引用本文： 劉旭升, 劉鑒霄, 彭博, 俞永江. 腸道菌群與術后疼痛的研究進展：機制與臨床應用前景. 中國普外基礎與臨床雜志, 2024, 31(12): 1534-1539. doi: 10.7507/1007-9424.202408032 復制
版權信息： ?四川大學華西醫院華西期刊社《中國普外基礎與臨床雜志》版權所有，未經授權不得轉載、改編
術后疼痛是手術后不愉快的感覺和情緒體驗，不僅與手術創傷引起的炎癥刺激和神經損傷有關，也與內臟超敏反應有關，因此術后疼痛可分為軀體疼痛和內臟疼痛[1]。根據美國醫學研究所的數據，80% 的手術患者會在術后感到疼痛，其中88% 的患者為中度至重度疼痛[2]。盡管疼痛管理技術有所進步，但術后疼痛控制不佳仍是困擾外科醫生的一大挑戰。術后疼痛不僅影響患者的生活質量，還增加發生術后譫妄等圍術期并發癥的風險。有研究[3]指出，腸道菌群與疼痛的發生發展有關，其通過調節免疫反應、炎癥因子以及與中樞神經系統的雙向通信等機制來影響疼痛感知。此外，近年的臨床研究[4-6]進一步表明，與手術類型、性別、年齡、焦慮狀態等一樣，腸道菌群的組成和多樣性與術后急性和慢性疼痛有著密切的聯系。 因此，筆者系統查閱了近年來有關腸道菌群及術后疼痛的相關文獻并進行綜述，旨在探討影響腸道菌群的因素及腸道菌群調節術后疼痛的機制和治療策略。
1 腸道菌群和腸道菌群-腸-腦軸
人類腸道菌群主要由細菌組成，但也包括原生動物、真菌、古細菌和病毒，人體擁有數百種細菌，這些細菌的數量大約是人體細胞數量的10倍，其包含的基因組數量比人類基因組的數量大2～3個數量級，它們對宿主的健康至關重要[7]。在健康個體中，腸道菌群根據其所在的位置分為黏膜相關菌群和管腔菌群，并受年齡、遺傳、飲食、分娩方式和各種環境因素的調節[8]。黏膜相關菌群是指定植在腸道上皮細胞表面、與腸道黏膜層緊密接觸的微生物群體，而管腔菌群是指存在于腸道腔內，即腸道內容物中的微生物群體。黏膜相關菌群種類豐富，包含所有管腔菌群的種類，不易受飲食或壓力等外部因素的影響[9]。黏膜相關菌群對難以消化的膳食纖維進行發酵，產生短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFA），SCFA對于調節新陳代謝、免疫和維持腸道屏障的完整性具有至關重要的作用[10]。
腸道菌群-腸-腦軸是一個雙向通信網絡，該軸包括免疫系統、內分泌系統、腸神經系統、自主神經系統和中樞神經系統，通過各種神經、神經遞質和分子信號傳導機制，連接中樞神經系統和腸道菌群[9]。腸道菌群和大腦之間的直接神經通信是通過迷走神經實現的，細菌及其代謝產物刺激腸感覺神經元，通過迷走神經傳入纖維將傷害信號上傳至大腦，引起傳出反應釋放乙酰膽堿，通過激活巨噬細胞上的受體來抑制促炎細胞因子的產生[11]。腸道菌群通過腸-腦軸與中樞神經系統溝通，影響情緒、壓力反應和疼痛感知，因此，腸道菌群-腸-腦軸可作為開發針對術后疼痛新型療法的潛在靶點。
2 腸道菌群的影響因素
圍術期腸道菌群會受到多種因素的影響，例如麻醉、機械性腸道準備、手術、抗生素、年齡、禁食和術前焦慮，它們都可能會導致菌群失調[12]，筆者將影響最大的因素總結如下。
2.1 麻醉因素
腸道菌群的組成會受到麻醉藥物的影響，即使是短期的麻醉暴露也可能導致菌群失調，且不同麻醉藥物及方式對菌群的影響有所不同。除了細菌種類的變化外，腸道菌群相關的代謝物也因麻醉藥物而發生改變[13]。目前，關于麻醉藥物對于腸道菌群影響的研究大多集中在動物研究。 Han等[13]的研究表明，小鼠暴露于七氟烷吸入麻醉4 h會引起腸道菌群失調。在麻醉后第1天已經發生菌群失調，在第7天最為明顯，在屬水平上，麻醉后第14天擬桿菌屬、阿克曼菌和擬普雷沃菌的豐度顯著增加，乳酸菌的豐度顯著降低，這種變化可能會持續更長時間。除吸入麻醉藥物外，靜脈注射藥物丙泊酚也會導致腸道菌群失調，大鼠輸注丙泊酚3 h會導致擬普雷沃菌屬和乳酸桿菌屬在屬水平的豐度降低，第14天呈恢復趨勢[14]。阿片類鎮痛藥常與全麻藥物一起用于術中麻醉，已有文獻[15]明確指出，長期使用阿片類鎮痛藥可導致腸道菌群失調，但目前還不確定在術中短期使用是否會導致菌群失調，未來需要進一步研究來明確這種關系。
2.2 術前機械性腸道準備因素
為了避免手術部位感染和吻合口漏的機械性腸道準備已成為一種常見做法，但也會因此造成腸道菌群失調。腸道清潔通常對黏膜相關菌群的影響較小，但會使管腔菌群失調[16]。腸道清潔后會立即導致腸道菌群的細菌組成發生明顯變化，特別是雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌減少，而大腸桿菌、葡萄球菌等有害菌增加[17]。Jalanka等[18]報道，腸道清潔后的糞便樣本中細菌數量有所減少，并且菌群豐度也發生了顯著的變化，具體表現在變形桿菌、梭桿菌以及與多雷亞菌屬相關的細菌增加，梭狀芽胞桿菌簇Ⅳ的成員減少，分別在第28天和第14天后才恢復到基線水平。通常情況下，機械性腸道準備所導致的腸道菌群失調會在14 d內恢復到基線水平，但與口服抗生素聯合用于腸道準備時，至少需要30 d才能夠恢復到接近基線的水平[19]。
2.3 手術因素
手術作為一種應激刺激，通過促腎上腺皮質激素介導的機制增加腸道通透性并誘導腸道菌群失調[20]。手術往往會導致假單胞菌、葡萄球菌、腸球菌等潛在致病菌增加，而乳酸桿菌、雙歧桿菌等益生菌減少。在對實施結腸切除吻合術的大鼠進行的一項研究中，Shogan等[21]發現，結直腸手術不會影響管腔內容物（糞便）中的細菌，但會引起黏膜相關菌群組成發生顯著改變，具體來說，變形菌門中志賀菌和埃希菌的相對豐度增加了200倍，放線菌門中未培養細菌的相對豐度增加了約50倍。結直腸手術患者術后專性厭氧菌數量顯著減少，而假單胞菌、葡萄球菌、腸桿菌科和腸球菌的數量顯著增加[22]。此外，腸道菌群組成還會受到結直腸手術期間氧氣暴露的影響，有益的專性厭氧菌（如某些擬桿菌）減少，而有害的兼性厭氧菌（如腸球菌）增加[8]。另外，由于腸道血運受損所造成的組織缺血或灌注不足也會造成菌群失調，其特征是大腸桿菌和普雷沃菌增加，而乳酸桿菌減少[23]。
3 腸道菌群調節術后疼痛的分子機制
已經有許多證據證明了腸道菌群在不同類型疼痛中發揮著重要的作用。腸道菌群調節內臟疼痛和軀體疼痛的作用已日益顯著，腸道菌群能夠產生許多不同的介質和代謝物，通過調節中樞敏化和外周敏化來參與到術后疼痛的調節。中樞敏化是指在中樞神經系統中，神經元對疼痛信號的響應發生改變，使得疼痛的感知變得更加敏感，甚至對原本無害的刺激也產生疼痛感；外周敏化是指在外周神經末梢，尤其是在受傷或炎癥部位，局部的感受器和神經元的敏感性增加，從而使得外界的刺激引發更強烈的疼痛反應。腸道菌群在疼痛中的調節作用已在腸易激綜合征患者中發現，這種患者的疼痛屬于內臟疼痛[24]。內臟疼痛和相關超敏反應的一些通路和調節因子在軀體疼痛中也至關重要，包括初級感覺傳入神經的外周敏化、脊髓上行神經元的中樞敏化和下行抑制通路的改變[25]。
3.1 中樞機制
神經損傷或炎癥引起慢性疼痛中樞敏化的關鍵機制是神經炎癥[26]。有研究表明，神經膠質細胞（如小膠質細胞）的激活可產生腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白細胞介素（interleukin，IL）-1β等促炎細胞因子或CXC基序趨化因子配體1等趨化因子，并可導致谷氨酸能突觸神經傳遞增強、γ氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）能突觸神經傳遞減弱，或兩者同時發生，這兩種作用都有助于中樞敏化的發展，導致疼痛超敏反應[27]。此外，大腦中的內皮細胞、周細胞、小膠質細胞、星形膠質細胞和浸潤的免疫細胞，都能夠接受來自于胃腸道的外周輸入信號，這些細胞的激活均有助于神經炎癥的發展[26]。值得注意的是，腸道菌群在調節小膠質細胞的免疫功能和成熟方面起著十分重要的作用[28]。鑒于腸道菌群可以通過其代謝物SCFA調節小膠質細胞來參與多種神經系統疾病的發病機制，因此，有必要進行進一步的研究，以明確神經炎癥介導的慢性疼痛中樞敏化是否直接或間接地受到腸道菌群的調節。
3.2 外周機制
3.2.1 腸道菌群調節周圍神經系統的神經元興奮性
目前，關于腸道菌群調節術后疼痛機制的研究主要集中在腸道菌群調節疼痛的外周敏化機制上。一方面，腸道菌群代謝物通過激活或致敏疼痛相關受體或離子通道，如Toll樣受體（toll-like receptors，TLR）、瞬時受體電位（transient receptor potential，TRP）通道、GABA受體和酸敏感離子通道，直接調節背根神經節（dorsal root ganglia，DRG）中初級感覺神經元的興奮性[29-30]。如羅伊乳桿菌能減少由腹脹或辣椒素誘發的空腸脊神經放電，且這種反應可被特定的TRP香草素1（TRP vanilloid 1，TRPV1）通道拮抗劑所阻斷，或在TRPV1基因敲除小鼠中被抑制[31]。另一方面，腸道菌群代謝物通過激活非神經元細胞（如免疫細胞）釋放促炎細胞因子（如IL -6、IL-1β和TNF-α）、趨化因子（如趨化因子2）或抗炎細胞因子（如IL-4、IL-10）來間接調節DRG中初級感覺神經元的興奮性[30]。
3.2.2 病原體相關分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMP）
源自腸道菌群的PAMP被認為是慢性疼痛條件下外周敏化的重要因素。PAMP包括細菌胞壁成分，如肽聚糖（peptidoglycan，PGN）、β-葡聚糖和脂多糖（lipopolysaccharide，LPS），這些成分局部釋放后進入循環，與位于DRG中的免疫細胞和感覺神經元的模式識別受體結合參與外周敏化[32]。一方面，PAMP作用于免疫細胞以釋放促炎細胞因子和趨化因子，它們在DRG中間接激活或致敏初級感覺神經元。另一方面，DRG中的初級感覺神經元可以被PAMP直接激活或敏化[33]。例如，LPS可以與TLR4或TRPV1結合以誘導DRG中傷害性神經元的激活和敏化[34]。初級感覺神經元的配體（如PGN）激活TLR2也會導致動物的神經元過度興奮和疼痛反應[32]。白色念珠菌產生的β-葡聚糖可以與DRG初級感覺神經元中的樹突狀細胞相關性C型植物凝集素-1結合，通過樹突狀細胞相關性C型植物凝集素-1介導的PLC-TRPV1軸有助于β-葡聚糖的傷害感受作用，從而在小鼠中產生疼痛反應[35]。因此，來源于腸道菌群的PAMP通過直接作用于初級傷害感受神經元或間接作用于免疫細胞以誘導神經元過度興奮，從而導致外周敏化。
3.2.3 腸道菌群代謝物
除了PAMP，來自腸道菌群的代謝物也可以通過多種機制調節疼痛。
3.2.3.1 SCFA
腸道菌群將不易消化的膳食纖維發酵成SCFA，其主要包括丙酸鹽、丁酸鹽和乙酸鹽。這些脂肪酸在控制免疫反應方面的作用已得到充分認識，但它們與慢性疼痛的關系近些年才得到重視。SCFA通過激活游離脂肪酸受體2和3調節多種白細胞功能，包括細胞因子（IL-2、IL-6、IL-10 及TNF-α）和趨化因子（如趨化因子2）的產生[36]。丁酸鹽是疼痛研究領域中研究最多的SCFA。TNF-α在神經性疼痛外周敏化中起重要作用，丁酸鹽作為一種組蛋白去乙酰酶抑制劑，可通過抑制組蛋白去乙酰酶減少TNF-α的產生，進而減弱周圍神經損傷模型中的疼痛反應[37]。 因此，SCFA可通過受體介導的機制和組蛋白乙酰化介導的表觀遺傳機制來調節疼痛。
3.2.3.2 膽汁酸（bile acid，BA）
腸道菌群已成為影響BA代謝的關鍵因素[38]。G蛋白偶聯膽汁酸受體1（G protein-coupled bile acid receptor 1，GPBAR1，又名為TGR5）是BA的內源性膜受體，在初級感覺神經元和巨噬細胞中均有表達。在DRG神經元中，脫氧膽酸等BA對TGR5的激活可通過TRP A1依賴性機制引起細胞外鈣離子內流和動作電位的產生。然而，在外周巨噬細胞中BA激活TGR5會通過釋放內源性阿片類物質來產生鎮痛作用[39]。因此，雖然腸道菌群組成的改變及其衍生的次級BA代謝產物在慢性疼痛中的作用尚不清楚，但次級BA代謝產物可能通過TGR5介導的機制調節疼痛。
3.2.3.3 犬尿酸（kynurenic acid，KYNA）
已有證據表明腸道菌群在KYNA的生產過程中起了重要作用[40]。G蛋白偶聯受體35（G protein coupled receptor 35，GPR35） 在DRG神經元中表達上調，其可被KYNA激活從而導致體外DRG神經元興奮性降低，并在體內以劑量依賴性方式誘導鎮痛[41]。此外，超極化激活的環核苷酸門控通道在控制細胞興奮性方面起著關鍵作用，DRG神經元中GPR35的激活可抑制該門控通道，并降低腺苷酸環化酶的活性[41]。因此，KYNA通過激活GPR35參與了疼痛的調節。
3.2.4 神經遞質
許多神經遞質和神經調節物可以由腸道菌群產生，它們會影響疼痛信號傳導。 例如抑制性神經遞質GABA可能由乳酸桿菌屬、齒狀雙歧桿菌屬和雙歧桿菌屬產生，這些細菌利用谷氨酸脫羧酶-B對谷氨酸進行酶促脫羧反應來產生GABA，每天口服雙歧桿菌能夠調節內臟超敏反應大鼠糞便潴留模型中的感覺神經元活動[42]。最近的研究[43]表明，DRG神經元中表達GABA受體，GABA激活其受體使大部分感覺神經元胞體去極化，但由于傷害性纖維T型連接處的過濾作用，對傷害性傳遞產生凈抑制作用，可減輕神經性和炎癥性疼痛。此外，腸道菌群可以通過TLR直接調節腸嗜鉻細胞產生神經遞質5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT），在外周組織中，5-HT充當疼痛誘導介質，可能在術后炎癥性疼痛中發揮特定作用[44]。
4 益生菌在術后疼痛管理中的應用
益生菌是指定植于宿主腸道微生物組來提供健康益處的活微生物。開發緩解術后疼痛的益生菌，需要證據證明特定腸道菌群特征（組成、多樣性、豐度）與臨床結局改善之間的關聯，或確定可能受腸道菌群組成影響的特定途徑（如血清素或阿片受體）。目前，這兩類證據的數量都很有限，大部分證據都是通過動物模型或觀察性臨床試驗的次要結果獲得的。
手術切口在愈合過程中會引起炎癥反應，釋放的促炎細胞因子不僅在傷口局部，而且在脊髓背角組織中都會引起外周傷害感受器的致敏，導致痛覺過敏進而加劇術后疼痛。益生菌通過增加抗炎細胞因子的表達或直接限制特定促炎細胞因子的生物利用度來控制促炎信號傳導[45]。IL-10是一種非常重要的抗炎細胞因子，與受體結合后會產生抗炎作用[46]。在急性疼痛大鼠模型中，局部應用牙齦卟啉單胞菌LPS可以通過增加IL-10的水平的來減輕疼痛反應[47]。用植物乳桿菌MTCC2621治療金黃色葡萄球菌感染的傷口，發現在愈合的后期階段IL-10的表達增強[48]。其他益生菌，如鼠李糖乳桿菌UBLR-58、嗜酸乳桿菌LA-5、發酵乳桿菌SGL10、短乳桿菌SGL12、副干酪乳桿菌SGL 04和長雙歧桿菌UBBL-64，也通過類似的機制發揮抗炎作用[49-50]。有研究表明，IL-10還可誘導細胞因子信號轉導抑制因子1和3的產生，從而通過核因子-κB最活躍的亞基p65進一步減少促炎細胞因子的產生[51]。此外，益生菌鼠李糖乳桿菌ATCC
內臟疼痛是由內臟傷害感受器激活引起的，內臟器官對腹脹、組織缺血和炎癥高度敏感，因此，結直腸擴張模型被認為是一種以內臟疼痛為特征的模型[55]。在臨床前模型中，特異性益生菌療法可以降低內臟超敏反應[56]。大鼠口服植物乳桿菌PS128 14 d后，發現在結直腸擴張期間可通過調節腸-腦軸和下丘腦-垂體-腎上腺軸明顯抑制5-HT誘導的內臟超敏反應[57]。Ringel-Kulka等[58]納入了70例患有輕～中度腹痛的女性患者，患者單獨服用嗜酸乳桿菌NCFM或與乳雙歧桿菌Bi07聯合服用21 d，發現單獨服用酸性乳桿菌NCFM可誘導結腸μ-阿片受體mRNA和蛋白質表達，可緩解疼痛感覺。此外，鼠李糖乳桿菌JB-1、羅伊乳桿菌ATCC23172和植物乳桿菌NCIMB 826可通過改變DRG纖維中的信號傳導來抑制結直腸擴張引起的疼痛感知。這些研究證明了益生菌在術后疼痛管理中的潛在應用價值，識別個性化的菌群改變，即識別具有不同菌群特征的患者，對于開發用于治療術后疼痛的特定有益菌群是有必要的。
5 總結與展望
腸道菌群在圍術期受到麻醉、手術應激等多種因素的影響，并以多種方式影響著術后疼痛的發生發展，盡管腸道菌群對術后疼痛調節作用的研究已取得顯著進展，但腸道菌群在術后疼痛中的作用機制仍不完全清楚。未來的研究應重點關注以下幾個方面：第1，進一步明確腸道菌群在不同類型術后疼痛中的具體作用機制，探索其在術后疼痛管理中的潛在應用。第2，開發基于腸道菌群調節的創新性治療策略，例如益生菌療法等，以提高術后疼痛的控制效果。第3，鑒于個體間腸道菌群的多樣性和差異性，個性化的腸道菌群干預措施可能是未來術后疼痛管理的重要方向。
重要聲明
利益沖突聲明：本文所有作者均聲明不存在利益沖突。
作者貢獻聲明：劉旭升負責論文構思及撰寫；劉鑒霄和彭博負責文獻查閱；俞永江對文章進行指導與批閱。
術后疼痛是手術后不愉快的感覺和情緒體驗，不僅與手術創傷引起的炎癥刺激和神經損傷有關，也與內臟超敏反應有關，因此術后疼痛可分為軀體疼痛和內臟疼痛[1]。根據美國醫學研究所的數據，80% 的手術患者會在術后感到疼痛，其中88% 的患者為中度至重度疼痛[2]。盡管疼痛管理技術有所進步，但術后疼痛控制不佳仍是困擾外科醫生的一大挑戰。術后疼痛不僅影響患者的生活質量，還增加發生術后譫妄等圍術期并發癥的風險。有研究[3]指出，腸道菌群與疼痛的發生發展有關，其通過調節免疫反應、炎癥因子以及與中樞神經系統的雙向通信等機制來影響疼痛感知。此外，近年的臨床研究[4-6]進一步表明，與手術類型、性別、年齡、焦慮狀態等一樣，腸道菌群的組成和多樣性與術后急性和慢性疼痛有著密切的聯系。 因此，筆者系統查閱了近年來有關腸道菌群及術后疼痛的相關文獻并進行綜述，旨在探討影響腸道菌群的因素及腸道菌群調節術后疼痛的機制和治療策略。
1 腸道菌群和腸道菌群-腸-腦軸
人類腸道菌群主要由細菌組成，但也包括原生動物、真菌、古細菌和病毒，人體擁有數百種細菌，這些細菌的數量大約是人體細胞數量的10倍，其包含的基因組數量比人類基因組的數量大2～3個數量級，它們對宿主的健康至關重要[7]。在健康個體中，腸道菌群根據其所在的位置分為黏膜相關菌群和管腔菌群，并受年齡、遺傳、飲食、分娩方式和各種環境因素的調節[8]。黏膜相關菌群是指定植在腸道上皮細胞表面、與腸道黏膜層緊密接觸的微生物群體，而管腔菌群是指存在于腸道腔內，即腸道內容物中的微生物群體。黏膜相關菌群種類豐富，包含所有管腔菌群的種類，不易受飲食或壓力等外部因素的影響[9]。黏膜相關菌群對難以消化的膳食纖維進行發酵，產生短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFA），SCFA對于調節新陳代謝、免疫和維持腸道屏障的完整性具有至關重要的作用[10]。
腸道菌群-腸-腦軸是一個雙向通信網絡，該軸包括免疫系統、內分泌系統、腸神經系統、自主神經系統和中樞神經系統，通過各種神經、神經遞質和分子信號傳導機制，連接中樞神經系統和腸道菌群[9]。腸道菌群和大腦之間的直接神經通信是通過迷走神經實現的，細菌及其代謝產物刺激腸感覺神經元，通過迷走神經傳入纖維將傷害信號上傳至大腦，引起傳出反應釋放乙酰膽堿，通過激活巨噬細胞上的受體來抑制促炎細胞因子的產生[11]。腸道菌群通過腸-腦軸與中樞神經系統溝通，影響情緒、壓力反應和疼痛感知，因此，腸道菌群-腸-腦軸可作為開發針對術后疼痛新型療法的潛在靶點。
2 腸道菌群的影響因素
圍術期腸道菌群會受到多種因素的影響，例如麻醉、機械性腸道準備、手術、抗生素、年齡、禁食和術前焦慮，它們都可能會導致菌群失調[12]，筆者將影響最大的因素總結如下。
2.1 麻醉因素
腸道菌群的組成會受到麻醉藥物的影響，即使是短期的麻醉暴露也可能導致菌群失調，且不同麻醉藥物及方式對菌群的影響有所不同。除了細菌種類的變化外，腸道菌群相關的代謝物也因麻醉藥物而發生改變[13]。目前，關于麻醉藥物對于腸道菌群影響的研究大多集中在動物研究。 Han等[13]的研究表明，小鼠暴露于七氟烷吸入麻醉4 h會引起腸道菌群失調。在麻醉后第1天已經發生菌群失調，在第7天最為明顯，在屬水平上，麻醉后第14天擬桿菌屬、阿克曼菌和擬普雷沃菌的豐度顯著增加，乳酸菌的豐度顯著降低，這種變化可能會持續更長時間。除吸入麻醉藥物外，靜脈注射藥物丙泊酚也會導致腸道菌群失調，大鼠輸注丙泊酚3 h會導致擬普雷沃菌屬和乳酸桿菌屬在屬水平的豐度降低，第14天呈恢復趨勢[14]。阿片類鎮痛藥常與全麻藥物一起用于術中麻醉，已有文獻[15]明確指出，長期使用阿片類鎮痛藥可導致腸道菌群失調，但目前還不確定在術中短期使用是否會導致菌群失調，未來需要進一步研究來明確這種關系。
2.2 術前機械性腸道準備因素
為了避免手術部位感染和吻合口漏的機械性腸道準備已成為一種常見做法，但也會因此造成腸道菌群失調。腸道清潔通常對黏膜相關菌群的影響較小，但會使管腔菌群失調[16]。腸道清潔后會立即導致腸道菌群的細菌組成發生明顯變化，特別是雙歧桿菌、乳酸桿菌等有益菌減少，而大腸桿菌、葡萄球菌等有害菌增加[17]。Jalanka等[18]報道，腸道清潔后的糞便樣本中細菌數量有所減少，并且菌群豐度也發生了顯著的變化，具體表現在變形桿菌、梭桿菌以及與多雷亞菌屬相關的細菌增加，梭狀芽胞桿菌簇Ⅳ的成員減少，分別在第28天和第14天后才恢復到基線水平。通常情況下，機械性腸道準備所導致的腸道菌群失調會在14 d內恢復到基線水平，但與口服抗生素聯合用于腸道準備時，至少需要30 d才能夠恢復到接近基線的水平[19]。
2.3 手術因素
手術作為一種應激刺激，通過促腎上腺皮質激素介導的機制增加腸道通透性并誘導腸道菌群失調[20]。手術往往會導致假單胞菌、葡萄球菌、腸球菌等潛在致病菌增加，而乳酸桿菌、雙歧桿菌等益生菌減少。在對實施結腸切除吻合術的大鼠進行的一項研究中，Shogan等[21]發現，結直腸手術不會影響管腔內容物（糞便）中的細菌，但會引起黏膜相關菌群組成發生顯著改變，具體來說，變形菌門中志賀菌和埃希菌的相對豐度增加了200倍，放線菌門中未培養細菌的相對豐度增加了約50倍。結直腸手術患者術后專性厭氧菌數量顯著減少，而假單胞菌、葡萄球菌、腸桿菌科和腸球菌的數量顯著增加[22]。此外，腸道菌群組成還會受到結直腸手術期間氧氣暴露的影響，有益的專性厭氧菌（如某些擬桿菌）減少，而有害的兼性厭氧菌（如腸球菌）增加[8]。另外，由于腸道血運受損所造成的組織缺血或灌注不足也會造成菌群失調，其特征是大腸桿菌和普雷沃菌增加，而乳酸桿菌減少[23]。
3 腸道菌群調節術后疼痛的分子機制
已經有許多證據證明了腸道菌群在不同類型疼痛中發揮著重要的作用。腸道菌群調節內臟疼痛和軀體疼痛的作用已日益顯著，腸道菌群能夠產生許多不同的介質和代謝物，通過調節中樞敏化和外周敏化來參與到術后疼痛的調節。中樞敏化是指在中樞神經系統中，神經元對疼痛信號的響應發生改變，使得疼痛的感知變得更加敏感，甚至對原本無害的刺激也產生疼痛感；外周敏化是指在外周神經末梢，尤其是在受傷或炎癥部位，局部的感受器和神經元的敏感性增加，從而使得外界的刺激引發更強烈的疼痛反應。腸道菌群在疼痛中的調節作用已在腸易激綜合征患者中發現，這種患者的疼痛屬于內臟疼痛[24]。內臟疼痛和相關超敏反應的一些通路和調節因子在軀體疼痛中也至關重要，包括初級感覺傳入神經的外周敏化、脊髓上行神經元的中樞敏化和下行抑制通路的改變[25]。
3.1 中樞機制
神經損傷或炎癥引起慢性疼痛中樞敏化的關鍵機制是神經炎癥[26]。有研究表明，神經膠質細胞（如小膠質細胞）的激活可產生腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白細胞介素（interleukin，IL）-1β等促炎細胞因子或CXC基序趨化因子配體1等趨化因子，并可導致谷氨酸能突觸神經傳遞增強、γ氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）能突觸神經傳遞減弱，或兩者同時發生，這兩種作用都有助于中樞敏化的發展，導致疼痛超敏反應[27]。此外，大腦中的內皮細胞、周細胞、小膠質細胞、星形膠質細胞和浸潤的免疫細胞，都能夠接受來自于胃腸道的外周輸入信號，這些細胞的激活均有助于神經炎癥的發展[26]。值得注意的是，腸道菌群在調節小膠質細胞的免疫功能和成熟方面起著十分重要的作用[28]。鑒于腸道菌群可以通過其代謝物SCFA調節小膠質細胞來參與多種神經系統疾病的發病機制，因此，有必要進行進一步的研究，以明確神經炎癥介導的慢性疼痛中樞敏化是否直接或間接地受到腸道菌群的調節。
3.2 外周機制
3.2.1 腸道菌群調節周圍神經系統的神經元興奮性
目前，關于腸道菌群調節術后疼痛機制的研究主要集中在腸道菌群調節疼痛的外周敏化機制上。一方面，腸道菌群代謝物通過激活或致敏疼痛相關受體或離子通道，如Toll樣受體（toll-like receptors，TLR）、瞬時受體電位（transient receptor potential，TRP）通道、GABA受體和酸敏感離子通道，直接調節背根神經節（dorsal root ganglia，DRG）中初級感覺神經元的興奮性[29-30]。如羅伊乳桿菌能減少由腹脹或辣椒素誘發的空腸脊神經放電，且這種反應可被特定的TRP香草素1（TRP vanilloid 1，TRPV1）通道拮抗劑所阻斷，或在TRPV1基因敲除小鼠中被抑制[31]。另一方面，腸道菌群代謝物通過激活非神經元細胞（如免疫細胞）釋放促炎細胞因子（如IL -6、IL-1β和TNF-α）、趨化因子（如趨化因子2）或抗炎細胞因子（如IL-4、IL-10）來間接調節DRG中初級感覺神經元的興奮性[30]。
3.2.2 病原體相關分子模式（pathogen-associated molecular patterns，PAMP）
源自腸道菌群的PAMP被認為是慢性疼痛條件下外周敏化的重要因素。PAMP包括細菌胞壁成分，如肽聚糖（peptidoglycan，PGN）、β-葡聚糖和脂多糖（lipopolysaccharide，LPS），這些成分局部釋放后進入循環，與位于DRG中的免疫細胞和感覺神經元的模式識別受體結合參與外周敏化[32]。一方面，PAMP作用于免疫細胞以釋放促炎細胞因子和趨化因子，它們在DRG中間接激活或致敏初級感覺神經元。另一方面，DRG中的初級感覺神經元可以被PAMP直接激活或敏化[33]。例如，LPS可以與TLR4或TRPV1結合以誘導DRG中傷害性神經元的激活和敏化[34]。初級感覺神經元的配體（如PGN）激活TLR2也會導致動物的神經元過度興奮和疼痛反應[32]。白色念珠菌產生的β-葡聚糖可以與DRG初級感覺神經元中的樹突狀細胞相關性C型植物凝集素-1結合，通過樹突狀細胞相關性C型植物凝集素-1介導的PLC-TRPV1軸有助于β-葡聚糖的傷害感受作用，從而在小鼠中產生疼痛反應[35]。因此，來源于腸道菌群的PAMP通過直接作用于初級傷害感受神經元或間接作用于免疫細胞以誘導神經元過度興奮，從而導致外周敏化。
3.2.3 腸道菌群代謝物
除了PAMP，來自腸道菌群的代謝物也可以通過多種機制調節疼痛。
3.2.3.1 SCFA
腸道菌群將不易消化的膳食纖維發酵成SCFA，其主要包括丙酸鹽、丁酸鹽和乙酸鹽。這些脂肪酸在控制免疫反應方面的作用已得到充分認識，但它們與慢性疼痛的關系近些年才得到重視。SCFA通過激活游離脂肪酸受體2和3調節多種白細胞功能，包括細胞因子（IL-2、IL-6、IL-10 及TNF-α）和趨化因子（如趨化因子2）的產生[36]。丁酸鹽是疼痛研究領域中研究最多的SCFA。TNF-α在神經性疼痛外周敏化中起重要作用，丁酸鹽作為一種組蛋白去乙酰酶抑制劑，可通過抑制組蛋白去乙酰酶減少TNF-α的產生，進而減弱周圍神經損傷模型中的疼痛反應[37]。 因此，SCFA可通過受體介導的機制和組蛋白乙酰化介導的表觀遺傳機制來調節疼痛。
3.2.3.2 膽汁酸（bile acid，BA）
腸道菌群已成為影響BA代謝的關鍵因素[38]。G蛋白偶聯膽汁酸受體1（G protein-coupled bile acid receptor 1，GPBAR1，又名為TGR5）是BA的內源性膜受體，在初級感覺神經元和巨噬細胞中均有表達。在DRG神經元中，脫氧膽酸等BA對TGR5的激活可通過TRP A1依賴性機制引起細胞外鈣離子內流和動作電位的產生。然而，在外周巨噬細胞中BA激活TGR5會通過釋放內源性阿片類物質來產生鎮痛作用[39]。因此，雖然腸道菌群組成的改變及其衍生的次級BA代謝產物在慢性疼痛中的作用尚不清楚，但次級BA代謝產物可能通過TGR5介導的機制調節疼痛。
3.2.3.3 犬尿酸（kynurenic acid，KYNA）
已有證據表明腸道菌群在KYNA的生產過程中起了重要作用[40]。G蛋白偶聯受體35（G protein coupled receptor 35，GPR35） 在DRG神經元中表達上調，其可被KYNA激活從而導致體外DRG神經元興奮性降低，并在體內以劑量依賴性方式誘導鎮痛[41]。此外，超極化激活的環核苷酸門控通道在控制細胞興奮性方面起著關鍵作用，DRG神經元中GPR35的激活可抑制該門控通道，并降低腺苷酸環化酶的活性[41]。因此，KYNA通過激活GPR35參與了疼痛的調節。
3.2.4 神經遞質
許多神經遞質和神經調節物可以由腸道菌群產生，它們會影響疼痛信號傳導。 例如抑制性神經遞質GABA可能由乳酸桿菌屬、齒狀雙歧桿菌屬和雙歧桿菌屬產生，這些細菌利用谷氨酸脫羧酶-B對谷氨酸進行酶促脫羧反應來產生GABA，每天口服雙歧桿菌能夠調節內臟超敏反應大鼠糞便潴留模型中的感覺神經元活動[42]。最近的研究[43]表明，DRG神經元中表達GABA受體，GABA激活其受體使大部分感覺神經元胞體去極化，但由于傷害性纖維T型連接處的過濾作用，對傷害性傳遞產生凈抑制作用，可減輕神經性和炎癥性疼痛。此外，腸道菌群可以通過TLR直接調節腸嗜鉻細胞產生神經遞質5-羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT），在外周組織中，5-HT充當疼痛誘導介質，可能在術后炎癥性疼痛中發揮特定作用[44]。
4 益生菌在術后疼痛管理中的應用
益生菌是指定植于宿主腸道微生物組來提供健康益處的活微生物。開發緩解術后疼痛的益生菌，需要證據證明特定腸道菌群特征（組成、多樣性、豐度）與臨床結局改善之間的關聯，或確定可能受腸道菌群組成影響的特定途徑（如血清素或阿片受體）。目前，這兩類證據的數量都很有限，大部分證據都是通過動物模型或觀察性臨床試驗的次要結果獲得的。
手術切口在愈合過程中會引起炎癥反應，釋放的促炎細胞因子不僅在傷口局部，而且在脊髓背角組織中都會引起外周傷害感受器的致敏，導致痛覺過敏進而加劇術后疼痛。益生菌通過增加抗炎細胞因子的表達或直接限制特定促炎細胞因子的生物利用度來控制促炎信號傳導[45]。IL-10是一種非常重要的抗炎細胞因子，與受體結合后會產生抗炎作用[46]。在急性疼痛大鼠模型中，局部應用牙齦卟啉單胞菌LPS可以通過增加IL-10的水平的來減輕疼痛反應[47]。用植物乳桿菌MTCC2621治療金黃色葡萄球菌感染的傷口，發現在愈合的后期階段IL-10的表達增強[48]。其他益生菌，如鼠李糖乳桿菌UBLR-58、嗜酸乳桿菌LA-5、發酵乳桿菌SGL10、短乳桿菌SGL12、副干酪乳桿菌SGL 04和長雙歧桿菌UBBL-64，也通過類似的機制發揮抗炎作用[49-50]。有研究表明，IL-10還可誘導細胞因子信號轉導抑制因子1和3的產生，從而通過核因子-κB最活躍的亞基p65進一步減少促炎細胞因子的產生[51]。此外，益生菌鼠李糖乳桿菌ATCC
內臟疼痛是由內臟傷害感受器激活引起的，內臟器官對腹脹、組織缺血和炎癥高度敏感，因此，結直腸擴張模型被認為是一種以內臟疼痛為特征的模型[55]。在臨床前模型中，特異性益生菌療法可以降低內臟超敏反應[56]。大鼠口服植物乳桿菌PS128 14 d后，發現在結直腸擴張期間可通過調節腸-腦軸和下丘腦-垂體-腎上腺軸明顯抑制5-HT誘導的內臟超敏反應[57]。Ringel-Kulka等[58]納入了70例患有輕～中度腹痛的女性患者，患者單獨服用嗜酸乳桿菌NCFM或與乳雙歧桿菌Bi07聯合服用21 d，發現單獨服用酸性乳桿菌NCFM可誘導結腸μ-阿片受體mRNA和蛋白質表達，可緩解疼痛感覺。此外，鼠李糖乳桿菌JB-1、羅伊乳桿菌ATCC23172和植物乳桿菌NCIMB 826可通過改變DRG纖維中的信號傳導來抑制結直腸擴張引起的疼痛感知。這些研究證明了益生菌在術后疼痛管理中的潛在應用價值，識別個性化的菌群改變，即識別具有不同菌群特征的患者，對于開發用于治療術后疼痛的特定有益菌群是有必要的。
5 總結與展望
腸道菌群在圍術期受到麻醉、手術應激等多種因素的影響，并以多種方式影響著術后疼痛的發生發展，盡管腸道菌群對術后疼痛調節作用的研究已取得顯著進展，但腸道菌群在術后疼痛中的作用機制仍不完全清楚。未來的研究應重點關注以下幾個方面：第1，進一步明確腸道菌群在不同類型術后疼痛中的具體作用機制，探索其在術后疼痛管理中的潛在應用。第2，開發基于腸道菌群調節的創新性治療策略，例如益生菌療法等，以提高術后疼痛的控制效果。第3，鑒于個體間腸道菌群的多樣性和差異性，個性化的腸道菌群干預措施可能是未來術后疼痛管理的重要方向。
重要聲明
利益沖突聲明：本文所有作者均聲明不存在利益沖突。
作者貢獻聲明：劉旭升負責論文構思及撰寫；劉鑒霄和彭博負責文獻查閱；俞永江對文章進行指導與批閱。