細(xì)菌及代謝產(chǎn)物影響Treg細(xì)胞的研究進(jìn)展*

何　峰 綜述，周曉瑩，張　哲，黃光武△ 審校

(1.廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科，南寧 530021；2.廣西醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)實驗中心，南寧 530021)

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細(xì)菌及代謝產(chǎn)物影響Treg細(xì)胞的研究進(jìn)展*

何峰1綜述，周曉瑩2，張哲1，黃光武1△審校

(1.廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科，南寧 530021；2.廣西醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)實驗中心，南寧 530021)

細(xì)菌；代謝產(chǎn)；Treg細(xì)胞

微生物組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，人體共生的細(xì)菌從細(xì)胞數(shù)量和擁有的基因數(shù)量上都遠(yuǎn)超人體本身。腸道共生菌群不僅可以調(diào)控腸道本身，還可影響遠(yuǎn)隔器官的免疫功能。最近的研究提示Foxp3+T調(diào)節(jié)細(xì)胞(Treg細(xì)胞)的增殖、分化和功能是共生菌群對宿主免疫功能調(diào)節(jié)的重要節(jié)點之一。多聚糖A(PAS)和短鏈脂肪酸(SCFAs)等一些人體共生細(xì)菌的代謝產(chǎn)物也參與了這一調(diào)節(jié)過程，從而對維持宿主免疫系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)揮重要作用。

隨著代謝免疫組學(xué)概念的提出，曾被認(rèn)為是相互獨立的代謝組學(xué)和免疫組學(xué)被迅速的聯(lián)系起來，探究代謝產(chǎn)物與機體免疫反應(yīng)之間的相互作用也成為了目前研究的熱門領(lǐng)域[1]。據(jù)估計大約有1 000種不同的微生物定殖于人體的腸道中，這些腸道共生菌群可通過調(diào)控免疫細(xì)胞的活性、刺激腸黏膜上的淋巴組織的發(fā)育而調(diào)節(jié)腸道的免疫功能。無菌小鼠不具備共生菌，因此其免疫系統(tǒng)在不同部分都有各種缺陷，若讓無菌小鼠獲得共生菌，一些免疫缺陷會隨著菌群的定殖而消失。研究還發(fā)現(xiàn)，腸道共生菌群不僅可以調(diào)控腸道免疫功能，還可以影響胃腸道以外的遠(yuǎn)隔器官上呼吸道的免疫力，從而幫助宿主抵御呼吸道病毒的侵害[2]。共生菌群是通過何種機制來調(diào)節(jié)宿主免疫功能已經(jīng)成為最近微生物組學(xué)的研究熱點之一，最近的一些研究結(jié)果提示腸道菌群對宿主免疫系統(tǒng)的調(diào)控作用，主要通過調(diào)節(jié)Treg細(xì)胞來實現(xiàn)。腸道共生菌群及其代謝產(chǎn)物通過Treg細(xì)胞的增殖、分化和功能進(jìn)行調(diào)控，從而為維持宿主免疫系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)揮重要作用[3]。在此，本文對人體共生菌群及其代謝產(chǎn)物對Treg細(xì)胞的增殖、分化和功能的影響作一總結(jié)。

1　細(xì)菌可促進(jìn)Treg細(xì)胞發(fā)育

作為一種特殊的T細(xì)胞亞群，Treg細(xì)胞主要是由原始的CD4+T細(xì)胞分化而來，就其來源可以分為胸腺來源的調(diào)節(jié)T細(xì)胞(iTreg)和胸腺外來源的調(diào)節(jié)T細(xì)胞(pTreg)，Treg細(xì)胞不僅在調(diào)節(jié)機體正常的免疫耐受中發(fā)揮著非常重要的作用[4]，而且與發(fā)育障礙、功能失調(diào)及多種免疫性疾病相關(guān)，包括自身免疫性疾病、炎性反應(yīng)、腫瘤免疫耐受、移植排斥以及過敏性疾病等[5]。Foxp3是被認(rèn)為是Treg細(xì)胞的特征性標(biāo)志物，屬于Forkhead/Winged-helix轉(zhuǎn)錄因子家族的新成員，該蛋白的表達(dá)對Treg細(xì)胞發(fā)育成熟和發(fā)揮免疫抑制功能均具有重要作用。Foxp3通過干擾其他轉(zhuǎn)錄因子(如轉(zhuǎn)錄激活因子-1、活化T細(xì)胞核因子)在白細(xì)胞介素-2(IL-2)啟動子區(qū)域的結(jié)合，從而抑制IL-2 基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)，反之，IL-2同時也參與調(diào)控Treg細(xì)胞[6]。Foxp3中的保守的非編碼區(qū)(CNS1-3)決定了Treg細(xì)胞的增殖、種類及穩(wěn)定性。其中CNS1主要對pTreg細(xì)胞的發(fā)育具有重要的促進(jìn)意義；CNS2在維持 Foxp3表達(dá)及Treg細(xì)胞活化以及抑制炎性免疫應(yīng)答有重要意義；CNS3則可同時促進(jìn)iTreg和pTreg細(xì)胞的發(fā)育[7-8]。

Atarashi等[9]發(fā)現(xiàn)腸道細(xì)菌可促進(jìn)腸上皮細(xì)胞產(chǎn)生轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)，有助于Treg細(xì)胞的分化和增殖。且隨著Foxp3表達(dá)水平的上調(diào)，腸道菌群的多樣性也隨之增加，而當(dāng)使用萬古霉素殺滅小鼠腸道中的革蘭陽性菌后發(fā)現(xiàn)Treg細(xì)胞水平也隨之下降，由此推測腸道革蘭染色陽性細(xì)菌可參與調(diào)節(jié)Treg細(xì)胞的數(shù)量。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在無菌(germ free，GF)小鼠的腸道中定殖梭狀芽胞桿菌Ⅳ和a和ⅩⅦ，可通過誘導(dǎo)腸道中IL-10的分泌和上調(diào)細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原-4(CTLA-4)的表達(dá)，從而促進(jìn)腸道淋巴結(jié)中Treg細(xì)胞的增殖和分化。研究還發(fā)現(xiàn)這些細(xì)菌可以結(jié)合并作用于腸上皮細(xì)胞，刺激其分泌可促進(jìn)Treg細(xì)胞發(fā)育的關(guān)鍵調(diào)因子TGF-β[9]。此外，將梭狀芽孢桿菌定殖于無菌小鼠腸道可誘導(dǎo)Th、Tc細(xì)胞分泌IL-2，而IL-2可刺激腸道中Treg細(xì)胞Uhrf1的表達(dá)上調(diào)，以維持細(xì)胞周期依賴性激酶抑制蛋白(CDKN1A)的甲基化并抑制其表達(dá)，從而保持Treg細(xì)胞的功能的活躍。研究還發(fā)現(xiàn)敲除Uhrf1的CD4+T細(xì)胞后會導(dǎo)致結(jié)腸中的Treg細(xì)胞數(shù)量明顯下降并且使小鼠誘發(fā)潰瘍性結(jié)腸炎的概率增加[10]。因此，以梭狀桿菌為代表的腸道菌群分別通過刺激腸黏膜上皮細(xì)胞和Th、Tc細(xì)胞分泌的TGF-β和IL-2來促進(jìn)腸道中Treg細(xì)胞的發(fā)育。

脆弱擬桿菌是主要定殖于下消化道的一種典型的厭氧細(xì)菌，其分泌的多聚糖A(PSA)可通過與T細(xì)胞表面的TLR2(toll like receptor 2)結(jié)合，促使腸道中的原始CD4+T細(xì)胞分化為pTreg細(xì)胞，并促進(jìn)Treg分泌IL-10和TGF-β等細(xì)胞調(diào)節(jié)因子。不僅如此，PSA還可以促進(jìn)外周淋巴器官產(chǎn)生可分泌IL-10的Treg的增殖。值得注意的是，給予小鼠飲用含有PSA或脆弱擬桿菌后，小鼠對化學(xué)藥劑或肝螺桿菌誘發(fā)的腸道炎癥性疾病的耐受能力也明顯提高[11]。這些結(jié)果都證實脆弱擬桿菌代謝產(chǎn)生的PSA可以通過增強Treg細(xì)胞的抑制免疫功能來發(fā)揮作用。

乳酸菌、雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌、放線菌、酵母菌等益生菌約占腸道細(xì)菌總量的90%以上，主要定殖于結(jié)腸、末端小腸和回腸[12]。Lopez等[13]的體外試驗發(fā)現(xiàn)，一些益生菌可誘導(dǎo)原始T細(xì)胞分化為Treg細(xì)胞。而動物實驗則發(fā)現(xiàn)，給予小鼠乳酸桿菌后，小鼠腸道淋巴結(jié)中Treg細(xì)胞的數(shù)量增加而具有促炎作用的IL-17表達(dá)表達(dá)下降，從而保持小鼠機體免疫以及體重的平衡[14]。給予小鼠混合益生菌后腸道淋巴結(jié)中Treg細(xì)胞的數(shù)量明顯增加的機制可能是益生菌激活了小鼠腸道固有層中的CD11c+樹突狀細(xì)胞分泌IL-10和TGF-β，從而促使Treg細(xì)胞增殖[15]。另一項研究發(fā)現(xiàn)乳桿菌可以通過結(jié)合樹突狀細(xì)胞上的DC-SIGN來促進(jìn)樹突狀細(xì)胞的功能，從而誘導(dǎo)Treg細(xì)胞的發(fā)育[16]。而最近一項Meta分析也發(fā)現(xiàn)，服用乳酸桿菌和雙歧桿菌等益生菌后可以通過誘導(dǎo)Treg細(xì)胞來對免疫系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而治療一些如特異性皮炎、濕疹以及炎癥性腸炎等免疫調(diào)節(jié)異常的疾病[17]。

2　短鏈脂肪酸可以促進(jìn)Treg細(xì)胞的發(fā)育

盡管不同個體之間的菌群結(jié)構(gòu)差異較大，但是對健康成人的腸道菌群研究發(fā)現(xiàn)厚壁菌門和擬桿菌門占多數(shù)[18]。作為細(xì)菌厭氧代謝的代謝產(chǎn)物，短鏈脂肪酸主要依靠細(xì)菌酵解抗性淀粉和膳食纖維等產(chǎn)生，主要包括乙酸、丙酸、丁酸。雖然短鏈脂肪酸中各組分的含量會受到等各種因素如飲食，微生物構(gòu)成，酵解的部位和宿主的類基因型等因素影響[19]。就產(chǎn)生短鏈脂肪酸的細(xì)菌來看，產(chǎn)乙酸的細(xì)菌中大多數(shù)屬于厚壁菌門[20]，而產(chǎn)丙酸的細(xì)菌主要是擬桿菌門，一些可以產(chǎn)生高濃度丁酸的細(xì)菌比如梭狀芽孢菌屬、羅斯伯里菌屬和糞球菌屬等都屬于厚壁菌門和擬桿菌門[21]。

最近的研究發(fā)現(xiàn)，短鏈脂肪酸在維持腸道中Treg細(xì)胞的發(fā)育中發(fā)揮了重要的作用。在給予GF小鼠可產(chǎn)生高含量丁酸的玉米淀粉后發(fā)現(xiàn)，腸道內(nèi)Treg細(xì)胞的數(shù)量明顯增加。另外，給予GF小鼠飲用含有高濃度的短鏈脂肪酸(150 mmol/L)也發(fā)現(xiàn)，乙酸、丙酸以及丁酸均可以促進(jìn)Treg細(xì)胞的發(fā)育，其中以乙酸和丙酸的作用較強[22]。與此相反，在體外實驗卻發(fā)現(xiàn)丁酸可以明顯促進(jìn)原始的T細(xì)胞分化為Treg細(xì)胞，而乙酸和丙酸的作用不顯著。其原因可能是乙酸和丙酸可能促進(jìn)Treg細(xì)胞的腸道歸巢作用，使其在體內(nèi)重新分布[23]。目前研究發(fā)現(xiàn)短鏈脂肪酸主要通過表觀遺傳學(xué)和GPR途徑調(diào)節(jié)和促進(jìn)Treg細(xì)胞的發(fā)育。

2.1短鏈脂肪酸通過表觀遺傳學(xué)改變來調(diào)控Treg細(xì)胞發(fā)育乙酰化是一種表觀遺傳學(xué)修飾方式，使各種轉(zhuǎn)錄因子和協(xié)同轉(zhuǎn)錄因子易于與DNA結(jié)合位點特異性結(jié)合，誘導(dǎo)基因的轉(zhuǎn)錄[24]。短鏈脂肪酸通過抑制組蛋白乙酰化酶(HDACs)的活性來改變基因的表達(dá)，其中丁酸被認(rèn)為是最強的HDACs的抑制劑。丁酸鹽可促使原始的CD4+T細(xì)胞分化成Treg細(xì)胞，并可增強Foxp3中CNS1和CNS3增強子的組蛋白H3賴氨酸27(H3K27)乙酰化水平，從而使Foxp3的作用增強。而且，丁酸通過發(fā)揮組蛋白乙?；敢种谱饔脕碓鰪奃C細(xì)胞的功能進(jìn)而誘導(dǎo)Treg細(xì)胞的分化[22]。

2.2短鏈脂肪酸通過GPR途徑來促進(jìn)Treg細(xì)胞的發(fā)育除了通過抑制HDACs外，短鏈脂肪酸還可以通過刺激G蛋白耦聯(lián)受體包括GPR43、GPR41和GPR109a來對Treg細(xì)胞發(fā)揮調(diào)控作用。GPR43的主要表達(dá)于中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞等炎性細(xì)胞以及骨髓、脾臟等造血組織中，表明GPR43具有潛在調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞發(fā)育或分化的作用[25]。Smith等[26]發(fā)現(xiàn)，腸道內(nèi)菌群的存在也可以使Treg細(xì)胞表達(dá)GPR43，通過與短鏈脂肪酸結(jié)合可以誘導(dǎo)Treg細(xì)胞的發(fā)育，進(jìn)一步在GPR43敲除的小鼠研究發(fā)現(xiàn)，其對抗炎癥的作用顯著降低。其次，GPR109a主要表達(dá)于結(jié)腸上皮細(xì)胞和非特異性免疫細(xì)胞，盡管其的配體是煙酸，但丁酸在極低的濃度下也可與之結(jié)合并發(fā)揮效應(yīng)[25]。Singh等[27]發(fā)現(xiàn)，丁酸可通過刺激GPR109a信號通路促進(jìn)巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞產(chǎn)生IL-10和ALDH1a等抗炎因子，進(jìn)而促進(jìn)原始T細(xì)胞分化成Treg細(xì)胞。因此，可證明短鏈脂肪酸通過刺激表達(dá)于Treg細(xì)胞以及其他細(xì)胞上的G蛋白耦聯(lián)受體的信號通路來誘導(dǎo)Treg細(xì)胞的分化。

3　展　　望

人體腸道內(nèi)共生著大量的微生物，其中某些特定的細(xì)菌如梭狀桿菌、脆弱擬桿菌以及相應(yīng)的代謝產(chǎn)物可誘導(dǎo)Treg細(xì)胞分化，這為探究腸道內(nèi)共生菌群與機體免疫細(xì)胞的相互作用開辟了一個嶄新的領(lǐng)域。除腸道菌群以外，研究發(fā)現(xiàn)皮膚的共生菌群也可以通過Treg細(xì)胞來調(diào)節(jié)局部的免疫反應(yīng)，并推測口腔、鼻咽部等其他細(xì)菌富集的部位有可能存在這種調(diào)節(jié)方式，而這些部位局部菌群的改變可能與各種疾病的發(fā)生有關(guān)聯(lián)[28]。目前關(guān)于微生物對人類健康的影響認(rèn)識還很有限，免疫代謝組學(xué)是一個新興的學(xué)科，很多問題亟待解答。探索共生菌群及其代謝產(chǎn)物對Treg細(xì)胞的調(diào)節(jié)乃至對人體免疫系統(tǒng)的影響，可以為進(jìn)一步以Treg細(xì)胞為基礎(chǔ)的免疫干預(yù)治療提供新的機遇。

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國家自然科學(xué)基金地區(qū)項目(81460412)。作者簡介：何峰(1988-)，碩士，主要從事鼻咽癌基礎(chǔ)研究?！?/p>

，E-mail：hgw1288@yahoo.com.cn。

S154.38+1

A

1671-8348(2016)20-2858-03

2016-01-12

2016-03-27)

·綜述·doi:10.3969/j.issn.1671-8348.2016.20.042