综述：肠道病毒组及其在炎症性肠病发病机制和治疗中的意义

《BMC Medicine》：Gut virome and its implications in the pathogenesis and therapeutics of inflammatory bowel disease

这篇综述聚焦炎症性肠病（IBD）与肠道病毒组的关系，深入探讨肠道病毒组在健康和疾病状态下的组成变化，剖析其与 IBD 发病机制的关联，还介绍了相关治疗策略，为 IBD 研究和治疗提供了新思路。

　　

肠道病毒组研究背景

炎症性肠病（Inflammatory bowel disease，IBD）是一种慢性复发性肠道炎症性疾病，主要包括克罗恩病（Crohn’s disease，CD）和溃疡性结肠炎（Ulcerative colitis，UC）。其病因尚不明确，诊断和治疗复杂。肠道微生物群在 IBD 发病中起重要作用，而肠道病毒组作为肠道微生物组的一部分，过去因技术和数据库的限制研究较少，但近年来受到越来越多关注。

肠道病毒组被称为肠道微生物组的 “暗物质”，主要由噬菌体组成，在粪便中浓度可达109 - 1010个病毒颗粒 / 克。虽然多数肠道病毒不会引起明显临床症状，但对维持肠道微生物生态平衡至关重要。目前已建立多个肠道病毒组数据库，如肠道病毒数据库（Gut Virome Database，GVD）等，有助于深入了解病毒基因组。

肠道病毒组分析新技术

1. 多组学技术：宏病毒组学、宏基因组学、宏转录组学、代谢组学、宏蛋白质组学和下一代测序（Next-generation sequencing，NGS）等技术，可对病毒群落进行高通量、全面分析，识别大量新病毒，为研究肠道病毒在健康和疾病中的作用提供更深入的视角。整合多组学通过综合分析肠道微生物群、病毒组、宿主基因表达和代谢物数据，能更全面了解肠道病毒对宿主代谢途径和免疫反应的影响。
2. 单病毒基因组学（Single-virus genomics，SVG）：该技术可研究微生物环境中病毒的多样性和丰度，结合二代短读长和长读长测序技术，能高效分析临床或环境样本中的病毒组，直接识别和表征复杂微生物群落中的病毒，有助于发现传统方法遗漏的低丰度或未培养病毒，还可分析宿主 - 噬菌体相互作用，为 IBD 治疗提供新策略。
3. 空间转录组学：结合传统基因表达分析和空间信息，可在保留组织空间背景的情况下研究基因表达模式，有助于理解肠道复杂的基因调控网络，以及环境因素对肠道不同区域基因表达的影响。
4. 人工智能（Artificial intelligence，AI）和机器学习（Machine learning，ML）：AI 和 ML 算法可分析大规模病毒组数据，构建肠道病毒目录，开发预测模型，为疾病诊断和治疗提供帮助，随着技术发展，其在病毒组研究中的应用前景广阔。

健康个体的肠道病毒组

1. 肠道病毒组的个体内变化和个体间差异：健康个体的肠道病毒组由噬菌体、真核病毒和人类内源性逆转录病毒组成。其中噬菌体约占肠道1015个病毒的 90%，对多种慢性疾病有影响；真核病毒虽数量较少，但在肠道疾病研究中受到广泛关注；人类内源性逆转录病毒是人类基因组的一部分，可调节基因表达和免疫。

肠道病毒组的组成在个体发育过程中不断变化。新生儿出生时肠道病毒较少，随后逐渐出现。出生后第一周，婴儿肠道病毒多样性较低，主要为噬菌体，且与共生细菌群落相关。之后，噬菌体多样性和丰度先增加后减少，真核病毒在 4 个月左右开始占主导地位。在婴儿期，肠道病毒主要是 Siphoviridae 家族的噬菌体，随着年龄增长，病毒多样性增加，Microviridae 家族噬菌体比例逐渐上升，成年后肠道噬菌体以 Caudovirales 为主。

个体间肠道病毒组差异较大，遗传背景可能是重要影响因素。同卵双胞胎的肠道病毒组比非亲属人群更相似，而成年双胞胎的肠道病毒组也存在差异，可能与微生物组多样性的动态变化有关。2. 肠道噬菌体组：肠道噬菌体组是肠道病毒组的重要组成部分，在健康个体中，Caudovirales 和 Microviridae 家族在肠道黏膜表面占主导地位。噬菌体可通过多种方式维持肠道稳态，如一些噬菌体可编码降解细胞外基质的解聚酶，或释放并参与形成生物膜；某些噬菌体的 Hoc 蛋白可与肠道黏液中的 MUC2 结合，增加黏液分泌，防止细菌入侵。此外，新的肠道病毒家族也在不断被发现，如 Lak 噬菌体，但对其特性了解较少。3. 真核肠道病毒组：肠道中除噬菌体还有一些真核病毒，它们在肠道微生态系统中发挥重要作用。实验表明，用抗病毒药物预处理的小鼠在诱导结肠炎时症状更严重，说明某些真核病毒对维持肠道微生态平衡至关重要。真核肠道病毒在个体生命周期中不断变化，不同个体的真核肠道病毒组组成差异较大。4. 人类内源性逆转录病毒（HERVs）：HERVs 占人类基因组的 8%，源于生殖细胞的逆转录病毒感染。多数 HERVs 序列无复制能力且不编码蛋白质，根据聚合酶基因序列相似性可分为三类。HERVs 通常处于沉默状态，但在环境因素作用下可被激活，影响宿主生理功能，在发育、免疫调节、癌症、自身免疫疾病和神经系统疾病等方面发挥作用。

IBD 患者的肠道病毒组

1. 肠道噬菌体组与 IBD：研究发现，IBD 患者肠道中病毒样颗粒（Virus-like particles，VLPs）数量增加，但部分颗粒无法在现有病毒库中注释。一般来说，靶向有益细菌的噬菌体家族会增加 IBD 的炎症状态。IBD 患者中 Caudovirales 水平升高但多样性下降，Microviridae 的丰富度和相对丰度降低，同时有害细菌增加，有益细菌减少。不过，UC 患者肠道黏膜病毒组中 Microviridae 的丰度高于健康对照，这可能与样本类别差异有关。

IBD 患者肠道噬菌体组的生命周期从毒性（裂解）转变为温和（溶原），噬菌体基因与宿主处于平衡状态。肠道噬菌体基因编码的代谢功能紊乱可能导致自身免疫疾病，提示溶原性转换的致病性。此外，IBD 患者肠道噬菌体组的特征变化可能成为新的生物标志物和治疗靶点。2. 真核肠道病毒组与 IBD：IBD 患者的真核肠道病毒发生复杂变化。多项研究表明，不同真核病毒在 IBD 中的水平改变，如 UC 患者中 Hepadnaviridae 水平升高，CD 患者中 Hepeviridae 水平升高，但这些变化与 IBD 的因果关系尚未明确。

Herpesviridae 家族的病毒，如巨细胞病毒（Cytomegalovirus，CMV）和爱泼斯坦 - 巴尔病毒（Epstein–Barr virus，EBV）在 IBD 研究中备受关注。CMV 在 IBD 患者肠道中的分布比对照组更广泛，虽被认为是结肠炎的致病因素之一，但抗病毒治疗对 CMV 阳性 IBD 患者的疗效不明显，目前多认为其是 IBD 的 “旁观者”。EBV 感染在 IBD 患者中常见，研究证实其在 IBD 发病机制中起作用，如加重结肠炎，其 DNA 载量的变化也提示它可能是 IBD 的风险因素。

Orthohepadnavirus 属的病毒编码乙肝病毒 X 蛋白（HBx），研究发现儿科 UC 患者中 HBx 水平升高，且 HBx 与 UC 发病机制直接相关，可破坏肠道上皮屏障和影响肠道免疫系统。3. HERVs 与 IBD：HERVs 在 IBD 等自身免疫疾病中的表达受到更多关注。研究发现 CD 患者中 HERVs 的存在增加，可能与免疫调节有关。对儿科 IBD 患者肠道组织 RNA 病毒组的研究发现，HERV - W^env和 HERV - FRD^env在 CD 患者炎症组织中的表达下调，导致 HERV 衍生蛋白合胞素缺乏，损害正常肠道组织的免疫抑制活性。此外，IBD 患者结肠组织中 HERV - K 和 HERV - H 的读数显著高于 HERV - W，某些病毒感染（如 Herpesviridae）可能激活 HERVs 表达。不过，HERVs 在 IBD 疾病过程中的具体作用仍需进一步研究确定。

肠道病毒组对肠道稳态的潜在影响

1. 肠道病毒组与肠道屏障：肠道屏障的破坏是 IBD 发展的关键因素，肠道病毒组在维持上皮屏障完整性方面发挥重要作用，进而间接影响 IBD 发病机制。一些噬菌体可通过不同方式调节肠道屏障，如编码解聚酶降解细胞外基质，或与 MUC2 结合增加黏液分泌。

小鼠诺如病毒（Murine norovirus，MNV）通常被认为是条件致病菌，它与 IBD 易感性基因 Atg16L1 突变共同作用，可诱导小鼠肠道炎症异常，类似 CD 患者的肠道炎症。MNV 感染会破坏潘氏细胞和其他肠道上皮细胞的功能，影响溶菌酶分泌和黏液分泌，损害肠道屏障。但在某些情况下，MNV 也能提供类似共生细菌的有益功能，如恢复肠道形态和维持免疫平衡。

其他肠道病毒，如 CMV 可通过干扰素（Interferon，IFN） - I 信号增强上皮细胞更新和修复，病毒信号还可影响肠道上皮通透性。总之，肠道病毒组对肠道屏障的影响复杂，可能有益也可能致病，需要进一步研究以确定其在 IBD 中的具体作用。2. 肠道病毒组与宿主免疫系统：肠道病毒组是肠道免疫系统的关键调节者。一些病毒，如疱疹病毒和多瘤病毒，可诱导持续的低水平免疫反应，调节肠道免疫。肠道噬菌体也能影响免疫调节，通过与免疫细胞（如单核细胞、树突状细胞、CD4⁺T 细胞和 CD8⁺T 细胞）相互作用，影响宿主免疫系统，维持肠道免疫稳态。

然而，在 IBD 中，肠道病毒被认为是肠道炎症的直接激活剂。噬菌体可穿透肠黏膜固有层，与树突状细胞（Dendritic cells，DCs）相互作用，其基因组中的未甲基化 CpG DNA 与 DCs 的细胞内受体 TLR9 结合，激活下游信号分子 MYD88，释放促炎细胞因子，如 IL - 12 和 IL - 6，进而激活 T 细胞，释放干扰素 - γ（IFN - γ），加剧肠道炎症。

此外，一些病毒感染可通过影响自噬信号通路、调节 Th1 淋巴细胞细胞因子分泌等方式，影响肠道免疫，参与 IBD 的发病过程。神经源性炎症在 IBD 中也有重要作用，使用广谱抗病毒药物可降低神经炎症因子水平，提示病毒相关神经炎症在 IBD 中的潜在危害。3. 肠道病毒组与细菌组的相互作用：肠道病毒的多样性和数量变化与细菌群落的变化相关，它们之间的相互作用比以往认为的更复杂。噬菌体可裂解有害细菌，释放代谢物和子代噬菌体，影响邻近细菌的生存，这种级联效应可能有益也可能有害。根据 “红皇后假说”，噬菌体和细菌共同进化，噬菌体选择性杀死特定细菌，存活的细菌继续繁殖，适应新宿主的噬菌体则继续传播。

IBD 患者的肠道病毒组和细菌组关系发生改变。UC 患者肠道黏膜细菌多样性增加，但病毒 - 细菌相关性减弱；CD 患者回肠中双歧杆菌、毛螺菌科和噬菌体之间的互利相互作用缺失。此外，诺如病毒与肠道细菌组的相互作用可能与 IBD 发病机制有关，诺如病毒感染可导致肠道菌群改变，影响 IBD 的发展。

噬菌体作为微生物组的调节剂，对 IBD 的影响具有两面性。一方面，噬菌体可诱导细菌裂解，释放炎症激活剂，引发异常免疫反应；另一方面，噬菌体整合到细菌基因组中可改变细菌代谢，影响微生物群落的整体代谢平衡，还可能促进细菌耐药机制的进化。不过，噬菌体也可能对慢性肠道炎症起到保护作用，如靶向黏附侵袭性大肠杆菌的噬菌体可用于治疗 IBD。

IBD 的病毒组靶向治疗研究

1. 噬菌体疗法：在 IBD 发病前重塑肠道病毒组至关重要，噬菌体疗法因其高选择性在治疗细菌感染方面重新受到关注。噬菌体疗法通过调节肠道细菌组，在抑制肠道炎症方面显示出良好的安全性和有效性。针对 IBD 中特定的病毒 - 细菌相互作用，定制噬菌体疗法有望改善 IBD 的治疗效果。

噬菌体衍生的裂解酶，如内溶素，可降解细菌细胞壁，导致细菌裂解。研究表明，内溶素可有效对抗特定细菌感染，且对有益肠道细菌影响较小。在 IBD 治疗中，噬菌体衍生的裂解酶可特异性靶向致病细菌，调节肠道微生物组，减少微生物失衡，同时可能具有抗炎作用，为 IBD 治疗提供了新的方向。但目前仍需进一步研究其长期安全性和临床疗效。2. 粪便病毒组移植（Fecal virome transplantation，FVT）：粪便微生物群移植（Fecal microbiota transplantation，FMT）通过将健康供体的粪便移植到受体体内，改变肠道微生物群，对 IBD 治疗有一定前景。肠道病毒组作为微生物群的关键组成部分，可能影响 FMT 的疗效，稳定的噬菌体特性与 FMT 的积极结果相关性更高，可用于预测 FMT 的效果。

一些研究尝试将 FVT 用于 IBD 治疗，发现其可转移有益的噬菌体群落，对 UC 患者有一定疗效。然而，目前对肠道病毒组在疾病发病过程中的作用机制尚不清楚，使用 FMT 和 FVT 治疗 IBD 仍面临一些障碍，需要进行综合的成分研究来验证这些新疗法的有效性，靶向移植有益病毒群落可能比 FMT 更适合 IBD 患者。

结论

肠道病毒组在维持肠道稳态方面发挥着重要作用，可能为 IBD 的预防、诊断和治疗提供新的途径。目前已发现一些具有诊断潜力的分子标记，肠道病毒组的定植模式变化也可作为新的诊断生物标志物。但目前对肠道病毒组在 IBD 发病机制中的作用仍存在许多未知，多数研究存在差异，无法得出一致结论。

未来研究需要明确定义核心肠道病毒组，对 IBD、其他肠道疾病和肠道外疾病中的肠道病毒组进行更多定性和定量研究，确定肠道病毒组如何影响 IBD 患者，并改进针对肠道病毒组的治疗策略。通过深入研究肠道病毒组与 IBD 的关系，有望开发出更有效的治疗方法，改善 IBD 患者的生活质量。