類風濕關節(jié)炎與腸道微生態(tài)

戴小娜 林進 曹恒

●綜 述

類風濕關節(jié)炎與腸道微生態(tài)

戴小娜 林進 曹恒

類風濕關節(jié)炎（RA）是常見的慢性炎癥性自身免疫性疾病，遺傳與內外環(huán)境因素共同導致其發(fā)病。RA的發(fā)生與腸道微生態(tài)失調密切相關，腸道微生物的檢測及調節(jié)有一定的診斷價值和治療作用。本文對RA患者腸道菌群構成與健康人群的差異、腸道菌群失調參與RA發(fā)生、發(fā)展的作用機制和重建腸道微生態(tài)在RA治療中的作用進行綜述。

類風濕關節(jié)炎 腸道微生態(tài) 菌群失調 益生菌

類風濕關節(jié)炎（rheumatoid arthritis，RA）是一種致殘率較高的自身免疫性疾病，以滑膜炎為病理基礎，增生的滑膜血管翳可侵蝕關節(jié)軟骨及軟骨下骨，最終導致關節(jié)畸形和功能喪失。遺傳與內外環(huán)境因素共同參與了RA的發(fā)生、發(fā)展。目前已證實HLA-DRB1等基因與RA發(fā)病高度相關，而一項同卵雙胞胎的研究表明基因遺傳在RA發(fā)病中的作用約為60%[1]，提示吸煙、感染等環(huán)境因素在RA發(fā)病中起重要作用[2]。研究顯示環(huán)境因素中的腸道微生物菌群失調與RA發(fā)病密切相關[3]。健康成人腸道內定植有約1014個微生物，其中99%以上為細菌，腸道菌群與宿主互利共生，參與免疫系統(tǒng)成熟及免疫調節(jié)[4]。第二代測序技術（16S rRNA測序和宏基因組鳥槍測序）的快速發(fā)展為檢測不可培養(yǎng)的及未知的微生物群落提供了可能。目前發(fā)現(xiàn)多種因素（包括飲食、吸煙等）可使腸道菌群的組成和多樣性發(fā)生改變[5]，造成腸道微生態(tài)失調。現(xiàn)已證實腸道微生態(tài)失調與眾多疾病的發(fā)生、發(fā)展密切相關，包括消化道疾?。ㄈ缪装Y性腸?。?、代謝類疾?。ㄈ绶逝郑┖托难芗膊。ㄈ鐒用}粥樣硬化）等[4]。目前腸道微生態(tài)失調參與RA發(fā)病機制的研究逐漸興起，本文就RA患者腸道菌群的構成、參與發(fā)病的機制和相關治療進展方面作一綜述。

1 RA患者腸道菌群變化

早在20世紀初，Warden[6]提出“毒血癥假說”，認為腸道中G-厭氧菌產生過多有毒物質，被人體吸收后會導致RA發(fā)生。隨后多項研究分析比較了RA患者與健康對照人群的糞便樣本，提示RA患者存在腸道菌群失調，見表1。

表1 RA患者腸道菌群組成變化

芬蘭Vaahtovuo等[7]發(fā)現(xiàn)與纖維肌痛綜合征患者相比，RA患者腸道中正常人糞便菌群的常見菌屬（如雙歧桿菌屬、脆弱擬桿菌亞群、卟啉單胞菌屬、普氏菌屬等）豐度顯著減少。而美國Scher等[8]發(fā)現(xiàn)與對照組相比，新發(fā)未治療的RA患者腸道中普雷沃菌屬豐度增高，有益菌群如擬桿菌屬豐度卻減少，治療后患者腸道普雷沃菌豐度可被抑制到健康對照水平。后續(xù)的腸炎動物模型再次證實，普雷沃菌屬可成為腸道優(yōu)勢菌群，并增加化學誘導結腸炎的敏感性。該研究首次提出RA與特定腸道菌群之間的密切關系。日本Maeda等[10]研究也發(fā)現(xiàn)約有1/3的新發(fā)RA患者腸道中普雷沃菌屬豐度增高。

此外，通過宏基因組鳥槍測序法及宏基因組關聯(lián)分析技術（MGWAS），Zhang等[9]對未經治療的RA患者及健康對照人群的牙菌斑、唾液和糞便樣本進行分析，結果顯示與對照組相比，RA患者上述3種樣本中嗜血桿菌屬豐度均顯著減少，且與血清自身抗體水平呈負相關；唾液乳桿菌豐度均有增加，在疾病高度活動的個體中增加尤為顯著。RA患者腸道中G+菌豐富而G-菌減少，其優(yōu)勢菌群包括梭狀芽胞桿菌屬、唾液乳桿菌屬和戈登氏菌屬等；且菌群失調可以由包括甲氨蝶呤、來氟米特等改變病情抗風濕藥物部分糾正（尤其是臨床治療反應良好的患者）。這是至今有關RA患者最大、最全面的腸道菌群宏基因組學分析。

基于上述研究結果，RA患者腸道微生態(tài)失調，腸道細菌群落組成和功能改變可能是RA的發(fā)病因素之一。然而由于以上基于人群的觀察分析僅在單一時間點進行，并不能揭示腸道菌群失調與RA發(fā)病之間的因果關系；且樣本量較少，飲食、藥物、基因背景等混雜因素較多，存在假陽性風險。因此，未來需要多中心、大樣本的前瞻性實驗對RA患者中腸道菌群的分布進行進一步探究。

2 腸道菌群參與RA發(fā)病

2.1 腸道菌群的免疫調節(jié)作用 腸道菌群的菌體抗原及其代謝產物具有促炎和抗炎雙重作用。在K/BxN小鼠模型中，分段絲狀細菌（segmented filamentous bacteria，SFB）可上調回腸內急性期血清淀粉樣蛋白[10]，促進固有層樹突狀細胞發(fā)育并產生IL-6、IL-22，誘導促炎輔助T細胞17（Th17細胞）分化，從而發(fā)揮促炎作用；而脆弱擬桿菌的多糖A[11]和腸道菌群代謝產物短鏈脂肪酸[5]可誘導調節(jié)性T細胞（Treg細胞）產生從而調節(jié)炎癥反應。因此，腸道菌群失調可能會導致腸道屏障與免疫功能減弱，誘發(fā)條件致病菌侵襲，引起機體對外源性抗原產生免疫應答，導致抗原交叉反應，增加RA的易感性。

2.2 腸道菌群參與RA發(fā)病的可能機制 RA的發(fā)生與自身反應性抗體和促炎T淋巴細胞產生的增加有關[12]。在臨床關節(jié)炎發(fā)作之前，RA患者血清中即可檢測出特征性的自身抗體如類風濕因子（RF）及抗瓜氨酸蛋白自身抗體（ACPA），提示RA發(fā)病可能起源于遠離關節(jié)滑膜外的部位如腸道黏膜位點。腸內抗原刺激免疫活化，通過增加脫酰胺作用和瓜氨酸化，導致自身抗體的產生及滑膜、軟骨和骨等靶器官損害[13]。腸道菌群在RA發(fā)病中的確切作用尚不明確，可能機制如下。

2.2.1 Th17-Treg平衡失調 Th17細胞產生IL-17等促炎細胞因子，Treg細胞可抑制炎癥反應，在免疫耐受中起重要作用。RA患者外周血中Th17細胞表達增加，Treg細胞表達降低，且Th17/Treg比值與Th1和Th17相關細胞因子的血清濃度呈正相關[14]，提示Th17-Treg失衡在RA的發(fā)病中可能起重要作用。

腸道菌群失調可致Th17-Treg平衡破壞，促進關節(jié)炎發(fā)生。在無菌條件下，K/BxN小鼠模型自身免疫性關節(jié)炎嚴重程度明顯減弱，血清自身抗體滴度和小腸固有層Th17細胞數(shù)量減少。將SFB引入清潔小鼠后，固有層Th17細胞可恢復至正常水平，并迅速引起關節(jié)炎樣表現(xiàn)，提示SFB可能通過促進Th17細胞亞群分化，驅動自身免疫性關節(jié)炎發(fā)生[15]。IL-1受體拮抗劑敲除小鼠出現(xiàn)IL-1信號過表達而產生自身免疫性關節(jié)炎，在無菌條件下小鼠關節(jié)炎顯著減弱；種植雙歧桿菌后，通過活化Toll樣受體誘導T細胞亞群分化，致Th17-Treg失衡從而誘發(fā)關節(jié)炎[16]。Maeda[10]等將RA患者優(yōu)勢菌群為普雷沃菌屬的糞便樣本接種到清潔條件的SKG模型小鼠后，其腸道Th17細胞數(shù)量增加，用酵母聚糖處理后可誘發(fā)嚴重關節(jié)炎；將清潔SKG小鼠的初始T細胞與普雷沃菌屬刺激的樹突狀細胞共同孵育，T細胞針對關節(jié)炎相關抗原（RPL23A）產生的IL-17明顯增多，提示腸道菌群失調可能通過激活Th17細胞增加關節(jié)炎的敏感性。

2.2.2 濾泡輔助T細胞（Tfh細胞）的作用 Tfh細胞是CD4+T細胞亞群，Bcl6是其分化必需的轉錄因子。Tfh細胞可誘導生發(fā)中心形成，輔助B細胞產生高親和力、高滴度的自身抗體，具有重要的免疫保護作用。然而，過度的Tfh細胞反應可導致包括RA等多種自身免疫疾病[17]。用SFB處理K/BxN小鼠模型，發(fā)現(xiàn)SFB不僅誘導皮氏小結中Tfh細胞增加，且腸外器官如脾臟中的Tfh細胞也明顯增加[18]，提示Tfh細胞在SFB介導的自身免疫性關節(jié)炎中可能起重要作用。SFB通過驅動皮氏小結中Tfh細胞分化并遷移到腸外部位，從而增加全身Tfh細胞數(shù)量和自身抗體產生，誘導關節(jié)炎發(fā)生，這可解釋腸道菌群引發(fā)關節(jié)炎的可能機制。Block等[19]發(fā)現(xiàn)在K/BxN小鼠模型中IL-17基因敲除型小鼠與對照組發(fā)生相似的關節(jié)炎；相反，Bcl6敲除的T細胞在受體小鼠中無法誘導關節(jié)炎產生，提示腸道菌群可能通過Tfh細胞而不是Th17細胞導致關節(jié)炎發(fā)生。因此，盡管大多數(shù)研究支持腸道菌群在RA Th17-Treg失衡中起作用，但其他可能機制仍待進一步探索。

2.2.3 腸道通透性增加，細菌移位誘導關節(jié)炎發(fā)生 腸道菌群失調可增加腸道通透性，導致細菌移位從而誘導關節(jié)炎發(fā)生[20-21]。腸道微生物及其代謝產物可進入血液循環(huán)，早在2000年，在RA患者的關節(jié)滑膜中可以檢測到細菌rRNA，其中一部分是RA特異的，而在對照組的關節(jié)中無法檢測出[22]；RA患者滑液中也可發(fā)現(xiàn)細菌DNA和細菌肽聚糖[23]。Gomez等[24]比較關節(jié)炎易感小鼠DRB1*0401與關節(jié)炎抗性小鼠DRB1*0402的腸道菌群，發(fā)現(xiàn)DRB1*0401小鼠腸道菌群失調（優(yōu)勢菌群為梭狀芽胞桿菌）且腸道通透性增加，提示梭狀芽胞桿菌等病原菌可能產生易位及誘導全身免疫應答，在遺傳易感個體中引發(fā)關節(jié)炎。人源化小鼠模型的研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，RA患者中以柯林斯菌屬為代表的稀有菌群顯著擴增，可能是通過減少上皮細胞中緊密連接蛋白ZO-1的表達增加腸道通透性，使小鼠關節(jié)炎發(fā)病率和嚴重性增加[25]。這些證據(jù)表明腸道菌群及其代謝產物可能以某種方式轉移到局部組織，并參與RA的免疫病理損傷，然而具體機制尚不明確。

3 重建腸道微生態(tài)在治療RA中的應用

利用益生菌制劑調節(jié)腸道菌群，重建腸道正常微生態(tài)是治療RA的新策略之一。益生菌主要通過抗病原菌、增強黏膜屏障完整性和免疫調節(jié)3種機制發(fā)揮作用。

動物實驗表明干酪乳桿菌通過下調促炎細胞因子途徑降低關節(jié)炎模型小鼠的炎癥反應[26-27]，然而，有關益生菌治療RA的臨床實驗結果并不一致。與安慰劑組相比，服用含干酪乳桿菌01菌株膠囊的RA患者血清促炎細胞因子如TNF-α、IL-6和IL-12明顯降低，調節(jié)性細胞因子IL-10增加[28]，補充干酪乳桿菌01可改善RA患者的疾病活動度和炎癥狀態(tài)。此外，接受凝結芽孢桿菌（GBI-30，608）治療的RA患者在疼痛評分上顯著改善[29]。而在另一項小型研究中，與對照組相比，服用干酪乳桿菌膠囊的RA患者健康評估問卷評分顯著改善，但兩組在美國類風濕病學會20%改善標準達標率（ACR20）上比較差異無統(tǒng)計學意義[26]。近期一項對益生菌治療RA的隨機對照研究的薈萃分析結果表明，由于目前進行的臨床研究有限，益生菌作為干預措施治療RA未顯示有充分的有效性，未來需要進行更多的多中心、大樣本的研究以評估益生菌在RA治療中的作用[27]。

4 展望

腸道微生態(tài)失調與RA的發(fā)生、發(fā)展密切相關。隨著第二代測序技術的發(fā)展，腸道菌群在RA中的組成和功能改變被深入研究。但由于腸道微生態(tài)系統(tǒng)的復雜性以及研究設計的局限性，目前兩者的因果關系尚不明確，需進行更多的研究以闡釋其關聯(lián)以及具體作用機制，從而為RA的治療開辟新的途徑。

[1] MacGregor A J,Snieder H,Rigby A S,et al.Characterizing the quantitative genetic contribution to rheumatoid arthritis using data from twins[J].Arthritis Rheum,2000,43(1):30-37.doi:10.1002/1529-0131(200001)43:1<30::AID-ANR5>3.0.CO;2-B.

[2] McInnes I B,Schett G.The pathogenesis of rheumatoid arthritis[J].N Engl J Med,2011,365(23):2205-2219.doi:10.1056/NEJMra1004965.

[3] Wu X,He B,Liu J,et al.Molecular Insight into Gut Microbiota and Rheumatoid Arthritis[J].Int J MolSci,2016,17(3):431.

[4] Abdollahi-Roodsaz S,Abramson S B,Scher J U.The metabolic role of the gut microbiota in health and rheumatic disease:mechanisms and interventions[J].Nat Rev Rheumatol,2016,12(8):446-455.doi:10.1038/nrrheum.2016.68.

[5]Scher J U,Abramson S B.The microbiome and rheumatoid arthritis[J].Nat Rev Rheumatol,2011,7(10):569-578.doi:10.1038/nrrheum.2011.121.

[6] Warden C C.The toxemic factor in rheumatoid arthritis[J].Cal State J Med,1909,7(8):299-301.

[7]Vaahtovuo J,Munukka E,KorkeamkiM,et al.Fecalmicrobiota in early rheumatoid arthritis[J].J Rheumatol,2008,35(8):1500-1505.

[8] Scher J U,Sczesnak A,Longman R S,et al.Expansion of intestinal Prevotella copri correlates with enhanced susceptibility to arthritis[J].Elife,2013,2:e01202.doi:10.7554/eLife.01202.

[9] Zhang X,Zhang D,Jia H,et al.The oral and gut microbiomes are perturbed in rheumatoid arthritis and partly normalized after treatment[J].Nat Med,2015,21(8):895-905.doi:10.1038/nm.3914.

[10] Maeda Y,Kurakawa T,Umemoto E,et al.Dysbiosis contributes to arthritis development via activation of autoreactive T cells in the intestine[J].Arthritis Rheumatol,2016,68(11):2646-2661.doi:10.1002/art.39783.

[11] Telesford K M,Yan W,Ochoa-Reparaz J,et al.A commensal symbiotic factor derived from Bacteroides fragilis promotes human CD39(+)Foxp3(+)T cells and Treg function[J].Gut Microbes,2015,6(4):234-242.doi:10.1080/19490976.2015.1056973.[12] Rogers G B.Germs and joints:the contribution of the human microbiome to rheumatoid arthritis[J].Nat Med,2015,21(8):839-841.doi:10.1038/nm.3916.

[13] Mankia K,Emery P.Is localized autoimmunity the trigger for rheumatoid arthritis?Unravelling new targets for prevention[J].Discov Med,2015,20(109):129-135.

[14] Wang W,Shao S,Jiao Z,et al.The Th17/Treg imbalance and cytokine environment in peripheral blood of patients with rheumatoid arthritis[J].Rheumatol Int,2012,32(4):887-893.doi:10.1007/s00296-010-1710-0.

[15] Wu H J,Ivanov I I,Darce J,et al.Gut-residing segmented filamentous bacteria drive autoimmune arthritis via T helper 17cells[J].Immunity,2010,32(6):815-827.doi:10.1016/j.immuni.2010.06.001.

[16] Abdollahi-Roodsaz S,Joosten L A,Koenders M I,et al.Stimulation of TLR2 and TLR4 differentially skews the balance of T cells in a mouse model of arthritis[J].J Clin Invest,2008,118(1):205-216.doi:10.1172/JCI32639.

[17] Ueno H,Banchereau J,Vinuesa C G.Pathophysiology of T follicular helper cells in humans and mice[J].Nat Immunol,2015,16(2):142-152.doi:10.1038/ni.3054.

[18] Teng F,Klinger C N,Felix K M,et al.Gut microbiota drive autoimmune arthritis by promoting differentiation and migration of peyer's patch T follicular helper cells[J].Immunity,2016,44(4):875-888.doi:10.1016/j.immuni.2016.03.013.

[19] Block K E,Zheng Z,Dent A L,et al.Gut microbiota regulates K/BxN autoimmune arthritis through follicular helper T but not Th17 cells[J].J Immunol,2016,196(4):1550-1557.doi:10.4049/jimmunol.1501904.

[21] Picco P,Gattorno M,Marchese N,et al.Increased gut permeability in juvenile chronic arthritides.A multivariate analysis of the diagnostic parameters[J].Clin Exp Rheumatol,2000,18(6):773-778.

[22] Kempsell K E,Cox C J,Hurle M,et al.Reverse transcriptase-PCR analysis of bacterial rRNA for detection and characterization of bacterialspecies in arthritis synovialtissue[J].Infect Immun,2000,68(10):6012-6026.

[23] van der Heijden I M,Wilbrink B,Tchetverikov I,et al.Presence of bacterial DNA and bacterial peptidoglycans in joints of patients with rheumatoid arthritis and other arthritides[J].Arthritis Rheum,2000,43(3):593-598.doi:10.1002/1529-0131(200003)43:3<593::AID-ANR16>3.0.CO;2-1.

[24] Gomez A,Luckey D,Yeoman C J,et al.Loss of sex and age driven differences in the gut microbiome characterize arthritis-susceptible 0401 mice but not arthritis-resistant 0402 mice[J].PLoS One,2012,7(4):e36095.doi:10.1371/journal.pone.0036095.

[25] Chen J,Wright K,Davis J M,et al.An expansion of rare lineage intestinal microbes characterizes rheumatoid arthritis[J].Genome Med,2016,8(1):43.doi:10.1186/s13073-016-0299-7.

[26] Pineda Mde L,Thompson S F,Summers K,et al.A randomized,double-blinded,placebo-controlled pilot study of probiotics in active rheumatoid arthritis[J].Med Sci Monit,2011,17(6):CR347-354.

[27] Pan H D,Li R Z,Li T,et al.Whether Probiotic Supplementation Benefits Rheumatoid Arthritis Patients:A Systematic Review and Meta-Analysis[J].Engineering,2017,3(1):115-121.doi:10.1016/J.ENG.2017.01.006.

[28] Vaghef-Mehrabany E,Alipour B,Homayouni-Rad A,et al.Probiotic supplementation improves inflammatory status in patients with rheumatoid arthritis[J].Nutrition,2014,30(4):430-435.doi:10.1016/j.nut.2013.09.007.

[29] Mandel D R,Eichas K,Holmes J.Bacillus coagulans:a viable adjunct therapy for relieving symptoms of rheumatoid arthritis according to a randomized,controlled trial[J].BMC Complement Altern Med,2010,10:1.doi:10.1186/1472-6882-10-1.

（本文由浙江省醫(yī)學會風濕病學分會推薦）

10.12056/j.issn.1006-2785.2017.39.21.2017-1611

浙江省教育廳科研項目(Y201432082)

310003 杭州，浙江大學醫(yī)學院附屬第一醫(yī)院風濕免疫科

曹恒，E-mail：1508044@zju.edu.cn

2017-07-07）

陳麗）