腸道菌群在自身免疫性甲狀腺疾病中的研究進(jìn)展

李文仲，趙付雅，魏云巍

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院腫瘤腔鏡外科，哈爾濱 150001)

自身免疫性甲狀腺疾病(autoimmune thyroid disease, AITD)是一種常見的器官特異性自身免疫性疾病，主要包括彌漫性毒性甲狀腺腫和橋本甲狀腺炎(Hashimoto′s thyroiditis, HT)。毒性彌漫性甲狀腺腫又稱格雷夫斯病(Graves′ disease, GD)，以格雷夫斯眼病(Graves′ ophthalmopathy, GO)多見。AITD的發(fā)病年齡集中在20～60歲，以女性多發(fā)(男女比例為1∶4～6)[1-2]。一系列研究提示，AITD是一種由遺傳、免疫、環(huán)境等多種因素共同作用導(dǎo)致的疾病，其具體病因及發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明[3-6]。腸道菌群與機(jī)體健康密切相關(guān)，其對(duì)自身免疫性疾病也有影響。體內(nèi)功能各異的腸道菌群主要通過自身產(chǎn)生的蛋白質(zhì)和代謝產(chǎn)物，直接或間接地調(diào)節(jié)宿主的免疫狀態(tài)，從而引發(fā)疾病[7]。Scher等[8]對(duì)類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者和健康人的腸道菌群組成進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，普雷沃菌屬在新近感染的類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者中的豐度明顯增加，類桿菌屬豐度則顯著降低，與Brusca等[9]的研究結(jié)果一致。該研究還指出，對(duì)于僅應(yīng)用改善病情的藥物進(jìn)行治療的類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者，腸道菌群中的普雷沃菌屬的豐度顯著增加[9]。Stebbings等[10]研究表明，與健康對(duì)照組相比，硫酸鹽還原菌在強(qiáng)直性脊柱炎患者中的豐度增加。Costello等[11]的研究表明，在強(qiáng)直性脊柱炎患者中Lachnospiraceae、Ruminococcaceae、Rikenellaceae、Porphyromonadaceae以及Bacteroidanceae的豐度顯著增加，而Veillonellaceae和Prevotellaceae的豐度降低，認(rèn)為這些改變可能是由于易感基因與腸道微生物群之間的相互作用導(dǎo)致的。

1 腸道微生物態(tài)

近年來，隨著生物醫(yī)學(xué)(宏基因組學(xué)、功能基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)及代謝組學(xué))和生物信息挖掘技術(shù)的迅猛發(fā)展，微生態(tài)研究作為“未來科學(xué)十大突破”之一，已成為國(guó)際生命科學(xué)研究的熱點(diǎn)。人體攜帶大量的微生物，包括細(xì)菌(90%)、病毒、真菌及古細(xì)菌，主要定植在皮膚、鼻腔、口腔、胃腸道及生殖道。這些微生物與宿主共同構(gòu)成復(fù)雜的人體“微生態(tài)系統(tǒng)”，其中腸道是最復(fù)雜的微生態(tài)系統(tǒng)，包含1 200 多種細(xì)菌，總數(shù)達(dá)到1013個(gè)[12](人體細(xì)胞總數(shù)目的10倍)，編碼大約330萬個(gè)基因(人體基因總數(shù)的100倍)，被稱為人體的“第二基因組”[13-14]。腸道菌群與宿主間通過復(fù)雜的動(dòng)態(tài)平衡維持機(jī)體的健康，因此腸道微生態(tài)又被稱為“被遺忘的功能器官”[15]。

腸道菌群主要通過以下幾方面調(diào)節(jié)機(jī)體健康：①調(diào)節(jié)腸上皮細(xì)胞成熟過程中基因的表達(dá)，維持腸道正常的結(jié)構(gòu)及功能；②調(diào)節(jié)宿主營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收、利用和能量轉(zhuǎn)化；③構(gòu)成生物屏障，通過腸道黏膜免疫機(jī)制調(diào)節(jié)宿主腸黏膜屏障的防御功能；④免疫調(diào)節(jié)作用。飲食習(xí)慣的改變、年齡的增長(zhǎng)、妊娠或應(yīng)用抗生素等時(shí)，腸道菌群的動(dòng)態(tài)平衡被打破，進(jìn)而參與多種疾病的發(fā)生和發(fā)展，如代謝、炎癥、免疫、腫瘤等[16-17]。長(zhǎng)期高鹽攝入可導(dǎo)致高血壓和心血管疾病。Wilck等[18]研究表明，高鹽攝入可降低腸道內(nèi)乳酸桿菌的水平，促使T細(xì)胞分化為Th17細(xì)胞，驅(qū)動(dòng)自身免疫疾病，進(jìn)而誘發(fā)高血壓。有研究對(duì)腸道微生物與2型糖尿病宏基因組的關(guān)聯(lián)分析明確了2型糖尿病患者與健康人的腸道菌群組成存在明顯差異，如產(chǎn)丁酸細(xì)菌的豐度下降[19]。腸道菌群與肥胖的發(fā)生具有直接的因果關(guān)系。Zhao[20]的研究首次指出，陰溝腸桿菌是引起肥胖的致病菌，其在肥胖癥患者腸道內(nèi)的數(shù)量明顯升高，通過特殊的營(yíng)養(yǎng)配餐降低腸道內(nèi)陰溝腸桿菌的數(shù)量后，肥胖患者的體重明顯下降。此外，將陰溝腸桿菌接種到無菌小鼠的腸道后能誘導(dǎo)小鼠發(fā)生嚴(yán)重的肥胖癥，并導(dǎo)致胰島素抵抗，小鼠腸道內(nèi)Fial基因的活性顯著降低，說明陰溝腸桿菌誘導(dǎo)的肥胖可能與小鼠腸道內(nèi)Fial基因的活性抑制有關(guān)[20]。

2 AITD患者的微生態(tài)系統(tǒng)

近年來AITD已引起越來越多的微生物學(xué)家和內(nèi)分泌專家的關(guān)注，并已證實(shí)腸道菌群與AITD具有相關(guān)性[21-25]。腸道菌群導(dǎo)致AITD的學(xué)說有交叉抗原-“分子模擬機(jī)制”和“腸漏學(xué)說”[26-27]。研究發(fā)現(xiàn)，乳酸桿菌B-01和雙歧桿菌791菌株的蛋白序列與甲狀腺抗原序列同源，可通過交叉抗原-“分子模擬機(jī)制”與抗甲狀腺抗體結(jié)合[27]，間接提示一些特異性菌群可導(dǎo)致AITD的發(fā)生發(fā)展，但此結(jié)論并未在人體中證實(shí)。以往研究還發(fā)現(xiàn)，腸道菌群及其代謝產(chǎn)物可通過“腸漏學(xué)說”途徑，突破腸屏障進(jìn)入血液循環(huán)，促進(jìn)炎細(xì)胞分化和釋放炎性因子[28-29]。這兩種機(jī)制聯(lián)合作用使腸道菌群抗原與抗甲狀腺抗體結(jié)合，進(jìn)而導(dǎo)致AITD的發(fā)生。

2.1 HT與腸道菌群 目前有2篇關(guān)于HT患者腸道菌群的研究[21-22]。研究應(yīng)用了變性梯度凝膠電泳、實(shí)時(shí)熒光絕對(duì)定量聚合酶鏈反應(yīng)和16S rRNA基因測(cè)序，比較HT患者和健康人的糞便樣本發(fā)現(xiàn)，HT患者腸道菌群的結(jié)構(gòu)發(fā)生紊亂。首先，在物種豐度和多樣性角度上，Ishaq等[22]和Zhao等[21]的研究均發(fā)現(xiàn)，HT患者腸道菌群豐度和多樣性高于健康對(duì)照組，這與以往關(guān)于甲狀腺功能亢進(jìn)[23]、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎[30]等中腸道菌群改變的報(bào)道相一致，但與部分疾病研究相反，如炎性腸病[31]、1型糖尿病[32]等。這可能與甲狀腺疾病患者小腸內(nèi)細(xì)菌過度繁殖有關(guān)。其次，兩篇文章均重點(diǎn)描述了腸道菌群的組成, 并在門、科、屬三個(gè)水平進(jìn)行了比較。在菌門水平，厚壁菌門和擬桿菌門是兩個(gè)相對(duì)豐度最高的優(yōu)勢(shì)菌門。Zhao等[21]的研究指出，HT患者腸道內(nèi)的厚壁菌門相對(duì)豐度升高，而擬桿菌門降低，這與在肥胖[33]、炎性腸病[31]以及多發(fā)性硬化癥[34]等中的結(jié)果一致。但I(xiàn)shaq等[22]研究發(fā)現(xiàn)，HT患者的厚壁菌門相對(duì)豐度降低。厚壁菌門/擬桿菌門比率可代表機(jī)體的健康狀況，在Zhao等[21]的研究中，HT患者的厚壁菌門/擬桿菌門比率顯著高于健康對(duì)照者，這與炎性腸病患者腸道菌群結(jié)構(gòu)變化一致[31]。因此，厚壁菌門/擬桿菌門比率的增高可能與HT疾病狀態(tài)相關(guān)。

在Zhao等[21]和Ishaq等[22]的研究中均發(fā)現(xiàn)了HT患者腸道菌群結(jié)構(gòu)的顯著改變。HT患者腸道普雷沃菌屬的相對(duì)豐度降低，這與在多發(fā)性硬化癥、自閉癥以及1型糖尿病等中的變化一致[32，34-35]。普雷沃菌屬是一種與素食飲食有關(guān)的有益菌，對(duì)宿主新陳代謝起著積極影響，其相對(duì)豐度降低與多種炎癥性疾病相關(guān)[36]。擬桿菌屬、Eubacterium_hallii group及Fecalibacterium都可以促進(jìn)短鏈脂肪酸的生成，進(jìn)而保護(hù)腸黏膜屏障，并降低炎癥。雙歧桿菌是一種腸道益生菌，可直接抑制腸道病原體，促進(jìn)機(jī)體健康，并已應(yīng)用到臨床中[35]。在HT患者中雙歧桿菌的相對(duì)豐度降低[23]。綜上，在HT患者中，這些有益的腸道菌群相對(duì)豐度降低可導(dǎo)致腸黏膜屏障破壞、細(xì)菌及其產(chǎn)物穿過黏膜屏障而移位，從而導(dǎo)致免疫反應(yīng)激活，發(fā)生自身免疫性疾病。大腸埃希菌-志賀菌在HT患者的相對(duì)豐度升高，可通過合成和分泌志賀毒素，引起敗血癥、出血性結(jié)腸炎、血小板減少癥、嚴(yán)重的胃腸道炎癥(尤其是回結(jié)腸區(qū))、泌尿系疾病以及溶血性尿毒癥綜合征等全身器官功能障礙，嚴(yán)重時(shí)可危及生命[37]。Parabacteroides可通過促進(jìn)抗炎細(xì)胞因子白細(xì)胞介素-10(interleukin-10，IL-10)和抑制促炎細(xì)胞因子IL-17、IL-6以及γ-干擾素的分泌來減少腸道炎癥[38]。在潰瘍性結(jié)腸炎患者腸道中，F(xiàn)usicatenibacter saccharivorans(FS)的相對(duì)豐度顯著降低，并與疾病的嚴(yán)重程度呈負(fù)相關(guān)[39]。FS可以誘導(dǎo)腸黏膜固有層單核細(xì)胞產(chǎn)生高水平的IL-10，進(jìn)而抑制腸道炎癥，提示FS可作為炎性腸病的細(xì)菌療法。此外研究發(fā)現(xiàn)，腸易激綜合征患者腸道菌群結(jié)構(gòu)的變化與HT患者相似[39]。炎性腸病患者腸道菌群發(fā)生顯著改變，其中厚壁菌群屬變化最明顯，如梭菌屬XIVa(Blautia、Dorea、Eubacterium_rectale_group和Ruminococcaceae)、Ruminococcus_torques_group、Streptococcus以及Lachnospiraceae的相對(duì)豐度升高，且相對(duì)豐度與疾病分期呈正相關(guān)[40-43]。綜上，HT患者疾病進(jìn)展分期與腸道菌群的關(guān)系需要進(jìn)一步研究。

在HT的動(dòng)物模型中, 在常規(guī)條件下飼養(yǎng)的嚙齒類動(dòng)物發(fā)生甲狀腺炎的概率較特定無病原體條件下飼養(yǎng)的嚙齒類動(dòng)物更高[44-45]。雖然尚未確定無菌條件下飼養(yǎng)的嚙齒類動(dòng)物是否會(huì)避免甲狀腺炎的發(fā)生或?qū)е录谞钕傺走M(jìn)一步惡化, 但微生物可能會(huì)通過影響Th1、Th17細(xì)胞[46]以及樹突狀細(xì)胞[47]，影響甲狀腺炎的發(fā)展。內(nèi)毒素的本質(zhì)是革蘭陰性細(xì)菌細(xì)胞壁上的脂多糖成分。Burek和Talor[45]研究發(fā)現(xiàn)，腸道內(nèi)革蘭陰性菌釋放的內(nèi)毒素可通過結(jié)合Toll樣受體4促進(jìn)非肥胖型糖尿病鼠(NOD.H2h4)發(fā)生甲狀腺炎。

2.2 GD與腸道菌群 關(guān)于GD患者的腸道菌群已引起國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注和積極研究。早在2014年由瑪麗·居里夫人基金資助，包含9個(gè)研究機(jī)構(gòu)的GD患者腸道菌群研究項(xiàng)目已經(jīng)在同年5月開展(http://www.indigo-iapp.eu/summary/)。在國(guó)內(nèi)，Zhou等[23]通過變性梯度凝膠電泳及逆轉(zhuǎn)錄-聚合酶鏈反應(yīng)檢測(cè)及比較了14例GD患者和7名健康人的腸道菌群組成。除此之外，Ishaq等[24]和Moshkelgosha等[48]的研究也指出，GD患者的腸道菌群結(jié)構(gòu)可能發(fā)生了紊亂。Masetti等[49]構(gòu)建了BALBc雌性鼠的GD/GO疾病模型，研究證實(shí)BALBc 小鼠的腸道菌群豐度與多樣性明顯改變，并且提出了抗生素、益生菌以及糞菌移植可能影響疾病模型的構(gòu)建。

從物種豐度和多樣性角度，Zhou等[23]研究發(fā)現(xiàn)，GD患者的腸道菌群的多樣性高于健康對(duì)照組，與在HT中的研究一致，進(jìn)一步明確了甲狀腺疾病患者腸道菌群多樣性特征。其次，在腸道菌群組成上，GD患者的腸道菌群構(gòu)成與HT患者的物種組成相似度很高[21-23]。

在菌門水平，Zhou等[23]研究發(fā)現(xiàn)，GD患者中主要存在厚壁菌門、擬桿菌門、Fusobacteria、Proteobacteria 4種菌門，這與HT患者的菌門組成基本相同，但GD患者Proteobacteria和Actinobacteria的比例更高，厚壁菌門和厚壁菌門的比例較低[24]。在菌屬層面，主要差異菌屬包括5種，其中Enterobacteriaceae、Clostridium、Enterococcus的比例升高，而雙歧桿菌、Lactobacillus的比例下降[23]。Lactobacillus與雙歧桿菌是機(jī)體的有益菌，可通過多種機(jī)制維持機(jī)體健康，如Lactobacillus的代謝產(chǎn)物可降低腸道內(nèi)的pH值，促進(jìn)胃腸道蠕動(dòng)，從而抑制致病菌的生長(zhǎng)和繁殖。Fusobacterium是口腔、上呼吸道、胃腸道、陰道黏膜的正常菌群, 能引起牙周炎、扁桃體炎、雷米爾綜合征等疾病[50]。Kostic等[51]和Mccoy等[52]的研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)usobacterium在結(jié)直腸癌和結(jié)直腸腺瘤患者的腸黏膜組織中的豐度明顯增加。He等[53]發(fā)現(xiàn)，普雷沃菌屬和Haemophilus屬的比例升高，而Alistipes和Faecalibacterium屬的比例降低，這種改變與系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者腸道菌群的改變基本相同。此外，低水平的Clostridiumleptum leptum是誘發(fā)哮喘的主要因素，而Clostridium leptum有助于調(diào)節(jié)哮喘的適應(yīng)性免疫[54]。研究表明，低水平的Clostridiumleptum leptum可促進(jìn)GD的發(fā)生，Veillonellaceae有益于機(jī)體健康，在體內(nèi)誘導(dǎo)形成T細(xì)胞中發(fā)揮重要作用，其在患病組中的豐度明顯降低[55]。

近些年，腸道菌群在GD/GO動(dòng)物模型中的研究也被報(bào)道。Masetti等[49]在兩個(gè)不同國(guó)家的實(shí)驗(yàn)中心(中心1和中心2)使用肌內(nèi)注射真核表達(dá)載體促甲狀腺素受體(thyroidstimulatingre-ceptor,TSHR)的免疫方法構(gòu)建了BALBc雌性鼠GD/GO疾病模型。研究發(fā)現(xiàn)，只有中心2的BALBc鼠出現(xiàn)高甲狀腺激素及眶周組織改變，采用16S rRNA基因測(cè)序和傳統(tǒng)微生物培養(yǎng)法發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)中心的BALBc鼠腸道菌群豐度及物種組成存在顯著差異；中心2通過16S rRNA基因測(cè)序比較不同干預(yù)組(TSHR免疫組、βgal免疫組以及空白組)腸道菌群結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，TSHR免疫組腸道菌群發(fā)生改變(乳酸桿菌屬相對(duì)豐度升高，擬桿菌屬相對(duì)豐度降低等)，這些變化與一些臨床參數(shù)密切相關(guān)。

綜上所述，腸道菌群在調(diào)節(jié)誘導(dǎo)GD/GO中起到了重要作用，并且腸道菌群可能會(huì)導(dǎo)致誘導(dǎo)反應(yīng)的異質(zhì)性。

3 小 結(jié)

腸道菌群的組成與AITD的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。隨著診斷治療技術(shù)的不斷發(fā)展，個(gè)體化治療成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)，個(gè)體差異主要包括遺傳和環(huán)境因素，因此菌群作為環(huán)境因素里不可或缺的一部分，以菌群為研究靶點(diǎn)對(duì)于疾病的治療有著深遠(yuǎn)的意義。當(dāng)前，AITD與宿主微生物之間的研究已證實(shí)AITD患者腸道菌群組成發(fā)生紊亂，并且有潛力作為疾病診斷模型。未來需要更多、大樣本、多中心、長(zhǎng)期縱向、動(dòng)物及細(xì)胞實(shí)驗(yàn)研究，進(jìn)一步揭示腸道菌群與自身免疫性甲狀腺疾病發(fā)生發(fā)展的關(guān)系。