人體腸道微生物與HIV感染的關(guān)系研究進(jìn)展

張敏 申元英

大理大學(xué) 1公共衛(wèi)生學(xué)院，2基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院（云南大理671000）

獲得性免疫缺陷綜合征（acquired immunodeficiency syndrome，AIDS）是由人類免疫缺陷病毒（human immuno?deficiency virus，HIV）引起的一種慢性傳染性疾病。HIV感染仍然是一個(gè)全球性的流行病，全世界幾乎有3 700萬人感染，但是目前仍未有疫苗，一旦染上就無法治愈［1］。HIV屬于逆轉(zhuǎn)錄病毒（retrovirus），侵入并破壞人體的正常免疫系統(tǒng)，進(jìn)而改變HIV感染者體內(nèi)的微生物菌群組份結(jié)構(gòu)。人類免疫系統(tǒng)中較為重要的組成部分，包括定居在人體胃腸道內(nèi)的共生細(xì)菌，當(dāng)人體遭受HIV感染后，機(jī)體胃腸道內(nèi)的微生物會(huì)發(fā)生不同程度的變化［2］。目前，關(guān)于研究腸道內(nèi)微生物菌群變化對HIV感染者健康的影響，已成為一個(gè)熱門的研究領(lǐng)域，其中很大的原因是HIV感染者的腸道微生物群體發(fā)生改變以后，導(dǎo)致與其相關(guān)的許多疾病的發(fā)生率增高，例如血脂異常、心血管疾病和慢性炎癥等疾病。本文詳細(xì)介紹了HIV感染后對腸道菌群的影響以及腸道微生物對HIV陽性宿主的影響的新進(jìn)展。

1 腸道微生物

相當(dāng)多的微生物在人體腸道內(nèi)定植，它們的種類超過1 000多種，將近100萬億個(gè)，細(xì)胞總數(shù)高達(dá)1014，接近于人體細(xì)胞數(shù)總和的10倍［3］，每個(gè)人平均最少能有160種優(yōu)勢菌群［4］。在健康的人體腸道內(nèi)，腸道微生物包括如下5個(gè)菌門：疣微菌門、放線菌門、擬桿菌門、厚壁菌門和變形菌門［5］。由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)、年齡、地理和飲食等因素的影響，腸道微生物組成的差異很大［6?7］。腸道菌群數(shù)量眾多、類別極其豐富，廣泛參與到人體內(nèi)的生理活動(dòng)，對人們的健康產(chǎn)生非常重要的影響。腸道微生物群在內(nèi)臟平衡中起關(guān)鍵作用，反過來影響各種臨床結(jié)果。一般來說，腸細(xì)菌通過消化不溶性纖維，分解不同的營養(yǎng)元素或通過提供影響營養(yǎng)的重要代謝物來加工營養(yǎng)。在小分子水平上，腸道的一些微生物對小分子產(chǎn)生重要的前體，例如與心血管疾病相關(guān)的三甲胺?N?氧化和短鏈脂肪酸，這些物質(zhì)既對腸黏膜免疫系統(tǒng)發(fā)揮重要的免疫調(diào)節(jié)作用，又為腸細(xì)胞提供能量；此外共生生物體在調(diào)節(jié)層狀蛋白T細(xì)胞區(qū)域的發(fā)育和活化過程中起著重要作用。因此人體腸道是宿主?微生物相互作用的關(guān)鍵部位，腸道微生物與宿主和外環(huán)境間存在著相互依賴相互制約的關(guān)系。當(dāng)這一平衡系統(tǒng)受到破壞，腸道微生物便會(huì)在數(shù)量、種類和定位上出現(xiàn)異常改變，進(jìn)而引某些病理變化甚至出現(xiàn)患病。

2 HIV感染對腸道微生物的影響

HIV感染人群的相關(guān)研究雖然有許多局限性，但仍在HIV感染者和未感染者的腸道微生物群體中發(fā)現(xiàn)許多可重復(fù)的差異。研究［8］表明，HIV感染或其他疾病狀態(tài)的患者均有某些微生物組成的改變。

2.1 HIV感染對益生菌類微生物的影響益生菌是定植在人體胃腸道內(nèi)，具有改善宿主微生態(tài)平衡、發(fā)揮有益作用的一類活性有益微生物的總稱［9］。主要作用是通過調(diào)整宿主胃腸道內(nèi)微生物的成份結(jié)構(gòu)，激活宿主內(nèi)源性微生物群。乳桿菌和雙歧桿菌均是擬桿菌屬的益生菌，能夠幫助人體改善腸道健康和免疫功能［10?11］。在HIV感染者的腸道內(nèi)經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)一些如綠膿假單胞菌和白色念珠菌等機(jī)會(huì)性病原體，但雙歧桿菌和乳酸桿菌這兩種菌群的檢測水平就很低甚至沒有。AIDS患者胃腸道功能的正常運(yùn)行將會(huì)因?yàn)橐嫔鷶M桿菌的減少而受到影響。

ZOETENDAL等［12］在早期的研究中發(fā)現(xiàn)，HIV陰性個(gè)體中同一個(gè)人的黏膜活檢樣本和糞便中的細(xì)菌差異很大。DILLON等［13］同樣觀察到依賴于抽樣方法的分類群豐度與HIV相關(guān)的變化具有差異。然而，在所有采樣平臺中，類桿菌屬的亞類或者種類的相對豐度與HIV相關(guān)的變化大體相似。此外，某些分類群（例如普雷沃菌屬）的豐度與黏膜和全身炎癥的標(biāo)志物在黏膜樣品強(qiáng)烈相關(guān)，而在糞便樣品中不相關(guān)。這表明黏膜相關(guān)微生物組成可能與免疫系統(tǒng)有著更緊密的相互作用甚至影響免疫系統(tǒng)。來自末端回腸和右結(jié)腸的樣品在HIV陽性受試者和HIV陰性對照之間最好區(qū)分［14］，腸道微生物組成可能因?yàn)槟c道的分段而有所不同。

2.2 感染階段對腸道微生物組成的影響HIV感染早期是感染后3～5 d的感染階段（不可檢測的病毒載量）和急性期（HIV可觀察到的臨床表現(xiàn)），伴隨快速的病毒復(fù)制、強(qiáng)烈的免疫應(yīng)答、免疫破壞、病毒多樣化和CD4細(xì)胞計(jì)數(shù)大于 200 細(xì)胞/μL［15?16］。在此階段就觀察到非典型的微生物，因此感染階段對微生物組成的研究至關(guān)重要。

在某項(xiàng)研究中，對比健康人群，由于AIDS患者的腸道相關(guān)淋巴組織中CD4+T細(xì)胞消耗和免疫激活水平變化，導(dǎo)致其腸道內(nèi)存在較高水平的腸桿菌和細(xì)菌類微生物［17］。GORI等［18］觀察到白色念珠菌和綠膿桿菌等病原菌的種類豐度過高也會(huì)出現(xiàn)在HIV感染早期階段。這些病原菌（白色念珠菌、綠膿桿菌等）的存在表明HIV感染者更容易被感染［19］。像能夠增強(qiáng)腸道免疫功能的雙歧桿菌和乳酸桿菌等益生菌種，它們更傾向于感染調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)的病原，所以在未經(jīng)治療的AIDS患者的糞便中這些菌群的檢測水平相對較低［18，20］。在一些涉及其他早期HIV感染者的研究中，無論治療與否，已經(jīng)觀察到病原體和共生微生物相對于病毒載量的比例發(fā)生變化［21?22］。VUJKOVIC CVIJIN等［22］研究發(fā)現(xiàn)，與治療的受試者相比，未治療的HIV陽性受試者中腸桿菌科和類桿菌類分別有著明顯的富集和消耗，這些受試者表現(xiàn)出與HIV-（健康對照）或HIV+（感染的）相似的細(xì)菌組成。

3 腸道微生物在HIV感染中的作用

通過以往的研究，人們普遍認(rèn)為HIV主要存在于人體血液里。但近年來，美國科學(xué)家在臨床上證實(shí)了大約80%的HIV存在于人體腸道組織內(nèi)，而血液內(nèi)的HIV病毒載量少之又少，因此腸道才是HIV感染的重要部位。因?yàn)槿梭w腸道是淋巴細(xì)胞、淋巴結(jié)和淋巴組織最豐富的地方，再加上HIV進(jìn)人人體后攻擊的主要目標(biāo)是淋巴細(xì)胞，所以腸道聚集了非常多的HIV，所以說腸道是AIDS患者真正的毒庫［23］。根據(jù)臨床表現(xiàn)，大部分HIV感染者都患有胃腸道疾病，如惡心、嘔吐、腹痛、腹瀉等，其中腹瀉最常見。

3.1 腸道微生物多樣性對HIV感染免疫狀態(tài)的預(yù)測能力近些年來，由于高通量測序等一系列生物技術(shù)的不斷進(jìn)步，微生物群落在人體健康和疾病狀態(tài)下的表征逐漸被人們所了解。微生物在HIV感染發(fā)病機(jī)制中的作用逐漸成為學(xué)者研究的熱點(diǎn)。多個(gè)器官正常微生物群落的破壞可以影響HIV感染的進(jìn)展與傳播。多項(xiàng)研究［24?25］表明微生物在HIV的傳播和發(fā)病機(jī)制中有著決定性的作用。腸道相關(guān)淋巴組織是人體重要的免疫系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)組成部分，可維持胃腸道黏膜的完整性。在HIV感染的早期階段，腸道相關(guān)淋巴組織中超過60%的CD4+T細(xì)胞受損，進(jìn)而導(dǎo)致了黏膜免疫的結(jié)構(gòu)和功能變化，這也恰恰證明了相關(guān)黏膜微生物群在HIV感染和進(jìn)展中的重要作用。HIV?1型感染往往開始于腸道內(nèi)CD4+T細(xì)胞被大規(guī)模的破壞，進(jìn)而黏膜免疫結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化。

除了HIV病毒對CD4細(xì)胞選擇性靶向和耗竭具有貢獻(xiàn)外，腸道微生物的改變可能會(huì)進(jìn)一步影響腸道的Th細(xì)胞亞群相關(guān)免疫穩(wěn)態(tài)。這是因?yàn)楣采?xì)菌在調(diào)節(jié)具有抗炎性質(zhì)的T細(xì)胞和能產(chǎn)生炎性細(xì)胞因子的Th17細(xì)胞之間的正常平衡中起重要作用。一項(xiàng)研究無菌小鼠的結(jié)果表明，分節(jié)絲狀菌（常見于回腸末端）被證明對Th17細(xì)胞的發(fā)展是必要的［26］。此外，小鼠腸道內(nèi)的梭狀芽孢桿菌具有聚集調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的作用［27］。

3.2 微生物移位對HIV感染的影響腸道微生物移位主要發(fā)生在小腸，通常指腸道微生物及其化合物從腸腔移位進(jìn)入腸系膜或其他腸外器官［28］。腸道微生物移位進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)激活自然殺傷細(xì)胞和巨噬細(xì)胞釋放炎癥因子，如白細(xì)胞介素8、腫瘤壞死因子α、轉(zhuǎn)化生長因子β等，腸上皮細(xì)胞間的緊密連接蛋白的黏連作用被破壞，損害腸黏膜屏障功能，進(jìn)而導(dǎo)致循環(huán)系統(tǒng)中的微生物遺傳物質(zhì)片段及其代謝產(chǎn)物增多，并發(fā)多種復(fù)合型炎癥感染［29］。HOPPER等［30］研究腸道中單個(gè)菌群的功能，結(jié)果表明某些細(xì)菌的代謝產(chǎn)物可以干擾宿主對營養(yǎng)物質(zhì)的正常代謝功能同時(shí)高度活化機(jī)體免疫反應(yīng)，如誘導(dǎo)腸道調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的擴(kuò)增。正是因?yàn)槊庖呦到y(tǒng)的高度活化，HIV對腸道CD4+T淋巴細(xì)胞的感染速度明顯加快，腸道菌群屏障黏膜的損傷率也得到提高，進(jìn)而促使了腸道微生物移位在AIDS患者體內(nèi)的發(fā)生，最終影響疾病的發(fā)展進(jìn)程。

BRENCHLEY等［31］也發(fā)現(xiàn)，HIV感染階段的免疫系統(tǒng)由于胃腸道微生物移位的增加而被活化，繼而影響HIV患者病情的進(jìn)展。同時(shí)，被致病性的SIV（猴免疫缺陷病毒）感染的恒河猴存在微生物移位和免疫系統(tǒng)激活，而未被感染的黑白眉猴即便是具有了高病毒載量和高度的免疫活化，它的血漿內(nèi)細(xì)菌脂多糖（菌群移位的定量指標(biāo)）含量并沒有升高，即未發(fā)展為AIDS。對比感染致病性SIV與未被感染的動(dòng)物，由于后者自身腸道黏膜保持了相對完整性，才未受菌群移位和免疫活化的影響。這也恰恰說明了菌群移位在HIV感染后的病情進(jìn)展以及預(yù)后中都有比較重要的作用。因此，AIDS的發(fā)展進(jìn)程取決于自身腸道黏膜免疫系統(tǒng)的完整性以及重要部位中CD4+T淋巴細(xì)胞的數(shù)量。

HIV感染者體內(nèi)CD4+T淋巴細(xì)胞的消耗會(huì)被微生物組分直接影響。最近的研究通過使用體外模型來描述人體共生微生物以及他們?nèi)绾斡绊慔IV?1感染復(fù)制和固有層CD4+T細(xì)胞消耗人類固有免疫細(xì)胞之間的相互作用。在隨后的研究中，DILLON等［32］在HIV感染個(gè)體的體外結(jié)腸活檢培養(yǎng)中發(fā)現(xiàn)黏膜細(xì)菌增強(qiáng)了HIV復(fù)制。通過微生物暴露后增加的黏膜HIV?1復(fù)制和凋亡性CD4+T淋巴細(xì)胞死亡，進(jìn)一步揭示了在HIV感染初期，微生物移位如何對病毒的發(fā)病機(jī)制的發(fā)揮作用。

4 展望

綜上所述，人類腸道是宿主?微生物相互作用的關(guān)鍵部位，任何過程的干擾都有重要的臨床意義。疾病會(huì)特異性地影響腸道微生物的活性、代謝組成及代謝方式。HIV感染后導(dǎo)致人體腸道黏膜受損，上皮屏障遭到削弱，進(jìn)而影響腸道免疫系統(tǒng)。同樣，腸道微生物受到嚴(yán)重影響后改變細(xì)菌群落，此結(jié)果將直接或間接地在HIV進(jìn)展中起著至關(guān)重要的作用。因此通過對HIV感染者體內(nèi)腸道微生物的種類、數(shù)量、定位的研究，可以為以后深入研究腸道微生物變化在HIV感染和AIDS的預(yù)防和治療中的作用方式提供可靠依據(jù)。雖然目前關(guān)于腸道微生物與HIV感染之間關(guān)系的研究比較多見，但是關(guān)于HIV感染與病毒、真菌、古細(xì)菌等其他腸道微生物關(guān)系的研究很少，所以今后可以考慮往這幾個(gè)方面進(jìn)行研究，以達(dá)到更好的預(yù)防控制AIDS的目的。

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