肠道微生物群与骨关节炎软骨...骨下骨血管生成相关研究进展_卢晓敏.pdf

cognitive impairmentJ.Neurochem,2021,159(3):629-637.12 Keller JN,Kindy MS,Holtsberg FW,et al.Mitochondrial manganese superoxide dismutase prevents neural apoptosis and reduces ischemic brain injury:suppression of peroxyni-trite production,lipid peroxidation,and mitochondrial dys-functionJ.Neurosci,1998,18(2):687-697.13 宋彦,索爱琴,丁旭萌,等.尿酸对阿尔茨海默病大鼠学习记忆能力的影响及其机制J.中国神经精神疾病杂志,2011,37(10):603-606.14 刘睿,王伟,殷小平.不同水平血尿酸对大鼠学习记忆能力的影响J.山东医药,2017,57(22):33-35.15 Tian T,Liu XR,Li TT,et al.Detrimental effects of long-term elevated serum uric acid on cognitive function in ratsJ.Sci Rep,2021,11(1):6732.16 Desideri G,Gentile R,Antonosante A,et al.Uric acid am-plifies A amyloid effects involved in the cognitive dysfunc-tion/dementia:evidences from an experimental Model In vitroJ.Cell Physiol,2017,232(5):1069-1078.17 Cal T,Ottolini D,Negro A,et al.-Synuclein controls mi-tochondrial calcium homeostasis by enhancing endoplasmic reticulum-mitochondria interactionsJ.Biol Chem,2012,287(22):17914-17929.18 燕燕,李艾帆.阿尔茨海默病患者脑脊液 p-Tau 及-突触核蛋白的表达及意义J.中国实用神经疾病杂志,2020,23(20):1780-1785.19 Koros C,Simitsi AM,Papadimitriou D,et al.Serum uric acid level as a biomarker in idiopathic and genetic(p.A53T alpha-synuclein carriers)parkinsons disease:data from the PPMI studyJ.Parkinsons Dis,2020,10(2):481-487.20 梁春华,肖小华,胡火有.尿液 AD7c-NTP 与阿尔茨海默病J.罕少疾病杂志,2021,28(4):109-112.21 张玉蓉,方堃,王芳,等.不同尿 AD7c-NTP 水平的体检人群血尿酸水平与胰岛素抵抗的关系J.重庆医学,2021,50(10):1672-1675.【文章编号】1006-6233(2023)04-0693-03肠道微生物群与骨关节炎软骨软骨下骨血管生成相关研究进展卢晓敏1,王小超2,郭达2,林定坤2,卢耀鸣2(1.香港中文大学医学院矫形外科及创伤学系,香港新界 8100162.广州 中 医 药 大 学 第 二 附 属 医 院 骨 科,广东广州 510120)【关键词】肠道菌群;骨关节炎;软骨;软骨下骨血管生成【文献标识码】A 【doi】10.3969/j.issn.1006-6233.2023.04.034 肠道微生物群,是一个动态的生物群集合,负责一系列代谢、免疫、结构和神经功能,如维持代谢稳态、免疫系统的发育和成熟、对感染的抵抗性和神经递质的产生1。微生物功能失调,被定义为肠道微生物群的多样性、结构或功能的不利改变,导致了不同的病理状态和疾病。肠道微生物群产生广泛的分子,包括酶、短链脂肪酸(SCFAs)和代谢物,参与了炎症驱动性疾病的启动和进展。这些细菌产生的促炎性代谢产物,如脂多糖(LPS),从肠道泄漏一直延伸到系统循环,并诱导系统的炎症。由于 LPS 水平的升高与肥胖和代谢综合征相关,这是骨关节炎(OA)高度相关的风险,至少很容易推测 OA 诱导的低级别炎症、代谢对微生物群的参与内毒素血症、巨噬细胞的激活和关节损伤。Dunn 等首次在人类和小鼠的软骨中发现了肠道微生物的 DNA,其变化与人类 OA 的发展和进展有关2。这些发现提示微生物可能通过直接接种或免疫细胞的运输参与关节炎启动进展,而软骨组织中这种肠道微生物 DNA 在 OA 发病中的详细作用目前还没有系统的综述描述这一主题。本综述目的是展示肠道菌群失调与软骨、软骨下骨血管生成的相关性。1 肠道微生物群失调参与了 OA 的发生发展在广东地区 OA 人群的肠道菌群分析发现寡养单胞菌属(Stenotrphomonas)、黄单胞菌属(Xanthomona-dacease)等 18 种菌群在膝骨关节炎患者人群中显著高丰度,毛螺旋菌属(Lachnospiraceae)、瘤胃球菌属(Ruminococcus)等 6 种菌群在膝骨关节炎患者人群中396 第 29 卷 第 4 期2023 年 4 月 河 北 医 学HEBEI MEDICINE Vol.29,No.4Apr.,2023 【基金项目】广东省自然科学基金,(编号:No.2021A1515011596);广东省中医院拔尖人才科研专项,(编号:BY2022LC06)【通讯作者】郭 达显著低丰度。寡养单胞菌属、黄单胞菌属两类菌群可以显著区分轻重型膝骨关节炎3。Schott 等4研究发现,肥胖相关 OA 小鼠肠道内双歧杆菌等益生菌减少,具有促炎作用的菌种增加;通过增加小鼠肠道内双歧杆菌等益生菌,可减少结肠、膝关节等处的炎症反应,抑制 OA 的进一步发展。Henrotin 等5在豚鼠骨关节炎模型中予口服双歧杆菌 CBi0703 的冻干灭活培养物,观察到骨关节炎导致的软骨结构损伤和型胶原降解明显减少,其具有潜在预防骨关节炎的作用。Sim等6给予大鼠口服丁酸梭菌治疗膝关节骨性关节炎,发现血清炎症和骨代谢标志物 COX-2、IL-6、LTB4、COMP 显著降低,而 IFN-和糖胺聚糖的浓度增加、MMP-2、MMP-3、MMP-9、MMP-13、TIMP-1 和 TIMP-2 的 mRNA 表达受到抑制;此外,治疗还有效地保留了膝关节软骨和滑膜,并减少了纤维组织的形成。2 失调的肠道微生物群可能通过“肠道泄漏(leaky gut)”进入体内循环,某种情况下出现自身免疫多种因素引起的肠道通透性增加,导致微生物产物通过肠道紧密连接处移位,被称为“肠道泄漏综合征(leaky gut syndrome)”。衰老就是其中重要因素,衰老和肠道微生物失调之间的直接相关性已被证明,主要特征是促炎厌氧菌物种的增加和抗炎物种,梭菌的持续减少7。衰老导致肠道渗透性增加,微生物产物通过肠道紧密连接易位,导致内毒素血症,从而导致促炎状态。Kaliannan 等8发现食用高 n-6PUFA 的小鼠可以增加产生 LPS 和/或促炎细菌,包括变形杆菌及其成员的比例,降低抗炎细菌的水平,如双歧杆菌、乳酸杆菌、梭状芽胞杆菌和粪肠球菌,表明组织 n-6/n-3PUFA 比率改变肠道微生物群组成和肠道通透性,导致炎症状态和代谢综合征。微生物可通过循环进入全身多个部位,某种情况下出现自身免疫。在一些肠道生态失调、高肠通透性和内毒素介导的炎症之间的高关联的疾病中,如慢性肾功能衰竭的患者,他们血液微生物组与健康对照相比具有较低的 多样性和显著的分类学差异9。有研究表明这种血液微生物群(细菌和真菌)可以通过使用高浓度的维生素 K 和将细菌保持在43至少72h来复苏。在这些血液样本中,所有培养物在 30d 后都呈阳性,细菌主要为变形菌门。然而,这些微生物群可能倾向于保持静默,因为在亚培养中,血液微生物群恢复到休眠状态10。微生物群或其代谢物泄漏到静脉或淋巴循环中的主要来源是肠道。这种间歇性泄漏可能足以触发以前被认为只是自身免疫性疾病的发作。在小鼠或人类研究中表明银河肠球菌可以在肝脏中迁移,并引起与肝炎相关的狼疮样疾病11。在 TLR-2 缺乏小鼠模型中,紧密结相关蛋白 ZO-1 的表达的下调导致肠道通透性增加和细菌从肠道转移到肝脏,促进自身免疫性胆管炎。3 关节内组织,甚至是没有血运的软骨组织可检测出微生物 DNAZhao 等12使用16S rRNA 基因扩增测序在183 个类风湿性关节炎或骨关节炎滑膜或滑膜液的样本中检测到卟啉菌和拟杆菌 DNA。且类风湿关节和骨关节炎的滑膜、滑膜液里微生物群丰度菌各不相同。Qiu等13在 74%的肩袖肌腱组织样本中鉴定出了来自不同不动杆菌种类和草酸杆菌科的基因组 DNA,肱骨头软骨中没有。Dunn 等2对膝关节 OA 软骨,髋关节OA 软骨和尸体对照组软骨进行了 16S 靶向宏基因组学测序,发现 OA 以-变形菌为主,而对照组以放线菌和梭状芽胞杆菌为主,OA 微生物 DNA 显示革兰氏阴性成分增加。髋关节 OA 和膝关节 OA 之间微生物DNA 也有显著差异。这一发现通过在 OA 易感 B6 小鼠与 OA 不易感 MRL 小鼠的比较中也有相似的发现。这些出现在软骨的微生物 DNA 接种途径有可能是通过活的细菌有机体从胃肠道运输,有可能是通过免疫细胞内携带转运到关节间隙。假设软骨细菌 DNA 确实来自体循环,那么同一关节内软骨破坏区域和软骨完整区域的微生物 DNA 出现不同有需要更进一步的解释。有种比较可能的解释是 AO 软骨损坏重的部位通过炎症细胞或血液直接接触,更容易接触到体循环的产物,因此与完整部位相比,细菌 DNA 的沉积和/或变化更迅速。4 微生物 DNA 或肠道细菌有可能通过软骨下骨血管异常增生到达软骨并影响软骨目前还没有研究微生物 DNA 是否储存在软骨下骨髓、深层软骨血管、软骨基质或软骨细胞本身中。关节软骨的浅、中、深部位没有血管、神经或淋巴管,因此关节软骨的营养主要是通过滑膜液和软骨下骨髓扩散而来。软骨基质根据大小、电荷和分子构型来限制物质交换14,据估计,软骨细胞外基质内的平均孔大小约为 6.0 纳米15,而大多数细菌的大小从 1004000纳米。因此,细菌似乎不可能穿透软骨的浅表区。软骨下骨的钙化软骨层对小溶质可渗透,在骨关节炎进程中软骨下骨-软骨连结出表现为新血管异常增生16,破骨细胞活性的增加导致通道从软骨下骨延伸到关节软骨,并最终穿过进入正常无血管非钙化软骨。通道的形成与纤维血管置换和炎症细胞浸润到软496 第 29 卷 第 4 期2023 年 4 月 河 北 医 学HEBEI MEDICINE Vol.29,No.4Apr.,2023 骨下骨髓空间有关17。血管从软骨下骨生长、进入占据骨软骨通道直至软骨,伴随着交感神经和感觉神经的延伸18。骨关节炎软骨下骨-软骨通道形成,新血管增生,有可能为微生物 DNA 进入软骨提供便利。OA 早期发生的软骨下骨血管生成可以促进仍存活的细菌或其部分产物的短暂迁移,直到软骨的更深层。软骨深层微生物抗原的过量可能会促进低级别炎症和软骨降解,能刺激原代人软骨细胞产生促炎介质,这一观点在观察包柔氏螺旋体通过整合素/紧密而持久地结合在人类软骨上的实验得到证实19。5 结 语既往研究认为肠道菌群与骨关节炎(OA)的相关性可能与机体代谢、免疫炎症有关20。而在人类软骨中发现的肠道微生物 DNA,且骨关节炎和对照组不同,这表明微生物或其代谢产物通过循环从肠道转移到关节的可能。这一发现为研究肠道微生物在骨关节炎发生发展的作用机制提供新的思路