炎性腸病中菌群與腸道免疫關(guān)系的研究進(jìn)展①

楊 陽 薛沾枚 陳 昭 劉玉鵬 趙 蕊（黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)，大慶163319）

炎性腸?。╥nflammatory bowel disease，IBD）已經(jīng)發(fā)展為一種全球性疾病，且其患病率在各國均逐漸上升［1］。根據(jù)癥狀的不同，IBD可分為3類：潰瘍性結(jié)腸炎（ulcerative colitis，UC）、克羅恩?。–rohn′s disease，CD）和未分類的IBD型（inflammatory bowel disease type unclassified，IBDU）［2］。既往IBD的發(fā)病被認(rèn)為是由遺傳、環(huán)境和免疫因素共同所致，但近年來研究發(fā)現(xiàn)微生物通過與免疫系統(tǒng)相互作用同樣參與IBD。

1 IBD過程中微生物對Th17∕Treg平衡的影響

IBD是一種易復(fù)發(fā)的慢性炎癥性腸道疾病，同時(shí)也是一種由T細(xì)胞介導(dǎo)的自身免疫?。?］。腸道微生物群被稱為人類的“第二基因組”，其可與CD4+T細(xì)胞進(jìn)行復(fù)雜而動態(tài)的對話，并將T細(xì)胞極化為四大 類：T-bet+Th1、GATA3+Th2、RORγt+Th17和FOXP3+Tregs［4-5］，見表1。目前認(rèn)為輔助性Th17細(xì)胞（T helper cell 17，Th17）和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞（regulatory cells，Treg）的失衡是導(dǎo)致IBD發(fā)病的重要原因［6］。Th17細(xì)胞不僅參與IBD發(fā)病過程中促炎細(xì)胞因子的啟動和分化，其產(chǎn)生的IL-17還可刺激結(jié)腸樹突狀細(xì)胞（dendritic cell，DC）產(chǎn)生IL-12和IL-23，加重腸道炎癥。Treg則是抑制腸道炎癥的關(guān)鍵細(xì)胞，其可抑制異常激活的免疫反應(yīng)并維持腸道免疫耐受，但在IBD患者中，Treg水平明顯下降［7］。腸道菌群的失調(diào)普遍存在于IBD患者中，主要表現(xiàn)為腸道菌群多樣性的降低、以厚壁菌門為代表的產(chǎn)短鏈脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFA）的有益菌減少，Ruminococcusgnavus等可溶解黏液的細(xì)菌及一些致病菌，如黏附-侵襲性大腸桿菌（adherent-invasiveEscherichia coli，AIEC）水平的增加［8-9］。SCFAs作為一類菌群的代謝產(chǎn)物，可與Treg表面受體Ffar2作用，從而作為一種組蛋白脫乙酰酶抑制劑（histone deacetylase inhibitor，HDACI）促進(jìn)Treg增殖；且口服SCFAs可通過上調(diào)小鼠結(jié)腸Treg歸巢相關(guān)受體GPR15的表達(dá)介導(dǎo)Treg向腸道的遷移，進(jìn)而改善IBD癥狀［10-11］。因此，SCFA相關(guān)菌的減少將難以維持腸道內(nèi)的Treg水平，并導(dǎo)致IBD癥狀惡化。微生物產(chǎn)生的信號還可影響Treg的發(fā)育和功能。例如，某些外膜表達(dá)卵清蛋白肽的非致病性大腸桿菌定植于小鼠腸道內(nèi)可增加Treg的數(shù)量，并增加機(jī)體對腸道微生物抗原的耐受［12］。但在IBD患者中，共生菌的缺失促使AIEC等致病菌成為患者腸道內(nèi)的優(yōu)勢菌種。AIEC可通過FimH黏附素及細(xì)胞黏附分子6定植于黏膜，并在M細(xì)胞作用下進(jìn)入腸道固有層，隨后與免疫細(xì)胞互作［13］。VILADOMIU等［14］指出，與非AIEC菌株相比，從患有脊椎關(guān)節(jié)炎的CD患者中分離出的AIEC可誘導(dǎo)無菌小鼠和特異性無病原體小鼠的Th17黏膜免疫。這表明，AIEC可誘導(dǎo)Th17極化。此外，脆弱芽孢桿菌等在正常腸道條件下可通過誘導(dǎo)產(chǎn)生Treg發(fā)揮抑制炎癥的作用，而在缺乏Treg的情況下則增強(qiáng)Th1∕Th17細(xì)胞的發(fā)育［15］。

表1 菌群對T細(xì)胞極化方向的影響Tab.1 Influence of microbiota on polarization direction of T cells

2 IBD過程中腸道微生物對B細(xì)胞的影響

B淋巴細(xì)胞是一類在骨髓中分化和發(fā)育的多功能免疫細(xì)胞，其可在抗原刺激下分化為效應(yīng)B細(xì)胞并分泌抗體從而介導(dǎo)體液免疫；同時(shí)其也可提供刺激信號激活T細(xì)胞，進(jìn)而介導(dǎo)細(xì)胞免疫［16］。有研究表明，移植IBD母代及其子代小鼠的糞菌給無菌小鼠會減少受體小鼠記憶B細(xì)胞數(shù)量，說明B細(xì)胞發(fā)育可受腸道微生物調(diào)節(jié)［17］。B細(xì)胞經(jīng)抗原刺激可分化為漿細(xì)胞并分泌免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig），而可結(jié)合Ig的糞便細(xì)菌的百分比和IBD疾病活動直接相關(guān)。IgA可作為保護(hù)黏膜的一線屏障，健康人體的腸道IgA可抑制包含EEHI序列的大腸桿菌，又可弱結(jié)合益生菌（如雙歧桿菌）來維持腸道穩(wěn)態(tài)。與非IBD患者相比，IBD患者IgA結(jié)合細(xì)菌的頻率增加。此外，在健康受試者中沒有發(fā)現(xiàn)IgG結(jié)合的細(xì)菌，但發(fā)現(xiàn)IgG子集常與IBD患者的共生細(xì)菌結(jié)合［18-19］。以上結(jié)果表明，在IBD患者中，IgA和IgG對共生菌的適應(yīng)性免疫應(yīng)答增強(qiáng)，且往往會推動IBD的進(jìn)展。腫瘤壞死因子家族中的B細(xì)胞活化因子是B細(xì)胞存活、成熟以及行使生理功能的積極因子，IBD患者血清BAFF水平升高且與UC患者的疾病程度有顯著相關(guān)性，提示BAFF可能參與IBD的發(fā)病過程。而共生細(xì)菌可通過與高水平BAFF協(xié)作擾動腸道的內(nèi)穩(wěn)態(tài)，致使IgA水平升高并進(jìn)一步破壞黏膜［20］。

調(diào)節(jié)性B細(xì)胞（regulatory B cells，Breg）是一類獨(dú)立于效應(yīng)B且具有負(fù)向免疫調(diào)節(jié)能力的B細(xì)胞亞群。Breg可調(diào)節(jié)Th1、Th17、Treg間的平衡，還可將效應(yīng)T細(xì)胞轉(zhuǎn)化為Tr1細(xì)胞從而抑制炎癥［21-22］。具有相反效應(yīng)的B細(xì)胞和Breg同時(shí)存在于同一個(gè)體中促使B淋巴細(xì)胞在自身免疫性疾病中發(fā)揮雙向調(diào)節(jié)作用，并可在一定程度上調(diào)節(jié)疾病。革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁上的脂多糖是能刺激產(chǎn)生TGF-β1分泌型Breg的主要物質(zhì)。有研究表明，脂多糖與卵清蛋白混合免疫C57BL∕6小鼠可使小鼠體內(nèi)產(chǎn)生分泌IL-10的CD4+Treg，并能夠抑制CD8+T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫應(yīng)答。某些細(xì)菌裂解物在體外具有刺激B細(xì)胞免疫調(diào)節(jié)的能力，在體內(nèi)受其刺激產(chǎn)生的IL-10+B細(xì)胞可通過活化Treg在慢性結(jié)腸炎中起保護(hù)作用［23-24］。完整的腸道菌群可通過增加小鼠中IL-6的產(chǎn)生促進(jìn)脾臟和腸系膜淋巴結(jié)中IL-10+B細(xì)胞的分化，并且這些B細(xì)胞可通過依賴TLR2、MyD88和PI3K的方式改善慢性T細(xì)胞介導(dǎo)的結(jié)腸炎［25］。這些研究表明，常駐腸道細(xì)菌可激活腸道產(chǎn)IL-10的Breg并維持對腸道菌群的黏膜穩(wěn)態(tài)。然而無論是UC患者還是CD患者Breg的免疫調(diào)節(jié)功能均存在缺陷且伴隨菌群失調(diào)，因此通過微生物調(diào)節(jié)Breg或許可以成為IBD治療的新方向。

3 IBD過程中腸道微生物對巨噬細(xì)胞的影響

腸道中含有大量巨噬細(xì)胞，其可區(qū)分無害抗原和潛在病原體以維持口服耐受性，這對于維持腸道黏膜穩(wěn)態(tài)及持續(xù)進(jìn)行的上皮更新至關(guān)重要。異常狀態(tài)的腸巨噬細(xì)胞會導(dǎo)致對常見細(xì)菌和食物抗原的耐受性喪失，被認(rèn)為是IBD慢性炎癥的基礎(chǔ)［26］。有證據(jù)表明，IBD患者腸道炎癥的難以解決與單核-巨噬細(xì)胞分化改變間存在因果關(guān)系。在穩(wěn)態(tài)過程中，血源性單核細(xì)胞浸潤固有層，產(chǎn)生有利于CD4+CD25+T增殖的巨噬細(xì)胞。然而，這一過程在IBD患者中是失調(diào)的，導(dǎo)致炎癥性單核細(xì)胞在炎癥結(jié)腸中的積聚［27］。這些細(xì)胞表現(xiàn)出異常的形態(tài)學(xué)成熟，促使具有誘導(dǎo)致病型Th17細(xì)胞的胞內(nèi)細(xì)菌存活時(shí)間延長，推動了IBD進(jìn)程［28］。腸道微生物區(qū)系對建立腸巨噬細(xì)胞的無能表型有重要作用，其直接途徑是通過釋放來自飲食成分代謝的短鏈脂肪酸和芳香烴受體配體，并通過誘導(dǎo)腸上皮產(chǎn)生耐受性信號從而實(shí)現(xiàn)腸巨噬細(xì)胞的無能表型［29］。在IBD患者體內(nèi)，某些動物源性飲食蛋白可通過依賴腸道菌群的方式增加促炎性巨噬細(xì)胞，加劇結(jié)腸炎。但在微生物豐富的腸道微環(huán)境中，成熟的巨噬細(xì)胞通過基因印跡多種細(xì)胞因子，如IL-10和TGF-β，并通過產(chǎn)生免疫調(diào)節(jié)因子在固有層局部維持和促進(jìn)CD4+CD25+Treg的二次增殖，從而實(shí)現(xiàn)對微生物刺激的低反應(yīng)性［30］。微生物代謝物丁酸酯可通過激活GPR109a信號傳導(dǎo)對結(jié)腸巨噬細(xì)胞賦予抗炎特性，從而誘導(dǎo)Treg和產(chǎn)IL-10的T細(xì)胞分化。但I(xiàn)BD患者產(chǎn)丁酸菌及丁酸的水平均有下降，而某些促炎因子，如NF-κB水平卻呈上升狀態(tài)［31］。羅伊氏乳桿菌6475（Lr）可分泌一種可溶性細(xì)菌酶甘油二酯激酶，后者可將宿主細(xì)胞膜表面的甘油二酯轉(zhuǎn)化為磷脂酸，從而降低1型受體引起的蛋白激酶C磷酸化及NF-κB的激活，最終降低腸道炎癥水平［32］。JANG等［33］發(fā)現(xiàn)短乳桿菌G-101可通過抑制NF-κB、MAPK和AKT途徑將“經(jīng)典激活”的促炎性M1型巨噬細(xì)胞極化為“交替激活”的M2巨噬細(xì)胞表型，從而改善小鼠的結(jié)腸炎。這些發(fā)現(xiàn)表明，微生物可與巨噬細(xì)胞相互作用并影響IBD的發(fā)展。

4 IBD過程中腸道微生物對DC的影響

DC通過指導(dǎo)先天和適應(yīng)性免疫應(yīng)答，在調(diào)節(jié)針對微生物的致耐受性和免疫原性中發(fā)揮關(guān)鍵作用。健康機(jī)體腸黏膜中不同表型的DC亞群保持耐受狀態(tài)，但在IBD期間會轉(zhuǎn)變?yōu)榇傺妆硇?，雖然表型轉(zhuǎn)變的機(jī)制尚未完全明確，但有研究表明，腸道微生物參與了這個(gè)過程［34］。針對腸腔內(nèi)微生物群的免疫反應(yīng)是IBD患者腸道炎癥加劇的主要原因。HANSEN等［35］指出，病理?xiàng)l件下微生物進(jìn)入固有層會引入大量IgA免疫復(fù)合物（IgA immune complex，IgAIC）以被腸道免疫系統(tǒng)識別。IgA-IC的存在向人腸道CD103+SIRPα+DC傳遞了第二種信號，該信號可強(qiáng)烈促進(jìn)這些原本耐受細(xì)胞的促炎反應(yīng)，并增強(qiáng)促炎細(xì)胞因子如TNF、IL-6和IL-23的產(chǎn)生。在IBD發(fā)病期間，上皮細(xì)胞和黏液層的破壞加劇了DC對抗原的攝取和呈遞。例如，克雷伯氏菌屬中菌株Kp-2H7可從口腔易位并定植于腸道，隨后經(jīng)TLR4通路激活DC并引發(fā)Th1型炎癥反應(yīng)［36］。鼠傷寒沙門氏菌可通過CX3CR1+DCs進(jìn)入上皮屏障，并被巨噬細(xì)胞吸收。隨后利用沙門氏菌致病島2編碼的第2個(gè)3型分泌系統(tǒng)進(jìn)入固有層DCs，完成其在細(xì)胞質(zhì)液泡室中的復(fù)制，加劇腸道炎癥［37-38］。另外，IBD患者腸道內(nèi)腸球菌和空腸球菌對腸上皮細(xì)胞的附著可促進(jìn)IL-8分泌，IL-8進(jìn)而介導(dǎo)中性粒細(xì)胞、DCs募集。募集的細(xì)胞與內(nèi)在菌群相互作用將進(jìn)一步導(dǎo)致NFκB的激活和促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生［39］。然而，益生菌雙歧桿菌PRL1細(xì)胞表面的多糖可通過表達(dá)TLR2的調(diào)節(jié)性DC誘導(dǎo)產(chǎn)生Treg，且體外補(bǔ)充該菌的多糖可緩解小鼠實(shí)驗(yàn)性結(jié)腸炎［40］。

5 結(jié)語

機(jī)體內(nèi)存在數(shù)以萬計(jì)的免疫細(xì)胞，其中T、B細(xì)胞各亞群間的平衡對維持機(jī)體免疫穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。而IBD患者腸道內(nèi)菌群的失調(diào)往往會誘導(dǎo)T、B淋巴細(xì)胞極化為炎性亞群。此外，致病菌成為患者腸道內(nèi)的優(yōu)勢菌種將增加巨噬細(xì)胞和DC識別抗原的機(jī)會，并促進(jìn)其從耐受表型向炎癥表型的轉(zhuǎn)換，進(jìn)一步加重疾病進(jìn)程。

目前臨床使用療效較好的方式是通過生物制劑治療，但無論是TNF單抗還是白細(xì)胞介素單抗均會改變患者腸道菌群的特征，且TNF單抗療效與菌群的代謝功能相關(guān)，說明菌群與免疫細(xì)胞的相互作用不僅參與IBD的發(fā)病，還可影響IBD的治療效果。因此，重建微生態(tài)屏障或許能夠成為治療IBD的一條新思路。近年來，基于腸道菌群治療IBD的研究取得了重要進(jìn)展。有研究表明，糞菌移植治療UC療效顯著，且靶向宿主免疫的益生菌、益生元制劑也處于積極研發(fā)中［41-42］。但依然存在諸多問題，如：IBD的患病原因較為籠統(tǒng)；腸道微生物和每種免疫細(xì)胞的精準(zhǔn)作用機(jī)制尚未完全明確；廣譜有效副作用低且價(jià)格低廉的新藥仍未得到應(yīng)用等，值得進(jìn)一步研究和探討。