摘 要: 益生菌對改善和維持腸道菌群的平衡，促進宿主體機體健康起著重要的作用。近年來，腸道菌群對骨骼健康特別是對骨質疏松癥的影響的研究逐漸深入。結果顯示，益生菌被證實為對骨質疏松癥具有潛在的預防和治療效果。本文綜述了有關益生菌對卵巢切除小鼠因雌激素缺乏而引起的骨質疏松癥的影響及其機制。雌激素缺乏引起的骨質疏松癥具有腸道菌群的依賴性并被益生菌所預防。

　　關鍵詞: 益生菌; 腸道菌群; 骨質疏松癥; 雌激素

　　骨質疏松癥是一種以骨丟失和結構破壞為特征的流行性代謝性骨病[1]，容易導致骨折和殘疾。其受多種遺傳因素和環境因素的影響，例如: 基因、飲食、衛生、抗生素的使用等。隨著人口老齡化日趨嚴重，骨質疏松癥的發病率已躍居世界各種常見病的第 7 位，成為全球性公共衛生問題[2]。在骨質疏松癥發病人群中，以絕經后婦女居多。絕經后婦女由于雌激素缺乏，增加了其患骨質疏松癥的風險。絕經后骨質疏松癥( PMO) 不僅發病率高，而且并發癥嚴重，一直是預防和治療的重點。

　　近年來的研究表明，腸道菌群與機體的骨骼健康密切相關[3]。腸道菌群是定植于人和動物胃腸道內種類和數量繁多的微生物。通常，其與宿主、外界環境形成一個動態平衡，與宿主的生長發育、物質代謝、衰老等有密切關系[4]。腸道菌群被認為是一種虛擬的“內分泌器官”，因為它影響著宿主激素水平，并且因為一些細菌可以產生和分泌荷爾蒙，包括血清素和多巴胺; 激素如性類固醇，血清素等，其可能通過影響激素水平來調節骨骼重塑[5]。特別是，對于絕經后骨質疏松癥的治療，腸道菌群尤其是腸道益生菌被證實為是一種具有潛力的治療策略[6]。

　　腸道益生菌屬于腸道菌群，它可通過抑制腸道內有害菌生長、促進有益菌增殖等來改善或維持腸道菌群的平衡，促進宿主機體健康，其在治療結腸炎[7]、呼吸道感染[8]、濕疹[9]和急性移植性抗宿主病[10]等方面都有應用。

　　LI 等人[6]指出雌激素缺乏引起的骨質疏松癥具有腸道菌群依賴性，并被益生菌所預防。已有的文獻表明，其主要機制表現在以下四個方面。

　　1 腸道菌群多樣性受到雌激素和益生菌的調節

　　在健康狀態和足夠的雌激素水平條件下，腸道菌群中有益細菌占優勢并阻礙致病菌的生長，從而保持腸道菌群組成的穩定性。在絕經后婦女中，缺乏雌激素會改變腸道菌群的組成和結構，導致微生物多樣性下降。如 WANG 等人[11]通過進行 16S 核糖體 RNA 測序以分析原發性骨質疏松癥( OP) ( 包括 MPO) 患 者，骨 量 減 少 ( ON) 患 者 和 正 常 對 照 ( NC) 中的腸道微生物多樣性發現，OP 組與 NC 組比較，腸道細菌的組分結構和多樣性改變，OP 樣品中厚壁菌門比例和擬桿菌比例與 NC 組存在顯著差異。FUHRMAN 等人[12]在對男性和絕經后女性的臨床調查顯示糞便中的生物多樣性與尿液中雌激素的水平之間存在顯著相關性。

　　益生菌用于治療 PMO 時，可以改善腸道菌群結構并恢復生物多樣性[13]。益生菌通過合成細胞外化合物來阻止病原體生長并增加腸道微生物多樣性。例如羅伊氏乳桿菌通過產生一種抗生素化合物———羅伊氏菌素增加了小鼠糞便中的微生物多樣性。這種抗生素通過誘導蛋白質或小分子上硫醇的修飾來促進細胞中的氧化應激，進而抑制病原菌如擬桿菌的生長，同時增加梭菌物種的存在[14]。除羅伊氏乳桿菌外，尚未證實其他益生菌對于 PMO 具有相似的作用。

　　2 腸道上皮屏障功能受到雌激素和益生菌的調節

　　腸道上皮細胞( IECs) 是維持宿主先天和適應性腸道黏膜免疫系統的重要“哨兵”[15]，腸上皮細胞組成的腸道上皮屏障是宿主防御病原菌入侵或者致炎性物質刺激的第 1 道防線，其通過產生大量細胞因子和趨化因子使分散在其周圍的免疫細胞發揮免疫作用。腸道上皮細胞通過適應機制來限制細菌的生長，減少與細菌的直接接觸以及防止細菌進入黏膜下層組織來預防自身產生過度的炎癥反應。破壞這層細胞屏障會導致機體對微生物菌群的免疫耐受能力下降[16]。此外，由杯狀細胞產生的粘液層覆蓋在上皮細胞的表面，并防止腸道細菌和病原體接近宿主上皮細胞。腸道還分泌有助于維持健康環境的免疫球蛋白，防御素和其他物質[17]。

　　跨細胞途徑和細胞旁路途徑決定了上皮細胞屏障功能。基本的細胞旁途徑結構是緊密連接( tight junction，TJ) ，其完整性和選擇通透性對腸上皮屏障功能至關重要。TJs 是一種蛋白質復合物，由 claudin，occludin 和 zonula occludens ( ZO) 蛋白組成，離子和小分子能夠被選擇通過。TJ 滲透性可以由跨上皮電阻( TER) 表示。較高的 TER 通常表示滲透性較低。生理和病理刺激均可影響 TJ 蛋白的產生和分布，從而調節腸上皮滲透性。TJ 蛋白主要受蛋白激酶 A( PKA) ，蛋白激酶 C( PKC) ，蛋白激酶 G ( PKG) ，絲 氨 酸/蘇 氨 酸 ( 絲 氨 酸/蘇 氨 酸) 激 酶，Rho，絲裂原活化蛋白激酶 ( MAPK) 等 磷 酸 化 調節[18]。足夠的雌激素水平通過腸上皮上的雌激素受體激活 GTP 結合蛋白 Ras 和細胞質中存在的一系列激酶( Raf，MEK1 / 2 和 ERK1 / 2) 使腸上皮屏障 TER 增加并且可以防止病原體侵入。雌激素缺乏削弱了上述雌激素相關通路的作用，導致腸上皮通透性增加[19]。來自腸道病原體的抗原引發整個上皮屏障的炎性級聯反應，導致產生促炎細胞因子如腫瘤壞死因子-α( TNF-α) 和干擾素-γ( IFN-γ) 。 TNF-α 和 IFN-γ 繼續通過相關通路下調 TJ 蛋白并進一步損害腸上皮屏障。因此，雌激素缺乏促進腸道病原體的侵入并激發免疫反應，最終導致 PMO 中破骨細胞性骨吸收和持續性骨質流失增加。與該結果相一致的是，COLLINS 等人[20]在其實驗中發現實施卵巢切除術 1 周后的小鼠就顯示出腸通透性增加，雌激素減少; 腸道離體后使用小室分析表明，回腸發生變化，并且發現雌激素缺乏誘導腸道通透性具有區域特異性作用。

　　已有證據表明，益生菌可以增強上皮屏障功能[21]，其可以通過誘導 TJ 相關基因表達的變化來調節 TJ 蛋白的產生和分布，并降低腸上皮滲透性，從而治療 PMO。體外實驗已經證實，植物乳桿菌可以以劑量依賴性方式促進 Caco-2 人結腸腺癌細胞系中 claudin-1，occludin 和 ZO-1 蛋白的產生和重排[21]。益生菌混合物 VSL#3 也促進 occludin，ZO-1 和 claudin-1 蛋白在急性結腸炎小鼠模型中的表達[22]。另外益生菌鼠李糖乳桿菌 GG( LGG) 能夠降低腸道通透性，并完全防止雌激素缺乏導致的骨質流失[6]。總之，這些數據突出了腸道上皮屏障和益生菌在由雌激素缺乏引起的骨質流失中的作用。

　　3 腸道菌群的免疫應答受雌激素和益生菌的調節

　　腸道免疫系統是體內最大的免疫系統之一，它的獨特定位不僅是飲食成分，還有腸道菌群和病原體。免疫系統是腸道病原體入侵的最終屏障，也是 PMO 治療的關鍵目標。骨骼的重建是通過具有骨形成功能的成骨細胞與具有骨吸收功能的破骨細胞完成的[23]。破骨細胞生成增加的主要驅動因素是免疫因子核因子-κB 受體( RANKL) 和腫瘤壞死因子 ( TNF) 的產生增強。就人體而言，雌激素缺乏與表達 RANKL 和 TNF 的 T 細胞和 B 細胞的擴增相關[24]。有報道顯示，絕經會增加這兩種免疫因子的水平[25]。事實上，TNF 在小鼠卵巢缺失誘導的骨質流失中的作用已經在多種模型中得到證實，其中 TNF 刺激骨吸收的關鍵機制被確定為導致 RANKL 活性的增強并誘導 Th17 細胞。Th17 細胞是由產生 IL-17 的能力所定義的破骨細胞形成的 CD4 + 細胞群[26]。Th17 細胞通過分泌 IL-17A，RANKL，TNF， IL-1 和 IL-6 以及低水平的 IFNγ 有效地誘導破骨細胞生成。IL-17A 刺激包括骨細胞在內的所有成骨細胞 釋 放 RANKL，并 通 過 上 調 RANKL 來 增 加RANKL 的破骨細胞活性[27]。

　　當用于 PMO 治療時，益生菌通過調節對腸道微生物的免疫應答來抑制骨吸收[28]。益生菌一般以分泌小分子的方式調節宿主免疫應答，比如說: 短鏈脂肪 酸 ( SCFAs) 、組 胺 等[29]。SCFA 受 體 含 有 GPR41 和 GPR43，后者主要存在于免疫細胞如嗜中性粒 細 胞 和 單 核 細 胞 中。SCFAs 特 別 是 丁 酸 與 GPR43 相互作用以降低單核細胞趨化蛋白 1( MCP- 1) 和 脂 多 糖( LPS) 誘導的細胞因子如 TNF-α 和 IFN-γ，從而防止破骨細胞生成增加[30]。

　　4 腸道菌群產生對骨代謝具有調節作用的雌激素樣代謝物

　　雌激素在促進骨生成中起主要作用。雌激素的作用不僅限于破骨細胞活性和壽命的直接抑制，促進成骨細胞的分化，或減少成熟成骨細胞凋亡以促進成骨作用。它還能抑制骨髓前體細胞的成骨細胞和破骨細胞的形成，從而防止骨重建和調節骨轉換[31]。由于卵巢切除術或絕經后不存在雌激素，雌激素缺乏的婦女表現出加速的骨丟失和骨結構受損。激素替代療法( HRT) ，包括補充雌激素和孕激素，已應用于患有 PMO 的絕經后婦女，并取得了良好的效果。除此之外，腸道微生物群可能充當另一種“內分泌器官”并且通過利用外源性營養素產生更多雌激素物質而發揮雌激素的作用。

　　有研究表明，主要存在于大豆等天然食物中的植物雌激素是具有類似于人體內在雌激素結構和生物活性的外源性營養素。由植物雌激素產生的各種代謝產物，包括雌馬酚，尿石素和木酚素等，它們的生物利用度均高于雌激素。又如異黃酮，鞣花丹寧和木脂素，它們的前體生物活性更強[32]。雌馬酚在 PMO 的骨代謝中表現出很好的雌激素生物活性或作用。雌馬酚主要與雌激素受體( ER) 結合，從而抑制骨吸收，促進骨形成，改善 PMO 患者的骨生物力學和微觀結構特性[33]，然而，膳食植物雌激素產生的雌馬酚主要取決于腸道微生物組成以及植物雌激素代謝和飲食成分之間潛在的相關性[34]。目前，關鍵的產雌馬酚的腸道細菌尚未確定。大多數研究通過糞便樣本的培養或序列分析來靶向潛在的產雌馬酚的細菌。兩種真桿菌菌株被認為是豬糞中最有可能產生雌馬酚的細菌[35]。從健康人糞便中分離出來的另一種腸道細菌 Slackia TM-30 也是一種桿狀革蘭氏陽性厭氧菌，也證明它與雌馬酚的產生密切相關[36]。總的來說，補充植物雌激素對 PMO 的有益作用主要取決于個體代謝，包括合適的腸道菌群和膳食組成。

　　5 展望

　　PMO 中的骨吸收是雌激素水平，腸道菌群和宿主免疫系統之間相互作用的結果。當雌激素水平不足時，腸道菌群中微生物多樣性減少，腸道上皮屏障減弱，宿主免疫反應異常，而益生菌的加入能夠改變上述情況，糾正 PMO; 同時腸道菌群可能促進雌激素樣代謝產物的潛在生成，從而防止骨吸收。因此，腸道菌群是 PMO 發病機制中的關鍵因素，也將成為治療 PMO 的新靶點。腸道益生菌的應用可能是當前療法最有前途的策略。然而，目前關于益生菌治療 PMO 的研究也只限于動物，要應用于臨床，還需要面臨更多的挑戰。

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