感染微生態學的若干進展

浙江大學醫學院附屬一院（310003）國家重點實驗室李蘭娟一、感染微生態學的發展感染是微生物對宿主或宏生物的異常侵染所致的微生物與宿主或宏生物之間相互作用的一種生物學現象。感染可導致各種嚴重疾病，自古以來一直威脅著人類的健康。隨著人類文明的進步、醫藥科技事業的發展，烈性傳染病基本得到有效控制，感染病譜發生了重大的變化。伴隨抗菌藥物、免疫抑製劑、放化療、器官移植、介入治療等各種醫療手段的廣泛應用，各種危重患者的生命得以延長。但長期使用廣譜抗菌藥物導致微生態失衡，耐葯菌株快速形成、流行，引起難以控制的甚至是致命的感染。WHO的統計資料表明，感染性疾病死亡在世界人口死因中佔1/3；在美國，儘管有大量的廣譜抗菌藥物應用，卻未有效控制感染，每年仍約有30萬患者死於膿毒血症。據不完全統計，我國每年由於濫用抗菌藥物引起的耐葯菌感染所造成的經濟損失就達百億元以上。世界衛生組織報告指出：「藥物失去作用的速度與科學家發現新葯的速度差不多」。因此，單純應用抗菌藥物並不能完全解決感染問題。感染病的防治已成為21世紀的重大課題，亟需新的理論及方法加以指導和研究。經歷漫長的進化過程，人體體表、體腔內存在大量並不致病的微生物群。在正常情況下，這些微生物與人體處於共生狀態，並與人體建立起密切的關係。微生態學即是這樣一門研究正常微生物群與其宿主相互關係的學科。微生態學萌芽於19世紀末，崛起於20世紀70年代，其發展得益於悉生生物學、厭氧培養技術、電鏡技術、細胞分子生物學等現代科學技術的發展。微生態學的發展，使人們認識到了人體微觀生態的龐大複雜性，並提出了對應於宏觀生態平衡的微生態平衡理論。抗生素、免疫抑製劑等廣泛應用所帶來的一系列不良後果，使人們對微生態宿主帶來的有益性及有害致病作用有了更為清楚的認識。在這種研究背景下，國內微生態學家於2001年正式提出感染微生態學的概念，並於2002年出版了國內外第一部《感染微生態學》專著。感染微生態學是一門用微生態學理論和方法研究感染的發生、發展、結局並引導感染向宿主健康方向轉移的微生態學分支，是微生態學、醫學微生物學、免疫學與傳染病學交叉而成的新興學科，是微生態學的一個分支。它主要研究和探討的是感染的微生態原理以及防治措施。在抗生素普遍應用，微生態失調、抗生素的耐葯率逐漸增加的今天，感染微生態學的提出為感染的預防和控制提供了新的理論和方法。二、感染的微生態學原理（一）傳統的感染性疾病認知模式傳統的感染性疾病認知模式是基於病原學的模式來研究人為什麼會感染、感染的表現、發展以及預後。但是，實驗證明病原體的暴露可能造成感染也可能不導致感染，而感染也不一定導致疾病。微生態學認為人體及動物宿主攜帶有大量的正常微生物群，在正常情況下，分布在消化道、呼吸道、泌尿生殖道及皮膚這些特定部位的正常微生物群形成機體的生物屏障，對外襲性致病性微生物起拮抗作用。動物實驗發現正常腸道菌群對外來病原有一定程度的拮抗作用，如以鼠傷寒桿菌攻擊正常小鼠，需104個活菌才能使其致死；若先給予口服鏈黴素抑制正常菌群，則10個活菌就可引起小鼠死亡。此外無菌動物及悉生動物研究同樣發現人類的免疫、生化指標均與正常菌群特別與腸道菌群密切相關。體外實驗發現腸道正常菌群如雙歧桿菌可通過磷壁酸與腸上皮細胞表面受體結合、黏附並佔據腸上皮細胞表面空間，形成菌膜屏障從而抑制腸道內及外源性潛在致病菌對腸上皮的黏附、定植；另外，腸道內雙歧桿菌、乳酸桿菌等生理有益菌還具有多種生物拮抗功能，如通過營養爭奪、產生各種有機酸降低腸道局部pH、產生具有廣譜抗菌作用的物質如防禦素、細菌素、過氧化氫、抗菌肽以及親脂分子等，對腸道內的潛在致病菌起抑制或殺滅作用 。它還可以刺激干擾素的產生，促進腸道內SIgA和其它免疫球蛋白分泌，增加腸道局部免疫力等。最近研究認為它還可以抑制毒素和受體相互作用的蛋白從而間接起到抗病原菌定植作用。因此我們認為機體是否感染以及感染後的發生髮展不僅取決於病原微生物對機體的侵襲力、產生的毒素等因素，還要取決於機體的正常微生物平衡狀態。（二）傳統的生物病因論認為感染是由致病性微生物引起微生態學認為，感染是生態平衡與生態失調相互轉化的重要內容。引起感染的微生物不一定是致病菌或病原體，而是正常微生物群易位或易主的結果。其中的腸道正常菌群易位引起感染已引起了廣泛的關注。腸道易位的細菌主要為兼性厭氧菌，其中革蘭染色陰性桿菌佔了很大一部分。通常易位的細菌與其在腸道中的數量密切相關，細菌數量越多，發生易位的可能性越大，但在正常人群，腸道內數量上佔優勢的專性厭氧菌如雙歧桿菌並不發生易位。腸道細菌易位的主要原因有腸道內菌群失調，腸黏膜屏障通透性增加和宿主免疫功能下降，比如出血性休克、燒傷、外傷、腸道缺血、急性胰腺炎、嚴重感染、急性肝衰竭以及肝硬化等均可導致細菌易位。各種原因尤其在抗生素治療期間引起的腸道菌群失調，均可導致細菌易位擴散，如滅滴靈可顯著增加腸道大腸埃希菌（E coli）易位到局部淋巴結的發生率，引起腸道外的感染（膿毒血症、肺部感染、腹腔感染等）；動物實驗發現在腸道缺血再灌注時經常發生細菌易位，發生腸道易位的細菌數量依次為大腸埃希菌、變形桿菌、凝固酶陰性葡萄球菌和腸球菌。臨床研究發現，許多患者雖有菌血症、膿毒血症、全身炎症反應綜合征或多器官功能不全綜合征（MODS）等，但沒有明確的感染灶。我們推測，腸道細菌和各種毒素易位可能參與其感染的形成和發展。三、感染的微生態學防治在抗生素普遍應用，微生態失調，耐藥性的產生日益成為全球性公共衛生問題的嚴峻形式下，要想有效地防治感染，必須要從感染髮生、發展的多個環節上尋找預防、治療感染的方法。在這個意義上，微生態理論可為預防、控制感染提供一系列有效的治療手段。（一）合理使用抗生素合理應用抗生素的目的主要是為了減少延緩耐葯菌，尤其是多重耐葯菌的形成。除此之外，感染微生態學理論又給合理應用抗生素賦予了新的要求：保護原籍菌群，保持正常微生物群形成的生物屏障，維護腸道微生態平衡，防止定植抗力的下降，防止腸道耐葯菌的形成與過度生長，減少由腸道細菌易位引起的內源性感染。（二）微生態製劑的應用微生態製劑主要包括益生菌和益生元。1．益生菌：目前已經明確雙歧桿菌和乳桿菌為人體有益生理菌。補充醫學益生菌的目的在於恢復腸道微生態平衡，修復腸道菌膜屏障，提高腸道定植抗力，抑制潛在致病菌過度生長，促進腸上皮細胞分泌黏蛋白及潘氏細胞分泌SIgA，調節全身免疫功能等。早在1994 年，WHO 就認識到耐葯細菌所產生的危害，建議用微生物干預治療（MIT）或聯合非病原菌輔助治療來減少抗生素的使用量。目前益生菌在體外、動物以及人體防治感染實驗中取得了一定的效果。（1）益生菌拮抗病原菌的體外和動物實驗：Gibson 等實驗表明，各種雙歧桿菌能產生對沙門菌、李斯特菌、彎麴菌、志賀菌和霍亂弧菌等有抑制作用的物質。Jeffrey Howard 和Gregor Reid 兩人第一次在實驗外科傷口中用植物乳桿菌活菌來預防金黃色葡萄球菌的感染，在他們的一系列實驗中證實了植物乳桿菌至少部分能抑制金黃色葡萄球菌黏附於聚苯乙烯表面，而這種起到作用的物質為它的外分泌膠原結合蛋白，但是目前尚未得知金黃色葡萄球菌是否會對這種抗菌蛋白質產生耐葯。這也說明了通過微生物干預有著光明的前景，但正式應用臨床還有待更多的實驗。益生菌還可以減少大鼠器官移植前後細菌的易位，最近德國的一項動物研究顯示：在同基因骨髓移植前預先服用益生菌不僅改善了動物的存活率和減少了急性移植物抗宿主病的發生，而且減少了腸道細菌易位至腸系膜淋巴結的數量。（2）人體實驗：益生菌在防治腸道疾病方面也取得了一定的療效，歐洲多中心臨床試驗表明：用乳桿菌（L.GG）治療輪狀病毒引起的腹瀉後，其病程及住院時間均縮短，此外該株細菌還可預防營養不良特別是配方餵養兒的腹瀉。雙歧桿菌（B.breve）能通過促進sIgA 的產生，對輪狀病毒感染也起治療作用。另外益生菌防治幽門螺桿菌（Hp）胃炎中也起到一定的作用，智利的一項隨機對照雙盲臨床實驗表明：252名無癥狀但經13C尿素呼氣實驗證實為Hp感染的兒童，連續服用Lactobacillus johnsonni La14周後發現其DOB 值呈明顯下降，認為其治療Hp 感染有一定的療效。除了防治胃腸道疾病以外，早在1987年，Reid 等第1次報道了通過口服益生菌Lactobacillus GR1和RC-14治療泌尿生殖道感染（複發性真菌性陰道炎、細菌性陰道炎和泌尿道感染），10 天治療後10 例患者都得到了一定程度的恢復。目前認為其作用是通過增強黏膜免疫有關。最近實驗還發現先用非致病性大腸埃希菌83972定植泌尿道可以預防一部分革蘭陽性、陰性和真菌的感染。2．益生元：益生元包括乳果糖、乳梨醇、果寡糖、菊糖等製劑，是一種能選擇性的促進一種或幾種有益菌生長，從而促進宿主健康的非消化性低聚糖。它能通過選擇性的促進有益菌的生長以提高定植抗力，並籍此抑制潛在致病菌生長及其有害代謝物的產生，以減少內毒素的產生，如服用果寡糖後能減少豬腸道傷寒沙門菌屬的排泄。（三）抗生素與微生態調節劑的聯合應用問題由於在臨床上，大部分伴感染的危重患者必須使用抗生素，而廣譜抗生素必然對微生態活菌製劑產生影響，並不可避免的造成人體微生態系統平衡的紊亂，這似乎制約了微生態製劑的臨床應用。從目前的研究資料結果看，抗生素與活菌製劑合用對某些感染的治療效果優於單用抗生素的治療效果。Wullt 等在治療腸道難辨梭菌引起的抗生素相關性腹瀉時發現甲硝唑聯用植物乳桿菌治療方案的效果優於單用甲硝唑，且沒有發現副作用。Hamilton-miller 在統計分析了7 個已經發表的協同使用益生菌和抗生素的體內實驗後發現有兩組實驗Hp 感染的治癒率較對照組明顯增加，另有4 組實驗顯示副作用明顯下降。目前關於其確切機制有待於進一步闡明，我們推測可能是由於益生菌的代謝產物和抗生素對病原菌有著一定的協同拮抗作用有關。四、問題和展望利用活菌製劑進行微生物干預的方法來治療感染儘管已經取得了一定的療效，但是目前研究顯示僅有少數菌株起到比較好的效果，所以如何選擇益生菌以及保證有足夠數量的活菌進入腸道並起到相應作用是需要進一步探索，而且這些菌株在腸道中怎樣殺滅和抑制病原菌、如何阻斷病原菌致病過程和增強對感染的抵抗力的機制尚需進一步闡明。目前研究表明，感染與腸道微生態有密切的關係。腸道微生態失衡對感染的發生、發展起著關鍵的作用，而且用微生態調節劑防治感染已經取得初步的成果，並有著廣闊的應用前景。但同時，也有眾多機理尚需進行深入研究。最近Science 和Nature 等雜誌連續撰文肯定了腸道菌群在維護人體健康中的重要性，認為人類腸道微生物群落是人體三的一個重要"器官"，參與了人體的生理、病理和藥理等過程，實際上形成了人體複雜代謝網路中重要的組成部分。過去由於技術方法的局限性，很難深入研究人體微生態對健康和感染的影響。隨著系統生物學，包括基因組學、轉錄組學、蛋白質組學、代謝組學技術的發展和人類元基因組計劃的開展，腸道微生態有望得到深入、系統的研究。因此有必要將各種先進技術引入到微生態學研究中，這樣不僅可以從基因組學、蛋白組學和代謝組學等各種角度研究腸道微生態對各種感染性疾病包括肝病的發生、發展以及轉歸的影響，還可以將微生態製劑對人體的作用機制和療效進行充分的展示和"挖掘"。編輯: yang    作者: 丁香園通訊員以下網友留言只代表網友個人觀點，不代表網站觀點2010-04-01 12:56:11.0　Guest　發表評論個人認為微生態起關鍵作用的只是1-2種特殊化學物質。本人在大腸桿菌培養
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