感染微生态学研究进展

感染微生态学的研究进展 浙江大学附属第一医院 感染科 李兰娟 一感染微生态学的产生 微生态学是研究人类、动物和植物与自身定居的正常微生物群相互依赖、 相互制约的客观关系的科学。近几十年来，随着医学相关基础学科如悉生生物 学，厌氧培养技术，电镜技术，细胞分子生物学等现代科学技术的迅猛发展， 人们逐渐认识到人体体表、体腔内存在大量并不致病的微生物群，这些微生物 群对其宿主非但无害，而且有益，并有众多的生理效应，并提出了对应于宏观 生态平衡的微生态平衡理论。若是内外环境发生重大变化时这种平衡就要遭到 破坏，发生微生态失衡，引起宿主各种类型的疾病1。微生态失衡引起的疾病 来源于内源性和外源性两方面。内源性主要来源于正常微生物群的比例失衡、 定位转移和二重感染。外源性主要来自外袭菌的侵入，形成新的感染。 烈性传染病基本得到有效控制，但随如抗生素、免疫抑制剂、放化疗、器 官移植、介入治疗等各种医疗手段的广泛应用，使得各种危重病人的生命得以 延长。耐药菌株的快速形成、流行，在健康人不致病的人体正常菌群成员，在 此类人群中却引起了严重的难以控制的甚至是致命的感染。微生物繁殖快，进 化也很快，其一天的变化相当于人类一千年的进化。正如世界卫生组织报告所 称：“药物失去作用的速度与科学家发现新药的速度差不多。”因此，一惟地 应用抗生素并不能解决这一问题。感染病的防治已成为 21 世纪的重大课题，急 需新的理论加以指导、研究。 在这种研究背景下，国内感染病及微生态学家于 2001 年正式提出感染微生 态学的概念，并于 2002 年出版了国内外第一部感染微生态学专著。感染微 生态学是一门用微生态学理论和方法研究感染的发生、发展、结局并引导感染 向宿主健康方向转移的微生态学分支，是微生态学、医学微生物学、免疫学与 感染病学交叉而成的新兴生命学科。它主要研究和探讨的是感染的微生态学原 理以及防治措施2。感染微生态学的提出为感染的预防和控制提供了新的理论 和方法。 二感染的微生态学原理 2 1传统的感染性疾病认知模式是基于病原学的模式来研究人为什么会感染、 感染的表现、发展以及预后。但是，实验证明病原体的暴露可能造成感染也可 能不导致感染，而感染也不一定导致疾病。微生态学认为人体及动物宿主携带 有大量的正常微生物群，在正常情况下，分布在消化道、呼吸道、泌尿生殖道 及皮肤这些特定部位的正常微生物群形成机体的生物屏障，对外袭性致病性微 生物起拮抗作用3,4 。动物实验发现正常肠道菌群对外来病原有一定程度的拮 抗作用，如以鼠伤寒杆菌攻击正常小鼠，需 104 个活菌才能使其致死；若先给 予口服链霉素抑制正常菌群，则 10 个活菌就可引起小鼠死亡。 另外无菌动物及悉生动物研究同样发现人类的免疫、生化指标均与正常菌 群特别与肠道菌群密切密切相关5。 体外实验发现肠道正常菌群如双歧杆菌可通过磷壁酸与肠上皮细胞表面受 体结合、黏附并占据肠上皮细胞表面空间，形成菌膜屏障从而抑制肠道内及外 源性潜在致病菌对肠上皮的黏附、定植6 ；另外，肠道内双歧杆菌、乳酸杆菌 等生理有益菌还具有多种生物拮抗功能，如通过营养争夺、产生各种有机酸降 低肠道局部 pH、产生具有广谱抗菌作用的物质如防御素、细菌素、过氧化氢、 抗菌肽以及亲脂分子等，对肠道内的潜在致病菌起抑制或杀灭作用 7,8。它还 可以刺激干扰素的产生，促进肠道内 SIgA 和其它免疫球蛋白分泌，增加肠道 局部免疫力等。最近研究认为它还可以抑制毒素和受体相互作用的蛋白从而间 接起到抗病原菌定植作用。 因此我们认为机体是否感染以及感染后的发生发展不仅取决于病原微生物 对机体的侵袭力、产生的毒素等因素，还要取决于机体的正常微生物平衡状态。 2传统的生物病因论认为感染是由致病性微生物引起的。微生态学却认 为，感染是生态平衡与生态失衡相互转化的重要内容。引起感染的微生物不 一定是致病菌或病原体，而是正常微生物群易位或易主的结果。其中的肠道 正常菌群易位引起感染已引起了广泛的关注。肠道易位的细菌主要为兼性厌 氧菌，其中革兰染色阴性杆菌占了很大一部分。通常易位的细菌与其在肠道 中的数量密切相关，细菌数量越多，发生易位的可能性越大，但在正常人群， 肠道内数量上占优势的专性厌氧菌如双歧杆菌并不发生易位。肠道细菌易位 的主要原因有肠道内菌群失衡，肠黏膜屏障通透性增加和宿主免疫功能下降， 3 比如出血性休克、烧伤、外伤、肠道缺血、急性胰腺炎、严重感染、急性肝 衰竭以及肝硬化等均可导致细菌易位1,9,10。 各种原因尤其在抗生素治疗期间引起的肠道菌群失衡，均可导致细菌易位 扩散，如灭滴灵可显著增加肠道大肠埃希菌（E coli）易位到局部淋巴结的发生 率，引起肠道外的感染（脓毒血症、肺部感染、腹腔感染等）；动物实验发现 在肠道缺血再灌注时经常发生细菌易位，发生肠道易位的细菌数量依次为大肠 埃希菌、变形杆菌、凝固酶阴性葡萄球菌和肠球菌11。 临床研究发现，许多患者虽有菌血症、脓毒血症、全身炎症反应综合征或 多器官功能不全综合征（MODS）等，但没有明确的感染灶，肠道细菌和各种 毒素易位参与其感染的形成和发展。 三感染的微生态学防治 在抗生素普遍应用，微生态失衡，耐药性的产生日益成为全球性公共卫生 问题的严峻形式下 12，要想有效地防治感染，必须要从感染发生、发展的多个 环节上寻找预防、治疗感染的方法。在这个意义上，微生态理论可为预防、控 制感染提供一系列有效的治疗手段。 1合理使用抗生素 合理应用抗生素的目的主要是为了减少延缓耐药菌，尤其是多重耐药菌的 形成。除此之外，感染微生态学理论又给合理应用抗生素赋予了新的要求：保 护原籍菌群，保持正常微生物群形成的生物屏障，维护肠道微生态平衡，防止 定植抗力的下降，防止肠道耐药菌的形成与过度生长，减少由肠道细菌易位引 起的内源性感染。 2微生态制剂的应用 微生态制剂主要包括益生菌 13）和益生元 14 21.益生菌 目前已经明确双歧杆菌和乳杆菌为人体有益生理菌。补充医学益 生菌的目的在于恢复肠道微生态平衡，修复肠道菌膜屏障，提高肠道定植抗力， 抑制潜在致病菌过度生长，促进肠上皮细胞分泌粘蛋白及潘氏细胞分泌 SIgA， 调节全身免疫功能等8。 早在 1994 年，WHO 就认识到耐药细菌所产生的危害，建议用微生物干预 治疗（MIT ）或联合非病原菌辅助治疗来减少抗生素的使用量15。目前益生菌 在体外、动物以及人体防治感染实验中中取得了一定的效果！ 21.1 益生菌拮抗病原菌的体外和动物实验 4 Gibson 等实验表明，各种双歧杆菌能产生对沙门菌、李斯特菌、弯曲菌、 志贺菌和霍乱弧菌等有抑制作用的物质16。 Jeffrey Howard 和 Gregor Reid 两人第一次在实验外科伤口中用植物乳杆菌 活菌来预防金黄色葡萄球菌的感染，在他们的一系列实验中证实了植物乳杆菌 至少部分能抑制金黄色葡萄球菌黏附于聚苯乙烯表面，而这种起到作用的物质 为它的外分泌胶原结合蛋白，但是目前尚未得知金黄色葡萄球菌是否会对这种 抗菌蛋白质产生耐药。这也说明了通过微生物干预有着光明的前景，但正式应 用临床还有待更多的实验17。 益生菌还可以减少大鼠器官移植前后细菌的易位，最近德国的一项动物研 究显示：在同基因骨髓移植前预先服用益生菌不仅改善了动物的存活率和减少 了急性移植物抗宿主病的发生，而且减少了肠道细菌易位至肠系膜淋巴结的数 量18。 21.2 人体实验 益生菌在防治肠道疾病方面也取得了一定的疗效19，欧洲多中心临床试 验表明：用乳杆菌(L.GG) 治疗轮状病毒引起的腹泻后，其病程及住院时间均缩 短，另外该株细菌还可预防营养不良特别是配方喂养儿的腹泻。双歧杆菌 (B.breve)能通过促进 sIgA 的产生，对轮状病毒感染也起治疗作用。 另外益生菌防治幽门螺杆菌（Hp）胃炎中也起到一定的作用，智利的一项 随机对照双盲临床实验表明：252 名无症状但经 13C 尿素呼气实验证实为 Hp 感 染的儿童，连续服用 Lactobacillus johnsonni La1 四周后发现其 DOB 值呈明显下 降，认为其在治疗 Hp 感染有一定的疗效20。 除了防治胃肠道疾病以外，早在 1987 年，Reid 等21第一次报道了通过口 服益生菌 Lactobacillus GR1 和 RC-14 治疗泌尿生殖道感染（复发性真菌性阴道 炎、细菌性阴道炎和泌尿道感染），十天治疗后 10 例病人都得到了一定程度的 恢复。目前认为其作用是通过增强黏膜免疫有关。最近实验还发现先用非致病 性 大肠埃希菌 83972 定植泌尿道可以预防一部分革兰阳性、阴性和真菌的感染 22。 22 益生元 益生元包括乳果糖、乳梨醇、果寡糖、菊糖等制剂，是一种能选择性的促 进一种或几种有益菌生长，从而促进宿主健康的非消化性低聚糖。它能通过选 5 择性的促进有益菌的生长以提高定植抗力，并籍此抑制潜在致病菌生长及其有 害代谢物的产生，以减少内毒素的产生，如服用果寡糖后能减少猪肠道伤寒沙 门菌属的排泄。 3. 抗生素与微生态调节剂的联合应用问题 由于在临床上，大部分伴感染的危重病人必须使用抗生素，而广谱抗生素 必然对微生态活菌制剂产生影响，并不可避免的造成人体微生态系统平衡的紊 乱，这似乎制约了微生态制剂的临床应用。从目前的研究资料结果看，抗生素 与活菌制剂合用对某些感染的治疗效果优于单用抗生素的治疗效果。Wullt M 等23在在治疗肠道难辨梭菌引起的抗生素相关性腹泻时发现甲硝唑联用植物 乳杆菌治疗方案的效果优于单用甲硝唑，且没有发现副作用。Hamilton- miller24在统计分析了 7 个已经发表的协同使用益生菌和抗生素的体内实验后 发现有两组实验 Hp 感染的治愈率较对照组明显增加，另有四组实验显示副作 用明显下降。目前关于其确切机制有待于进一步阐明，我们推测可能是由于益 生菌的代谢产物和抗生素对病原菌有着一定的协同拮抗作用有关。 四问题和展望： 利用活菌制剂进行微生物干预的方法来治疗感染尽管已经取得了一定的疗 效，但是目前研究显示仅有少数菌株起到比较好的效果，所以如何选择益生菌 以及保证有足够数量的活菌进入肠道并起到相应作用是需要进一步探索，而且 这些菌株在肠道中怎样杀灭和抑制病原菌、如何阻断病原菌致病过程和增强对 感染的抵抗