肠道微生物的研究进展 肠道微生物群与骨质疏松研究进展
陆逸+胡予
骨质疏松症已成为国际性健康问题，随年纪添加发病率增高，全国际约2亿人患骨质疏松症。该病最大的损害是骨质疏松性骨折，显着添加晚年人死亡率以及社会经济负担。骨质疏松可由环境、遗传、养分等要素构成。肠道微生物群是人体肠道内的正常共生菌，有助保持机体的代谢及免疫状况。最近研讨发现，肠道微生物群能调理骨量。别的，炎性细胞因子在骨质疏松的发病进程中或许起重要效果。益生元、益生菌的运用可以改进骨质疏松。肠道微生物群调理骨代谢这一新机制，或许成为未来防治骨质疏松症的研讨热门。
1 骨质疏松流行病学及病因
1.1 骨质疏松流行病学
骨质疏松症是一种以低骨量、骨微结构损坏、脆性骨折添加为特征的全身性骨骼疾病[1]。跟着人口老龄化，骨质疏松症成为困扰中晚年人的疾病之一，发病率居各种常见病第7位[2]。据统计，我国60～69岁晚年女人的骨质疏松症发病率达50%～70%，晚年男性达30%[3]。2013年关于中晚年人骨质疏松流行病学荟萃剖析指出：我国40岁以上人群骨质疏松症整体患病率为13.2%，其间男性為11.8%，女人为14.2%。随年纪添加，骨质疏松症患病率逐步添加，女人50岁后，患病率显着增高[4]。骨质疏松患者容易发作骨质疏松性骨折，在西方国家骨质疏松性骨折发作份额很高，在美国和欧洲，每年约有250万人发作骨质疏松性骨折[2]，显着添加白叟死亡率，也带来了严峻的社会经济负担。
1.2 骨质疏松的病因
骨骼由成骨细胞的成骨效果以及破骨细胞的骨吸收效果不断进行重建而构成[5]，两者不平衡会导致骨质疏松的发作。骨骼代谢调理较杂乱，基因、环境以及生活方法都会影响骨代谢。 骨质疏松症可由多种原因引起，包含遗传要素、环境要素、养分要素、活动减退、增龄相关的骨质丢掉等[6]。甲状旁腺素、维生素D、性激素、炎性细胞因子都是骨骼代谢的重要调理因子。正常人30～40岁达峰值骨量[7]，随后骨质随年纪添加开端缓慢丢掉。顶峰骨量首要由基因调理，骨质疏松的危险取决于青年时期的成骨量是否满足，以及随后发作的增龄相关性骨丢掉率。遗传要素是骨质疏松症的重要原因之一[7]。此外，骨质疏松性骨折也与遗传要素有关，但随年纪添加遗传要素所占份额下降，环境要素份额增高，如发作跌倒[8]。
2 肠道微生物群与骨质疏松
肠道内约数万亿共生菌与宿主共生。宿主为肠道微生物群供给食物及能量，肠道微生物群协助宿主消化食物。肠道微生物群与人体相互效果，影响宿主代谢和免疫功用。肠道微生物群效果于肠道上皮细胞，以及肠道通透性添加时直接影响宿主的固有层细胞，然后可以改动宿主的生理状况[9]。肠道微生物群经过影响机体生理进程，特别是宿主的食物消化吸收与能量平衡对肥壮及其并发症的发作有必定影响，例如胰岛素反抗、糖尿病、心血管疾病[10]。肠道菌群与机体相互效果比较杂乱，至今没有彻底阐明。
研讨发现，肠道微生物群可以调理骨代谢。Klara[11]比较了7周雌性无菌小鼠和一般小鼠的近端胫骨骨密度，发现无菌小鼠的骨密度较一般小鼠添加了40%，无菌小鼠体内破骨前体细胞较一般小鼠削减，破骨细胞数量削减、形状变小，骨构成率正常。将正常肠道菌群定植于无菌小鼠肠道后骨密度下降。与无菌小鼠比较，一般小鼠骨髓中CD+4T细胞以及破骨前体细胞添加。这一发现提示肠道微生物群可以影响骨量，或许是经过改动骨髓中免疫状况，进而影响破骨细胞的分解及活性。
Laura[12]发现，给予抗生素干涉的雄性成年小鼠与非干涉组小鼠比较，骨密度添加，提示肠道微生物群组成的改动可以引起骨密度的改动。Williams[13]运用卵巢切除小鼠模型，以四环素喂食8周，与正常饮食组比较其股骨骨小梁密度升高，骨构成率添加，骨吸收下降，提示抗生素或许医治改动肠道微生物群，支撑肠道微生物群调理骨代谢的定论。现在估测肠道微生物群或许经过改动宿主免疫状况，查询骨髓破骨细胞的功用，有利于生理性的骨吸收的进行以及骨稳态的保持。肠道菌群或许成为将来医治骨质疏松症的潜在的靶点。
3 肠道微生物群与免疫体系
人在出世时从环境中取得的肠道微生物群定植于肠道黏膜外表。肠道微生物群与宿主相互效果，有助于保持宿主免疫体系内稳态，既能使宿主发作针对病原菌的有用免疫应对，又能防止对共生菌发作病态炎症反响[14]。
肠道微生物群对正常免疫功用的构成是十分必要的。研讨发现，无菌小鼠黏膜免疫体系不成熟，肠黏膜内派氏调集淋巴结发育不成熟，生发中心较少，IgA+浆细胞数量以及固有层CD+4T细胞数量削减[15]。此外，无菌小鼠免疫反常并不局限于肠道黏膜体系，研讨者还发现其脾脏和淋巴结相对不成形，生发中心不显着。无菌老鼠体内IgG削减。将肠道共生菌群植入无菌小鼠体内几周后，以上改动都能反转。别的也发现无菌小鼠骨髓中中性粒细胞和单核细胞下降，而且单核细胞的数量在移植菌群后被反转[16]。无菌小鼠股骨骨髓细胞内CD+4T细胞较一般小鼠削减，CD+8细胞无差异。无菌小鼠骨髓中炎症因子、IL-6及TNF-α表达下降[11]。以上都阐明肠道共生菌参加机体体系免疫的构成以及影响机体的免疫功用。
研讨者给小鼠喂含有利生菌的食物后，发现小鼠肠道排泄的TNF-α、IFN-γ以及IL-2的浓度显着添加，一起固有层中CD+4T细胞和CD+8T细胞数量也显着添加[17]。阐明肠道微生物群的改动可以引起机体的免疫状况发作改动。
4 骨质疏松与炎症因子
机体免疫炎症反响常常与低骨量有相关，免疫应对进程中发作的炎症因子能显着影响骨量[18]。如肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor， TNF）可以促进破骨细胞生成，导致骨质疏松的发作[19]。现在研讨发现，多种炎性疾病如类风湿关节炎、炎性肠病、脂肪泻、体系性红斑狼疮等都与骨的吸收有关[6]。类风湿关节炎患者中骨质疏松患病率比正常个别更高，其体内T细胞活化，发作炎性细胞因子，增强了破骨细胞活性[20]。对类风湿性关节炎患者运用TNF-α阻断剂后骨密度显着添加，骨丢掉显着减退[21]。研讨发现，对克罗恩病患者行英夫利昔单抗兼并双磷酸盐医治，较单用双磷酸盐医治骨密度显着进步[22]。
研讨发现，雌激素削减导致破骨细胞的增多以及存活时刻延伸。现在以为原因之一是失去了雌激素的免疫按捺效果，炎性细胞因子生成增多，促进了破骨细胞的生成[23]。有研讨发现，在雌激素削减性骨质疏松发病进程中，增多的活化T细胞及其发作的细胞因子RANKL、TNF-α、OPG起重要效果[24]。绝经后骨质疏松妇女体内雌激素水平下降，伴跟着T细胞活性的增高以及TNF-α和RANKL增多，循环破骨细胞前体数目添加。小鼠试验发现，活化的T细胞是雌激素缺少情况下TNF最首要的来历[25]。卵巢切除后骨髓T细胞发作TNF-α的才能增强，然后增强了巨噬细胞集落影响因子（M-CSF）以及RANKL诱导破骨细胞生成的才能。T细胞缺少的裸小鼠在卵巢切除术后不会发作骨质疏松，破骨细胞数量未添加。提示在雌激素缺少情况下，T细胞是调控骨吸收效应的要害因子。雌激素防备骨质疏松的要害机制或许是其按捺了T细胞发作TNF-α，而绝经后女人骨髓中产TNF-α的T细胞增多，影响破骨细胞生成，易发作骨质疏松。
研讨发现，野生型小鼠卵巢切除能快速诱导骨质疏松发作，但在TNF-α缺少的小鼠中切除卵巢却不会发作骨质疏松[26]。别的，移植了野生型小鼠T细胞的裸小鼠会发作卵巢切除诱导的骨质疏松，但移植了无TNF-α小鼠体内T细胞的裸小鼠不会发作相关反响。再次证明了TNF-α在雌激素削减性骨质疏松发病进程中的要害效果。
以上研讨阐明，雌激素下降所诱导的骨质疏松的发病要害机制是骨髓T细胞数量增多，TNF-α发作增多，添加破骨细胞生成。表现了T细胞以及T细胞发作的TNF-α在骨代谢中的效果。
5 益生菌、益生元与骨质疏松
益生菌、益生元均能影响肠道微生物群的组成。肠道中的益生菌首要经过调理肠道微生物群的组成来发挥效果[27]，益生菌也可以调理机体免疫体系[28]。现在一些益生菌被用于医治炎症性肠病[29]。
研讨者们用卵巢切除的骨质疏松模型，发现益生菌以及益生元的运用能改进骨质疏松。Claes[30]将一组小鼠进行6周副干酪乳杆菌干涉，另一组小鼠进行6周的乳酸杆菌、副干酪乳杆菌、以及植物乳杆菌一起干涉，并设安慰剂对照组。发现两组益生菌干涉组小鼠骨质丢掉和骨吸收较安慰机组显着削减。Britton[31]用罗伊乳杆菌进行干涉，可以显着削减卵巢切除小鼠的骨质丢掉，益生菌干涉组破骨细胞骨吸收标志物的水平下降。估测或许是经过改动肠道微生物群以及影响宿主免疫状况，进而改动骨代谢。益生菌改进骨质疏松现在以为的机制包含益生菌下降肠道炎症反响添加骨密度，以及添加肠道短链脂肪酸的生成然后添加矿物质的溶解度，进步钙吸收，促进骨矿化[32]。
益生元是一種膳食弥补剂，组成成分为低聚糖。可以挑选性影响肠道内有利菌的成长，而发作对宿主有利的影响[33]。研讨发现，给小鼠弥补益生元，可以改动肠道微生物群的组成，双歧杆菌构成比添加，骨量增多[34]。Fabiana[35]将小鼠分红4组，别离喂食雪莲果粉、长双歧杆菌、雪莲果粉联合长双歧杆菌，并设以空白对照，成果显现，长双歧杆菌组、雪莲果粉联合长双歧杆菌组中胫骨矿物质含量以及骨硬度增高。用益生元金线莲萃取物干涉卵巢切除大鼠，可以改进骨质疏松[36]，金线莲萃取物的运用添加了肠道黏膜双歧杆菌属的数量，进步了肠道的酸度以及钙吸收。
益生元和益生菌均经过改动肠道微生物群，进步矿物质生物利费用，改进骨质疏松症状，可以作为未来骨质疏松防治的战略之一。
6 未来与展望
肠道微生物群与多种疾病相关，而近年许多研讨发现，肠道微生物群可以调理骨量，是骨质疏松的病因之一。现在以为肠道微生物群调理骨量首要是经过免疫体系介导，发作活化的细胞因子促进破骨细胞分解，骨吸收添加。此外益生菌、益生元的运用可以改动肠道微生物群的构成，调理骨代谢。益生菌近年已被运用于医治骨质疏松，特别是关于绝经后骨质疏松患者。肠道微生物群影响骨质的机制还有待进一步研讨。肠道微生物群或许是骨质疏松症的新的医治靶点，为未来新的医治方法供给思路。
参考文献
[1]BONJOUR J P，AMMANN P，RIZZOLI R.Importance of preclinical studies in the development of drugs for treatment of osteoporosis： a review related to the 1998 WHO guidelines[J].Osteoporos Int，1999，9（5）：379-393.
[2]马俊岭，郭海英，阳晓东.骨质疏松症的流行病学概略[J].我国全科医学，2009，12（18）：1744-1746.
[3]邱贵兴.骨质疏松性骨折——被忽视了的健康杀手[J].中华医学杂志，2005，85（11）：730-731.
[4]韩亚军，帖小佳，伊力哈木·托合提.我国中晚年人骨质疏松症患病率的Meta剖析[J].我国安排工程研讨，2014，18（7）：1129-1134.
[5]KEARNS A E，KHOSLA S，KOSTENUIK P J.Receptor activator of nuclear factor κB ligand and osteoprotegerin regulation of bone remodeling in health and disease[J].Endocr Rev，2008，29（2）：155-192.
[6]夏婷，李双庆.炎症相关骨质疏松症的发病机制[J].我国骨质疏松杂志，2015，21（1）：117-120.
[7]文天林，孙天胜，王玲.骨质疏松症的流行病学、病因和分类[J].公民军医，2010，53（9）：662-663.
[8]RALSTON S H，UITTERLINDEN A G.Genetics of osteoporosis[J].Endocr Rev，2010，31（5）：629-662.
[9]RHEE S H，POTHOULAKIS C，MAYER E A.Principles and clinical implications of the brain-gut-enteric microbiota axis[J].Nat Rev Gastroenterol Hepatol，2009，6（5）：306-314.
[10]TREMAROLI V，BCKHED F.Functional interactions between the gut microbiota and host metabolism[J].Nature，2012，489（7415）：242-249.
[11]SJGREN K，ENGDAHL C，HENNING P，et al.The gut microbiota regulates bone mass in mice[J].J Bone Miner Res，2012，27（6）：1357-1367.
[12]COX L M，YAMANISHI S，SOHN J，et al.Altering the intestinal microbiota during a critical developmental window has lasting metabolic consequences[J].Cell，2014，158（4）：705-721.
[13]WILLIAMS S，WAKISAKA A，ZENG Q Q， et al. Minocycline prevents the decrease in bone mineral density and trabecular bone in ovariectomized aged rats[J].Bone，1996，19（6）： 637-644.
[14]JARCHUM I，PAMER E G.Regulation of innate and adaptive immunity by the commensal microbiota[J].Curr Opin Immunol， 2011，23（3）：353-360.
[15]MACPHERSON A J，HARRIS N L.Interactions between commensal intestinal bacteria and the immune system[J].Nat Rev Immunol，2004，4（6）：478-485.
[16]KHOSRAVI A，YEZ A，PRICE J G，et al.Gut microbiota promote hematopoiesis to control bacterial infection[J].Cell Host Microbe，2014，15（3）：374-381.
[17]雷春龍，董国忠.肠道菌群对动物肠黏膜免疫的调控效果[J].动物养分学报，2012，24（3）：416-422.
[18]WALSH M C，KIM N，KADONO Y，et al.Osteoimmunology： interplay between the immune system and bone metabolism[J].Annu Rev Immunol，2006，24：33-63.
[19]YARILINA A，XU K，CHEN J，et al.TNF activates calcium-nuclear factor of activated T cells （NFAT）c1 signaling pathways in human macrophages[J].Proc Natl Acad Sci USA，2011，108（4）：1573-1578.
[20]KONG Y Y，FEIGE U，SAROSI I，et al.Activated T cells regulate bone loss and joint destruction in adjuvant arthritis through osteoprotegerin ligand[J].Nature，1999，402（6759）：304-309.
[21]SERIOLO B，PAOLINO S，SULLI A，et al.Bone metabolism changes during anti-TNF-α therapy in patients with active rheumatoid arthritis[J].Ann N Y Acad Sci，2006，1069：420-427.
[22]PAZIANAS M，RHIM A D，WEINBERG A M，et al.The effect of anti-TNF-α therapy on spinal bone mineral density in patients with Crohn's disease[J].Ann N Y Acad Sci，2006， 1068：543-556.
[23]MARTIN-MILLAN M，ALMEIDA M，AMBROGINI E，et al.The estrogen receptor-α in osteoclasts mediates the protective effects of estrogens on cancellous but not cortical bone[J].Mol Endocrinol，2010，24（2）：323-334.
[24]DAMELIO P，GRIMALDI A，DI BELLA S，et al.Estrogen deficiency increases osteoclastogenesis up-regulating T cells activity： a key mechanism in osteoporosis[J].Bone，2008， 43（1）：92-100.
[25]CENCI S，WEITZMANN M N，ROGGIA C，et al.Estrogen deficiency induces bone loss by enhancing T-cell production of TNF-α[J].J Clin Invest，2000，106（10）：1229-1237.
[26]ROGGIA C，GAO Y，CENCI S，et al.Up-regulation of TNF-producing T cells in the bone marrow： a key mechanism by which estrogen deficiency induces bone loss in vivo[J].Proc Natl Acad Sci USA，2001，98（24）：13960-13965.
[27]BRON P A，VAN BAARLEN P，KLEEREBEZEM M.Emerging molecular insights into the interaction between probiotics and the host intestinal mucosa[J].Nat Rev Microbiol，2011，10（1）：66-78.
[28]YAN F，POLK D B. Probiotics and immune health[J].Curr Opin Gastroenterol，2011，27（6）：496-501.
[29]SANDERS M E，GUARNER F，GUERRANT R，et al.An update on the use and investigation of probiotics in health and disease[J].Gut，2013，62（5）：787-796.
[30]OHLSSON C，ENGDAHL C，FK F，et al.Probiotics protect mice from ovariectomy-induced cortical bone loss[J].PLoS One，2014，9（3）：e92368.
[31]BRITTON R A，IRWIN R，QUACH D，et al.Probiotic L.reuteri treatment prevents bone loss in a menopausal ovariectomized mouse model[J].J Cell Physiol，2014，229（11）：1822-1830.
[32]PARVANEH K，JAMALUDDIN R，KARIMI G，et al.Effect of probiotics supplementation on bone mineral content and bone mass density[J].Sci World J，2014，2014：595962.
[33]GIBSON G R，ROBERFROID M B.Dietary modulation of the human colonic microbiota： introducing the concept of prebiotics[J].J Nutr，1995，125（6）：1401-1412.
[34]WEAVER C M，MARTIN B R，NAKATSU C H，et al.Galactooligosaccharides improve mineral absorption and bone properties in growing rats through gut fermentation[J].J Agric Food Chem，2011，59（12）：6501-6510.
[35]RODRIGUES F C，CASTRO A S，RODRIGUES V C，et al.Yacon flour and Bifidobacterium longum modulate bone health in rats[J].J Med Food，2012，15（7）：664-670.
[36]YANG L C，WU J B，LU T J，et al.The prebiotic effect of Anoectochilus formosanus and its consequences on bone health[J].Br J Nutr，2013，109（10）：1779-1788.
（收稿日期：2017-03-15）