腸道菌群與自身免疫性疾病研究進展

發布時間：2021-09-18所屬分類：醫學論文瀏覽：1次

摘 要： 摘要：自身免疫性疾病是以機體自身反應性T細胞和B細胞過度活化，大量自身抗體產生為特點，并引起多器官多系統廣泛損傷的慢性系統性多關節炎癥性疾

　　摘要：自身免疫性疾病是以機體自身反應性T細胞和B細胞過度活化，大量自身抗體產生為特點，并引起多器官多系統廣泛損傷的慢性系統性多關節炎癥性疾病。研究證實，特定的腸道菌群可通過特定的分子模式誘導產生多種炎性細胞及炎性因子從而調節腸黏膜屏障的完整性，影響黏膜免疫功能，引起免疫性炎癥。深入了解兩者之間的關系，對進一步研究自身免疫性疾病的病因及發病機制，優化治療策略等具有重要的臨床應用價值。本文主要對腸道菌群與類風濕性關節炎、系統性紅斑狼瘡、脊柱關節炎等自身免疫性疾病的關系做一簡要綜述。

　　關鍵詞：自身免疫性疾病;腸道菌群;黏膜免疫

　　自身免疫性疾病是以機體自身反應性T細胞和B細胞過度活化，大量自身抗體產生，并引起多器官多系統廣泛損傷為主要特征的慢性炎癥性疾病。研究證實，特定的腸道共生菌可通過特定的分子模式誘導產生多種炎性細胞及炎性因子從而調節腸黏膜屏障的完整性，影響黏膜免疫的功能，可對多種自身免疫性疾病產生廣泛影響。人類皮膚、口腔及腸道黏膜表面，有大量微生物廣泛定植，尤其是在腸道，微生物的種類達400多種，總重量達1～1.5kg，這些特定腸道生境內的微生物群統稱為腸道菌群，隨著高通量測序技術、環境基因組學、生物信息學等先進技術的廣泛應用，腸道菌群作為腸道內環境的重要組成部分已成為近年以來腸道穩態研究的熱點。美國國立衛生研究院和歐盟分別開展了“人類第二基因組計劃”和MetaHIT計劃，以分析微生物群的結構變化及腸道菌群的物種分布，為后續研究腸道微生物與人類多種疾病的關系提供重要的理論依據。腸道菌群通過影響局部黏膜免疫的功能對全身免疫系統發揮作用，導致多種免疫性疾病的發病，尤其是因錯誤的識別并攻擊自身組織而導致的自身免疫性疾病[1]�，F將腸道菌群與自身免疫性疾病有關的最新研究進展做一簡要綜述。

　　1腸道菌群概述

　　腸道菌群是存在于人體胃腸道內的正常微生物群，其構成主要為細菌、古細菌、真菌、病毒等。腸道細菌的總數達100萬億，是人體細胞總數的10倍，主要由硬壁菌、擬桿菌、放線菌和變形桿菌構成，其中嚴格厭氧菌的數量比兼性厭氧菌和需氧菌多2～3個數量級[2]。正常腸道菌群不僅可以與腸黏膜緊密結合構成腸道的生物屏障，阻止細菌、病毒和食物等抗原的入侵，還可參與人體多種正常的生理代謝過程。現已證明，腸道多種有益菌及其代謝產物，對機體免疫和生長發育發揮重要的調節作用。短鏈脂肪酸(short-chainfattyacids，SCFA)是腸道菌群將不能消化的碳水化合物發酵所產生的物質，能夠促進腸上皮細胞的生長和分化，對腸道起營養作用，據Myung等研究[3]證實SCFA還可以結合并激活上皮細胞G-蛋白偶聯受體43(G-pro-teincoupledreceptors，GPR43)和G-蛋白偶聯受體41(G-protein?coupledreceptors，GPR41)，促進機體保護性免疫反應。鼠李糖乳酸桿菌分泌的蛋白質P40可以通過上皮生長因子受體(Epidermalgrowthfactorreceptor，EGFR)依賴通路改善腸道上皮的穩定性，促進腸道上皮細胞的生長，發揮對腸道上皮細胞重要的保護作用[4]。同時，Ochoa-Repáraz等[5]證實口服人體腸道共生脆弱擬桿菌的莢膜多糖A(polysaccharideA，PSA)可預防多發性硬化癥(Multiplesclerosis，MS)的發病。除此之外腸道細菌還參與維生素的合成、鈣鎂鐵等離子的吸收、分解食物中的毒素和致癌物質等過程。

　　2腸道菌群與黏膜免疫系統

　　黏膜免疫系統是機體免疫系統的重要組成部分，具有其獨特的結構和功能，主要由腸黏膜相關淋巴組織(gut-associatedlymphatictissue，GALT)參與完成，是黏膜接觸、攝取抗原和最初免疫應答產生的部位。腸道共生菌依靠免疫耐受機制不會使機體產生病理性免疫應答，其中胸腺來源的CD4+Foxp3+調節性T細胞(RegulatorycellTregTregs)對腸道正常共生菌的免疫耐受機制發揮重要作用[6]。當機體在遺傳因素、環境因素等作用下對自身組織或抗原失去正常的免疫耐受能力時，便會發生一系列病理性免疫應答，大量自身抗體錯誤識別并攻擊自身組織，導致自身免疫性疾病的發病。腸道上皮細胞表達的多種Toll樣受體(Toll-likere-ceptors，TLR)，有識別病原相關分子模式(patho-gen-associatedmolecularpatterns，PAMPs)、激活TLR信號途徑關鍵轉接分子MyD88(myeloiddif-ferentiationprimary-responseprotein88)，及誘導下游炎癥反應等功能。腸道黏膜固有層內的M細胞可實時監測，并及時攝取轉運腸腔內有害病原體，濾泡區內的樹突細胞將抗原進行處理后和MHCⅡ類分子形成復合物，呈遞給T細胞，激活機體特異性免疫應答。B細胞激活后可轉化為漿細胞，產生sIgA，通過與細菌胞壁抗原決定簇結合包裹細菌，因此，腸道黏膜免疫反應主要依靠黏膜內的T細胞、B細胞及分泌至腸腔中的sIgA等共同完成腸道的局部黏膜免疫功能。研究表明腸道內多種正常菌群可通過特定的分子機制發揮對機體的保護作用。脆弱類桿菌是腸道內帶有莢膜的革蘭陰性短桿菌，可通過其菌體成分莢膜多糖A活化并誘導IL-10產生Tregs，發揮抗炎作用。這種分子作用的機制可能與PSA通過TLR2信號通路抑制機體的免疫應答，下調Th17等促炎因子的免疫反應有關[7]。At-arashi等證實腸道內定植的梭狀芽胞桿菌，尤其是梭菌IV簇和XIVa簇，可以通過提高體內TGF-β的水平，促進體內Th17細胞的生成，并進一步表達Foxp3轉錄因子，發揮Tregs樣誘導作用[8]。乳酸桿菌是正常存在于人體內的益生菌，具有重要的免疫調節作用，其數量不僅可以影響機體免疫，而且還可以通過影響T細胞的功能調節機體免疫狀態，其可通過在小腸表達免疫調節因子，提高控制效應細胞的能力，間接影響調節性T細胞的功能[9]。

　　3腸道菌群與自身免疫性疾病

　　3.1腸道菌群與類風濕性關節炎腸道菌群失調與RA(類風濕性關節炎)之間的研究最早始于20世紀初提出的毒血癥因子假說，該假說認為腸道內革蘭陰性細菌大量增殖，會導致腸道產生多種毒性代謝產物并進入血液循環，引起關節炎癥。因此，以腸道菌群-腸關節軸為治療靶向的治療方案在20世紀40年代就已應用，其中有些甚至已經成為目前臨床上應用的改善病情的抗風濕藥，比如柳氮磺胺吡啶等。但那時還鮮有直接評估RA和腸道菌群的研究。隨著多種先進檢測手段的不斷出現，人們努力尋求某種特定的病原菌與RA之間的關系，有研究顯示，新發的單純應用改善病情的抗風濕藥物治療的RA患者，腸道中普雷沃菌屬也顯著增加[10]，證實RA的發病與普雷沃菌屬感染存在相關性。Vaghef-Mehrabany等[11]臨床研究顯示，干酪乳桿菌可以顯著降低RA患者血清TNF-α、IL-6和IL-12等促炎細胞因子，同時提高IL-10等抗炎因子的水平，副干酪乳桿菌可以顯著降低RA的活動性，證明了乳酸桿菌可以有效緩解RA的病情。除腸道菌群外，另外人體口腔內的牙齦卟啉單胞菌[12]及呼吸道黏膜表面韋榮球菌屬和普雷沃菌屬[13]均已經證明與RA的發病有關。人體腸道內正常菌群之間數量與功能的協調與平衡，也是維持腸道微生態平衡不可或缺的重要因素，多項研究表明腸道菌群結構的改變，可誘發RA的發病甚至加重病情。Scher等[14]對健康人、慢性類風濕性關節炎、銀屑病關節炎、以及新近感染的類風濕關節炎四組人群糞便中的菌群進行檢測，發現普雷沃菌屬在新近感染的RA患者中數量明顯增加，類桿菌的數量明顯減少。Liu等[15]通過16SrRNA基因測序技術，證實早期RA患者腸道乳酸桿菌屬的數量和種類均呈增多的趨勢，乳酸桿菌的種類主要以唾液乳桿菌、惰性乳酸桿菌和瘤胃乳酸桿菌為主，而粘液乳桿菌只存在于RA患者的糞便中，在正常對照組中未被發現。以上證據均提示RA患者存在菌群失調，主要特點為：優勢菌或抑炎菌(如類桿菌、乳酸桿菌及柔嫩梭菌等)數量減少，有害菌(如普雷沃菌屬等)數量增加及優勢菌單菌種之間(唾液乳桿菌、惰性乳酸桿菌、瘤胃乳酸桿菌及粘液乳桿菌)的比例失調等，雖然近期的動物模型及臨床試驗證明，RA患者均存在不同程度的腸道菌群失調，但腸道菌群失調可誘發或誘導系統炎癥發生的機制還需深入研究，進一步還可以從酶和代謝的角度進一步理解RA與腸道菌群失調的關系。

　　3.2腸道菌群與系統性紅斑狼瘡系統性紅斑狼瘡(systemiclupuserythematosus，SLE)的發病機制目前普遍認為是T、B淋巴細胞的高度活化和功能異常，并產生大量自身抗體所導致的多器官多系統損害。人類微生物組計劃的開展從分子水平上揭示了腸道菌群基因組DNA對多種疾病發生、發展之間的關系。Hall等[16]發現小鼠中腸道菌群的DNA作為一種天然免疫佐劑可以通過TLR9抑制Tregs的轉化促進自身免疫性疾病的發生。益生菌是腸道正常菌群的優勢菌群，能通過占位效應、營養競爭作用等抑制條件致病菌的過度生長及外來致病菌的入侵，維持腸道的微生態平衡。乳酸桿菌做為改善腸道菌群失調的有效益生菌已廣泛應用于臨床，Kosiewicz等為了證明乳酸桿菌和SLE之間的關系，對兩種自發性SLE模型小鼠B6Sle.123和(NZBx-NZW)F1均給予羅伊乳酸菌，結果表明實驗組小鼠外周血中Treg細胞的水平較正常組明顯提高，SLE的病情也得到了有效控制，因此可以推測，羅伊乳酸桿菌可以通過提高Treg細胞的水平，下調炎癥反應，對SLE起預防作用[17]。腸道菌群不僅影響SLE的發病，還與SLE的病情直接相關。Vie-ira等[18]通過(NZWxBXSB)F1小鼠模型以及TLR7轉基因小鼠證明了在腸道菌群總數減少的情況下，可以通過阻止β-2糖蛋白受體的產生降低SLE患者繼發抗磷脂綜合癥的死亡率。腸道微生態的穩定，除外源性特定細菌的影響外，腸道內各菌群之間的協調也發揮著重要作用，腸道菌群正常結構發生改變，也會導致SLE的發病。最近AranchaHevia等利用個人化操作基因組測序儀(IonPer-sonalGenomeMachine)分別對20名SLE患者和健康對照組的腸道菌群進行16SrRNA基因優化擴增，發現SLE組厚壁菌與擬桿菌的比值明顯降低，同時在門和科的水平檢測SLE組與健康對照組的厚壁桿菌表達水平。在門的水平，微生物結構表現為厚壁菌的數量明顯減少，而類桿菌數量明顯增多;在科的水平，微生物構成表現為SLE組毛螺旋菌科的數量減少，而類桿菌及普雷沃菌科的數量增多，并對腸道內其他菌群的比例進行計算，直觀精確的表現出SLE患者腸道菌群結構的改變[19]以上研究結果均表明，SLE患者由于自身免疫系統的紊亂而導致不同程度的腸道菌群失調。目前腸道益生菌、糞菌移植(Fecalmicrobiotatransplantation，FMT)等以腸道菌群為特定治療靶點的治療方法發展迅速，并已廣泛應用于臨床，據以上研究，我們可以從調節機體腸道菌群失調，改善病理性免疫應答，糾正機體免疫紊亂的角度探索治療SLE的新的方案。

　　3.3腸道菌群與脊柱關節炎脊柱關節炎(spon-dyloarthritis，SpA)是一種免疫介導的風濕性疾病，近年來腸道菌群與SpA的關系日益受到眾多學者的重視，目前多種特異性病原菌已被證實與AS(強直性脊柱炎)的發病存在相關性。產堿桿菌多糖是一種來源于酵母、真菌、細菌等細胞壁的β-1，3葡聚糖，Yeoh等利用SKG小鼠模型，證明了產堿桿菌多糖與SpA的發病存在相關性，當SKG小鼠飼養于無特定病原菌的環境時不會發病，給予產堿桿菌多糖后便會出現SpA樣的臨床表現，并伴有多種關節外癥狀[20]。另有研究顯示，腸道菌群不僅會導致SpA的發病，而且會進一步加重SpA患者的病情，VanPraet等[21]對68名AS患者進行回結腸鏡檢查及骶髂關節核磁檢測發現，與腸道組織學正常的患者相比，伴有慢性腸道炎癥的患者骶髂關節炎浸潤及骨髓水腫程度更為嚴重，但是SpA患者腸道炎癥的具體發生機制還需進一步證實。研究表面，腸道菌群結構的改變，同樣也會加重SpA的病情。Mary-EllenCostello等對AS患者的回腸末端活檢的標本應用16SrRNA基因測序及分析技術獲得微生物圖像，證實AS患者回腸末端微生物群落與健康對照組差異有統計學意義，毛螺旋桿菌、韋榮球桿菌、普雷沃菌科、紫單包菌科以及類桿菌科的豐度較正常對照組顯著增加。以上研究結果均表明，患者均存在不同程度的腸道菌群失調，并可進一步加重SpA的病情。但是，關于SpA患者存在的腸道菌群是原發性還是繼發性改變還未完全證實，SpA導致的免疫紊亂會影響黏膜免疫系統失調，進一步影響腸道菌群結構和功能，同時，腸道菌群在遺傳因素、飲食、肥胖等環境因素的影響下，腸道微生態系統失衡，可通過黏膜免疫系統中多種炎性因子及受體的作用影響全身的免疫狀態，導致SpA的發病。關于這一問題，Kenna等[22]認為，AS等SpA的發病與HLA-B27高度相關，HLA-B27可通過對腸道微生物基因組的影響誘發AS發病，脊柱等中軸性關節的炎癥狀態又會反過來誘導IL-23增加等病理性免疫反應，加重原有疾病的進展。以上多位學者的實驗結果也均與這一觀點不謀而合。因此宿主自身基因和機體免疫系統以及微生物基因組之間的聯系還需要我們進一步探討，以進一步明確AS的發病機制。

　　3.4腸道菌群與其他自身免疫性疾病腸道菌群通過影響全身的免疫狀態，會對機體多個系統產生影響，比如其與炎癥性腸病、多發性硬化癥(Multi-plesclerosis，MS)等也存在千絲萬縷的聯系。腸道菌群可以活化腸上皮細胞表面的病原相關性分子模式(Microbeassociatedmolecularpatterns，MAMPs)，激活下游的信號傳導通路，引起上皮細胞分泌炎性因子，阻止炎癥反應的發生。最近有學者運用16SrRNA技術檢測特異性抗原刺激后的IL-10-/-小鼠與WT炎癥性腸病模型小鼠發現，隨疾病進展其腸道菌群的多態性降低，主要是腸道共生菌及大腸埃希菌的拷貝數進行性下降，提出菌群失調是繼發于免疫反應的假說，同時發現實驗中存在腸道細菌的特異性Th1和Th17反應，證明了腸道菌群在黏膜免疫反應及炎癥的級聯放大效應中發揮重要的作用[23]。YunKyungLee等[24]利用MS模型即實驗性自身免疫性腦脊髓膜炎(experimentalauto-immuneencephalomyelitis，EAE)小鼠，發現在無菌條件下較正常環境下飼養的小鼠MS的發病率更低。而且只有在分枝桿菌定植的小鼠可以發生MS，證明了分枝桿菌可能通過誘導Th17細胞產生IL-17進而導致MS的發病。

　　4展望

　　綜上所述，腸道菌群主要通過調節多種免疫細胞的分化，產生相應的炎性因子，經一系列炎癥級聯反應產生大量自身抗體，最終誘導多種效應因子對局部組織的損傷，導致自身免疫性疾病的發病。因此，回顧以往研究成果并結合當前的研究進展，可以從以下兩方面進一步深入研究：(1)腸道黏膜免疫系統在腸道菌群與自身免疫性疾病之間發揮了重要的橋梁作用，以腸道黏膜免疫為特定治療靶點，阻斷或校正病理性免疫應答過程，是否能夠成為未來治療自身免疫性疾病又一全新有效的治療方案;(2)宿主基因組和機體免疫系統以及微生物基因組之間相互聯系，相互作用，三者更深層次的關系還需要我們不斷地探索，以提高對RA、SLE、SpA等疾病的認識，并進一步優化治療策略，更好的服務于臨床，改善疾病預后。——論文作者：李苗1，孫迪2，付冰冰1，孫曉鵬1

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