肠道菌群与自身免疫性疾病研究进展

发布时间：2021-09-18所属分类：医学论文浏览：1次

摘 要： 摘要：自身免疫性疾病是以机体自身反应性T细胞和B细胞过度活化，大量自身抗体产生为特点，并引起多器官多系统广泛损伤的慢性系统性多关节炎症性疾

　　摘要：自身免疫性疾病是以机体自身反应性T细胞和B细胞过度活化，大量自身抗体产生为特点，并引起多器官多系统广泛损伤的慢性系统性多关节炎症性疾病。研究证实，特定的肠道菌群可通过特定的分子模式诱导产生多种炎性细胞及炎性因子从而调节肠黏膜屏障的完整性，影响黏膜免疫功能，引起免疫性炎症。深入了解两者之间的关系，对进一步研究自身免疫性疾病的病因及发病机制，优化治疗策略等具有重要的临床应用价值。本文主要对肠道菌群与类风湿性关节炎、系统性红斑狼疮、脊柱关节炎等自身免疫性疾病的关系做一简要综述。

　　关键词：自身免疫性疾病;肠道菌群;黏膜免疫

　　自身免疫性疾病是以机体自身反应性T细胞和B细胞过度活化，大量自身抗体产生，并引起多器官多系统广泛损伤为主要特征的慢性炎症性疾病。研究证实，特定的肠道共生菌可通过特定的分子模式诱导产生多种炎性细胞及炎性因子从而调节肠黏膜屏障的完整性，影响黏膜免疫的功能，可对多种自身免疫性疾病产生广泛影响。人类皮肤、口腔及肠道黏膜表面，有大量微生物广泛定植，尤其是在肠道，微生物的种类达400多种，总重量达1～1.5kg，这些特定肠道生境内的微生物群统称为肠道菌群，随着高通量测序技术、环境基因组学、生物信息学等先进技术的广泛应用，肠道菌群作为肠道内环境的重要组成部分已成为近年以来肠道稳态研究的热点。美国国立卫生研究院和欧盟分别开展了“人类第二基因组计划”和MetaHIT计划，以分析微生物群的结构变化及肠道菌群的物种分布，为后续研究肠道微生物与人类多种疾病的关系提供重要的理论依据。肠道菌群通过影响局部黏膜免疫的功能对全身免疫系统发挥作用，导致多种免疫性疾病的发病，尤其是因错误的识别并攻击自身组织而导致的自身免疫性疾病[1]。现将肠道菌群与自身免疫性疾病有关的最新研究进展做一简要综述。

　　1肠道菌群概述

　　肠道菌群是存在于人体胃肠道内的正常微生物群，其构成主要为细菌、古细菌、真菌、病毒等。肠道细菌的总数达100万亿，是人体细胞总数的10倍，主要由硬壁菌、拟杆菌、放线菌和变形杆菌构成，其中严格厌氧菌的数量比兼性厌氧菌和需氧菌多2～3个数量级[2]。正常肠道菌群不仅可以与肠黏膜紧密结合构成肠道的生物屏障，阻止细菌、病毒和食物等抗原的入侵，还可参与人体多种正常的生理代谢过程。现已证明，肠道多种有益菌及其代谢产物，对机体免疫和生长发育发挥重要的调节作用。短链脂肪酸(short-chainfattyacids，SCFA)是肠道菌群将不能消化的碳水化合物发酵所产生的物质，能够促进肠上皮细胞的生长和分化，对肠道起营养作用，据Myung等研究[3]证实SCFA还可以结合并激活上皮细胞G-蛋白偶联受体43(G-pro-teincoupledreceptors，GPR43)和G-蛋白偶联受体41(G-protein?coupledreceptors，GPR41)，促进机体保护性免疫反应。鼠李糖乳酸杆菌分泌的蛋白质P40可以通过上皮生长因子受体(Epidermalgrowthfactorreceptor，EGFR)依赖通路改善肠道上皮的稳定性，促进肠道上皮细胞的生长，发挥对肠道上皮细胞重要的保护作用[4]。同时，Ochoa-Repáraz等[5]证实口服人体肠道共生脆弱拟杆菌的荚膜多糖A(polysaccharideA，PSA)可预防多发性硬化症(Multiplesclerosis，MS)的发病。除此之外肠道细菌还参与维生素的合成、钙镁铁等离子的吸收、分解食物中的毒素和致癌物质等过程。

　　2肠道菌群与黏膜免疫系统

　　黏膜免疫系统是机体免疫系统的重要组成部分，具有其独特的结构和功能，主要由肠黏膜相关淋巴组织(gut-associatedlymphatictissue，GALT)参与完成，是黏膜接触、摄取抗原和最初免疫应答产生的部位。肠道共生菌依靠免疫耐受机制不会使机体产生病理性免疫应答，其中胸腺来源的CD4+Foxp3+调节性T细胞(RegulatorycellTregTregs)对肠道正常共生菌的免疫耐受机制发挥重要作用[6]。当机体在遗传因素、环境因素等作用下对自身组织或抗原失去正常的免疫耐受能力时，便会发生一系列病理性免疫应答，大量自身抗体错误识别并攻击自身组织，导致自身免疫性疾病的发病。肠道上皮细胞表达的多种Toll样受体(Toll-likere-ceptors，TLR)，有识别病原相关分子模式(patho-gen-associatedmolecularpatterns，PAMPs)、激活TLR信号途径关键转接分子MyD88(myeloiddif-ferentiationprimary-responseprotein88)，及诱导下游炎症反应等功能。肠道黏膜固有层内的M细胞可实时监测，并及时摄取转运肠腔内有害病原体，滤泡区内的树突细胞将抗原进行处理后和MHCⅡ类分子形成复合物，呈递给T细胞，激活机体特异性免疫应答。B细胞激活后可转化为浆细胞，产生sIgA，通过与细菌胞壁抗原决定簇结合包裹细菌，因此，肠道黏膜免疫反应主要依靠黏膜内的T细胞、B细胞及分泌至肠腔中的sIgA等共同完成肠道的局部黏膜免疫功能。研究表明肠道内多种正常菌群可通过特定的分子机制发挥对机体的保护作用。脆弱类杆菌是肠道内带有荚膜的革兰阴性短杆菌，可通过其菌体成分荚膜多糖A活化并诱导IL-10产生Tregs，发挥抗炎作用。这种分子作用的机制可能与PSA通过TLR2信号通路抑制机体的免疫应答，下调Th17等促炎因子的免疫反应有关[7]。At-arashi等证实肠道内定植的梭状芽胞杆菌，尤其是梭菌IV簇和XIVa簇，可以通过提高体内TGF-β的水平，促进体内Th17细胞的生成，并进一步表达Foxp3转录因子，发挥Tregs样诱导作用[8]。乳酸杆菌是正常存在于人体内的益生菌，具有重要的免疫调节作用，其数量不仅可以影响机体免疫，而且还可以通过影响T细胞的功能调节机体免疫状态，其可通过在小肠表达免疫调节因子，提高控制效应细胞的能力，间接影响调节性T细胞的功能[9]。

　　3肠道菌群与自身免疫性疾病

　　3.1肠道菌群与类风湿性关节炎肠道菌群失调与RA(类风湿性关节炎)之间的研究最早始于20世纪初提出的毒血症因子假说，该假说认为肠道内革兰阴性细菌大量增殖，会导致肠道产生多种毒性代谢产物并进入血液循环，引起关节炎症。因此，以肠道菌群-肠关节轴为治疗靶向的治疗方案在20世纪40年代就已应用，其中有些甚至已经成为目前临床上应用的改善病情的抗风湿药，比如柳氮磺胺吡啶等。但那时还鲜有直接评估RA和肠道菌群的研究。随着多种先进检测手段的不断出现，人们努力寻求某种特定的病原菌与RA之间的关系，有研究显示，新发的单纯应用改善病情的抗风湿药物治疗的RA患者，肠道中普雷沃菌属也显著增加[10]，证实RA的发病与普雷沃菌属感染存在相关性。Vaghef-Mehrabany等[11]临床研究显示，干酪乳杆菌可以显著降低RA患者血清TNF-α、IL-6和IL-12等促炎细胞因子，同时提高IL-10等抗炎因子的水平，副干酪乳杆菌可以显著降低RA的活动性，证明了乳酸杆菌可以有效缓解RA的病情。除肠道菌群外，另外人体口腔内的牙龈卟啉单胞菌[12]及呼吸道黏膜表面韦荣球菌属和普雷沃菌属[13]均已经证明与RA的发病有关。人体肠道内正常菌群之间数量与功能的协调与平衡，也是维持肠道微生态平衡不可或缺的重要因素，多项研究表明肠道菌群结构的改变，可诱发RA的发病甚至加重病情。Scher等[14]对健康人、慢性类风湿性关节炎、银屑病关节炎、以及新近感染的类风湿关节炎四组人群粪便中的菌群进行检测，发现普雷沃菌属在新近感染的RA患者中数量明显增加，类杆菌的数量明显减少。Liu等[15]通过16SrRNA基因测序技术，证实早期RA患者肠道乳酸杆菌属的数量和种类均呈增多的趋势，乳酸杆菌的种类主要以唾液乳杆菌、惰性乳酸杆菌和瘤胃乳酸杆菌为主，而粘液乳杆菌只存在于RA患者的粪便中，在正常对照组中未被发现。以上证据均提示RA患者存在菌群失调，主要特点为：优势菌或抑炎菌(如类杆菌、乳酸杆菌及柔嫩梭菌等)数量减少，有害菌(如普雷沃菌属等)数量增加及优势菌单菌种之间(唾液乳杆菌、惰性乳酸杆菌、瘤胃乳酸杆菌及粘液乳杆菌)的比例失调等，虽然近期的动物模型及临床试验证明，RA患者均存在不同程度的肠道菌群失调，但肠道菌群失调可诱发或诱导系统炎症发生的机制还需深入研究，进一步还可以从酶和代谢的角度进一步理解RA与肠道菌群失调的关系。

　　3.2肠道菌群与系统性红斑狼疮系统性红斑狼疮(systemiclupuserythematosus，SLE)的发病机制目前普遍认为是T、B淋巴细胞的高度活化和功能异常，并产生大量自身抗体所导致的多器官多系统损害。人类微生物组计划的开展从分子水平上揭示了肠道菌群基因组DNA对多种疾病发生、发展之间的关系。Hall等[16]发现小鼠中肠道菌群的DNA作为一种天然免疫佐剂可以通过TLR9抑制Tregs的转化促进自身免疫性疾病的发生。益生菌是肠道正常菌群的优势菌群，能通过占位效应、营养竞争作用等抑制条件致病菌的过度生长及外来致病菌的入侵，维持肠道的微生态平衡。乳酸杆菌做为改善肠道菌群失调的有效益生菌已广泛应用于临床，Kosiewicz等为了证明乳酸杆菌和SLE之间的关系，对两种自发性SLE模型小鼠B6Sle.123和(NZBx-NZW)F1均给予罗伊乳酸菌，结果表明实验组小鼠外周血中Treg细胞的水平较正常组明显提高，SLE的病情也得到了有效控制，因此可以推测，罗伊乳酸杆菌可以通过提高Treg细胞的水平，下调炎症反应，对SLE起预防作用[17]。肠道菌群不仅影响SLE的发病，还与SLE的病情直接相关。Vie-ira等[18]通过(NZWxBXSB)F1小鼠模型以及TLR7转基因小鼠证明了在肠道菌群总数减少的情况下，可以通过阻止β-2糖蛋白受体的产生降低SLE患者继发抗磷脂综合症的死亡率。肠道微生态的稳定，除外源性特定细菌的影响外，肠道内各菌群之间的协调也发挥着重要作用，肠道菌群正常结构发生改变，也会导致SLE的发病。最近AranchaHevia等利用个人化操作基因组测序仪(IonPer-sonalGenomeMachine)分别对20名SLE患者和健康对照组的肠道菌群进行16SrRNA基因优化扩增，发现SLE组厚壁菌与拟杆菌的比值明显降低，同时在门和科的水平检测SLE组与健康对照组的厚壁杆菌表达水平。在门的水平，微生物结构表现为厚壁菌的数量明显减少，而类杆菌数量明显增多;在科的水平，微生物构成表现为SLE组毛螺旋菌科的数量减少，而类杆菌及普雷沃菌科的数量增多，并对肠道内其他菌群的比例进行计算，直观精确的表现出SLE患者肠道菌群结构的改变[19]以上研究结果均表明，SLE患者由于自身免疫系统的紊乱而导致不同程度的肠道菌群失调。目前肠道益生菌、粪菌移植(Fecalmicrobiotatransplantation，FMT)等以肠道菌群为特定治疗靶点的治疗方法发展迅速，并已广泛应用于临床，据以上研究，我们可以从调节机体肠道菌群失调，改善病理性免疫应答，纠正机体免疫紊乱的角度探索治疗SLE的新的方案。

　　3.3肠道菌群与脊柱关节炎脊柱关节炎(spon-dyloarthritis，SpA)是一种免疫介导的风湿性疾病，近年来肠道菌群与SpA的关系日益受到众多学者的重视，目前多种特异性病原菌已被证实与AS(强直性脊柱炎)的发病存在相关性。产碱杆菌多糖是一种来源于酵母、真菌、细菌等细胞壁的β-1，3葡聚糖，Yeoh等利用SKG小鼠模型，证明了产碱杆菌多糖与SpA的发病存在相关性，当SKG小鼠饲养于无特定病原菌的环境时不会发病，给予产碱杆菌多糖后便会出现SpA样的临床表现，并伴有多种关节外症状[20]。另有研究显示，肠道菌群不仅会导致SpA的发病，而且会进一步加重SpA患者的病情，VanPraet等[21]对68名AS患者进行回结肠镜检查及骶髂关节核磁检测发现，与肠道组织学正常的患者相比，伴有慢性肠道炎症的患者骶髂关节炎浸润及骨髓水肿程度更为严重，但是SpA患者肠道炎症的具体发生机制还需进一步证实。研究表面，肠道菌群结构的改变，同样也会加重SpA的病情。Mary-EllenCostello等对AS患者的回肠末端活检的标本应用16SrRNA基因测序及分析技术获得微生物图像，证实AS患者回肠末端微生物群落与健康对照组差异有统计学意义，毛螺旋杆菌、韦荣球杆菌、普雷沃菌科、紫单包菌科以及类杆菌科的丰度较正常对照组显著增加。以上研究结果均表明，患者均存在不同程度的肠道菌群失调，并可进一步加重SpA的病情。但是，关于SpA患者存在的肠道菌群是原发性还是继发性改变还未完全证实，SpA导致的免疫紊乱会影响黏膜免疫系统失调，进一步影响肠道菌群结构和功能，同时，肠道菌群在遗传因素、饮食、肥胖等环境因素的影响下，肠道微生态系统失衡，可通过黏膜免疫系统中多种炎性因子及受体的作用影响全身的免疫状态，导致SpA的发病。关于这一问题，Kenna等[22]认为，AS等SpA的发病与HLA-B27高度相关，HLA-B27可通过对肠道微生物基因组的影响诱发AS发病，脊柱等中轴性关节的炎症状态又会反过来诱导IL-23增加等病理性免疫反应，加重原有疾病的进展。以上多位学者的实验结果也均与这一观点不谋而合。因此宿主自身基因和机体免疫系统以及微生物基因组之间的联系还需要我们进一步探讨，以进一步明确AS的发病机制。

　　3.4肠道菌群与其他自身免疫性疾病肠道菌群通过影响全身的免疫状态，会对机体多个系统产生影响，比如其与炎症性肠病、多发性硬化症(Multi-plesclerosis，MS)等也存在千丝万缕的联系。肠道菌群可以活化肠上皮细胞表面的病原相关性分子模式(Microbeassociatedmolecularpatterns，MAMPs)，激活下游的信号传导通路，引起上皮细胞分泌炎性因子，阻止炎症反应的发生。最近有学者运用16SrRNA技术检测特异性抗原刺激后的IL-10-/-小鼠与WT炎症性肠病模型小鼠发现，随疾病进展其肠道菌群的多态性降低，主要是肠道共生菌及大肠埃希菌的拷贝数进行性下降，提出菌群失调是继发于免疫反应的假说，同时发现实验中存在肠道细菌的特异性Th1和Th17反应，证明了肠道菌群在黏膜免疫反应及炎症的级联放大效应中发挥重要的作用[23]。YunKyungLee等[24]利用MS模型即实验性自身免疫性脑脊髓膜炎(experimentalauto-immuneencephalomyelitis，EAE)小鼠，发现在无菌条件下较正常环境下饲养的小鼠MS的发病率更低。而且只有在分枝杆菌定植的小鼠可以发生MS，证明了分枝杆菌可能通过诱导Th17细胞产生IL-17进而导致MS的发病。

　　4展望

　　综上所述，肠道菌群主要通过调节多种免疫细胞的分化，产生相应的炎性因子，经一系列炎症级联反应产生大量自身抗体，最终诱导多种效应因子对局部组织的损伤，导致自身免疫性疾病的发病。因此，回顾以往研究成果并结合当前的研究进展，可以从以下两方面进一步深入研究：(1)肠道黏膜免疫系统在肠道菌群与自身免疫性疾病之间发挥了重要的桥梁作用，以肠道黏膜免疫为特定治疗靶点，阻断或校正病理性免疫应答过程，是否能够成为未来治疗自身免疫性疾病又一全新有效的治疗方案;(2)宿主基因组和机体免疫系统以及微生物基因组之间相互联系，相互作用，三者更深层次的关系还需要我们不断地探索，以提高对RA、SLE、SpA等疾病的认识，并进一步优化治疗策略，更好的服务于临床，改善疾病预后。——论文作者：李苗1，孙迪2，付冰冰1，孙晓鹏1

　　相关期刊推荐：《国际免疫学杂志》是由中华人民共和国卫生部主管，中华医学会和哈尔滨医科大学联合主办，公开发行的国家级学术期刊。主要介绍国内外医学免疫学研究进展，旨在推动我国免疫学的发展。适合于从事免疫学以及相关学科、交叉学科的科研、教学和广大的临床医务工作者。