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肠-脊柱轴:肠道菌群与脊柱退行性疾病有关系吗?

 菌情观察室 2023-11-20 发布于北京

随着人口老龄化的增加,脊柱退行性疾病患者的数量一直在上升。脊柱退行性疾病是由于脊柱结构退化引起的疾病的总称,包括骨质疏松性椎体骨折(骨骼)、小关节骨关节炎(软骨)、椎间盘退行性病变(椎间盘)、腰椎管狭窄(韧带)和脊柱肌少症(肌肉)。此外,骨质疏松症、小关节骨关节炎、椎间盘退行性病变、腰椎管狭窄、脊柱肌少症往往并存,且发病率随年龄增长而增加,对彼此的病理产生不利影响,形成恶性循环。

 

脊柱退行性疾病的风险因素包括衰老、繁重的劳动(机械应力)、创伤、遗传、肥胖和代谢综合征等。脊柱退行性疾病引起的疼痛和瘫痪已经成为影响患者生活和工作的主要问题,给患者、家庭和社会造成了重大的经济负担。脊柱结构的渐进性退化不仅归因于生物力学损伤或应激,还归因于生物化学应激源,这些应激源会对脊柱结构中细胞和组织的正常活动产生不利影响。生物力学和生物化学因素之间复杂的相互作用,导致脊柱退行性病变的病理生理学。

随着年龄的增长,会发生慢性低水平持续性组织炎症,这被称为“炎性衰老”,它已被报道与骨质疏松症、椎间盘退行性病变、骨关节炎和肌少症的发生有关。

肠道菌群参与一系列代谢、免疫、结构和神经功能,包括代谢稳态、免疫系统发育和成熟、抗感染和神经递质的产生。肠道菌群及其代谢物在神经内分泌和免疫功能中发挥重要的调节作用,参与肠道内外各种器官的疾病过程,比如大脑、肾脏、肝脏、心脏和肌肉骨骼。肠道菌群还参与炎症性疾病的发生和发展,比如肥胖和代谢综合征。肠道菌群的破坏已成为诱导炎症细胞因子和有害细菌代谢物产生的潜在危险因素,可能参与包括脊柱退行性疾病在内的肌肉骨骼疾病的病理生理机制。

影响肠道菌群的因素与脊柱退行性疾病

健康的肠道菌群保持着一种动态的自我平衡状态,由肠道菌群组成的丰富性和多样性及其抵御各种干扰的稳定性和弹性所决定。肠道菌群的丰富性和多样性可被环境因素(比如衰老)和生活方式因素(比如饮食、睡眠和运动)所改变。

  • 衰老

肠道菌群在与宿主共同进化的过程中,随着年龄的变化,从婴儿期到老年期会持续发生变化,机体衰老不可避免地伴随着肠道菌群的变化。老年人的肠道菌群特征是多样性和稳定性降低,产短链脂肪酸的基因表达减少,糖复合物降解能力降低,蛋白水解功能增强,表现为变形菌门细菌富集,这个细菌门包含许多机会致病菌,而拟杆菌门和梭菌属细菌的比例增加。

此外,衰老不仅影响肠道菌群的组成,还与肠腔和屏障功能的变化有关,包括肠保护性黏液层的收缩、肠紧密连接蛋白的丧失和肠上皮屏障的通透性增加。

近年来,出现了一种以细胞衰老为中心的衰老观。衰老的细胞会在各种哺乳动物物种(包括啮齿动物和灵长类动物)的组织和器官中表现出年龄依赖性的积累。存活的衰老细胞会分泌各种炎症细胞因子,促进慢性炎症和癌变。发生在老年人中的低水平慢性炎症,部分归因于细胞衰老。随着年龄的增长,衰老细胞负担的增加会破坏组织结构和功能,并且正在成为增加老年人疾病风险和死亡率的重要因素。骨质疏松症、肌肉减少症、椎间盘退行性病变和骨关节炎都是与细胞衰老相关的肌肉骨骼疾病。

衰老相关的氧化应激和炎症增加会促进衰老细胞的积累,应用抗氧化剂可以在体外和体内抑制细胞衰老。因此,中和氧化应激源可能会减弱或延缓衰老细胞的发生和积累。肠道菌群的各种代谢物具有很强的抗炎和抗氧化特性,可能有助于预防衰老相关的炎症和致瘤环境。相反,肠道菌群失调也会引起全身的慢性炎症应激,这可能会促进细胞衰老。肠道菌群失调也可能通过细胞衰老影响脊柱退行性疾病。因此,肠道菌群与人类衰老密切相关,肠道菌群的变化可以预测脊柱退行性疾病的发生和预后。

  • 生活方式因素(饮食、睡眠、运动

饮食、睡眠和运动是健康生活方式的三个关键组成部分,可以影响肠道菌群的组成和功能。

根据营养成分的差异,饮食可以显著改变肠道菌群组成,这归因于营养物质可以改变肠道菌群微环境,包括肠道菌群组成、代谢和宿主的免疫反应。

睡眠时间对肠道菌群的组成和功能也有显著影响。睡眠时间短会促进肠道菌群异常,导致多样性减少和抗炎肠道细菌减少,这可能会影响慢性炎症相关疾病。

运动可以对肠道菌群组成和代谢功能产生积极影响,并为宿主提供健康益处。与久坐不动的人相比,运动员的肠道菌群多样性高,且具有抗炎特性和较高的短链脂肪酸合成能力。

在年轻人和老年人的研究中,双歧杆菌和普氏栖粪杆菌在有氧运动和阻力训练后增加,粪便中短链脂肪酸丁酸的浓度增加。双歧杆菌和普氏栖粪杆菌都参与短链脂肪酸的产生,可增强抗炎作用。

有规律的运动对老年人有益,尤其是那些超重的老年人,因为它能保持肠道菌群组成和功能的稳定。运动在预防和治疗脊柱退行性疾病方面的作用不仅仅限于典型的康复效果,比如改善肌肉功能、缓解疼痛和改善活动范围,而且还包括改善肠道菌群组成和功能的协同效应,从而改善宿主的健康益处。

衰老、饮食变化、吸烟和饮酒、疾病、抗生素使用和病原体都可改变肠道菌群组成,导致菌群失调。肠道菌群失调可导致代谢和免疫调节网络的失衡,从而导致炎症、组织破坏和疾病发生。

肠漏是肠道菌群失调的一个典型例子,其特征是肠壁对抗原的通透性改变,导致全身炎症和异常的免疫反应。当肠漏发生时,肠道菌群失去其保护能力,肠道屏障受损,细菌来源的化合物的扩散增强,代谢物和细胞因子的表达改变。这种失调的循环炎性细胞因子可能到达脊柱结构,包括骨骼、软骨、椎间盘、韧带和肌肉,从而破坏正常细胞信号和代谢活动。

在眼科,肠道菌群失调会引起慢性低度炎症,肠道通透性增加和IL-6IL-1β、TNF-α和VEGF-A产生增加,最终导致脉络膜新生血管的病理性血管生成加剧。类似的机制也可能存在于各种疾病的病理性血管生成中,包括脊柱退行性疾病。肠道菌群失调也可以改变肠壁通透性和生理代谢功能,破坏免疫、内分泌、血管和神经系统反应,最终导致免疫失调(过敏、自身免疫性疾病、炎症)、代谢疾病(糖尿病、代谢综合征)、心血管疾病(冠状动脉疾病)、神经发育障碍(自闭症)、神经退行性疾病(阿尔茨海默病)、癌症(胃癌、肺癌、结肠癌)甚至脊柱退行性疾病(骨质疏松症、小关节骨关节炎、椎间盘退行性病变、腰椎管狭窄)等疾病。

此外,无菌小鼠骨髓祖细胞的数量减少,表明肠道菌群会影响骨髓中的免疫细胞。人类脊柱有26块椎骨,它们是免疫细胞的一大来源。肠道菌群失调可引起脊髓免疫细胞形成异常,导致全身炎症和背痛。总之,肠道菌群在衰老相关的慢性炎症相关疾病的病理发生中的作用和相关性不容忽视。

肠道菌群失调如何影响脊柱结构的健康

在正常生理条件下,肠道菌群在宿主生理的各个方面发挥着基础性作用,包括营养和代谢等功能,维持肠道屏障的完整性以阻止病原体入侵,并支持宿主的免疫反应。相反,这些功能的破坏可能导致炎症、疼痛和各种疾病的发生。

肠道菌群失调可通过以下三种机制影响脊柱结构的健康:

1营养,包括钙、氨基酸和维生素

肠道菌群可以调节钙吸收,肠道菌群还参与维生素B和维生素K的合成,以及必需和非必需氨基酸、短链脂肪酸(乙酸、丙酸和丁酸)和神经递质的产生。因此,肠道菌群通常被认为是一种能够影响远端器官和系统功能的内分泌器官。

  • 钙的吸收以及维生素K和氨基酸的产生,对肌肉骨骼健康是必不可少的,这两者都涉及肠道菌群。

  • B族维生素的镇痛、抗炎和神经保护作用已被广泛记载。在B族维生素中,维生素B12被认为对减轻背痛和神经痛有效。

(2)雌激素、短链脂肪酸系统性炎症相关的免疫调节

  • 由于肠道菌群会分泌雌激素调节酶,肠道菌群的异常变化(比如多样性可能导致循环雌激素水平下降。绝经期雌激素缺乏是绝经后骨质疏松症的主要原因,绝经期雌激素缺乏导致破骨细胞形成和骨吸收过多,导致骨质快速流失。雌激素水平降低会增加炎症和破骨细胞因子的产生,导致骨质疏松。失去雌激素免疫抑制作用的绝经后妇女,由于肠道菌群组成的变化引起的炎症状态增加,可能会经历更大的骨质流失。因此,肠道菌群与雌激素的相互作用影响肠道菌群组成和宿主组织对肠道菌群的反应包括骨骼。

  • 短链脂肪酸肠道菌群发酵膳食纤维产生的在调节肠道炎症和上皮屏障功能中起关键作用。此外,短链脂肪酸进入血液,进一步促进全身炎症的调节。短链脂肪酸还影响代谢的各个方面,包括骨代谢、葡萄糖代谢、棕色脂肪组织激活、肝脏线粒体功能调节、全身能量稳态、食欲和睡眠调节。

  • 革兰氏阴性菌的细胞壁成分脂多糖(LPS)是一种炎症性物质,作用于巨噬细胞,维持组织稳态并发挥促炎作用。LPS通过肠道和血液进入身体循环,可引起低水平的系统性炎症。LPS水平在慢性炎症性疾病中升高,比如肥胖、代谢综合征、骨质疏松症、骨关节炎和椎间盘退行性病变。

3神经递质和瘦素,它们会影响骨代谢,最终导致成骨细胞和破骨细胞之间的失衡

  • 神经递质,比如多巴胺、5-羟色胺、去甲肾上腺素、谷氨酸和γ-氨基丁酸,可由肠道菌群直接产生,也可由肠道菌群间接调节。至少50%的多巴胺在肠道中产生,并通过参与免疫反应在全身性炎症和慢性疼痛中具有调节功能。90%5-羟色胺是在肠道中产生的,肠道来源的循环5-羟色胺会抑制骨形成并减少骨量。肠道菌群可以调节肠道中产生5-羟色胺的肠嗜铬细胞。5-羟色胺还能调节与疼痛相关的生理功能。

  • 去甲肾上腺素也会引起疼痛和炎症。谷氨酸和γ-氨基丁酸在中枢神经系统中分别作为主要的兴奋性和抑制性神经代谢物,发挥各种重要的生理作用,包括调节疼痛。

  • 瘦素一种脂肪细胞特异性激素,可以调节骨形成,而肠道菌群积极调节全身瘦素水平,并参与骨代谢。

因此,肠道细菌产生的一些分子是有益的,而另一些则是有害的,可以影响肠道内的内分泌细胞、肠道神经系统、肠道通透性和免疫系统。同时,肠道菌群组成和功能可能对脊柱退行性疾病相关的脊柱结构(比如骨骼、软骨、椎间盘、韧带和肌肉)的退行性病变和疼痛具有有益或有害的影响。

-脊柱轴

肠道菌群影响宿主代谢、免疫、内分泌环境和肠--骨轴。它还通过多种潜在机制影响脊柱结构,包括骨骼、软骨、椎间盘、韧带和肌肉。

肠道菌群失调相关的炎症应激增加会促进脊柱肌肉骨骼细胞的衰老和脊柱结构中各种衰老细胞的积累。衰老细胞可能引起局部和全身性炎症,并促进以下脊柱退行性疾病的发生:骨质疏松症(衰老骨细胞和成骨细胞),骨关节炎(衰老软骨细胞),椎间盘退行性病变(衰老髓核细胞)。

  • -骨轴:骨质疏松和骨质增生

与骨代谢相关的脊柱退行性疾病包括骨质疏松性锥体骨折和骨质增生疾病,比如后纵韧带骨化和弥漫性特发性骨骼增生。骨质疏松和骨质增生的发病机制涉及免疫炎症机制。骨骼是一个依赖于成骨细胞和破骨细胞之间的动态平衡来维持正常功能的器官。

近年来,肠道菌群对骨组织的影响已在无菌动物、使用抗生素清除肠道菌群的动物以及人类中得到了证实。此外,骨质疏松症的存在与肠道菌群组成和多样性有关。

肠道菌群失调会导致骨质疏松症,也可能影响骨质增生疾病。后纵韧带骨化和弥漫性特发性骨骼增生等骨质增生疾病与肥胖、2型糖尿病和代谢综合征并发症密切相关,它们都表现出衰老相关的全身性低度炎症。此外,后纵韧带骨化与瘦素和慢性炎症有关。如前所述,肠道菌群失调影响骨代谢,与低水平的慢性炎症相关疾病和神经递质有关,这表明它不仅可能是骨质疏松症的病理因素,也可能是骨质增生疾病(比如后纵韧带骨化)的病理因素。

因此,“肠-骨轴”表明肠道菌群通过营养吸收、炎症免疫和神经递质与骨代谢相关,肠道菌群失调与骨质疏松症和骨质增生疾病之间存在强烈关联。

  • -关节轴:骨关节炎

“肠-关节轴”是基于肠道与关节之间可能的相互作用而建立的。

肥胖和代谢综合征不仅是下肢负重关节发生骨关节炎的危险因素,也是非负重关节(腕关节和颞下颌关节)发生骨关节炎的危险因素。尽管机械和遗传因素在骨关节炎的发生中起着重要作用,但越来越多的报道表明,低水平的全身性慢性炎症在骨关节炎的发生和进展中也起着重要作用。低水平的炎症与肥胖/代谢综合征以及衰老、饮食和绝经后妇女的雌激素缺乏有关,所有这些都与骨关节炎和肠道菌群失调密切相关。

有研究表明,骨关节炎患者表现出明显的肠道菌群失调,揭示了与骨关节炎相关的病原微生物的变化。此外,由于微生物存在于膝关节炎和髋关节炎中,肠道菌群失调导致的菌血症所引起的隐性或亚临床细菌感染可能加重骨关节炎。

  • -椎间盘轴:椎间盘退行性病变

椎间盘包括三个相互关联的结构,即中央胶状髓核、外纤维环和上下软骨终板。椎间盘通常被认为是人体最大的无血管化结构,在椎间盘退行性病变中可以检测到血管侵入。

虽然椎间盘退行性疾病是多因素的,但慢性不受控制的低度炎症逐渐被发现与其病因有关。由于血液-椎间盘屏障的存在,使得椎间盘具有免疫特权,并保护它免受系统性感染,这也阻碍了免疫系统在椎间盘内的免疫监视。缺氧和缺乏免疫监视的椎间盘为厌氧细菌在退行性病变的椎间盘中生长创造了理想的条件。这些生长在椎间盘中的细菌可以通过释放炎症因子(比如IL-6TNFα)来招募更多的炎症细胞(比如T细胞、B细胞、树突状细胞、巨噬细胞)。

因此,受损的椎间盘可以成为逃避体液和细胞免疫的微生物生长和增殖以及有害微生物代谢物的传播的理想场所。肠道菌群失调可能导致肠道细菌及其代谢物迁移到血液和椎间盘中,引发或加重椎间盘退行性病变。

2020年,印度的科研团队评估24个腰椎间盘样本,并报道健康椎间盘中的微生物组成与退行性病变的椎间盘和突出的椎间盘明显不同。因此,“肠-椎间盘轴”的概念也正在出现,它可能在椎间盘退行性病变和腰痛中发挥重要作用。

  • -韧带轴:腰椎管狭窄

除了小关节骨关节炎和椎间盘退行性病变外,黄腰韧带增厚是腰椎管狭窄发病的主要原因,炎症相关的疤痕机制与腰韧带增厚相关。

腰椎管狭窄与糖尿病、高血压和代谢综合征之间存在关联,而这些疾病又都与肠道菌群失调密切相关,但没有报道显示腰椎管狭窄与肠道菌群菌群失调之间存在关联。然而,椎间盘退行性病变和小关节骨关节炎作为腰椎管狭窄相关的因素,都与肠道菌群有关系。此外,腰椎管狭窄患者的韧带增厚中可观察到炎症,表明腰椎管狭窄与肠道菌群之间也可能存在潜在的联系,提示可能存在“肠-韧带轴”。

  • -肌轴:脊柱肌少症

肌少症被定义为骨骼肌质量、力量和功能的进行性和系统性丧失。肠道菌群失调可通过炎症、免疫、蛋白质代谢、短链脂肪酸代谢和线粒体功能障碍影响肌肉量和功能,从而导致脊柱肌肉减少,最终影响宿主生理。

研究人员在肌肉减少症病例中观察到肠道菌群多样性和组成的显著差异,并提出了“肠-肌轴”来解释两者之间的相互作用。由于脊柱肌少症(竖脊肌缺失)导致成人脊柱畸形的数量正在增加,其与肠道菌群的关系是一个有趣的研究课题。

  • 肠道菌群对脊柱退行性疾病相关疼痛的影响

脊柱退行性疾病的主要症状包括腰痛以及上肢和下肢神经源性疼痛或麻木。由于肠道菌群参与了调节炎症和疼痛的短链脂肪酸、神经递质和维生素的产生,因此它与脊柱退行性疾病相关疼痛密切相关是合理的。

肠道菌群会产生参与疼痛调节和镇痛有关的神经递质,包括多巴胺、5-羟色胺、去甲肾上腺素、谷氨酸和γ-氨基丁酸。此外,肠道菌群产生的B族维生素可以通过其抗炎和神经保护作用来发挥镇痛作用。在腰痛、纤维肌痛、慢性疼痛、膝关节炎、手关节炎和周围神经性疼痛患者中也发现了肠道菌群组成的异常,因此异常的肠道菌群组成可能与疼痛敏感性的个体差异有关。

然而,肠道菌群组成异常尚未证实与脊柱退行性疾病相关疼痛有关。了解肠道菌群脊柱退行性疾病源性疼痛之间的相互作用可能有助于了解脊柱退行性疾病的发病机制。

肠道菌群与脊柱肌肉骨骼疾病

  • 骨骼:骨质疏松症与放线杆菌、布劳特氏菌、颤螺菌、拟杆菌和考拉杆菌正相关;

  • 关节:小关节骨关节炎与肠道菌群的关系无报道;

  • 椎间盘:许多已知的人类病原体,比如维罗尼假单胞菌、施氏假单胞菌、咽颊炎链球菌、苍白普雷沃氏菌、鸡鸟杆菌、考氏肠杆菌、谭氏普雷沃氏菌、嗜硝酸盐单胞菌和非解乳糖链球菌,要么在病变的椎间盘中丰度较高,要么只存在于病变的椎间盘中;

  • 肌肉:肌少症与微生物多样性降低以及毛螺菌、Fusicantenibacter、罗斯拜瑞氏菌、真杆菌和Lachnoclostridium的丰度下降有关;

  • 其它: 青少年特发性脊柱侧弯者的普氏菌丰度增加;脊柱关节炎患者的产黑普雷沃氏菌、粪便普雷沃氏菌和普雷沃氏菌C561丰度增加,拟杆菌的丰度降低;牙龈卟啉单胞菌、肺炎克雷伯氏菌、产气克雷伯氏菌和普通拟杆菌与强直性脊柱炎的病理发生相关。

脊柱退行性疾病通常首先由椎间盘和小关节的退行性病变引起,也就是椎间盘退行性病变或小关节骨关节炎。结果,椎间体之间的稳定功能受损,导致椎间体和小关节周围形成骨刺,黄韧带增厚,导致腰椎管狭窄,包括腰椎滑脱。此外,脊柱肌少症和骨质疏松性椎体骨折可加速其病理。

由椎间盘退行性病变、小关节骨关节炎、腰椎管狭窄和骨质疏松性椎体骨折引起的脊柱退行性疾病相关疼痛会损害活动性,进一步加重肠道菌群失调、肌肉减少症和骨质疏松症。因此,骨质疏松症、椎间盘退行性病变、小关节骨关节炎、腰椎管狭窄和脊柱肌少症共存,不仅对脊柱退行性疾病有不利影响,而且肠道菌群失调也有不利影响,导致恶性循环。

调节肠道菌群可治疗脊柱退行性疾病吗?

由于脊柱退行性疾病在世界范围内的流行,迫切需要有效的疾病改善治疗策略来减轻症状和减缓脊柱退行性疾病的进展。

肠道菌群通过肠-骨轴、肠-关节轴、肠-椎间盘轴、肠-韧带轴和肠-肌轴等与远端的脊柱结构相互作用。由于肠道菌群失调引起的菌血症和慢性低水平炎症会对脊柱结构产生不利影响,并导致脊柱退行性疾病的发病和进展,包括骨质疏松症、椎间盘退行性病变和骨关节炎。恢复肠道菌群失调也可能通过肠-骨轴、肠-关节轴、肠-椎间盘轴、肠-韧带轴和肠-肌轴恢复生理调节,防止脊柱退行性疾病的发生和发展。

  • 生活方式饮食、睡眠、运动干预肠道菌群可能改善脊柱退行性疾病

由于肠道菌群失调与脊柱退行性疾病和慢性炎症之间的关系,肠道菌群失调可能参与了脊柱退行性疾病的发生和发展。健康的生活方式(包括饮食、睡眠和运动等因素)可以改善肠道菌群组成,增加好细菌的数量,并可能改善肠道菌群失调。肠道菌群失调的改善也可能减轻炎症,抑制脊柱结构的退化,并通过短链脂肪酸或神经递质来减轻疼痛。生活方式(饮食、睡眠、运动)与肠道菌群之间的相互作用有助于我们了解生活方式在预防和治疗慢性炎症相关疾病中的作用,包括脊柱退行性疾病。

值得注意的是,包括益生元和益生菌在内的饮食干预已显示出通过调节肠道菌群来控制骨质疏松症和骨关节炎的良好效果。

益生元是不可消化的食物成分,比如膳食纤维和低聚糖,可以有益于健康的方式刺激消化道中有益菌的生长和/或活性,诱导短链脂肪酸合成,影响细胞生长和分化,激素产生和炎症调节,并对宿主产生有益作用。益生菌是摄入足够数量,对宿主健康有益的活性微生物,通常是乳酸菌,它们调节上皮细胞、胃肠道平滑肌细胞中蛋白酶激活受体的表达,以调节胃肠道粘膜屏障功能和炎症。因此,它们通过促进上皮屏障功能和减少菌群失调,刺激抗菌物质和免疫球蛋白的产生,抑制细菌毒素的产生,从而促进宿主免疫反应和抗炎途径,在维持健康的肠道菌群稳态中发挥重要作用。

据报道,益生元和益生菌都具有抗炎作用,促进钙和维生素D的吸收,减少破骨细胞分化,保护骨骼和软骨。它们也显示出对骨质疏松症和骨关节炎的有益作用。

关于运动干预,肠道菌群已被证明可以改善骨骼肌质量和功能,而运动可以影响肠道菌群的组成。此外,脊柱结构退行性病变的治疗可以提高患者的运动水平,也会导致肠道菌群组成的改善。运动、肠道菌群和脊柱结构之间的这种良性循环关系可能有助于预防和治疗脊柱退行性疾病。

睡眠障碍会促进肠道菌群失调,肠道细菌多样性和抗炎肠道细菌减少,从而诱发全身性慢性炎症,这是慢性炎症相关性疾病(糖尿病和肥胖)的危险因素。慢性炎症与脊柱退行性疾病的发病和进展有关,因此,不能排除睡眠障碍和脊柱退行性疾病之间的联系。相反,健康的睡眠可以促进脊柱退行性疾病的改善。

肠道菌群在药物代谢中也具有重要作用,这可能影响药物的疗效。因此,通过改变生活方式来调节肠道菌群可能会提高镇痛药的疗效,并有助于减少药物用量。减少用药是脊柱退行性疾病患者的一个关键问题,因为多重用药也是一个严重问题。在这方面,通过改善生活方式来肠道菌群也可能有效。 

众所周知,保持健康的生活方式是基于良好的营养、经常运动和充足的睡眠。然而,在脊柱外科领域,很少有研究调查健康生活方式与脊柱退行性疾病之间的关系。基于肠道菌群的生活方式干预的治疗效果,既是脊柱退行性疾病治疗的新视角,也是对脊柱退行性疾病的有效治疗。

  • 粪菌移植

粪菌移植是通过将健康供体的粪便细菌移植到患者的肠道中,帮助恢复患者的肠道菌群,从而达到治疗疾病的效果。目前,粪菌移植在治疗急性炎症(比如艰难梭菌感染)、慢性炎症(比如克罗恩病和溃疡性结肠炎)方面非常有效。

粪菌移植在整个过程中保持了肠道菌群及其代谢物的完整性,从而最大限度地保留了肠道菌群的原有功能,显著改善肠道菌群相关疾病,更快速有效地恢复肠道微环境稳态。疾病引起的生理破坏可以改变肠道菌群的组成和丰度,肠道菌群失调又会诱发或加剧疾病,而粪菌移植有望预防或缓解疾病状况。

粪菌移植的潜在调节机制是重建正常的肠道环境和纠正肠道菌群的紊乱。它被认为有可能恢复肠粘膜屏障,改善肠通透性,恢复肠道代谢物的失衡,并调节免疫反应。

粪菌移植已经在以下几种肠道菌群失调相关疾病中得到了应用和验证:

(1)胃肠道疾病:细菌性肠道感染(艰难梭菌感染)、炎症性肠病(克罗恩病和溃疡性结肠炎)和肠易激综合征;

(2)肝脏疾病:重度酒精性肝炎、原发性硬化性胆管炎、肝硬化;

(3)脑部疾病:自闭症谱系障碍、帕金森病、多发性硬化症、阿尔茨海默病、癫痫;

(4)代谢性疾病:糖尿病、肥胖、代谢综合征、痛风;

(5)癌症:黑色素瘤、胃食道癌;

6)皮肤病:脱发、特应性皮炎。

粪菌移植也可以有效改善骨质疏松症、银屑病性关节炎和轴性关节炎。对于其它脊柱退行性疾病(骨关节炎、椎间盘退行性病变、腰椎管狭窄、脊柱肌少症),粪菌移植的作用尚未报道,肠道菌群失调可能会增加发生和进展的风险,进一步纠正肠道菌群组成和功能可能有助于预防、治疗和症状改善。

结论与展望

随着社会老龄化,脊柱退行性疾病患者数量不断增加,给患者及其家庭带来了重大的社会经济问题。脊柱退行性疾病是脊柱结构退行性疾病的总称,包括骨质疏松症(骨骼)、小关节骨关节炎(关节)、椎间盘退行性病变(椎间盘)、腰椎管狭窄(韧带)、脊柱肌少症(肌肉)等。

由于免疫、代谢和炎症等共同因素,肠道菌群与脊柱结构(骨骼、软骨、椎间盘、韧带和肌肉)之间的密切关系被称为肠-骨轴、肠-关节轴、肠-椎间盘轴、肠-韧带轴和肠-肌轴。

肠道菌群失调引起的菌血症和慢性低水平炎症会对脊柱结构产生不利影响,并促进脊柱退行性疾病的发生和进展,包括骨质疏松症、腰椎管狭窄、椎间盘退行性病变、脊柱肌少症和脊柱退行性疾病相关疼痛。由于肠道菌群产生的神经递质可以调节参与脊柱退行性疾病相关疼痛发生的外周神经系统神经元和疼痛感受器的兴奋性,因此肠道菌群可能调节脊柱退行性疾病的发病机制和治疗效果。肠道菌群和脊柱退行性疾病之间的密切联系使研究人员提出了“肠-脊柱轴”的概念。

科学进步往往是由研究领域的明确划分而推动,然而,要理解脊柱退行性疾病的复杂性和多面性,我们有必要整合不同学科的研究成果,比如脊柱解剖学、免疫学、微生物学、衰老等等。肠道菌群研究提供的观点是这种跨学科整合的一个很好的例子,它可能不仅为理解这些生物系统提供了一个新的框架,而且可能为开发治疗脊柱退行性疾病的有效疗法提供许多有价值的见解。与炎症和肠道菌群失调相关的新生物标志物可能预测脊柱退行性疾病的发生并监测治疗干预的有效性。肠道菌群失调和菌血症导致的慢性炎症和不良免疫效应也可能导致脊柱退行性疾病术后感染。

脊柱退行性疾病的增加是老龄化社会的一个紧迫问题,预防很重要。预防医学可分为三级:一级预防(健康促进、抗衰老医学、疾病预防)、二级预防(早发现、早治疗、预防加重)和三级预防(康复、预防复发)。肠道菌群与脊柱相关退行性疾病的所有三级预防方面密切相关。

-脊柱轴视角可以为脊柱退行性疾病的发病机制和治疗提供新的见解。

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