟杆菌门作为肠道菌群的优势菌属，两者比例与肥胖具有相关性。泼尼松龙减少拟杆菌门、增加厚壁菌门，可能是其长期应用导致体质量增加的机理之一。
　　在Bhat等的研究中，经他克莫司和西罗莫司处理的大鼠肠道菌群产生了相似的改变，罗斯氏菌属和颤螺菌属减少，副干酪乳杆菌和肠道黏液层降解菌的丰度显著增加，这也是肥胖和糖尿病患者的特征。
　　Zhang等用高剂量他克莫司连续处理小鼠14d，发现异杆菌属、拟杆菌属和乳杆菌属丰度明显改变。他克莫司对肠道菌群的作用与剂量有关。相对于高剂量（1.0mg/kg）和低剂量（0.1mg/kg）的他克莫司，中剂量（0.5mg/kg）他克莫司增加了物种丰富度和珍稀物种丰富度，稳定肠道菌群。
　　Jia等研究了环孢素A对原位肝移植大鼠肠道菌群的作用，发现梭状芽孢杆菌群Ⅰ、梭状芽孢杆菌群ⅩⅣ、肠杆菌科增加，普拉梭杆菌、粪杆菌属减少，有助于恢复肝移植后的肠道菌群。
　　总之，从目前的研究不难看出免疫抑制剂的应用会不同程度地改变肠道菌群的组成、丰度，而肠道菌群的改变与某些不良反应的发生有一定相关性，如泼尼松龙应用使得拟杆菌属和厚壁菌门的相对丰度改变可能与其长期应用出现体质量增加相关，而他克莫司应用后出现了与糖尿病患者相似的肠道菌群改变，提示我们肠道菌群变化可能是他克莫司长期应用导致血糖紊乱中的重要一环。如何在应用免疫抑制剂时维持或恢复肠道菌群的相对稳定，是一个值得探究的课题，这也可能成为降低免疫抑制剂毒性的一个思路。


　　三、肠道菌群对免疫抑制剂的作用


　　肠道菌群被称为人体“第二基因组”，影响人体的体质量、消化能力和免疫力。口服药物进入胃肠道后，除被胃酸、消化酶处理外，还会被肠道菌群代谢。肠道菌群不仅能直接对药物进行代谢，还可以通过改变胆汁酸的组成来影响药物对转运体（如P-gp）的亲和性，从而影响药物的吸收和效应。肠道菌群对免疫抑制剂的作用可以体现在其对免疫抑制剂药效学、毒理学及药动学性质的改变上，本部分综述了目前关于肠道菌群对免疫抑制剂作用的研究，这些研究主要集中在他克莫司这一常用免疫抑制剂上，表2简要总结了相关内容。
　　肠道菌群及其分泌物在免疫抑制剂不良反应的发生中发挥了一定作用。
　　他克莫司在应用时常常会有心血管系统的副作用，这与他克莫司改变肠道菌群丰度，抑制微生物生成醋酸盐、丁酸盐有关。而有研究在给予小鼠他克莫司的同时补充了发酵乳杆菌（LC40），发现对比他克莫司组，应用了LC40的小鼠未出现主动脉病变。这说明LC40可以通过抑制肠道菌群失调、下调NOX2，预防eNOS解耦反应来减轻血管氧化应激，从而预防他克莫司引起的高血压和内皮功能障碍。
　　Han等使用抗生素诱导小鼠肠道菌群紊乱，而后应用他克莫司，发现肠道菌群紊乱可以诱导他克莫司所致的糖尿病加重。另有研究表明益生菌移植、肠道菌群恢复则可以逆转他克莫司和西罗莫司长期应用造成的高血糖。
　　霉酚酸可以诱导产生β-葡萄糖苷酶的菌群增殖，进而造成体质量减轻和结肠炎症，而有研究证明，使用万古霉素抑制产生β-葡萄糖苷酶的菌群增殖则可以防治霉酚酸的胃肠道毒性。
　　此外，肠道菌群能代谢进入胃肠道的药物，从而改变药物的结构、溶解性、渗透性，并进一步影响药物的药理活性。
　　研究证明，普拉梭菌在体外可以将他克莫司代谢为活性较低的代谢物。普拉梭菌不仅可以在体外代谢他克莫司，它也可以影响他克莫司的吸收过程。Lee等对19例应用他克莫司的肾移植患者进行研究发现，在同样维持最低治疗浓度情况下，有5例患者需要在标准给药方案下增加50%给药剂量，其余14例则按标准给药方案即可，对这两组患者的肠道菌群进行分析，发现需增加给药剂量组的患者肠道菌群中普拉梭菌丰度增加。我们也许可以通过对患者肠道普拉梭菌丰度的检测来确定一个很合适的他克莫司给药剂量。
　　但是，移植后影响他克莫司药物效应的因素除了肠道菌群之外，我们还需要考虑到抗生素的应用。而关于抗生素、肠道菌群、免疫抑制剂三者之间的相互影响如何，还需更进一步的研究。
　　总之，肠道菌群对免疫抑制剂的作用主要体现在以下方面：一是肠道菌群能影响免疫抑制剂不良反应的发生；二是肠道菌群会影响免疫抑制剂的肠道代谢与吸收。目前关于肠道菌群对免疫抑制剂药动学影响的研究缺失，而免疫抑制剂维持较稳定的血药浓度在其临床应用中有重要意义。故而加强关于肠道菌群对免疫抑制剂药动学作用的研究，可能能为临床提供一种更好的维持所需血药浓度的方法。





　　四、结论


　　免疫抑制剂在提高移植存活率上有重要意义，而器官移植对肠道菌群组成丰度存在影响，免疫抑制剂在应用时也会改变机体肠道菌群的组成和丰度，同时，肠道菌群的改变会影响到免疫抑制剂的药理药效学性质。器官移植对与肠道菌群的影响是存在个体差异的。而菌群组成的改变情况能在一定程度上反映出移植预后状况，如在小肠移植中厚壁菌属的丰度就与小肠移植后免疫排斥反应的发生有明显相关。因此，肠道菌群就有可能成为一个生物指标来指导移植术后免疫抑制剂的使用，更个体化地预防和治疗免疫排斥反应。肠道菌群和免疫抑制剂之间的作用是双向的。恰当给予免疫抑制剂，可以帮助器官移植后肠道菌群的恢复重建。但是，长期应用免疫抑制剂也会造成肠道菌群的失衡，这与免疫抑制剂的一些不良反应有潜在联系。有研究尝试通过益生菌移植来逆转免疫抑制剂带来的不良影响，发现这是可行的。我们或许可以通过补充益生菌或逆转菌群失衡来扩大某些抗生素的应用面，如产生β-糖苷酶的菌群与霉酚酸、乳酸杆菌与他克莫司。此外，在应用他克莫司时，普拉梭菌是一种很值得关注的细菌。普拉梭菌在人群中丰度的不同分布或许可以解释他克莫司存在较大浓度波动的现象。
　　全面正确地认识到肠道菌群与免疫抑制剂的相互作用，有利于我们更精确、有效地在临床上使用免疫抑制剂。但是目前相关研究仍不完备，尤其是肠道菌群对于免疫抑制剂的作用以及相关菌群的筛选还需要更进一步的研究。


参考文献　略


本文仅供学习参考，完整准确内容请查阅原始文献：周锦屏,张蕊,刘亚妮,师少军.肠道菌群与免疫抑制剂相互作用研究进展[J].中国医院药学杂志,2020,40(22):2377-2381.DOI:10.13286/j.1001-5213.2020.22.18.


【链接】


肠道菌群与肾移植
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肠道菌群与肝移植
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肠道菌群组成或影响心脏移植结果
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肠道菌群如何影响药物疗效和毒性？
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