炎性肠病中菌群与肠道免疫关系的研究进展①

杨 阳 薛沾枚 陈 昭 刘玉鹏 赵 蕊（黑龙江八一农垦大学，大庆163319）

炎性肠病（inflammatory bowel disease，IBD）已经发展为一种全球性疾病，且其患病率在各国均逐渐上升［1］。根据症状的不同，IBD可分为3类：溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC）、克罗恩病（Crohn′s disease，CD）和未分类的IBD型（inflammatory bowel disease type unclassified，IBDU）［2］。既往IBD的发病被认为是由遗传、环境和免疫因素共同所致，但近年来研究发现微生物通过与免疫系统相互作用同样参与IBD。

1 IBD过程中微生物对Th17∕Treg平衡的影响

IBD是一种易复发的慢性炎症性肠道疾病，同时也是一种由T细胞介导的自身免疫病［3］。肠道微生物群被称为人类的“第二基因组”，其可与CD4+T细胞进行复杂而动态的对话，并将T细胞极化为四大 类：T-bet+Th1、GATA3+Th2、RORγt+Th17和FOXP3+Tregs［4-5］，见表1。目前认为辅助性Th17细胞（T helper cell 17，Th17）和调节性T细胞（regulatory cells，Treg）的失衡是导致IBD发病的重要原因［6］。Th17细胞不仅参与IBD发病过程中促炎细胞因子的启动和分化，其产生的IL-17还可刺激结肠树突状细胞（dendritic cell，DC）产生IL-12和IL-23，加重肠道炎症。Treg则是抑制肠道炎症的关键细胞，其可抑制异常激活的免疫反应并维持肠道免疫耐受，但在IBD患者中，Treg水平明显下降［7］。肠道菌群的失调普遍存在于IBD患者中，主要表现为肠道菌群多样性的降低、以厚壁菌门为代表的产短链脂肪酸（short-chain fatty acids，SCFA）的有益菌减少，Ruminococcusgnavus等可溶解黏液的细菌及一些致病菌，如黏附-侵袭性大肠杆菌（adherent-invasiveEscherichia coli，AIEC）水平的增加［8-9］。SCFAs作为一类菌群的代谢产物，可与Treg表面受体Ffar2作用，从而作为一种组蛋白脱乙酰酶抑制剂（histone deacetylase inhibitor，HDACI）促进Treg增殖；且口服SCFAs可通过上调小鼠结肠Treg归巢相关受体GPR15的表达介导Treg向肠道的迁移，进而改善IBD症状［10-11］。因此，SCFA相关菌的减少将难以维持肠道内的Treg水平，并导致IBD症状恶化。微生物产生的信号还可影响Treg的发育和功能。例如，某些外膜表达卵清蛋白肽的非致病性大肠杆菌定植于小鼠肠道内可增加Treg的数量，并增加机体对肠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等致病菌成为患者肠道内的优势菌种。AIEC可通过FimH黏附素及细胞黏附分子6定植于黏膜，并在M细胞作用下进入肠道固有层，随后与免疫细胞互作［13］。VILADOMIU等［14］指出，与非AIEC菌株相比，从患有脊椎关节炎的CD患者中分离出的AIEC可诱导无菌小鼠和特异性无病原体小鼠的Th17黏膜免疫。这表明，AIEC可诱导Th17极化。此外，脆弱芽孢杆菌等在正常肠道条件下可通过诱导产生Treg发挥抑制炎症的作用，而在缺乏Treg的情况下则增强Th1∕Th17细胞的发育［15］。

表1 菌群对T细胞极化方向的影响Tab.1 Influence of microbiota on polarization direction of T cells

2 IBD过程中肠道微生物对B细胞的影响

B淋巴细胞是一类在骨髓中分化和发育的多功能免疫细胞，其可在抗原刺激下分化为效应B细胞并分泌抗体从而介导体液免疫；同时其也可提供刺激信号激活T细胞，进而介导细胞免疫［16］。有研究表明，移植IBD母代及其子代小鼠的粪菌给无菌小鼠会减少受体小鼠记忆B细胞数量，说明B细胞发育可受肠道微生物调节［17］。B细胞经抗原刺激可分化为浆细胞并分泌免疫球蛋白（immunoglobulin，Ig），而可结合Ig的粪便细菌的百分比和IBD疾病活动直接相关。IgA可作为保护黏膜的一线屏障，健康人体的肠道IgA可抑制包含EEHI序列的大肠杆菌，又可弱结合益生菌（如双歧杆菌）来维持肠道稳态。与非IBD患者相比，IBD患者IgA结合细菌的频率增加。此外，在健康受试者中没有发现IgG结合的细菌，但发现IgG子集常与IBD患者的共生细菌结合［18-19］。以上结果表明，在IBD患者中，IgA和IgG对共生菌的适应性免疫应答增强，且往往会推动IBD的进展。肿瘤坏死因子家族中的B细胞活化因子是B细胞存活、成熟以及行使生理功能的积极因子，IBD患者血清BAFF水平升高且与UC患者的疾病程度有显著相关性，提示BAFF可能参与IBD的发病过程。而共生细菌可通过与高水平BAFF协作扰动肠道的内稳态，致使IgA水平升高并进一步破坏黏膜［20］。

调节性B细胞（regulatory B cells，Breg）是一类独立于效应B且具有负向免疫调节能力的B细胞亚群。Breg可调节Th1、Th17、Treg间的平衡，还可将效应T细胞转化为Tr1细胞从而抑制炎症［21-22］。具有相反效应的B细胞和Breg同时存在于同一个体中促使B淋巴细胞在自身免疫性疾病中发挥双向调节作用，并可在一定程度上调节疾病。革兰氏阴性菌细胞壁上的脂多糖是能刺激产生TGF-β1分泌型Breg的主要物质。有研究表明，脂多糖与卵清蛋白混合免疫C57BL∕6小鼠可使小鼠体内产生分泌IL-10的CD4+Treg，并能够抑制CD8+T细胞介导的免疫应答。某些细菌裂解物在体外具有刺激B细胞免疫调节的能力，在体内受其刺激产生的IL-10+B细胞可通过活化Treg在慢性结肠炎中起保护作用［23-24］。完整的肠道菌群可通过增加小鼠中IL-6的产生促进脾脏和肠系膜淋巴结中IL-10+B细胞的分化，并且这些B细胞可通过依赖TLR2、MyD88和PI3K的方式改善慢性T细胞介导的结肠炎［25］。这些研究表明，常驻肠道细菌可激活肠道产IL-10的Breg并维持对肠道菌群的黏膜稳态。然而无论是UC患者还是CD患者Breg的免疫调节功能均存在缺陷且伴随菌群失调，因此通过微生物调节Breg或许可以成为IBD治疗的新方向。

3 IBD过程中肠道微生物对巨噬细胞的影响

肠道中含有大量巨噬细胞，其可区分无害抗原和潜在病原体以维持口服耐受性，这对于维持肠道黏膜稳态及持续进行的上皮更新至关重要。异常状态的肠巨噬细胞会导致对常见细菌和食物抗原的耐受性丧失，被认为是IBD慢性炎症的基础［26］。有证据表明，IBD患者肠道炎症的难以解决与单核-巨噬细胞分化改变间存在因果关系。在稳态过程中，血源性单核细胞浸润固有层，产生有利于CD4+CD25+T增殖的巨噬细胞。然而，这一过程在IBD患者中是失调的，导致炎症性单核细胞在炎症结肠中的积聚［27］。这些细胞表现出异常的形态学成熟，促使具有诱导致病型Th17细胞的胞内细菌存活时间延长，推动了IBD进程［28］。肠道微生物区系对建立肠巨噬细胞的无能表型有重要作用，其直接途径是通过释放来自饮食成分代谢的短链脂肪酸和芳香烃受体配体，并通过诱导肠上皮产生耐受性信号从而实现肠巨噬细胞的无能表型［29］。在IBD患者体内，某些动物源性饮食蛋白可通过依赖肠道菌群的方式增加促炎性巨噬细胞，加剧结肠炎。但在微生物丰富的肠道微环境中，成熟的巨噬细胞通过基因印迹多种细胞因子，如IL-10和TGF-β，并通过产生免疫调节因子在固有层局部维持和促进CD4+CD25+Treg的二次增殖，从而实现对微生物刺激的低反应性［30］。微生物代谢物丁酸酯可通过激活GPR109a信号传导对结肠巨噬细胞赋予抗炎特性，从而诱导Treg和产IL-10的T细胞分化。但IBD患者产丁酸菌及丁酸的水平均有下降，而某些促炎因子，如NF-κB水平却呈上升状态［31］。罗伊氏乳杆菌6475（Lr）可分泌一种可溶性细菌酶甘油二酯激酶，后者可将宿主细胞膜表面的甘油二酯转化为磷脂酸，从而降低1型受体引起的蛋白激酶C磷酸化及NF-κB的激活，最终降低肠道炎症水平［32］。JANG等［33］发现短乳杆菌G-101可通过抑制NF-κB、MAPK和AKT途径将“经典激活”的促炎性M1型巨噬细胞极化为“交替激活”的M2巨噬细胞表型，从而改善小鼠的结肠炎。这些发现表明，微生物可与巨噬细胞相互作用并影响IBD的发展。

4 IBD过程中肠道微生物对DC的影响

DC通过指导先天和适应性免疫应答，在调节针对微生物的致耐受性和免疫原性中发挥关键作用。健康机体肠黏膜中不同表型的DC亚群保持耐受状态，但在IBD期间会转变为促炎表型，虽然表型转变的机制尚未完全明确，但有研究表明，肠道微生物参与了这个过程［34］。针对肠腔内微生物群的免疫反应是IBD患者肠道炎症加剧的主要原因。HANSEN等［35］指出，病理条件下微生物进入固有层会引入大量IgA免疫复合物（IgA immune complex，IgAIC）以被肠道免疫系统识别。IgA-IC的存在向人肠道CD103+SIRPα+DC传递了第二种信号，该信号可强烈促进这些原本耐受细胞的促炎反应，并增强促炎细胞因子如TNF、IL-6和IL-23的产生。在IBD发病期间，上皮细胞和黏液层的破坏加剧了DC对抗原的摄取和呈递。例如，克雷伯氏菌属中菌株Kp-2H7可从口腔易位并定植于肠道，随后经TLR4通路激活DC并引发Th1型炎症反应［36］。鼠伤寒沙门氏菌可通过CX3CR1+DCs进入上皮屏障，并被巨噬细胞吸收。随后利用沙门氏菌致病岛2编码的第2个3型分泌系统进入固有层DCs，完成其在细胞质液泡室中的复制，加剧肠道炎症［37-38］。另外，IBD患者肠道内肠球菌和空肠球菌对肠上皮细胞的附着可促进IL-8分泌，IL-8进而介导中性粒细胞、DCs募集。募集的细胞与内在菌群相互作用将进一步导致NFκB的激活和促炎细胞因子的产生［39］。然而，益生菌双歧杆菌PRL1细胞表面的多糖可通过表达TLR2的调节性DC诱导产生Treg，且体外补充该菌的多糖可缓解小鼠实验性结肠炎［40］。

5 结语

机体内存在数以万计的免疫细胞，其中T、B细胞各亚群间的平衡对维持机体免疫稳态至关重要。而IBD患者肠道内菌群的失调往往会诱导T、B淋巴细胞极化为炎性亚群。此外，致病菌成为患者肠道内的优势菌种将增加巨噬细胞和DC识别抗原的机会，并促进其从耐受表型向炎症表型的转换，进一步加重疾病进程。

目前临床使用疗效较好的方式是通过生物制剂治疗，但无论是TNF单抗还是白细胞介素单抗均会改变患者肠道菌群的特征，且TNF单抗疗效与菌群的代谢功能相关，说明菌群与免疫细胞的相互作用不仅参与IBD的发病，还可影响IBD的治疗效果。因此，重建微生态屏障或许能够成为治疗IBD的一条新思路。近年来，基于肠道菌群治疗IBD的研究取得了重要进展。有研究表明，粪菌移植治疗UC疗效显著，且靶向宿主免疫的益生菌、益生元制剂也处于积极研发中［41-42］。但依然存在诸多问题，如：IBD的患病原因较为笼统；肠道微生物和每种免疫细胞的精准作用机制尚未完全明确；广谱有效副作用低且价格低廉的新药仍未得到应用等，值得进一步研究和探讨。