导言：
纤维化是由肠上皮细胞转化为成纤维细胞（上皮-间充质转化，EMT）维持的，近几十年来已被学界广泛研究，在包括炎症性肠病（IBDs）在内的各种疾病中有充分的分子基础。然而，影响这些途径的因素尚不清楚。近年来，肠道微生物群在健康和疾病中的作用引起了广泛的关注。有证据表明，一个不平衡或失调的微生物群，以及环境和遗传因素，可能有助于IBD的发展。值得注意的是，微生物产生各种代谢物（后生元），与宿主受体和相关的信号通路相互作用，影响生理和病理变化。这篇综述旨在提出最近的证据，强调研究最多的代谢物作为IBD中肠纤维化和EMT相关的分子通路的潜在调节剂的新作用。这些研究提供了对肠道炎症和纤维化的更深入的了解，这为未来的治疗铺平了道路。
1、炎症性肠病（IBDs）概述
炎症性肠病（IBDs），包括克罗恩病（CD）和溃疡性结肠炎（UC），由于其慢性和复发的性质，是一个重大的全球健康挑战，影响着全球数百万人。IBD的发病机制被认为是免疫控制的，目前仍在研究中。这些疾病发生在暴露于某些环境和生活方式因素的基因易感个体中，导致肠道免疫系统（IIS）的激活失调。这些情况给医疗保健系统、患者和护理人员造成了沉重的负担，导致生活质量受损，发病率和死亡率增加。
1.2临床表现及病程
克罗恩病和溃疡性结肠炎表现出不同的临床表现和病程，但它们有腹痛、腹泻、直肠出血和体重减轻等共同特征。克罗恩病可影响胃肠道的任何部分，导致透壁性炎症，而溃疡性结肠炎主要累及结肠和直肠，引起黏膜炎症和溃疡。炎症性肠病的慢性和复发性会导致长期并发症，包括狭窄、瘘管、结肠直肠癌和肠外表现，进一步加重了疾病负担。
2、后生元（微生物群及其代谢物）在炎症性肠病起关键作用吗？
我们已经确定，肠道菌群通过影响肠道屏障的所有成分，在炎症性肠病的发病机制中起着核心作用。虽然确定炎症途径是组织损伤的关键点，但近年来已经见证了向研究微生物群作为主要触发因素的重大转变。这种研究重点的转变也揭示了，许多细菌产物可能在调节肠道炎症途径中发挥关键作用。鉴于炎症和纤维化途径之间的密切联系，我们有理由推测某些代谢物可能影响炎症性肠病纤维化的发展。
本综述旨在探讨后生元（微生物代谢物）在调节炎症性肠病中参与上皮-间充质转化（EMT）和纤维化发展的复杂分子通路中的作用。此外，还讨论关于后生物制剂的参与是如何影响克罗恩病和溃疡性结肠炎的治疗前景。
3、健康肠道和炎症性肠病患者肠道屏障
肠道屏障是机体内部环境和肠腔外部环境之间的关键界面。它由微生物群、黏液层、上皮细胞和粘膜免疫系统等各种成分组成，有选择性地吸收营养物质，同时防止有害病原体和抗原（免疫耐受）的进入。在炎症性肠病中，肠道屏障的完整性和功能受到了损害。
3.1生态失调：肠道微生物菌群的改变
人类微生物群由10-100万万亿微生物组成，主要存在于肠道中，超过1000种细菌构成了300万个基因的微生物群。维持最佳的宿主-微生物群相互作用，称为生态，对正常代谢和免疫功能至关重要，防止机体疾病发展。事实上，正常的肠道微生物群及衍生物，包括其菌体片段和代谢物，是肠道屏障的一个基本元素。它们不仅是一个动态的防御外部攻击层，还能防止病原体的增殖和粘附，而且它们也积极有助于调节肠道粘液和上皮细胞的功能，维护屏障的结构完整性，并促进适当的营养吸收。同时，微生物群在调节局部免疫反应中发挥着关键作用，有助于促进免疫耐受，预防无必要的炎症和自身免疫反应。
肠道微生物门主要为厚壁菌门、拟杆菌门、放线菌门、变形菌门、梭菌门和疣状菌门，其中厚壁菌门和拟杆菌门占肠道微生物群的90%。以微生物组成和多样性的变化为特征的生态失调是炎症性肠病的一个显著特征。研究表明，细菌门的相对丰度发生了改变，有益共生细菌，如厚壁菌门，潜在致病物种的扩大，包括变形菌门（表1）生态失调与微生物代谢的功能变化有关，25种免疫激活中的异常药物以及宿主-微生物群相互作用的破坏，进一步加剧了炎症性肠病的肠道炎症。
图例：↓耗尽；↑丰富。缩写：乳糜泻，CD，克罗恩病；UC，溃疡性结肠炎。背景颜色表示门/纲/丰度的变化，物种细节如图所示。只有与炎症性肠病发病相关的相关物种被特征。解释应承认其局限性，包括不同的检测方法，来自不同肠道部位的样本，以及缺乏疾病活动和治疗规范。分类学遵循传统的命名法，因为国际原核生物系统学委员会（ICSP）最近提出的变化仍然普遍未被采用。
3.2肠道黏液层损伤
黏液层由粘蛋白和抗微生物肽（AMPs）组成。粘蛋白由杯状细胞产生，由o-链糖蛋白组成，包括分泌的MUC2形成聚合网络，以及跨膜分子，如MUC1、MUC3、MUC4和MUC13形成糖萼。黏液层保护肠上皮免受腔内抗原的影响，维持上皮屏障功能。在炎症性肠病中，粘液蛋白产生、糖基化和分布的改变导致黏液屏障完整性受损，促进细菌粘附、上皮接触和免疫激活。细菌种类，如阿克曼氏菌、乳酸菌和双歧杆菌，会损害黏液的分泌、组成和厚度。细胞因子如TNF-α、IL-β、IL-4和IL-10可以调节粘蛋白的分泌。两种炎症性肠病之间的黏液破坏存在差异：在溃疡性结肠炎中，由于杯状细胞功能降低，黏液层变薄，而在克罗恩病中，黏液层正常或较厚，MUC2表达增加，杯状细胞增生。
3.3肠道上皮功能障碍和通透性增加：“肠漏”
肠上皮形成一个物理屏障，调节营养物质、离子和水的选择性运输，同时防止管腔内抗原和病原体的易位。特别是，肠上皮细胞（IECs）创造了一个由顶端连接复合体（APC）维持的半透性屏障，由粘附连接蛋白（如e-钙粘蛋白）、紧密连接蛋白（即闭塞蛋白、闭塞蛋白和闭塞蛋白）和桥粒组成。在炎症性肠病中，促炎细胞因子如TNF-α和IFN-γ等促炎细胞因子促进连接蛋白的内化，促进受损的细胞-细胞粘附和增加上皮细胞的通透性，导致“肠漏”。管腔抗原、微生物产物和上皮细胞炎症介质的细胞旁通量增加加剧了黏膜炎症，并使ibd的疾病进程持续下去。事实上，值得注意的是，iec也是“微生物屏障”，即微生物群及其衍生物，和免疫屏障之间的重要中介。它们表达模式识别受体（PRRs），包括toll样受体（TLRs），响应微生物元素（微生物相关分子模式，MAMPs）和其他免疫相关受体，如芳烃受体（AhR）。此外，肠上皮细胞、杯状细胞和M细胞还作为抗原提呈细胞（APCs）。
3.4黏膜免疫功能的失调
粘膜免疫，由先天免疫细胞和适应性免疫细胞复杂的相互作用协调，维持肠道免疫稳态，并调节对腔内抗原的反应。在炎症性肠病中，在遗传易感性、环境和生活方式因素的多因素流入以及宿主-微生物群相互作用受损的情况下，黏膜免疫反应的失调导致先天免疫细胞的异常激活，主要是巨噬细胞和T淋巴细胞，导致过度和有害的炎症。这种失调会导致炎症性肠病的组织损伤、纤维化和疾病进展（图1），根据疾病分期观察到克罗恩病和溃疡性结肠炎之间观察到的差异，阐明了两种情况之间的临床差异。
在溃疡性结肠炎中，急性期的典型表现是促炎细胞因子（如TNF-α、IL-1β和IL-6）水平升高，驱动th1型反应，m1极化的巨噬细胞放大炎症。在慢性阶段，人们会向Th2型细胞因子（IL-4和IL-13）转变，招募m2型巨噬细胞来强化Th2反应。延长的Th2激活，受到IL-13等介质的影响，有助于慢性和促纤维化机制，由其他细胞因子如IL-4和IL-33维持。在乳糜泻中，主要机制似乎涉及先天免疫反应缺陷，其特征是巨噬细胞分泌TNF-α、IFN-γ和IL-6减少，可能是由于与遗传多态性相关的功能失调分泌蛋白。这导致CD4+淋巴细胞反应，特别是Th1极化，导致一个严重的促炎微环境，其特征是IL-12和IFN-γ水平升高。
总的来说，在两种炎症性肠病中，Th17/Treg平衡都发生了明显的改变（图1）。Th17细胞对防御细菌和真菌以及黏膜修复和稳态至关重要，在炎症性肠病发病机制中起着关键作用，主要受到促炎细胞因子如IL-6和IL-23 的影响。这些细胞因子由巨噬细胞释放，使Th17淋巴细胞抵抗凋亡，并通过JAK-STAT通路诱导Th1和Th17反应。由Th17细胞产生的IL-17和IL-22水平升高最初促进上皮的完整性，但可能在长期炎症中诱导促炎模式和组织损伤，可能导致克罗恩病和溃疡性结肠炎患者的慢性炎症和肿瘤组织变性。与此同时，虽然免疫系统会产生炎症反应来对抗所感知到的威胁，但旨在解决炎症问题的抗炎机制在炎症性肠病中往往无效。调节性T细胞（Tregs）通过分泌IL-10和TGF-β等细胞因子，在免疫耐受和过度炎症的抑制中发挥着至关重要的作用。这些细胞在炎症性肠病患者中可能会出现功能失调或功能不足。
图1：微生物代谢物（后生元）对炎症性肠病中EMT和纤维化的调节作用。后生元的作用包括直接和间接的途径。生态失调改变了所摄入的营养物质的代谢，影响了代谢物的水平，并对ibd发病机制中众所周知的炎症机制有不同的影响（左灰框）。虽然炎症直接影响ibd的临床表现，但它也通过诱导许多促纤维化和抗纤维化细胞因子（下划线分子）间接调节EMT和纤维化通路。虽然证据支持直接抗纤维化和促纤维化的影响一些代谢物在各种器官，他们的具体作用在IBD相关的肠道并发症仍然不太了解（紫色问号），和最初的证据已经报道数量有限的代谢物，主要影响TGF-β/Smad通路和相互关联的纤维化途径（右灰色框）。图例：绿色箭头：刺激；红线：抑制。缩写：α-SMA，阿尔法平滑肌肌动蛋白；基质金属蛋白酶，基质金属蛋白酶；PAI-1，纤溶酶原活性。
4、免疫失调在驱动炎症性肠病中上皮细胞向间充质转化（EMT）和纤维化中的作用
如上所述，在炎症性肠病中，促炎细胞因子和抗炎细胞因子之间的平衡被破坏，导致慢性炎症。这种慢性促炎刺激被抗炎机制所抵消，这可能会暂时平息炎症和缓解症状。有趣的是，旨在促进炎症消退和粘膜愈合的相同机制变得异常，导致组织损伤（图1）。在此背景下，Th17/Treg比值的改变影响了不同疾病阶段的多效性细胞因子IL-10和TGF-β的浓度。TGF-β可能在急性期由于促炎细胞因子的存在而减少。这种减少可能会加剧炎症，并导致疾病的爆发。然而，在缓解或组织愈合阶段，已经观察到TGF-β水平的升高，特别是在纤维化和组织修复阶段。
TGF-β属于一个庞大的超家族，其成员与两种类型的跨膜受体结合，I型（TβR-I）和II型（TβR-II），包含一个丝氨酸/苏氨酸激酶胞质结构域。配体-受体结合激活了Smad依赖的信号通路，被称为“典型途径”，在其他地方得到了很好的评价（图1）。总之，配体与两个TβR-I和两个TβR-II受体的结合诱导了异四聚体复合物的形成，最终磷酸化适配器蛋白称为调节Smads（R-Smads），TGF-βs的Smad2/3通路，或其他家族成员的Smad1/5/8家族成员，如骨形态发生蛋白（BMPs）。随后与共适配器（Smad4）的相互作用允许它们在细胞核中的易位，它们与靶基因的相互作用，以及它们的转录。易位被抑制性Smads（I-Smads），即Smad6和Smad7所抑制。除了“典型通路”外，一些TGF-β超家族成员也可能调节Smad独立的“非典型通路”，为细胞对TGF-β 的反应调控增加了一层复杂性。其中，我们包括PI3K（PI3K，磷脂酰肌醇-3-激酶）和MAPK（丝裂原活化蛋白激酶）通路。除了TGF-β外，这些通路还被许多生长因子激活，如MAPK通路的上皮生长因子（EGF）、成纤维细胞生长因子（FGF）和血小板衍生生长因子（PDGF），以及PI3K通路的IGF-1（胰岛素样生长因子-1）。
由于TGF-β是一种多效细胞因子，其转导途径影响三类主要基因的转录：(1)参与胚胎发生、细胞增殖和分化的基因；(2)免疫调节基因；(3)编码参与细胞外基质（ECM）稳态的蛋白质、酶和生长因子的基因，随后作用于愈合和组织修复机制。
虽然其作为一个免疫调节剂已经概述在前面的段落，TGF-β也保持屏障完整性的监管表达上皮紧密连接蛋白和ECM结构蛋白的转录，如纤维胶原蛋白，以及纤维连接蛋白，层粘连蛋白，脱蛋白、弹性蛋白，α-SMA（平滑肌肌动蛋白），和许多其他蛋白。与其他细胞因子一起，它还通过基质降解蛋白酶及其抑制剂如PAI-1（纤溶酶原激活剂抑制剂-1）、TIMP1和TIMP2)和MMPs（金属蛋白酶）之间的平衡，调节基质蛋白的分解/沉积的平衡（图1）。
TGF-β的分泌和功能的改变及其相互关联的通路是所谓的上皮-间充质转化（EMT）和纤维化发展的研究最多的触发因素之一。因此，在某些条件下，它也可以被认为是一种促纤维化的细胞因子。
EMT是上皮细胞失去其特征而获得间充质细胞特性的一个生物学过程。间充质细胞包括成纤维细胞、肌膜成纤维细胞和平滑肌细胞。正常情况下，EMT是一个间充质细胞的短暂出现有助于正常伤口愈合的过程。除了这一作用外，EMT还参与了胚胎发生和肿瘤发生，以及各种以纤维化为特征的病理药物环境。事实上，当由慢性炎症引发并由TGF-β、EGF、FGF、PDGF和IGF-1等因素维持的修复机制的失调导致典型上皮特征的持续丧失时，EMT就变得有害了。这些变化包括细胞粘附和极性的丧失，同时获得了迁移和入侵的能力，以及沉积过量ECMs的能力。这些事件已经在各种器官中被描述过，包括心血管系统、肾脏、肺和肠道。此外，值得注意的是，除了EMT，间充质向上皮转化（MET）是可能的，并有助于伤口修复和肿瘤发生。以上就解释了两者的双重作用。
上述研究解释了TGF-β作为一种免疫调节和促纤维化细胞因子的双重作用，在炎症性肠病的发病机制中起着关键作用。一方面，虽然过表达，但由于Treg细胞数量的减少和其作用的不足，以及抑制性Smad7 的过表达，它失去了抗炎能力。另一方面，TGF-β在疾病的慢性发展过程中的延长作用与纤维化并发症相关。
领科学家感兴趣的是，除了I-Smads的作用外，TGF-β/Smad效应还被过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR-γ）所抵消。PPAR-γ是核激素受体超家族配体激活转录因子中的一员，对脂质代谢、炎症、细胞增殖和纤维化具有多效性作用。PPAR-γ通过多种方式表达其对TGF-β通路的抗炎和抗纤维化作用。可增强Smad7的抑制作用，或抑制Smad2/3与Smad4的相互作用。此外，它还阻断了Smad2/3/4复合物[60]的核易位（图1）。在IBD患者的结肠上皮细胞中，PPAR-γ的表达明显受损，提示PPAR-γ信号通路的中断可能是炎症性肠病发病机制的关键步骤。过表达PPAR-γ可防止组织纤维化，而其丢失则会增加组织纤维化。
应该注意的是，虽然最广泛的研究途径涉及ECM沉积和EMT是典型TGF-β途径，扩大领域的调查指数的发病机制与替代途径包括其他TGF-β超家族成员（特别是BMPs），非典型途径，TLR受体（TLR），和怀孕X受体（PXR）。BMPs可以影响基质细胞的分化，促进纤维化，而激活素和抑制素则影响ECM成分的产生。TLRs是PPR（模式识别受体）家族的主要指数，它通过病原体和损伤相关的分子模式（PAMPs和DAMPs）检测病原体和受损细胞。它们在免疫细胞上表达，它们的激活导致促炎细胞因子（包括IL-1、IL-6、IL-8、TNF、IL-33和IFN-γ）的分泌，以及在调节Th1和Th2免疫反应之间的平衡方面。除了促炎作用外，一些研究表明TLR2和TLR4也通过调节TGF-β通路[参与EMT。PXR，虽然研究较少，但仍因其参与皮肤和肝纤维化而闻名，并被认为是一种新的肠纤维化介质，并相关参与间充质腔室。正如在结肠炎的动物模型中报道，它的缺失会导致长期的炎症和纤维化。
5、微生物代谢物：在肠道稳态和炎症性肠病中发挥作用，对纤维化有潜在影响
肠道微生物代谢物可能通过复杂的代谢机制从食物中存在的所有大量营养素中提取出来，包括发酵、脱羧、水解等。重要的是要引入“后生元”的概念，如国际益生菌和益生元科学协会（ISAPP）发布的后生元共识声明：后生元是对宿主健康有益的无生命微生物和/或其成分的制剂。这个定义说明了宿主的好处是后生物制剂的强制性特征，并概述了不是所有的微生物代谢物都可以被认为是后生元制剂，因为其中一些可能对宿主有害。
在过去的几年里，微生物代谢物在维持健康的肠道屏障的稳态中的作用已被阐明（表2）。
缩写：ACC、乙酰辅酶A羧化酶、FFARs、游离脂肪酸受体；硫化氢、硫化氢、IECs、肠上皮细胞、IIS、肠道免疫系统；乳酸菌、乳酸、乳酸、短链脂肪酸SCFA；SRB、硫酸还原菌；三羧酸循环；TLRs、Toll样受体；TMA、三甲胺；TMAO、三甲胺-N-氧化物；色氨酸、色氨酸；UA、尿脂素A。
表1概述了在炎症性肠病中观察到的微生物群组成的变化，而表2描述了负责合成特定代谢物的主要菌种。整合这些信息，揭示了微生物组成的变化如何破坏有害和有益代谢物之间的平衡，从而影响肠道屏障的各种成分。
5.1短链脂肪酸（SCFAs）
短链脂肪酸对于维持肠道内稳态至关重要。如表1和表2所示，参与SCFA代谢的某些细菌种类，如梭状芽孢杆菌（如普拉梭菌）和拟杆菌门，在炎症性肠病中耗尽，导致克罗恩病和溃疡性结肠炎的SCFA水平降低。这损耗突出了短链脂肪酸对于炎症性肠病发病机制的重要性，临床数据显示，如补充代谢丁酸的益生菌或口服丁酸补充，可以正向的干预这些疾病发展。其有益作用在很大程度上归因于短链脂肪酸的抗炎特性，特别是丁酸盐。例如，丁酸盐已被证明可以调节treg，减少促炎细胞因子如TNF-α、IL- 1β和IL-6的产生，促进M2巨噬细胞的分化，并抑制M1巨噬细胞和中性粒细胞。
关于SCFAs参与纤维化通路，大多数证据来自肠外研究。一项对暴露于高浓度丁酸盐下的肾细胞的研究报道了TGF-β1的合成和信号转导受到抑制。产生丁酸的菌株不仅减轻了顺铂（抗癌药）诱导的肾脏炎症，而且降低了ECM分子如IV型胶原、纤维连接蛋白和α-SMA的表达。同样，在糖尿病肾病的临床前模型中，丁酸钠的治疗减少了TGF-β1诱导的纤维化，并降低了ECM蛋白如胶原蛋白、纤维连接蛋白和α-SMA等ECM蛋白的沉积。在心脏中，丁酸通过调节巨噬细胞的M1/M2极化或通过靶向胶原蛋白的沉积来改善纤维化。在肝脏中，不同的SCFAs发挥不同的作用，对于纤维化，有时会发现不同的结果。例如，已知高剂量的丙酸盐具有肝毒性，并被用于在动物模型中诱导肝纤维化。在一些研究中，丁酸盐和醋酸盐通过TGF-β信号通路和一些非典型的TGF-β通路的失活显示出抗纤维化特性。其他研究者发现，在代谢障碍相关的脂肪变性性肝病（MASLD）患者中，血清中较高水平的丙酸（p = 0.02）和丁酸（p = 0.03）与纤维化的严重程度相关。在这些患者中，肠道生态失调已被报道——瘤胃球菌科和细孔菌科是与显著纤维化相关的主要微生物类群——粪便丙酸水平显著升高，与纤维化的严重程度相关。这些差异可能是由于SCFAs通常被肝脏吸收，而较高的血清水平可能反映了肝硬化时肝功能受损或门体分流术的存在。在肺中，研究发现丙酸通过抑制PI3K/Akt/mTOR信号通路来降低肺泡上皮细胞的EMT。
丁酸盐及其相关微生物群在纤维化通路中的间接作用被归因于调节TLRs和巨噬细胞极化。在丁酸盐的其他可能的间接抗纤维化作用中，我们引用了它灭失组蛋白去乙酰化酶（HDACs）和激活组蛋白乙酰化酶（HATs）的能力，或影响组蛋白丁基化，作为表观遗传过程的调节因子，可能也影响纤维化机制。此外，它是一种新兴的AhR配体，一种受体，由于其识别许多外来化合物和调节免疫细胞功能的双工能力，被认为是饮食-微生物-宿主相互作用的关键介质。此外，其他受体和途径可能有助于短链脂肪酸的抗纤维化作用。例如，g蛋白偶联受体（GPRs）和游离脂肪酸受体（FFARs）已被证明可以调节TGF-β通路和ECM在不同器官中的沉积。
不幸的是，SCFAs在肠道EMT和肠道纤维化中的直接作用仍然难以捉摸，几乎没有、不确定的证据。在肠道中，产生梭状芽胞杆菌的SCFAs通过刺激treg和IECs 的分泌来促进TGF-β1丰富的环境。在结肠中，丁酸盐诱导PPAR-γ的能力已经被描述过，并与随后的肠杆菌科，特别是大肠杆菌的减少有关。有趣的是，一些被发现抑制结肠炎并强烈激活丁酸相关PPAR-γ诱导的细菌——即人杆菌和肠杆菌——在ibd患者的肠道中被耗尽，此外，对结直肠癌的保护作用，依赖于丁酸诱导Smad3的能力，增强TGF-β介导的分化抑制剂（Ids）的抑制，随后的细胞凋亡。值得注意的是，生产丁酸的细菌，如丁酸梭菌和变形梭菌，也被研究了它们在肿瘤发生中对EMT的作用。事实上，有研究报道，丁酸盐可以通过调节Wnt/β-连环蛋白通路，潜在地减轻结肠直肠癌的发展，这是溃疡性结肠炎的一种可怕的并发症。
5.2乳酸（LA）
乳酸菌（LAB）具有抗炎功能（表2），这已在克罗恩病和溃疡性结肠炎中得到证实。加州大学的实验数据效果似乎更明显，实验室促进诱导和维持缓解通过促进巨噬细胞从M1M2，减少促炎TNF-α和NF-κB信号和增加抗炎IL-10，抑制炎症小体，调节肠道微生物群有利于有益的物种的选择，导致SCFA含量增加。
LA在纤维化通路中的作用已经在各种器官中被探索。例如，Kottman等人证明了LA如何通过激活TGF-β [134]来促进特发性肺纤维化患者的肌成纤维细胞分化。另一项研究表明，使用某些LAB物种进行治疗可以增加哮喘患者中TGF-β的表达，并能够减少嗜酸性气道浸润。在硫代乙酰胺诱导的肝纤维化大鼠模型中，口服LAB（副干酪乳杆菌、干酪乳杆菌和混淆乳杆菌）的混合物产生了保护作用，其特征是显著减少胶原蛋白和α-SMA的沉积，而TGF-β 的浓度则降低。在皮肤中，一些LAB似乎具有光保护作用，因为它们能够调节成纤维细胞中的基质金属蛋白酶。
在肠道水平上，口服加塞利乳杆菌似乎对黏膜有有益的影响，因为它通过激活TGF-β刺激树突状细胞释放IgA。发酵大豆对糖尿病结肠炎的临床前模型显示，LAB促进了产生SCFA的细菌的生长，增加了PPAR-γ，随后减少了炎症细胞因子。虽然很少有研究分析洛杉矶之间的关系和纤维化模式在肠道水平，我们推测洛杉矶可能保护肠道免受急性炎症反应部分通过上调抗炎途径如TGF-β，在一定程度上通过减少纤维化因这个细胞因子。在ibd的背景下，这一推测与这些患者中属于LAB组的物种减少的证据相一致，特别是在受UC影响的患者中（见表1）。然而，需要注意的是，虽然人类细胞主要产生L-乳酸，但LAB可以产生脱乳酸，其水平与IBDs 中的疾病活性和血清炎症标志物相关。这一证据表明，乳酸和LAB在炎症和纤维化中的作用可能也取决于不同乳酸亚型之间的平衡。
5.3吲哚类
吲哚物质是由肠道微生物群由必需氨基酸色氨酸（Trp）产生的。在人体中，微生物介导的吲哚途径与其他两种内源性色氨酸代谢途径相连，即肾嘌呤和血清素途径。研究发现，惰性药物可以正常地调节肠道屏障的功能（表2），并通过调节炎症和纤维化途径在各种器官中发挥有益和有害的作用（表3）。
在活性ibd的背景下，色氨酸吸收减少，肾嘌呤途径的活性增强，间质血清素的可用性升高，indole通路的修饰，以及通过AhR信号的激活已被揭示。同样，正如SCFAs和LA的报道，注射药物在缓解ibd方面的大部分有益作用在于对肠道屏障成分的保护作用，具有抗炎作用。例如，已经观察到膳食色氨酸缺乏促进dss诱导的炎症，而通过补充色氨酸可以缓解。由于某些细菌的消耗，色氨酸的有效性可能会降低（表1），随后的减少，这些有益成分显示能够影响非产生色氨酸的细菌（如白色念珠菌、肠道链球菌、铜绿假单胞菌、大肠杆菌和克雷伯氏菌）。侵袭性、运动性和毒性。此外，这些改变可能会影响黏液组成和细胞间紧密连接，有助于肠道渗漏的机制。
关于直接的抗纤维化作用，研究者在结肠炎小鼠模型中进行的一项杰出研究中，补充色氨酸代谢产物Indole-3-丙酸（IPA）通过调节PXR受体显著减少了纤维化的发展。在同一项研究中，发现该受体在IBD患者中降低，并且他们的IPA粪便水平低于健康受试者。作者还发现，在使用IPA 预处理后，受LPS刺激的人肌成纤维细胞中促炎细胞因子的表达降低。有趣的是，一些研究表明，饮食来源的食物，如注射-3胆固醇（I3C）包含在一些家庭蔬菜尚未研究其抗炎作用通过调节AhR ，可以影响PPAR-γ的合成老鼠喂食不同的饮食。
分析各种器官的作用（表4）表明，因为他们可以共存在相同的环境中，他们的影响纤维化的途径可能取决于各种因素，如饮食的类型（例如，高脂肪饮食），色氨酸相关分子的膳食可用性，微环境和肾红素和血清素通路的活性，靶细胞，微生物群的特异性修饰，以及它们在促纤维化和抗纤维化作用之间的最终平衡。
表3.炎症与炎症和纤维化的主要分子通路之间的主要相互作用。
缩写： AhR，芳基烃受体；α-SMA，α-平滑肌肌动蛋白；DSS，右旋糖酐硫酸钠；ECM，细胞外基质；造血干细胞，肝星状细胞IAA，注射-3-乙酸；IBD，炎症性肠病IC，注射-3-碳醇；肠上皮细胞ILA，注射-3-乳酸；丙酸-3-丙酸；MA-35，丝裂酸-35；金属蛋白酶PPAR-γ，过氧化物酶体增殖激活受体γ；PXR，妊娠X受体；TGF-β，转化生长因子-β；TIMPs，金属蛋白酶组织抑制剂。请注意，该表并不包括所有由色氨酸肠道代谢产生的文献，只有那些发现了有关其参与纤维化途径的文献。
表4。该文章的检索工作于2024年3月底进行。第一列中的数字表示通过PubMed查询获得的文章数量，粗体数字表示阅读标题和摘要后选择进行审查的文章数量，删除重复的文章。
5.4.尿苷（Uros）
与其他代谢物相比，关于Uros在肠道屏障上的保存及其抗炎作用的证据较少（表2）。然而，在UA的抗纤维化潜能已被观察到不同于肠道的器官。在Chen等人对TGF-β1处理的心脏成纤维细胞模型进行的一项研究中，使用UA引起了Nrf2通路的激活。该通路因其在氧化还原稳态和抗氧化反应中的作用而闻名，这被认为可以抵消TGF-β诱导的氧化应激和相关纤维化。尿苷素对TGF-β/Smad的抑制作用已在肾脏中被报道，而PPAR-γ的诱导已在内皮中被描述，但这些作用尚未在肠道中被报道。然而，有一些证据表明鞣花酸的能力，尿脂素的前体，增强SCFA产生细菌的增殖在肠道和激活PPAR-γ途径。Cheng等人报道，在肺癌细胞中给予UA可通过影响p53-Mdm2-Snail通路来影响EMT。具体来说，Snail，被确定为锌指转录抑制因子，通过抑制关键的上皮标志物e-钙粘蛋白在EMT中发挥作用。所有上述机制都可能有助于减轻肠道炎症和肠道纤维化，即使大多数现有证据来自临床前研究。
5.5.硫化氢（硫化氢）
有证据表明，过量和不足的硫化氢水平都可能对肠道屏障产生各种有益或有害的后果（表2）。在ibd中，研究表明硫化氢可能发挥双向作用，具有保护性和破坏性作用，对UC患者有重大影响。虽然适当水平的硫化氢可能具有抗炎作用，并有助于维持肠黏膜的完整性，但升高的硫化氢水平与炎症和肠道屏障损伤有关，包括纤维化。例如，虽然使用该化合物已经能够通过降低促炎的IL-1β、IL-10和TNF-α 的水平来缓解dss诱导的结肠炎，其他研究表明，导致ATP线粒体合成降低的代谢损伤是乳糜泻患者肠道内的一种促炎触发器，因为它会导致IL-6的产生。
当谈到电磁和纤维化的机制，研究在几个不同的环境表明，硫化氢可能影响TGF-β受体信号（潜在抑制）和PPAR-γ活动（潜在刺激），表现出不同的影响Smad蛋白质。然而，这些途径的具体影响在CD和UC仍在阐明但似乎硫化氢的普遍影响在这些疾病是促炎的，符合证据表明H2S产生细菌似乎更丰富的在这两种情况下（表1）
5.6三甲胺（TMA）和正氧化三甲胺（TMAO）
TMA衍生的代谢物，三甲胺-n-氧化物（TMAO）的作用主要在心血管健康中进行研究，因为在浓度升高时，它与心血管疾病的高发病率有关，包括动脉粥样硬化和心脏病。有趣的是，在心力衰竭的临床前模型中，有证据表明，该化合物可能通过激活TGF-β/Smad3信号通路介导的成纤维细胞-肌成纤维细胞转化来促进心肌纤维化，而胆碱的一种类似物，3,3-二甲基-1-丁醇（DMB），通过抑制同一途径，对心脏重构具有保护作用。一项对44例心肌梗死患者经皮冠状动脉介入治疗的有趣研究表明，使用益生菌鼠李糖乳杆菌GG株（LGG），改善了心室功能超声心动图指标，降低了心脏重塑生物标志物的血清浓度，包括TMAO和TGF-β。同样，在阻塞性呼吸暂停和饮食高盐摄入量的临床前模型中，高水平的TMAO与肠道乳酸菌的消耗、高血压的高发病率和淋巴细胞的Th1极化有关。使用LGG能够减轻这些表现。TMAO在肾脏、皮肤成纤维细胞、血管内皮细胞、脂肪细胞祖细胞[170]和牙周组织中也有促纤维化作用。在这种情况下，暴露于靶向抑制肠道微生物TMAO产生的临床前模型显示出心脏和肾功能的增强，这也归因于前纤维化通路的调节，如TGF-β。虽然有证据表明TGF-β相关的TMAO诱导各种器官纤维化，但关于肠道纤维化的数据很少。据报道，在IBD患者的肠道中，TMA/TMAO比值升高，可能与TMA代谢菌的减少有关（表1）。TMA通过引起氧化应激诱导的DNA损伤、细胞周期阻滞和增加炎症浸润值，在体外和体内都对结肠细胞产生有害影响。此外，它激活成纤维细胞向促纤维化表型。关于TMAO水平与IBD易感性和活性之间的关系，代谢物的浓度已被发现降低或正常。
6、讨论：关于肠道纤维生成过程中微生物群代谢物（即后生元）调节的当前知识和治疗观点
尽管关于炎症性肠炎中微生物群变化的数据不断变化，但人们普遍认为有益细菌减少，而有害物种增加（表1）。这些变化影响肠道屏障的各个方面，并可影响肠道通透性和免疫激活（表2）。
基于其对炎症和纤维生成的影响的证据，我们在本综述中纳入了特定的代谢物： SCFAs、乳酸、色氨酸、尿脂素、硫化氢、三甲胺和TMAO。然而，细菌的最终产物包括广泛的化合物，包括LCFAs、维生素、胆汁酸、内源性醇、分支氨基酸、黄酮类化合物等，其中许多在炎症性肠炎的背景下得到了关注。我们区分了微生物代谢物调节纤维生成的两种方式：间接调节炎症，特别是巨噬细胞和淋巴细胞极化，直接作用在肠道中探索较少，但这是我们综述的重点（图1）。
我们的分析显示了有限的小样本量的研究，通常在体外或动物模型上进行，有时会产生相互矛盾的结果（表4）。值得注意的是，虽然许多研究调查了微生物代谢物在远端器官纤维化中的作用，但它们的主要生产部位是肠道。
各种器官的纤维化涉及增强的ECM沉积和EMT，主要由典型的TGF-β/Smad通路调控。然而，该细胞因子的多效性提出了一个“TGF-β悖论”：它可以抑制良性细胞的增殖，同时促进癌症进展。从我们的观点来看，在炎症性肠炎中，这一悖论不同地表现为TGF-β的抗炎作用与其促纤维化作用之间的冲突。事实上，尽管由IIS的M2/Th2臂分泌，以限制M1/Th1臂不受控制的炎症负担，促进黏膜愈合，慢性炎症刺激诱导促纤维化变化，最终导致EMT，最终导致癌症进展。这一悖论表明，TGF-β和相关通路是新疗法中有趣但潜在的有害靶点。
事实上，TGF-β悖论的存在指导炎症性肠炎研究了解炎症机制，以便早期控制它们并预防包括纤维化在内的并发症，而不是直接影响纤维生成。然而，这种线性观点（急性炎症-慢性炎症-纤维化）只是部分地捕捉到了炎症性肠炎的分子复杂性，在其中各种表型可以共存。从我们的文献综述来看，尽管存在局限性，如其他器官的研究和较少的临床前数据，但可以进行一些观察。
胃肠道生态失调导致后生元消耗已被普遍证实。因此，一些研究表明，在结肠炎模型中，使用后生元制剂，可以减少炎症和纤维生成。
此外，CD和UC在免疫通路、组织学和临床表现以及并发症方面表现出显著差异，这也反映了微生物群特征。例如，与结肠相比，小肠的细菌计数更低，CD和UC之间的生物失调振荡也不同。这些差异可能会影响代谢物的产生和可用性（表1），影响分子途径并解释各种疾病特征。鉴于结肠中细菌丰度较高，大多数代谢过程发生在那里，后生元制剂被肠道黏膜吸收，并可能通过血液影响远端器官。例如，虽然SCFAs在UC中发挥了很好的作用，因为它们来自结肠中纤维的发酵。
使用后生元制剂预防炎症性肠炎恶化和并发症的优势可能源于它们在工业过程和存储过程中更大的稳定性，以及安全性。事实上，即使益生菌被发现是安全的，它也涉及使用一种或多种活菌，与受体的微生物群可能存在不可预测的相互作用，包括极其罕见但可怕的菌血症。同样，其他新兴的方法，如粪便移植，需要从健康供体的材料，但需要注意，我们对“健康”微生物群的组成尚未完全了解。相反，后生元可以补充生物体缺乏的元素，而不引入不可预测活的微生物物种。
此外，其潜在的优势在于，微生物代谢物，特别是后生元制剂，可以对已改变的微生物群触发有益的反馈信号，有可能促进正常菌群的恢复。这一原则的适用性的一个例子是丁酸盐口服或局部给药治疗溃疡性结肠炎的积极作用，这一策略的基础主要在于炎症调节。
值得注意的是，一些关于克罗恩病的研究已经揭示了肠狭窄的组织学异质性。虽然炎症和纤维化条件可以共存，但狭窄可能主要表现为炎症或纤维化特征。这种差异表明需要不同的治疗方法：专注于抗炎治疗的初始医学方法可能主要适用于炎症性狭窄，而手术方法可能需要治疗主要的纤维性狭窄。目前，还没有有效的预防或逆转药物治疗这种狭窄。建议的避免手术的策略包括内镜下气球化或局部皮质类固醇注射，但这些方法有高复发率。然而，通过调节纤维化途径，可以减缓或阻止狭窄向纤维化形态的进展的中间方案的概念，可能会引起人们对某些代谢物潜在的抗纤维化作用的兴趣。这些药物可以作为目前正在研究中的其他分子的补充疗法，主要是单克隆抗体和生长抑制因子。此外，有报道称，NOD2基因的各种多态性与较高的手术风险相关，这表明NOD2在微生物感知方面的不同缺陷有不同的纤维化倾向。尽管针对炎症抑制的治疗取得了显著进展，但乳糜泻患者的狭窄和穿透等肠道并发症的发生变化不大。这些发现表明，仅靶向炎症可能不会显著改变乳糜泻患者肠纤维化的临床结果。此外，有证据表明，CD患者经历持续症状没有炎症显示消耗丁酸和产生细菌，因此表明纤维化，其他疾病的临床方面也可能不仅仅依赖于炎症机制和微生物代谢物再次涉及这些机制。
总之，本综述对回顾微生物代谢物（后生元）在炎症性肠炎纤维化发展中的作用的兴趣是基于三个主要的考虑因素。首先，尽管目前的抗炎疗法对炎症性肠炎有效，但仍有一部分患者，特别是乳糜泻患者，仍会经历纤维化并发症，导致持续需要手术。这一差异表明，虽然慢性炎症和伴随的抗炎反应不足是纤维化和EMT的主要触发因素，但也可能有非炎症途径导致纤维化的原因，而不是现有抗炎治疗的目标。
其次，对肠纤维化缺乏特异性的抗纤维化治疗方法可能是由于炎症性肠炎并发症背后的机制特点，这引起了人们对其潜在副作用的担忧。事实上，这些机制不仅在正常的伤口愈合中发挥作用，而且还与胚胎发生和肿瘤发生等过程有关。例如，TGF-β通路也参与了UC患者结直肠癌的发展，强调了炎症性肠炎纤维化发病机制的复杂性。
缺乏代谢物作为肠道纤维生成介质的研究相关的数据应该得到补充，首先是临床前研究，然后是临床试验，因为它们可能有助于开发潜在的新疗法来补充现有的新疗法。对基于益生元、益生菌和后生元的预防策略和/或替代/补充治疗策略的研究表明，目前的疗法虽然有效，但并不说明无副作用。对微生物代谢物的进一步研究不仅可以加深对IBD发病机制及其治疗的理解，而且有助于更好地理解和治疗其他以纤维化为特征的常见和危险疾病。
