腸道微生物與黏膜免疫研究的前沿進展

俞昊男 劉志華

(中國科學院生物物理研究所，中科院感染與免疫重點實驗室，北京100101)

腸道不僅是食物消化與吸收的場所，同時也是重要的免疫器官。腸腔中定居著約1014個微生物，包括細菌、真菌、病毒及原生動物等[1]。腸道屏障主要由腸道共生菌、腸道黏液層、腸上皮細胞和固有層內(nèi)多種免疫細胞共同組成[2]。腸道菌群可促進宿主黏膜免疫系統(tǒng)的發(fā)育與應(yīng)答、增強腸上皮細胞間的緊密連接(Tight junction)，并對病原具有拮抗作用。腸道黏液層由杯狀細胞分泌的黏液蛋白構(gòu)成，其中富含腸上皮細胞分泌的抗菌肽(Antimicro-bial peptide)以及B細胞產(chǎn)生的分泌型IgA(Secretory immunoglobulin A，SIgA)，可有效抑制細菌在腸道上皮的黏附和定植。腸上皮細胞通過緊密連接組成了一道物理屏障，有助于腸腔內(nèi)的細菌和有害抗原與機體內(nèi)環(huán)境分隔。腸道中還存在腸相關(guān)淋巴組織(Gut-associated lymphoid tissues，GALTs)，其主要包括組織性淋巴樣組織和彌散分布的淋巴細胞，前者包括派爾集合淋巴結(jié)(Peyer′ s patches)、孤立淋巴濾泡(Isolated lymphoid follicles，ILFs)以及腸系膜淋巴結(jié)(Mesenteric lymphoid node，MLN)，后者主要指分散于黏膜固有層(Lamina propria)及上皮細胞層內(nèi)的淋巴細胞，如樹突狀細胞(Dendritic cell，DC)、T細胞和B細胞等[3]。這些免疫細胞之間的互相作用構(gòu)成了復雜而精密的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)宿主的免疫反應(yīng)以及幫助抵御病原的入侵。

哺乳動物宿主與微生物經(jīng)共同進化形成了一種互利共生的關(guān)系：宿主為微生物提供營養(yǎng)和生存的環(huán)境，微生物則通過參與和調(diào)節(jié)宿主的一系列生理活動以促進腸道的穩(wěn)態(tài)平衡。人的胃腸道中有1 000多種細菌，其中大部分為專性厭氧菌，包括厚壁菌(Firmicutes)、擬桿菌(Bacteroidetes)、變形菌(Proteobacteria)和放線菌(Actinobacteria)[4]。厚壁菌和擬桿菌是所有哺乳動物胃腸道細菌中最主要的組成部分，占胃腸道細菌總數(shù)的90%以上[5]。目前認為，在嬰幼兒腸道早期定植的是某些好氧菌和兼性厭氧菌，例如腸桿菌(Enterobacteriaceae)與鏈球菌(Streptococcus)等，這些腸道菌將有助于形成腸道的厭氧環(huán)境，進而有利于隨后厭氧的益生菌如乳酸桿菌(Lactobacillus)與雙歧桿菌(Bifidobacterium)等定植[6]。乳酸桿菌與雙歧桿菌可通過分泌抗菌物質(zhì)、調(diào)節(jié)腸道pH等途徑抑制某些病原菌的定植[7]。以前的研究發(fā)現(xiàn)，宿主可通過模式識別受體(Pattern recognition receptors，PRRs)如Toll樣受體(Toll-like receptors，TLRs)等識別微生物來源的病原相關(guān)分子模式(Pathogen-associated molecular patterns，PAMPs)，進而引發(fā)炎性反應(yīng)以清除病原[8]。有意思的是，腸道菌可通過PAMPs促進腸上皮細胞分泌黏液，增強屏障功能[9]。腸道微生物除了通過PAMPs對腸黏膜固有免疫反應(yīng)進行調(diào)節(jié)外，還與GALTs的發(fā)育和成熟以及適應(yīng)性免疫反應(yīng)的調(diào)節(jié)相關(guān)[10,11]。比如，分節(jié)絲狀菌(Segmented filamentous bacteria，SFB)可通過誘導小腸中的輔助性T 細胞17(T helper cell 17，Th17)的增殖與分化發(fā)揮抗感染作用，并可能與自身免疫性疾病的發(fā)生相關(guān)[12,13]。一些梭菌(Clostrid-ium)可誘導調(diào)節(jié)性T細胞(regulatory T cell，Treg)發(fā)揮抗炎作用以促進腸道穩(wěn)態(tài)平衡[14,15]。因此，宿主的免疫系統(tǒng)和微生物群之間復雜的互作關(guān)系對于維持腸道內(nèi)穩(wěn)態(tài)十分重要。

有證據(jù)表明，腸道菌與黏膜免疫互作的失衡是炎癥性腸病(Inflammatory bowel disease，IBD)發(fā)生的重要因素。隨著現(xiàn)代社會飲食結(jié)構(gòu)與環(huán)境的變化，IBD的發(fā)病率正在逐年增高，預(yù)防和治療IBD已成為當今的研究熱點。許多研究表明IBD的產(chǎn)生和發(fā)展與腸道菌群有著緊密的聯(lián)系，IBD患者的一個顯著特征是腸道菌群失調(diào)[16,17]。因此，基于調(diào)節(jié)腸道菌群的研究有望為IBD的預(yù)防和治療提供新的思路。

近幾年來，適應(yīng)性免疫與腸道菌的互作研究取得重大進展，因此本文將從腸道微生物對宿主適應(yīng)性免疫中B細胞、T細胞的免疫應(yīng)答的影響，以及IBD與腸道微生物的關(guān)系和基于腸道菌的治療策略兩部分進行總結(jié)。

1 腸道微生物與宿主適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的互作

已有的研究表明，腸道微生物對宿主適應(yīng)性免疫的B細胞與T細胞這兩大分支都有重要的調(diào)控作用。一方面，腸道菌群可通過調(diào)節(jié)B細胞的應(yīng)答以促進腸道中IgA的產(chǎn)生；另一方面，腸道菌群也可通過調(diào)節(jié)T細胞的分化來維持炎癥反應(yīng)與免疫耐受之間的平衡。

1.1 腸道微生物對B細胞應(yīng)答及IgA分泌的影響 長久以來，大家發(fā)現(xiàn)相對于SPF(Specific pathogen free，SPF)小鼠，無菌(Germ-free，GF)小鼠的黏膜免疫系統(tǒng)發(fā)育不良，其派爾集合淋巴結(jié)發(fā)育程度低下，僅有極少的生發(fā)中心(Germinal center)且IgA+的漿細胞以及IgA數(shù)量也顯著減少[18]，而給GF小鼠定植腸道菌后可恢復其IgA的產(chǎn)生[19]。這暗示著腸道菌對于腸道內(nèi)IgA+漿細胞的分化以及IgA的產(chǎn)生具有重要作用。

腸道中的IgA主要由腸道黏膜固有層中的IgA+漿細胞產(chǎn)生和分泌，其通常以二聚體的形式存在，經(jīng)與腸上皮細胞產(chǎn)生的多聚免疫球蛋白受體(polymeric immunoglobulin receptor，pIgR)結(jié)合進而被轉(zhuǎn)運和釋放到腸腔中以結(jié)合腸道微生物和膳食成分等。IgA的黏附和包裹作用可避免腸腔中有害抗原與宿主腸上皮的直接接觸，對維持腸道屏障的完整性具有重要作用，同時IgA也調(diào)節(jié)著腸道內(nèi)菌群的組成和平衡[20,21]。腸道菌可通過T細胞依賴和非T細胞依賴的兩條途徑調(diào)控IgA的產(chǎn)生。

T細胞依賴的IgA產(chǎn)生主要發(fā)生在派爾集合淋巴結(jié)中，DC從腸腔內(nèi)獲取抗原進而刺激CD4+T細胞分化為濾泡輔助性T細胞(Follicular helper T cell，Tfh)，Tfh細胞主要通過CD40L和IL-21促使B細胞表達胞嘧啶核苷脫氨酶(Activation-induced cytidine deaminase，AID)和促進IgA的抗體類別轉(zhuǎn)換[21,22]。一些可侵入腸道內(nèi)黏液層并定植于上皮細胞表面的腸道菌可誘導產(chǎn)生高親和力的IgA，如SFB依附在腸上皮細胞表面進而誘導T細胞依賴的IgA產(chǎn)生，并且這個過程依賴于Th17細胞[23-25]。

非T細胞依賴的IgA產(chǎn)生主要發(fā)生在固有層和ILFs中。腸上皮細胞通過TLRs感知腸道菌并產(chǎn)生BAFF (B-cell activating factor)和APRIL (Prolifera-tion inducing ligand)，這兩種細胞因子可促進B細胞中AID的表達和抗體類別轉(zhuǎn)換進而分化形成IgA+漿細胞[26]。此外，腸上皮細胞也可通過產(chǎn)生胸腺間質(zhì)淋巴細胞生成素(Thymic stromal lympho-poietin，TSLP) 來刺激DC分泌BAFF和APRIL，進而促進IgA+漿細胞的產(chǎn)生[26]。然而，這種非T細胞依賴產(chǎn)生的IgA普遍具有低親和力的特征[21,23,27]。

IgA對腸道菌的調(diào)節(jié)主要包括改變細菌運動性、調(diào)節(jié)腸道菌的基因表達以及幫助部分腸道菌定植這三個方面。Boullier等[28]發(fā)現(xiàn)，特異性靶向弗氏志賀菌(Shigellaflexneri)LPS的IgA可將弗氏志賀菌限制在腸黏液層中以減少其引起的腸道炎癥。IgA還可能通過結(jié)合細菌的鞭毛蛋白進而限制腸道菌的運動能力[29,30]。此外，IgA還可調(diào)控腸道菌的基因表達。多形擬桿菌(Bacteroidesthetaiotaom-icron)作為腸道共生菌通常不會引起腸道炎癥，Peterson等[31]發(fā)現(xiàn)在缺乏IgA時，多形擬桿菌會高表達一系列參與一氧化氮代謝的基因并引發(fā)炎性信號。Cullender等[32]發(fā)現(xiàn)，缺乏TLR5的小鼠體內(nèi)特異性識別細菌鞭毛蛋白的IgA水平降低，伴隨著許多共生菌編碼鞭毛蛋白的基因出現(xiàn)異常表達。有趣的是， IgA還能幫助部分共生菌在腸道內(nèi)的定植。Donaldson等[33]發(fā)現(xiàn)，由脆弱擬桿菌(Bacterioidesfragilis)誘導產(chǎn)生的IgA有助于脆弱擬桿菌成群聚集并錨定在腸上皮表面，從而為其提供競爭優(yōu)勢。

IgA靶向的腸道菌對宿主健康的影響目前存在爭議。人與小鼠的腸道菌中只有部分細菌能被IgA包裹[34]。IgA-SEQ技術(shù)將流式分選與16S rDNA測序結(jié)合，能夠分離和鑒定腸道菌群中與IgA結(jié)合的菌群[35]。Palm等[36]利用IgA-SEQ技術(shù)發(fā)現(xiàn)，IBD患者腸道中有部分被大量IgA包裹的腸道菌，而將這些腸道菌定植到GF小鼠體內(nèi)可增加其患結(jié)腸炎的風險。Kau等[37]發(fā)現(xiàn)給小鼠定植營養(yǎng)不良兒童的腸道菌并喂以營養(yǎng)不良的飼料，小鼠腸道內(nèi)的腸桿菌科被大量IgA包裹，后續(xù)實驗結(jié)果表明這些腸桿菌科可導致腸炎。然而，被IgA識別和包裹的艾克曼菌(Akkermansiamuciniphila)和梭狀芽胞桿菌(Clostridiumscindens)可干預(yù)腸炎的發(fā)生[37]。這些研究結(jié)果表明，IgA靶向的腸道菌并非都是致病菌，其中部分腸道菌可通過增強腸道屏障進而有利于維持腸道穩(wěn)態(tài)。因此，被IgA靶向的腸道菌有望為探究腸病的致病原因和治療方案提供新的思路。

1.2 腸道微生物對Th17細胞與Treg細胞分化的影響 初始CD4+T細胞經(jīng)抗原刺激后可增殖并分化為不同的亞群，如輔助性T細胞1(T-helper 1，Th1)、Th2、Th17和Treg細胞。其中Th17細胞主要介導炎癥反應(yīng)，參與對抗細胞外的細菌與真菌并與自身免疫性疾病的發(fā)生相關(guān)。與Th17細胞共存于固有層的Treg細胞則具有抑制炎癥和維持免疫耐受的功能。Th17細胞與Treg細胞在功能上相互制約，兩者之間的平衡對于腸道穩(wěn)態(tài)具有重要意義。相對于SPF小鼠，GF小鼠CD4+T細胞數(shù)目較少，且腸道中ILFs等不成熟[38,39]。Ivanov等[40]發(fā)現(xiàn)，GF小鼠的小腸中Th17細胞數(shù)目低下，而與SPF小鼠合籠飼養(yǎng)后其Th17細胞數(shù)目顯著增加。另有研究報道，相較于SPF小鼠，GF小鼠結(jié)腸固有層中Treg細胞數(shù)目也較少[41-43]。近年來，有大量研究表明腸道菌群可通過誘導Th17細胞與Treg細胞的分化來維持炎癥反應(yīng)與免疫耐受之間的平衡。

1.2.1 腸道微生物誘導Th17細胞的增殖與分化 Th17細胞是一類輔助性T細胞亞群，主要分布在腸道固有層中[40,44]。Th17細胞可產(chǎn)生和分泌IL-17A、IL-17F和IL-22，在預(yù)防致病菌感染與增強腸道黏膜屏障方面具有重要作用[45-48]，此外也與自身免疫性疾病相關(guān)[49-51]。

Th17細胞的分化受多種環(huán)境因素的調(diào)控。有研究顯示，高鹽飲食可導致固有層內(nèi)Th17細胞數(shù)目的上調(diào)并增加患自身免疫性疾病的風險[52,53]。飲食中的脂質(zhì)也參與調(diào)控Th17細胞的分化。Haghikia等[54]發(fā)現(xiàn)，長鏈脂肪酸如月桂酸促進Th17細胞分化并誘導更嚴重的實驗性自身免疫性腦脊髓炎。在諸多環(huán)境因素中，腸道菌是影響Th17細胞分化的主要因素。最早關(guān)于微生物群影響Th17細胞分化的依據(jù)來源于Ivanov等[40]發(fā)現(xiàn)，直到小鼠成長到3～4周齡時其腸道內(nèi)才可檢測出Th17細胞。并且GF小鼠的腸道固有層內(nèi)Th17細胞的數(shù)目顯著降低。

近年的研究發(fā)現(xiàn)，SFB對于Th17細胞的增殖與活化至關(guān)重要。SFB是一類嚴格厭氧的革蘭氏陽性菌，主要定植于動物體的回腸部分，目前已在嚙齒動物、豬等哺乳動物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)SFB的定植[55,56]。SFB的全基因組測序結(jié)果指出這類腸道菌是梭菌的一員，其缺乏氨基酸生物合成酶并且依賴宿主提供必需的營養(yǎng)物質(zhì),目前尚未在體外成功培養(yǎng)[57,58]。早在2006年，Ivanov等[40]發(fā)現(xiàn)Jackson公司的B6小鼠小腸固有層中Th17細胞的數(shù)目顯著低于Taconic公司的B6小鼠，而將兩種小鼠合籠飼養(yǎng)可上調(diào)Jackson小鼠小腸中Th17細胞的數(shù)目。將Taconic公司的B6小鼠的盲腸內(nèi)容物灌胃給GF小鼠可誘導其小腸中大量Th17細胞的產(chǎn)生。進一步研究發(fā)現(xiàn)，Taconic公司的B6小鼠腸道中存在SFB，而Jackson公司的B6小鼠腸道中則無法檢測出該菌。在GF小鼠中單菌定植SFB可誘導Th17細胞，由此發(fā)現(xiàn)SFB對于誘導Th17細胞十分重要[59]。

SFB的一個顯著特征是可以黏附腸上皮細胞，而這也是誘導Th17細胞分化的關(guān)鍵因素。最近一項研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠腸道中，SFB利用鉤狀結(jié)構(gòu)黏附于腸上皮細胞并在鉤尖處觸發(fā)內(nèi)吞囊泡的形成，這個現(xiàn)象被稱作微生物黏附觸發(fā)的內(nèi)吞作用(Microbial adhesion-triggered endocytosis，MATE)。在此過程中，SFB的細胞壁蛋白經(jīng)內(nèi)體-溶酶體網(wǎng)絡(luò)，從腸上皮細胞頂端被運輸至基底側(cè)進而活化Th17細胞[60]。Atarashi等[61]發(fā)現(xiàn)，小鼠來源的SFB可誘導小鼠腸道內(nèi)Th17細胞分化，而大鼠來源的SFB由于無法黏附小鼠腸上皮細胞進而無法介導小鼠腸道內(nèi)Th17細胞的分化，并且缺乏黏附上皮細胞能力的SFB突變體同樣也無法介導腸道中Th17細胞的分化。此外，SFB的黏附作用還可誘導腸上皮細胞中血清淀粉蛋白A(Serum amyloid A，SAA)的兩個亞型SAA1和SAA2表達上調(diào)[62]。Schnupf等[63]把SFB和上皮細胞系進行體外共培養(yǎng)時，發(fā)現(xiàn)上皮細胞中SAA的表達也顯著升高，后續(xù)實驗也表明是SFB與上皮細胞的緊密接觸啟動了上皮細胞中基因表達的信號傳導途徑。與此同時，SFB還通過誘導CX3CR1+單核細胞產(chǎn)生IL-23來激活I(lǐng)LC3產(chǎn)生IL-22，IL-22通過引起腸上皮細胞內(nèi)STAT3的磷酸化進而上調(diào)SAA1與SAA2的表達[61,64]。Sano等[64]發(fā)現(xiàn)，在SFB介導Th17細胞的產(chǎn)生與分化中，SAA促使RORγt+T細胞中IL-17A表達的上調(diào)，對Th17細胞的分化起著重要的作用。SAA是高密度脂蛋白(High density lipoproteins，HDL)和視黃醇的載體，因此猜測SAA可將這些免疫調(diào)節(jié)分子傳遞給抗原呈遞細胞(Antigen-presenting cells，APC)和T細胞進而調(diào)節(jié)機體免疫反應(yīng)。由此可見，SFB介導的Th17細胞的分化是通過腸上皮細胞、ILC3和單核細胞等多種細胞之間復雜的互作網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的。

由SFB介導的Th17細胞的產(chǎn)生有助于加強宿主對SFB本身以及其他病原體的防御，后者顯得尤其重要。有研究表明，SFB誘導的免疫可以保護宿主抵御檸檬酸桿菌(Citrobacterrodentium)和鼠傷寒沙門氏菌(Salmonellatyphimurium)的入侵[12,65]。Edelblum等[66]發(fā)現(xiàn)，SFB誘導產(chǎn)生的Th17細胞在剛地弓形蟲感染(Toxoplasmagondii)中對于腸道通透性的保護也起著重要作用。Burgess等[67]的研究表明，SFB的定植也可在痢疾變形蟲(Entamoebahistolytica)感染中給小鼠提供保護作用。而在GF小鼠中只定植SFB并不能在鼠檸檬酸桿菌感染中為機體提供保護作用，這表明腸道菌群的多樣性對于協(xié)調(diào)機體免疫反應(yīng)十分重要[12]。

除SFB之外，有研究表明鼠檸檬酸桿菌和腸出血性大腸桿菌(EscherichiacoliO157:H7)這兩種可黏附腸上皮細胞的致病菌也可以引起Th17細胞的分化[61]。同時，最近一項研究表明，另一類可黏附腸上皮的致病菌——白色念珠菌(Candidaalbicans)是誘導人體產(chǎn)生抗真菌Th17細胞的主要致病共生真菌，且其他種類的真菌引起的Th17免疫反應(yīng)依賴于白色念珠菌誘導的交叉反應(yīng)性Th17[68]。以上研究結(jié)果提示腸道菌對腸上皮細胞的黏附作用可能通過傳遞某種信號進而對Th17細胞的產(chǎn)生和分化起調(diào)節(jié)作用，而其中的機制還有待進一步的探究。

1.2.2 腸道微生物對Treg細胞分化的影響 Treg細胞是一群具有免疫抑制功能的調(diào)節(jié)性T細胞，其在調(diào)節(jié)自身免疫反應(yīng)中具有重要功能。相對于全身其他部位的Treg細胞，腸道中的Treg細胞可維持機體對膳食中的抗原和腸道菌群的免疫耐受[69]，并且在抑制機體針對鼠檸檬酸桿菌等致病菌產(chǎn)生的免疫應(yīng)答造成的組織損傷中發(fā)揮著重要作用[70]。

腸道中Treg細胞依據(jù)來源可分為兩類：來源于胸腺的tTreg細胞(thymus-derived Treg)和來源于外周的pTreg細胞(peripherally differentiated Treg)。前者在胸腺發(fā)育并分化成熟為Foxp3+CD4+Treg細胞，后者首先在胸腺發(fā)育為初始CD4+T細胞，隨后在外周組織中表達Foxp3，成為Foxp3+CD4+Treg細胞。

pTreg細胞大部分表達RORγt，而在GF小鼠體內(nèi)缺失RORγt+pTreg細胞，說明這類Treg細胞是由微生物誘導的。有研究表明，RORγt+Treg細胞可產(chǎn)生和分泌IL-10，IL-10可抑制骨髓細胞和Th17細胞的異常活化，對維持腸道內(nèi)的穩(wěn)態(tài)有重要作用。另有研究表明，RORγt+Treg細胞也高表達細胞毒T淋巴細胞相關(guān)抗原4(Cytotoxic T lymphocyte-associated antigen 4，CTLA-4)，在腸炎模型中相對于RORγt-Treg細胞具有更強的抑制腸炎的作用。

相對于SPF小鼠，GF小鼠腸道中pTreg細胞數(shù)目顯著減少，提示腸道微生物參與Treg細胞的增殖與成熟[41-43]。目前研究發(fā)現(xiàn)，厚壁菌門梭菌屬中的一些菌在誘導腸道Treg細胞中發(fā)揮重要作用。Atarashi等[15]利用氯仿處理正常小鼠的糞便得到46種梭菌并將其定植到GF小鼠體內(nèi)，可誘導GF小鼠結(jié)腸中Treg細胞數(shù)目的上調(diào)。隨后，Atarashi等[14]將從健康人體中分離得到的17種梭菌定植到GF小鼠和大鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)也可誘導腸道pTreg細胞的增殖，而且這幾種梭菌還可促進Treg細胞表達CTLA-4與IL-10，幫助小鼠抵御實驗性結(jié)腸炎。Stefka等[71]發(fā)現(xiàn)，梭菌屬還可刺激ILC3細胞產(chǎn)生IL-22，這有助于加強腸上皮屏障并降低腸道對膳食中蛋白質(zhì)的滲透性，進而減少食物過敏反應(yīng)。有研究發(fā)現(xiàn)，梭菌屬還可誘導腸上皮細胞產(chǎn)生轉(zhuǎn)化生長因子-β(Transforming growth factor beta，TGF-β)為Treg細胞的形成提供有利環(huán)境[72，73]。此外，給小鼠給予高纖維飲食可進一步上調(diào)Treg細胞的豐度[74]。

梭菌屬誘導腸道Treg細胞產(chǎn)生的機制正逐漸被研究人員所揭示，其中可能的途徑是通過梭菌發(fā)酵膳食纖維產(chǎn)生的SCFAs進而發(fā)揮作用。SCFAs是一類由五個或以下的碳原子組成的飽和脂肪酸，主要由腸道菌發(fā)酵膳食纖維產(chǎn)生，包括醋酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽等。SCFAs主要通過兩方面誘導Treg細胞。首先，SCFAs可通過激活G蛋白偶聯(lián)受體(G-protein-coupled receptors，GPRs)介導的信號通路調(diào)節(jié)Treg細胞的分化。GPR43是多種SCFAs的受體。Smith等[75]研究發(fā)現(xiàn)，腸道Treg細胞表達GPR43，且醋酸鹽與丁酸鹽等SCFAs可通過激活GPR43促進小鼠結(jié)腸中Treg細胞的增殖。GPR109a是一種丁酸鹽受體，其主要在腸上皮細胞與部分固有免疫細胞中表達[76]。De Rosa等[77]發(fā)現(xiàn)丁酸鹽與GPR109a的結(jié)合可促進巨噬細胞與DC產(chǎn)生IL-10與視黃酸脫氫酶(Retinal dehydrogenases，RALDHs)，進而誘導Treg的產(chǎn)生。另外，SCFAs還通過改變表觀遺傳修飾來調(diào)節(jié)Treg的分化。Furusawa等[75]發(fā)現(xiàn)，丁酸鹽對組蛋白去乙?；?Histone deacetylase，HDAC)的抑制可導致Foxp3基因中非編碼保守序列1(Conserved non-coding sequence 1，CNS1)上組蛋白H3的乙?；?，進而促進Foxp3的表達使初始CD4+T細胞向Treg細胞分化。

Treg細胞也可被除梭菌屬外的其他腸道菌所誘導。有研究表明，羅伊氏乳桿菌(Lactobacillusreuteri)和鼠乳桿菌(Lactobacillusmurinus)的定植可上調(diào)小鼠腸道中Treg細胞的數(shù)量[78-80]。Round等[81]發(fā)現(xiàn)，脆弱擬桿菌莢膜中的多糖A(Polysaccharide A，PSA)可被結(jié)腸中Treg細胞的TLR2所識別并介導IL-10的產(chǎn)生。另外，脆弱擬桿菌來源的PSA還可被腸道中DC細胞識別并產(chǎn)生IL-10，這些DC細胞產(chǎn)生的IL-10會促進Treg細胞IL-10的產(chǎn)生[82]。Kullberg等[83]發(fā)現(xiàn)，肝螺桿菌(Helicobacterhepaticus)的感染可誘導腸道中的Treg細胞產(chǎn)生IL-10進而緩解結(jié)腸炎的發(fā)生。

2 腸道微生物與IBD

IBD是一種具有復發(fā)性的慢性腸道炎癥疾病，主要包括克羅恩病(Crohn′s disease，CD)和潰瘍性結(jié)腸炎(Ulcerative colitis，UC)。IBD的主要臨床癥狀是腹痛、腹瀉和便血[84,85]。雖然CD和UC的臨床癥狀有部分重疊，但它們也有各自的臨床特征，比如CD的發(fā)病可位于消化道內(nèi)的一個或多個位置，而UC的病變主要發(fā)生在結(jié)腸和直腸，且會造成血便[85,86]。IBD是一種全球性疾病，其中西方國家患病人數(shù)居多，美國擁有約160萬IBD患者，而歐洲則超過200萬[87]。雖然IBD在西方國家發(fā)病率最高，但其在亞洲、中東和非洲等國家中的發(fā)病率也在迅速上升[88]。

2.1 IBD的致病因素 目前IBD的病因和發(fā)病機制尚不明確，但越來越多的研究表明IBD是一種復雜疾病，遺傳與環(huán)境因素都在其中發(fā)揮作用，腸道菌群作為環(huán)境因素受到越來越多的關(guān)注。

通過全基因組關(guān)聯(lián)分析(Genome-wide association studies，GWAS)的研究發(fā)現(xiàn)，人基因組含有超過200個IBD易感位點[89-91]。核苷酸結(jié)合寡聚化域蛋白2(Nucleotide-binding oligomerization domain-containing protein 2，NOD2)是重要的IBD易感基因，其編碼的胞內(nèi)模式識別受體特異識別特定細菌細胞壁成分肽聚糖進而激活NF-κB和MAPK通路介導的免疫反應(yīng)[92]。有研究表明，NOD2還參與調(diào)控位于小腸隱窩的潘氏細胞中溶菌酶的分揀[93，94]。擁有NOD2突變的IBD患者腸道菌群發(fā)生改變，梭菌屬的ⅩⅣa和Ⅳ簇數(shù)目減少，放線菌和變形菌的數(shù)目增多，患者對腸道炎癥的易感性的增加[95,96]。另有研究發(fā)現(xiàn)，Nod2缺陷型小鼠的腸上皮屏障受損，上皮內(nèi)淋巴細胞數(shù)目降低，在實驗性結(jié)腸炎模型中更加易感[97-99]。 ATG16L1是一種自噬相關(guān)蛋白，其在潘氏細胞中發(fā)揮著重要的作用，Atg16l1缺陷型小鼠的潘氏細胞功能受損，形成的抗菌肽減少，對實驗性結(jié)腸炎更易感[100]。除了Nod2和Atg16l1，還有例如Xbp1、Fut2和Card9等基因均被報道與IBD相關(guān)[101-103]。通常認為，遺傳因素通過與腸道菌群的互作影響了IBD的產(chǎn)生和發(fā)展。

IBD的產(chǎn)生和發(fā)展也與許多環(huán)境因素相關(guān)，如飲食習慣、年齡和壓力等。西方國家的飲食結(jié)構(gòu)與IBD高發(fā)病率息息相關(guān)[104]。西方飲食的特點有高脂、高糖和低纖維，這種飲食可能導致IBD發(fā)病的機制部分依賴于腸道菌群。David等[105]發(fā)現(xiàn)，連續(xù)5 d食用動物性食物會導致人腸道中膽汁耐受的腸道菌，如另枝菌屬(Alistipes)、嗜膽菌屬(Bilophila)和擬桿菌屬的豐度增加，而與植物多糖代謝相關(guān)的厚壁菌門的比例則下降，這將增加患IBD的風險。Schroeder等[106]發(fā)現(xiàn)，將具有西方飲食特點的食物喂給小鼠導致其結(jié)腸黏液層變薄且通透性增加，這與IBD的臨床表現(xiàn)相似。西方飲食中包含高度加工的食品，這些食品中通常含有乳化劑，一系列體內(nèi)和體外實驗表明乳化劑可改變腸道菌群，增加其促炎性，導致結(jié)腸炎病情加重[107,108]。除了飲食因素外，壓力、年齡等其他環(huán)境因素也可通過影響腸道微生物群多樣性，進而影響IBD的發(fā)生和發(fā)展[109,110]。

2.2 基于調(diào)節(jié)腸道菌的IBD治療策略 近年來一系列研究都表明IBD與腸道菌密切相關(guān)，腸道菌在IBD的形成與發(fā)展中具有重要作用[111-113]。許多研究指出，IBD患者的一個顯著特征是腸道菌群失調(diào)，其主要表現(xiàn)為腸道菌群多樣性的減少和厚壁菌門豐度降低[16,114]。Furusawa等[75]的研究發(fā)現(xiàn)，隸屬于厚壁菌門梭菌綱的柔嫩梭菌屬(Clostridiumleptum)通過產(chǎn)生丁酸鹽促進結(jié)腸中Treg細胞的分化進而減少炎癥的發(fā)生，而這類腸道菌在IBD患者體內(nèi)的豐度是降低的[115,116]。相比之下，另一類促炎的黏附侵襲性大腸桿菌(Adhesion-invasiveE.coli，AIEC)被報道在成年CD患者腸道內(nèi)的豐度有顯著的增加[117,118]。

通過調(diào)節(jié)腸道菌群的多樣性來緩解和治療IBD已成為近年來研究的熱點，治療方式主要包括抗生素、益生菌和糞菌移植(Fecal microbiota transplant-ation，F(xiàn)MT)。

2.2.1 抗生素 抗生素治療主要通過減少消化道中有害細菌的豐度進而利于益生菌定植和生長來緩解炎癥和減輕癥狀。甲硝唑、環(huán)丙沙星和利福昔明均被報道能夠緩解IBD病癥[119-121]。然而，抗生素治療IBD同時也存在著很多局限性。Ungaro等[122]通過Meta分析發(fā)現(xiàn)長期使用抗生素甚至會增加患CD的風險。另外，抗生素的使用會導致細菌耐藥性的產(chǎn)生，而停用抗生素后可能導致炎癥的復發(fā)[123]。

2.2.2 益生菌 益生菌是指一類定植于宿主體內(nèi)并通過調(diào)節(jié)腸道菌群改善腸道微生態(tài)平衡進而有利于宿主健康的活性微生物。益生菌可表達PAMPs進而激活腸上皮的模式識別受體并調(diào)節(jié)宿主免疫應(yīng)答相關(guān)基因的表達[9]。此外，Nami等[124]發(fā)現(xiàn)，益生菌有利于調(diào)節(jié)腸道杯狀細胞的功能和促進腸上皮釋放IgA和防御素等。乳酸桿菌和雙歧桿菌是兩種常見的益生菌，有研究表明，二者有助于改善免疫系統(tǒng)應(yīng)答、抑制病原菌的定植以及增強腸道上皮屏障[9,125]。鼠李糖乳桿菌(LactobacillusrhamnosusGG，LGG)是從健康人腸道分離出的1株乳桿菌，Gosselink等[126]發(fā)現(xiàn)，口服LGG可有效緩解UC的病癥。一種包含4種乳酸桿菌、3種雙歧桿菌和1種鏈球菌的益生菌復合物可以緩解輕度到中度UC患者的腸道炎癥，并減少炎癥的復發(fā)[127-129]。益生菌治療同樣存在局限性。雖然益生菌能夠緩解UC的病癥，但益生菌對于CD的治療效果尚不明確。其次，益生菌治療的具體機制以及其有效性和安全性還有待探究。

2.2.3 FMT FMT是將健康人糞便中的功能性菌群移植到患者胃腸道內(nèi)，重建其腸道菌群的治療方式[130]。FMT在艱難梭菌感染治療中有著突破性進展[131]，這使研究人員開始探究利用FMT開啟IBD治療的新領(lǐng)域。兩項隨機對照研究均發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)MT可誘導成年UC患者的臨床緩解和內(nèi)鏡下病癥的改善[132,133]。其中，Paramsothy等[132]在研究中發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)MT組臨床緩解人數(shù)的比例達到27%。然而，F(xiàn)MT治療可能存在IBD惡化的風險[134]。目前研究者們對FMT的認識仍然有限，F(xiàn)MT不只是供體來源的細菌本身，還有很多非細菌成分，如脫落的腸上皮細胞、真菌、病毒以及腸道微生物的代謝產(chǎn)物等，這些成分在被移植到受體體內(nèi)會引起一系列復雜的反應(yīng)。因此，目前對于FMT的臨床研究也存在著一定的缺陷。

3 總結(jié)與展望

綜上所述，腸道菌引起的腸道適應(yīng)性免疫反應(yīng)也調(diào)節(jié)著腸道菌的組成，維持腸道微生物與宿主免疫系統(tǒng)之間的動態(tài)平衡對維持腸道穩(wěn)態(tài)與健康具有重要意義。

無菌動物的廣泛應(yīng)用推動了腸道微生物對宿主適應(yīng)性免疫調(diào)控的細胞與分子機制研究，研究人員通常將特定且已知的微生物定植于無菌動物體內(nèi)，以探究這類微生物在宿主生理與病理反應(yīng)中的影響。其優(yōu)勢在于可排除各種未知微生物對實驗結(jié)果的干擾、提高實驗結(jié)果的準確性。然而，值得注意的是，微生物群所受調(diào)控非常復雜，遺傳和環(huán)境因素均影響著宿主與微生物之間的相互作用。因此，對腸道菌的研究還需放在一個更具綜合性的系統(tǒng)中進行。

腸道微生物的代謝產(chǎn)物對宿主生理活動的調(diào)節(jié)也是近年的熱門研究方向。目前已有許多研究表明，腸道菌通過SCFAs等代謝產(chǎn)物調(diào)節(jié)宿主適應(yīng)性免疫反應(yīng)。因此，未來對腸道微生物及其代謝產(chǎn)物的研究將有望為新藥和疫苗的開發(fā)提供新的思路。

腸道噬菌體作為腸道微生物中的一部分，與腸道菌之間存在著復雜的互作。宏基因組測序結(jié)果顯示，健康人與IBD患者的腸道噬菌體組結(jié)構(gòu)組成顯著不同[135]。在最近的一項研究中，Ma等[136]發(fā)現(xiàn)Ⅱ型糖尿病患者腸道中噬菌體的數(shù)目明顯高于健康人。這也說明噬菌體與細菌的互作可能影響著人體健康，解析兩者之間的關(guān)系將為腸道菌的研究提供新的視角，同時也為利用噬菌體干預(yù)腸道菌以預(yù)防和治療某些疾病提供理論依據(jù)。

因此，深入理解微生物與宿主的關(guān)系，探究腸道微生物影響?zhàn)つっ庖呦到y(tǒng)的機制，對預(yù)防和治療腸內(nèi)外疾病及改善人類健康具有深遠意義。