修回日期: 2017-05-29
接受日期: 2017-07-03
在线出版日期: 2017-08-08
梭菌(Clostridium)是肠道内一大类正常的兼性厌氧细菌, 属于厚壁菌门, 能产生芽孢. 目前已经报道的梭菌有十几种, 其中有一些主要用于疾病的预防、诊断或治疗, 还有部分被证实与人类某些疾病的发生、发展、预后转归息息相关, 比如抗生素相关性腹泻、伪膜性结肠炎等疾病. 其主要包括有益的梭菌和有害的梭菌两大类, 主要来源于肠道和粪便. 本文总结了目前已报道的肠道梭菌种类、有害梭菌的致病机制及与药物疗效相关作用机制、益生梭菌的主要产物及基因的应用、微生态制剂研制等方面研究进展, 为肠道梭菌在疾病预防和治疗方面的进一步研究提供思路与依据.
核心提要: 梭菌(Clostridium)属于厚壁菌门, 是肠道菌群中一类正常的兼性厌氧细菌, 主要包含有益的梭菌和有害的梭菌两类, 对机体生理、病理发生发展非常重要. 肠道梭菌在疾病防治、药理药效研究、新微生态制剂研发及临床应用方面有重要作用.
引文著录: 刘又嘉, 贺璐, 郭艳芳, 谭周进. 肠道梭菌的研究进展. 世界华人消化杂志 2017; 25(22): 2007-2014
Revised: May 29, 2017
Accepted: July 3, 2017
Published online: August 8, 2017
Clostridium spp. belongs to firmicutes, which is a large class of normal facultative anaerobic bacteria in intestine and can produce spores. Dozens of Clostridium strains have been reported in previous studies. Some of them were used to prevent, diagnose and treat relative human diseases, and others were demonstrated to be related to diseases including antibiotic-associated diarrhea, pseudomenbraneouscolitis and so on. Clostridium mainly derives from the intestinal tract and fecal matter and consists of two types: harmful and beneficial. This paper summarizes the Clostridium strains that have been found in former studies, the pathogenic mechanisms of harmful Clostridium and the therapeutic mechanisms of drugs for them, and the application of products and gene of beneficial Clostridium, with an aim to provide some clues to the prevention and treatment of diseases related to intestinal Clostridium.
- Citation: Liu YJ, He L, Guo YF, Tan ZJ. Research progress of intestinal Clostridium. Shijie Huaren Xiaohua Zazhi 2017; 25(22): 2007-2014
- URL: https://www.wjgnet.com/1009-3079/full/v25/i22/2007.htm
- DOI: https://dx.doi.org/10.11569/wcjd.v25.i22.2007
肠道菌群是人体最重要的"微生物器官", 总数达1014个, 共约1000多种, 总重约为1.0-1.5 kg. 肠道微生物是哺乳动物胃肠道反应的主要作用者, 参与机体多种生理、病理、毒理过程[1,2]. 梭菌作为肠道菌群中一类正常的优势细菌, 对人体非常重要, 主要包括有益的梭菌和有害的梭菌两类. 有益的梭菌主要有拟球梭菌亚群(Clostridium coccoides group)和柔嫩梭菌亚群(Clostridium leptum group)两大亚群[3], 参与代谢、免疫以及调节微生态平衡等诸多生理功能, 与人体健康息息相关; 有害的梭菌以艰难梭菌(Clostridium difficile)为代表, 能引起多种肠道疾病及其他相关疾病, 如骨髓炎、菌血症等. 前期国内主要研究了艰难梭菌的致病性以及酪酸梭菌的益生作用, 国外研究报道的梭菌种类较多. 现将已发现的肠道梭菌的种类及其应用作如下述评.
肠道正常梭菌通常分离自肠道和粪便, 主要可分为有益的梭菌和有害的梭菌两大类, 另还有少数梭菌因其对机体多方面的作用或者研究不够深入而不能明确地被归为有益或者有害的梭菌.
迄今为止, 国内外已经发现的肠道益生梭菌主要有酪酸梭菌(Clostridium butyricum)、普拉梭菌(Faecalibacterium prausnitzii)等, 具体有益梭菌种类及其来源如表1所示[4-8].
酪酸梭菌, 又名丁酸梭状芽孢杆菌、丁酸梭菌、丁酸菌. 因早期报道显示酪酸梭菌最早是由日本的宫入近治博士从粪便中分离得到, 因此也有人将其称为宫入菌[4]. 酪酸梭菌是拟球梭菌亚群和柔嫩梭菌亚群两个类群中的代表性菌株, 可以发酵产生丁酸, 使肠道的酸碱度显著降低[9], 有效地促进肠道内正常菌群(双歧杆菌等)生长, 抑制金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、大肠杆菌等肠道致病菌的生长繁殖, 维持肠道内菌群的平衡. 同时, 丁酸作为一种营养性物质, 可促进肠上皮细胞的再生修复, 迅速恢复受损肠黏膜, 起到抗溃疡、消炎的作用[10,11]. 酪酸梭菌的代谢产物维生素B和维生素K还可以促进机体生长[12,13].
普拉梭菌是健康成年人肠道微生物群中最丰富的细菌, 占总细菌群体的5%以上, 是柔嫩梭菌亚群的主要成员之一[14]. 已有的研究[15]证明在进行手术的克罗恩患者回肠中低的普拉梭菌水平与术后复发的较高风险相关, 普拉梭菌在体内和体外均表现出消炎效果, 普拉梭菌及其培养物上清液可以减少小鼠中2,4,6-三硝基苯磺酸诱导的结肠炎. 在炎症性肠病(inflammatory bowel disease, IBD)的治疗中, 普拉梭菌活菌不但可以纠正模型动物的肠道菌群失调、调控肿瘤坏死因子-α、白介素(interleukin, IL)-12、1L-10等细胞因子的分泌, 还可以产生丁酸为肠黏膜提供能量, 并通过非消化道的方式发挥作用. 普拉梭菌可能是有助于肠道微生态平衡的关键成员, 然而其在微生物群中的有益机制和作用仍不清楚, 需进一步探究.
除了研究最多的酪酸梭菌和普拉梭菌之外, 还有其他一些有益的梭菌--耳蜗形梭菌(Clostridium cocleatum)、Clostridium nexile、Clostridium saccharogumia. 一些研究证明他们对机体有一定的有益作用, 比如, 耳蜗形梭菌是革兰氏阳性环状细菌, 在小鼠肠道中表现出对艰难梭菌定殖的抗性[16]; 其数量在肝脏疾病进展中发生显著变化[17], 还可能对绞股蓝假单胞菌的抗癌作用有一定贡献[18]. Clostridium nexile能改善婴儿营养不良状况[7]. Clostridium saccharogumia能将植物木脂素secoisoleiciresinol二葡萄糖通过secoisolariciresinol转化为生物活性肠降血糖素和肠内酯[19].
随着人们生活水平的提高与医疗技术的进步, 虽然对慢性病诊疗、防治手段有了突飞猛进发展. 但是肠道疾病的发生越来越频繁, 高血糖、高脂血、癌症等患者也越来越多. 同时, 在一些地方的许多孩子依然饱受营养不良的折磨. 综上文献发现: 有益肠道梭菌能改善机体生理功能, 在慢性疾病防治特别是胃肠道方面尤其有一定的益生作用. 因此, 肠道有益梭菌的发现与研究有望改善或解决这些问题, 值得我们进行更深层次的探究.
目前国内外已经发现报道的有害肠道梭菌有将近10种, 具体菌种名及其来源如表2所示[20-28].
| 菌种名 | 来源 |
| 艰难梭菌(Clostridium difficile) | 粪便[20] |
| 产气荚膜梭菌(Clostridium perfringens) | 肠道[21] |
| 梭状梭菌(Clostridium clostridiiforme) | 肠道[22] |
| 类腐败梭状芽孢杆菌(Clostridium paraputrificum) | 粪便[23] |
| 肉毒梭菌(Clostridium botulinum) | 粪便[24] |
| 螺旋梭菌(Clostridium spiroforme) | 肠道[25] |
| 第三梭菌(Clostridium tertium) | 粪便[26] |
| Clostridium hathewayi | 粪便[27] |
| Clostridium bolteae | 粪便[28] |
艰难梭菌是人体正常菌群的重要组成部分, 约占3%以下, 是一种革兰氏阳性菌, 属于条件致病菌, 正常情况下肠道益生菌能抑制其过度生长并杀死降解其产生的毒素, 从而致病性不会表现出来[29]. 但是, 当出现菌群平衡失调, 艰难梭菌感染能引起多种疾病, 比如抗生素相关性腹泻、伪膜性结肠炎, 后者严重可危及生命[30]. 自2003年以来, 由于"高毒素"菌株--027/BI/NAP1的出现及迅速蔓延, 许多国家报告艰难梭菌感染(Clostridium difficile infection, CDI)的发病率和CDI严重病例的发病率增加[31].
产气荚膜梭菌(Clostridium perfringens), 又称魏氏梭菌(Clostridium welchii), 也属于条件性致病菌, 可引起抗生素相关性腹泻和食物中毒等. 根据其主要致死性毒素及其抗毒素中和试验, 产气荚膜梭菌被分为A、B、C、D、E 5种毒素型, 每种毒素型的菌均可产生α毒素(被发现的第1个既有毒素特性又有酶活性的细菌蛋白), 是产气荚膜梭菌最重要的毒素之一.
肉毒梭菌(Clostridium botulinum)在厌氧环境下能产生强烈的外毒素--肉毒毒素, 肉毒毒素是已知生物毒素和化学毒物中毒性最强的, 能引起特殊的神经中毒症状, 对人的最小致死量约为0.1 μg. 每一个肉毒梭菌菌株可产生一种毒素, 肉毒梭菌可根据其产生毒素的不同抗原性被分为8个类型, 即A、B、Cα、Cβ、D、E、F、G型, A、B、E、F 4种类型主要对人致病[32].
此外, 还有一些有害的梭菌被研究证明与多种疾病相关, 比如梭状梭菌(Clostridium clostridiiforme)能引起骨髓炎、后直肠椎旁脓肿和脑膜炎[33,34]; 类腐败梭状芽孢杆菌(Clostridium paraputrificum)可引起人类广泛的侵袭性感染, 包括骨髓坏死和菌血症[35,36]; 螺旋梭菌(Clostridium spiroforme)能产生毒素, 引起细胞感染[37]; 第三梭菌(Clostridium tertium)被认为是人类不常见的病原体, 但是在潜在的血液恶性肿瘤和中性粒细胞减少症患者中是菌血症的原因, 还能引起败血性休克[38,39]; Clostridium hathewayi可引起胆囊炎, 肝脓肿和菌血症[40]; Clostridium bolteae与儿童自闭症相关[41]等.
有害的梭菌虽然在一定条件下危害机体健康, 但同时在维持机体菌群平衡方面也起了不可缺少的作用. 目前其致病性相关作用机制研究尚浅, 如何避免其致病性或转化为益生作用, 有待我们进一步探索.
肠道中的梭菌除了有益和有害的梭菌外, 还有少数梭菌因其对机体多方面的作用或者研究不够深入而不能明确地被归为有益的梭菌或者有害的梭菌, 比如分离自粪便的共生梭菌(Clostridium symbiosum)[7]、Clostridium glycyrrhizinilyticum[42]和分离自肠道的Clostridium herbivorans[43]. Clostridium symbiosum能改善婴幼儿营养不良状况[7], 同时又有研究[44]表明其是某些潜在疾病患者菌血症发生的罕见原因. 目前对Clostridium glycyrrhizinilyticum和Clostridium herbivorans的研究较少, 尚不清楚其对人和动物的相关作用.
2.1.1 微生态制剂: 微生态制剂, 也叫活菌制剂或生菌剂, 是指运用微生态学原理, 利用对宿主有益无害的益生菌或益生菌的促生长物质, 经特殊工艺制成的制剂. 现在已经上市投入使用的微生态制剂主要由酪酸梭菌、双歧杆菌、乳酸菌等益生菌制成. 酪酸梭菌活菌散在儿童腹泻的治疗中, 与肠道内益生菌共存, 将氧气耗尽后形成一个无氧环境, 促进双歧杆菌的生长, 抑制有害菌的生长; 同时产生丁酸, 使受损的肠黏膜得以修复, 从而达到治疗腹泻的效果[45]; 以酪酸梭菌为主要成分的米雅BM片可使血浆内毒素的水平显著降低, 抑制机体释放血浆炎症因子, 起到辅助治疗肝硬化的作用[46]. 除了单独应用于疾病治疗, 酪酸梭菌制剂还可与其他药物联用, 从而增强疗效. 比如酪酸梭菌活菌散联合利巴韦林治疗普通型儿童手足口病, 能缩短退热、疱疹结痂和口腔溃疡愈合的时间[47]; 酪酸梭菌CGMCC0313.1散剂联合四磨汤治疗早产儿喂养不耐受可降低坏死性小肠结肠炎、出血、胆汁淤积等并发症的发生率, 提高早产儿喂养耐受[48]. 此外, 酪酸梭菌还可与其他益生菌一起制成联合制剂用于临床, 酪酸梭菌二联活菌胶囊(常乐康)包含酪酸梭菌和婴儿型双歧杆菌两种成分, 可有效预防重症监护室肠内营养相关性腹泻的发生[49], 也可防治婴幼儿肺炎继发性腹泻, 降低腹泻发生率[50]; 酪酸梭菌、糖化菌和肠球菌三种活菌组成的酪酸梭菌肠球菌三联活菌片联合灌肠疗法可减轻小儿机体炎性反应, 并有效缩短发热时间[51]. 酪酸梭菌制剂具有安全性高、效果好且成本低的特点, 在正常人肠道内也能有效维护肠道微生态平衡, 起到"治未病"的作用. 微生态制剂的研发与使用是肠道疾病预防和治疗的一个重要进步.
目前还很少将普拉梭菌制成微生态制剂而直接应用于临床, 但有研究表明口服普拉梭菌可达到增强肠道健康、预防或缓解某些肠道疾病的目的. Foditsch等[52]等的研究显示, 口服普拉梭菌可改善犊牛的肠胃健康并加快犊牛体质量的增长. 通过安全性、治疗效果等的试验研究发现, 普拉梭菌有望成为一种新的微生态制剂用于相关疾病的预防与治疗.
2.1.2 产物: 大多数益生菌主要是通过产生乙酸、丁酸等有机酸, 或者一些生物活性物质, 从而抑制有害菌的生长, 达到抗溃疡、抗炎的作用, 提高机体免疫力[9,10]. Zhou等[53]的研究表明酪酸梭菌可通过丁酸盐诱导的肠肝免疫调节小鼠中高脂肪饮食引起的脂肪性肝炎. 普拉梭菌可通过分泌一些微生物抗炎因子来达到缓解症状的目的. 在Breyner等[54]的研究中, 普拉梭菌产生的微生物抗炎因子可通过抑制核因子-κB通路, 在小鼠二硝基硫酸锌和葡聚糖硫酸钠诱导的结肠炎模型中表现出抗炎特性. Gilbert[55]的研究也表明普拉梭菌产生的某些因子可以缓解由5-氟尿嘧啶诱导的肠黏膜炎.
2.1.3 其他应用: 除了微生态制剂与产物方面的应用之外, 有研究[56]显示普拉梭菌的丰度可作为区分肠道疾病的一种生物标志物, 单独的普拉梭菌可很好地鉴别肠易激综合征(irritable bowel syndrome, IBS), IBD和结直肠癌(colorectal cancer, CRC); 而普拉梭菌结合大肠杆菌丰度(F-E指数)作为补充指标可以很好的区分CRC和溃疡性结肠炎(ulcerative colitis, UC), 同时F-E指数也是将UC、IBS与克罗恩病区分开来的良好标志物. 然而, 由于对这一领域的研究不够深入并且尚未达到共识, 今后还需在更多的不同种族的患者中进行研究, 以确定普拉梭菌的丰度可作为生物标志物协助治疗肠道疾病的具体条件.
目前, 大多数微生物制剂加工程序复杂、不易保存而使成本加大, 且利用度不高, 特别口服制剂吸收受限, 从而影响微生物制剂疗效而限制其很好的推广应用. 如何更安全、高效、便捷用于预防和治疗疾病将成为突破口, 或研发一款与不同药物、不同种属协同作用的新型微生物制剂可能成为未来研发的重点和方向.
2.2.1 发病机制的研究: 艰难梭菌对克林霉素、头孢菌素和四环素等抗生素的耐药性较高, 长期使用这些抗生素可降低机体免疫力并导致菌体移位寄生, 破坏肠道微生态平衡, 乳酸菌、双歧杆菌等益生菌对艰难梭菌的拮抗作用受到抑制, 艰难梭菌大量生长繁殖, 引起艰难梭菌感染, 导致相关疾病的发生[57]. 艰难梭菌有蛋白酶、胶原酶和透明质酸酶等多种侵袭性酶类和菌毛, 菌毛与宿主细胞相应受体结合以及侵袭性酶类增加机体的通透性可促进艰难梭菌在肠道内定殖[57]. 艰难梭菌的致病机制主要是毒素, 其分泌产生的致病毒素主要有毒素A、毒素B和二元毒素. 毒素A通过结合肠黏膜刷状缘细胞上的毒素受体, 改变细胞肌动蛋白骨架, 介导黏膜上皮细胞的环磷酸腺苷系统, 增加水和盐的分泌导致分泌性腹泻; 毒素B的细胞毒性比A强很多, 可直接破坏肠壁细胞, 使黏蛋白、纤维素渗出形成伪膜, 导致渗出性腹泻; 二元毒素可破坏细胞骨架, 增强毒素A和毒素B的作用.
与艰难梭菌致病机制相似, 产气荚膜梭菌的致病机制也主要是毒素. 五种生物型的产气荚膜梭菌分泌的毒素主要有α、β、ε和ι 4种, 其中α毒素可以由五种产气荚膜梭菌分泌产生, 又称为称为磷脂酶C, 能水解白细胞、红细胞等细胞的膜磷脂, 促进膜的解体; 同时具有出血、坏死和显著致死型等细胞毒性[58]. β毒素是B型和C型产气荚膜梭菌产生的一种致病因子, 可引起人体胃肠炎、食物中毒, 坏死性肠炎和肠黏膜出血性坏死, 最有可能是一种膜破坏毒素, 然而其具体的作用机制尚不明确[58]. ε毒素是仅由B型和D型产气荚膜梭菌产生的一种致死性毒素, 是牛羊产气荚膜梭菌疾病的主要致病因子, 可引起致死性肠毒血症, ε毒素是一种通透酶, 能增加动物内皮细胞核上皮细胞的通透性从而使毒素渗入机体器官, 导致细胞死亡[58]. ι毒素是只有E型产气荚膜梭菌能产生的一种皮肤坏死性和致命性二元毒素, 是公认的引起动物肠毒血症的主要毒素, 其结构由两条链组成, 分别为轻链Ia和重链Ib, 每条链都不能单独发挥作用. ι毒素发挥作用的致病机制为: Ib首先与细胞表面受体形成一个七聚体, 而后Ia与Ib的对接形成复合物诱导细胞内吞作用, Ia快速解聚肌动蛋白丝, 从而改变细胞包括吞噬作用、囊泡运输、信号传导等诸多重要的过程, 这些功能的积累促使细胞凋亡, 最终导致肠毒血症的发生[58].
肉毒梭菌产生的肉毒梭菌毒素可引起人类肉毒中毒, 临床上肉毒中毒可分为肉毒食物中毒、婴儿肉毒中毒和伤口肉毒中毒三种形式. 肉毒食物中毒主要是食入了被肉毒梭菌污染的食物引起, 是最普遍最常见的一种机体肉毒中毒形式; 婴儿肉毒中毒主要发生在1-9 mo的婴儿, 由于新生儿肠道内缺乏正常菌群, 接触肉毒梭菌后, 芽孢在肠道内定植、萌发、繁衍, 产生毒素从而引起中毒; 伤口肉毒中毒类似于破伤风, 由伤口处感染的肉毒梭菌进入人体后繁殖, 并产生肉毒毒素所致[59].
目前, 对有害梭菌的研究尚处于初步阶段. 其发病机制主要以艰难梭菌、产气荚膜梭菌、肉毒梭菌这三种有害梭菌研究为主, 其他种类有害梭菌发病机制研究较少, 但均缺乏深度与系统性, 有待进一步深入研究为防治提供思路.
2.2.2 药物疗效机制的研究: 艰难梭菌相关疾病可以通过新型窄谱抗生素、中药复方、微生态制剂和艰难梭菌疫苗等来治疗[57]. 艰难梭菌感染主要由抗生素使用不当引起, 使用适当的抗菌药物可有效防止艰难梭菌感染的发生; 艰难梭菌相关性疾病的发生是由于肠道内菌群失衡, 乳酸菌、双歧杆菌等有益菌的生长受到抑制, 某些中药汤剂可调节肠道微生态平衡, 恢复有益菌的生长, 比如参苓白术散[60]、七味白术散[1]; 除了通过中药复方调节肠道微生态治疗艰难梭菌感染外, 近些年来兴起的微生态制剂也不失为一种良方, 目前应用较多的是乳酸杆菌和双歧杆菌, 通过抑制艰难梭菌的生长, 促进肠道内有益菌代谢而达到治疗目的[57]; 艰难梭菌疫苗的研究已开展近20年, 目前主要有毒素A和毒素B、细胞壁蛋白Cwp66、蛋白酶蛋白Cwp84、S-层蛋白、鞭毛帽蛋白FliD、鞭毛蛋白FliC和细胞壁磷脂多糖PS-Ⅰ和PS-Ⅱ相关疫苗[57].
产气荚膜梭菌产生的大多为致死性毒素, 诱发的疾病发病急、死亡率高, 用普通的疗法往往效果不佳, 因此快速控制疾病、有效的检测毒素类型并进行针对性的预防和治疗非常重要, 产气荚膜梭菌疫苗和抗毒素血清可预防和快速控制疾病, 单克隆抗体可有效检测并治疗疾病[61,62]. 产气荚膜梭菌疫苗主要有三大类: 传统疫苗、基因工程亚单位疫苗和核酸疫苗[63]. 传统疫苗在相关疾病的预防治疗方面虽取得了一定的成果, 但存在难以抑制多种菌的混合感染或易引起不良反应等不足; 基因工程亚单位疫苗是以保护性抗原基因在真核或原核细胞中表达后的蛋白质、基因产物或多肽制成的, 具有安全性好、稳定性高的特点; 核酸疫苗有RNA疫苗和DNA疫苗2种, 是通过免疫学方法和现代生物技术研制成的, 能增强免疫保护力, 但其本身的安全性有待进一步研究.
对于肉毒中毒重要的是预防, 人们要加强健康意识, 改变不良的饮食习惯, 避免接触肉毒梭菌感染的食物, 以降低肉毒中毒的发生率, 通过接种肉毒类毒素疫苗和基因工程疫苗也可以有效地预防肉毒中毒. 目前还没有能有效治疗肉毒中毒的药物, 一般采用特异性肉毒抗毒素被动免疫治疗, 小分子肉毒毒素抑制剂与抗毒素联用是一种较好的治疗肉毒中毒的方法, 主要通过阻断肉毒毒素轻链进入神经细胞而发挥作用[64].
关于有害梭菌相关疾病防治尚缺乏安全高效、无不良反应、公认稳定的靶向药物. 目前研究较多或临床常用的主要有中药汤剂、微生态制剂、疫苗, 但是中药汤剂主体体质差异较大、疗效可重复性差、快速控制疾病欠佳; 微生态制剂口服吸收药物利用率低, 疗效难以保证; 疫苗是防治有害梭菌感染大规模流行的有效途径, 可预防和快速控制疫情蔓延, 但其本身的安全性有待进一步研究, 极少正式上市用于临床, 后期还需要相关研究人员不断深入进行试验, 以期能研制出适用于人体的高效安全防治有害梭菌的疫苗.
目前已经发现的梭菌中, 几乎每一种都与疾病息息相关, 或能用于缓解、治疗相关疾病影响其发生发展、预后转归, 或者具有致病性可导致疾病、加重病情. 随着科学技术的进步, 将可能会有更多新的梭菌被发现, 更多作用机制被深入探索或完善进而形成体系, 更加深入对肠道梭菌认识、运用. 综上认为, 在后续的工作中研究者们需要从更深入的层面来探究梭菌的治病或致病机制, 比如加强梭菌某些相关功能基因、毒素分子结构、细胞信号通路等方面的研究; 从广度和深度拓宽益生梭菌作用机制、制剂研发应用, 探索调控有害益生梭菌的新方法以达到维持肠道梭菌平衡, 充分利用益生梭菌防治疾病, 大大提高其利用率, 以期为肠道疾病及其他相关疾病开辟一些新的安全有效的预防和治疗方法.
梭菌是肠道内一类正常的兼性厌氧细菌, 属于厚壁菌门. 目前已经发现的梭菌有十几种, 其中有一些被用于疾病的预防、诊断或治疗, 还有部分被证明与人类某些疾病的发生、发展密切相关. 目前, 国内外已报道许多关于梭菌种类、有害梭菌的致病机制与药物疗效机制、益生梭菌产物及基因的研发等方面的研究, 但某些致病机制尚不明确或仍缺乏深度和广度, 有待进一步探索.
目前已经发现的梭菌中, 几乎每一种都与疾病发生、发展、预后相关, 或能用于缓解、治疗相关疾病, 或具有致病性. 艰难梭菌的致病机制主要是毒素, 其分泌产生的致病毒素主要有毒素A、毒素B和二元毒素. 其疫苗目前主要有毒素A和毒素B、细胞壁蛋白Cwp66、蛋白酶蛋白Cwp84等, 但均未投入临床使用. 基因工程亚单位疫苗是以保护性抗原基因在真核或原核细胞中表达后的蛋白质、基因产物或多肽制成的; 核酸疫苗有RNA疫苗和DNA疫苗两种, 是通过免疫学方法和现代生物技术研制成的, 以上是当前最新正在研发的产品, 或许能在此基础上研制出适用于人体的艰难梭菌疫苗.
梭菌病是由梭菌属中致病性菌种引起的疾病的总称, 发病急、病程短、死亡率高, 多因其产生的毒素而导致, 大多是人畜共患疾病类. 家畜中多见于牛、羊等. 土壤则是主要的传播媒介, 故也称土壤病. 多数菌种能产生剧烈的外毒素, 他既是致病的主要因子, 又是主要抗原, 转变成类毒素后能刺激动物产生抗毒素, 可用于预防相应的梭菌病.
本文通过阐述梭菌与疾病多方面的关系、总结微生物制剂现状, 并进行科学客观分析, 预测未来研发方向, 对促进肠道梭菌进一步向高、精、尖、实用方向研究具有积极意义.
本文主要探讨有益梭菌和有害梭菌在疾病防治、菌苗及微生物制剂研发等方面的应用, 科学分析药理药效作用机制, 总结并预测梭菌属当前研究现状、未来发展方向, 促进梭菌属向临床实用型发展, 进一步推动研发的深度和广度.
梭菌属(Clostridium Prazmowsk): 能形成芽孢、厌氧生长的革兰氏染色阳性大杆菌. 因芽孢常比菌体大, 致使菌体呈梭状而得名, 又称厌氧芽孢杆菌属. 形似细胞杆状, 0.3-2.0 μm×1.5-2.0 μm, 常排列成对或短链, 圆的或渐尖的末端. 通常多形态, 幼龄时革兰氏常呈阳性, 以周生鞭毛运动. 芽孢椭圆或球形孢囊膨大;
艰难梭菌: 又称难辨梭状芽孢杆菌(c-diff), 属厌氧性细菌, 一般寄生在人的肠道内. 如果过度服用某些抗生素, 艰难梭菌的菌群生长速度加快, 影响肠道中其他细菌, 引发感染. 广泛分布于自然生境中, 如土壤、干草、沙、一些大型动物(牛、驴和马)的粪便, 及狗、猫、啮齿动物和人的粪便, 除此之外还大量存在于水和动物的肠道中、婴儿的粪便中.
王富春, 教授, 吉林省长春中医药大学; 魏睦新, 教授, 博士生导师, 南京医科大学第一附属医院, 南京医科大学中西医结合研究所
本文总结了目前已报道的肠道梭菌种类、有害梭菌的致病机制与药物疗效机制、益生梭菌产物及基因的应用以及微生态制剂, 为肠道梭菌在疾病治疗方面的进一步研究提供依据.
手稿来源: 邀请约稿
学科分类: 胃肠病学和肝病学
手稿来源地: 湖南省
同行评议报告分类
A级 (优秀): 0
B级 (非常好): 0
C级 (良好): C
D级 (一般): D
E级 (差): 0
编辑:马亚娟 电编:李瑞芳
| 2. | O'Hara AM, Shanahan F. Gut microbiota: mining for therapeutic potential. Clin Gastroenterol Hepatol. 2007;5:274-284. [PubMed] [DOI] |
| 3. | Maukonen J, Mättö J, Satokari R, Söderlund H, Mattila-Sandholm T, Saarela M. PCR DGGE and RT-PCR DGGE show diversity and short-term temporal stability in the Clostridium coccoides-Eubacterium rectale group in the human intestinal microbiota. FEMS Microbiol Ecol. 2006;58:517-528. [PubMed] [DOI] |
| 4. | 李 雄彪, 马 庆英, 崔 云龙. 酪酸梭菌: 肠道健康的卫士. 上海: 复旦大学出版社 2008; 34-42. |
| 5. | Suau A, Rochet V, Sghir A, Gramet G, Brewaeys S, Sutren M, Rigottier-Gois L, Doré J. Fusobacterium prausnitzii and related species represent a dominant group within the human fecal flora. Syst Appl Microbiol. 2001;24:139-145. [PubMed] [DOI] |
| 6. | Boureau H, Decré D, Carlier JP, Guichet C, Bourlioux P. Identification of a Clostridium cocleatum strain involved in an anti-Clostridium difficile barrier effect and determination of its mucin-degrading enzymes. Res Microbiol. 1993;144:405-410. [PubMed] [DOI] |
| 7. | 营养不良的魔爪, 肠道菌帮忙挣脱. Available from: http://www.guokr.com/article/441212/. |
| 8. | Clavel T, Lippman R, Gavini F, Doré J, Blaut M. Clostridium saccharogumia sp. nov. and Lactonifactor longoviformis gen. nov., sp. nov., two novel human faecal bacteria involved in the conversion of the dietary phytoestrogen secoisolariciresinol diglucoside. Syst Appl Microbiol. 2007;30:16-26. [PubMed] [DOI] |
| 12. | 张 娟. 丁酸梭菌对肉鸡生长性能、肠道生理及盲肠菌群的影响. 杭州: 浙江大学 2015; . |
| 14. | Miquel S, Martín R, Rossi O, Bermúdez-Humarán LG, Chatel JM, Sokol H, Thomas M, Wells JM, Langella P. Faecalibacterium prausnitzii and human intestinal health. Curr Opin Microbiol. 2013;16:255-261. [PubMed] [DOI] |
| 15. | Sokol H, Pigneur B, Watterlot L, Lakhdari O, Bermúdez-Humarán LG, Gratadoux JJ, Blugeon S, Bridonneau C, Furet JP, Corthier G. Faecalibacterium prausnitzii is an anti-inflammatory commensal bacterium identified by gut microbiota analysis of Crohn disease patients. Proc Natl Acad Sci USA. 2008;105:16731-16736. [PubMed] [DOI] |
| 16. | Su WJ, Bourlioux P, Bournaud M, Besnier MO, Fourniat J. Evaluation of an experimental animal model allowing the study of the cecal microflora in the hamster, antagonistic to clostridium difficile. Ann Inst Pasteur Microbiol. 1986;137A:89-96. [PubMed] |
| 17. | Xie G, Wang X, Liu P, Wei R, Chen W, Rajani C, Hernandez BY, Alegado R, Dong B, Li D. Distinctly altered gut microbiota in the progression of liver disease. Oncotarget. 2016;7:19355-19366. [PubMed] [DOI] |
| 18. | Chen L, Tai WC, Brar MS, Leung FC, Hsiao WL. Tumor grafting induces changes of gut microbiota in athymic nude mice in the presence and absence of medicinal Gynostemma saponins. PLoS One. 2015;10:e0126807. [PubMed] [DOI] |
| 19. | Woting A, Clavel T, Loh G, Blaut M. Bacterial transformation of dietary lignans in gnotobiotic rats. FEMS Microbiol Ecol. 2010;72:507-514. [PubMed] [DOI] |
| 20. | Ghavidel M, Salari Sedigh H, Razmyar J. Isolation of Clostridium difficile and molecular detection of binary and A/B toxins in faeces of dogs. Iran J Vet Res. 2016;17:273-276. [PubMed] |
| 21. | Jost BH, Trinh HT, Songer JG. Clonal relationships among Clostridium perfringens of porcine origin as determined by multilocus sequence typing. Vet Microbiol. 2006;116:158-165. [PubMed] [DOI] |
| 22. | Wang RF, Kim SJ, Robertson LH, Cerniglia CE. Development of a membrane-array method for the detection of human intestinal bacteria in fecal samples. Mol Cell Probes. 2002;16:341-350. [PubMed] [DOI] |
| 23. | Simůnek J, Koppová I, Tiščenko G, Dohnálek J, Dušková J. Excretome of the chitinolytic bacterium Clostridium paraputrificum J4. Folia Microbiol (Praha). 2012;57:335-339. [PubMed] [DOI] |
| 24. | Dezfulian M, McCroskey LM, Hatheway CL, Dowell VR Jr. Selective medium for isolation of Clostridium botulinum from human feces. J Clin Microbiol. 1981;13:526-531. [PubMed] |
| 25. | Pathogenesis of bacterial infections in animals. John Wiley Sons, 2008. . |
| 26. | Mevissen-Verhage EA, Marcelis JH, de Vos MN, Harmsen-van Amerongen WC, Verhoef J. Bifidobacterium, Bacteroides, and Clostridium spp. in fecal samples from breast-fed and bottle-fed infants with and without iron supplement. J Clin Microbiol. 1987;25:285-289. [PubMed] |
| 27. | Steer T, Collins MD, Gibson GR, Hippe H, Lawson PA. Clostridium hathewayi sp. nov., from human faeces. Syst Appl Microbiol. 2001;24:353-357. [PubMed] [DOI] |
| 28. | Song Y, Liu C, Molitoris DR, Tomzynski TJ, Lawson PA, Collins MD, Finegold SM. Clostridium bolteae sp. nov., isolated from human sources. Syst Appl Microbiol. 2003;26:84-89. [PubMed] [DOI] |
| 30. | Denève C, Janoir C, Poilane I, Fantinato C, Collignon A. New trends in Clostridium difficile virulence and pathogenesis. Int J Antimicrob Agents. 2009;33 Suppl 1:S24-S28. [PubMed] [DOI] |
| 31. | Barbut F, Jones G, Eckert C. Epidemiology and control of Clostridium difficile infections in healthcare settings: an update. Curr Opin Infect Dis. 2011;24:370-376. [PubMed] [DOI] |
| 33. | Spitzer RD, Ratzan KR. Chronic osteomyelitis due to Clostridium clostridiiforme. South Med J. 1991;84:671-672. [PubMed] |
| 34. | Borrega-García P, Jiménez-Mejías ME, Chinchón I, Cuello-Contreras JA. A retrorectal paravertebral abscess and meningitis due to Clostridium clostridioforme. Med Clin (Barc). 1994;102:279. [PubMed] |
| 35. | Shinha T, Hadi C. Clostridium paraputrificum Bacteremia Associated with Colonic Necrosis in a Patient with AIDS. Case Rep Infect Dis. 2015;2015:312919. [PubMed] [DOI] |
| 36. | Guerrero-Araya E, Plaza-Garrido A, Díaz-Yañez F, Pizaro-Guajardo M, Valenzuela SL, Meneses C, Gil F, Castro-Nallar E, Paredes-Sabja D. Genome Sequence of Clostridium paraputrificum 373-A1 Isolated in Chile from a Patient Infected with Clostridium difficile. Genome Announc. 2016;4:pii e01178-16. [PubMed] [DOI] |
| 37. | Pathogenesis of bacterial infections in animals. John Wiley Sons, 2008. . |
| 38. | Shah S, Hankenson J, Pabbathi S, Greene J, Nanjappa S. Clostridium tertium in neutropenic patients: case series at a cancer institute. Int J Infect Dis. 2016;51:44-46. [PubMed] [DOI] |
| 39. | Chalhoub V, Kallab R, El Hajj A, Hachem K, Yazbeck P. Septic shock due to Clostridium tertium in an immunocompetent patient following colitis without inflammatory bowel disease. Anaesth Crit Care Pain Med. 2016;35:167-168. [PubMed] [DOI] |
| 40. | Elsayed S, Zhang K. Human infection caused by Clostridium hathewayi. Emerg Infect Dis. 2004;10:1950-1952. [PubMed] [DOI] |
| 41. | Pequegnat B, Sagermann M, Valliani M, Toh M, Chow H, Allen-Vercoe E, Monteiro MA. A vaccine and diagnostic target for Clostridium bolteae, an autism-associated bacterium. Vaccine. 2013;31:2787-2790. [PubMed] [DOI] |
| 42. | Sakuma K, Kitahara M, Kibe R, Sakamoto M, Benno Y. Clostridium glycyrrhizinilyticum sp. nov., a glycyrrhizin-hydrolysing bacterium isolated from human faeces. Microbiol Immunol. 2006;50:481-485. [PubMed] [DOI] |
| 43. | Varel VH, Tanner RS, Woese CR. Clostridium herbivorans sp. nov., a cellulolytic anaerobe from the pig intestine. Int J Syst Bacteriol. 1995;45:490-494. [PubMed] [DOI] |
| 44. | Toprak NU, Özcan ET, Pekin T, Yumuk PF, Soyletir G. Bacteraemia caused by Clostridium symbiosum: case report and review of the literature. Indian J Med Microbiol. 2014;32:92-94. [PubMed] [DOI] |
| 52. | Foditsch C, Pereira RV, Ganda EK, Gomez MS, Marques EC, Santin T, Bicalho RC. Oral Administration of Faecalibacterium prausnitzii Decreased the Incidence of Severe Diarrhea and Related Mortality Rate and Increased Weight Gain in Preweaned Dairy Heifers. PLoS One. 2015;10:e0145485. [PubMed] [DOI] |
| 53. | Zhou D, Pan Q, Liu XL, Yang RX, Chen YW, Liu C, Fan JG. Clostridium butyricum B1 alleviates high-fat diet-induced steatohepatitis in mice via enterohepatic immunoregulation. J Gastroenterol Hepatol. 2017; Jan 20. [Epub ahead of print]. [PubMed] [DOI] |
| 54. | Breyner NM, Michon C, de Sousa CS, Vilas Boas PB, Chain F, Azevedo VA, Langella P, Chatel JM. Microbial Anti-Inflammatory Molecule (MAM) from Faecalibacterium prausnitzii Shows a Protective Effect on DNBS and DSS-Induced Colitis Model in Mice through Inhibition of NF-κB Pathway. Front Microbiol. 2017;8:114. [PubMed] [DOI] |
| 55. | Gilbert RM. Dietary caffeine and alcohol consumption by rats. J Stud Alcohol. 1976;37:11-18. [PubMed] [DOI] |
| 56. | Lopez-Siles M, Duncan SH, Garcia-Gil LJ, Martinez-Medina M. Faecalibacterium prausnitzii: from microbiology to diagnostics and prognostics. ISME J. 2017;11:841-852. [PubMed] [DOI] |
| 58. | 乔 艺然. A型产气荚膜梭菌感染雏鸡病理形态学研究. 哈尔滨: 东北农业大学 2015; . |
| 61. | 刘 雪慧. C、D型产气荚膜梭菌二价类毒素疫苗及抗毒素血清的研制. 泰安: 山东农业大学 2015; . |
| 62. | 刘 萌萌. 产气荚膜梭菌β毒素单克隆抗体的制备及鉴定. 泰安: 山东农业大学 2015; . |