腸道微生物在類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎發(fā)病機(jī)制中的研究進(jìn)展

孫何花，王 佳，郝育飛，張升校，王彩虹，李小峰

(山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院風(fēng)濕免疫科，太原 030000)

類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis，RA) 是以滑膜炎和血管翳為基本病理表現(xiàn)的慢性自身免疫性疾病，是一種常見的高度致殘性疾病，目前其發(fā)病機(jī)制尚不明確。我國(guó)RA的發(fā)病率約為0.34%，患病總?cè)藬?shù)約為500萬，嚴(yán)重威脅患者健康，給患者家庭和社會(huì)帶來巨大負(fù)擔(dān)[1]。既往研究認(rèn)為，RA發(fā)病與一些相關(guān)遺傳易感位點(diǎn)有關(guān)[2]。但流行病學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，RA在同卵雙胎中的發(fā)病相符率較低，表明環(huán)境等非遺傳因素也在自身免疫性疾病的發(fā)生發(fā)展中起重要作用[3-4]。有研究認(rèn)為，RA由表觀遺傳修飾、免疫調(diào)節(jié)及環(huán)境因素相互作用所致，環(huán)境改變可通過表觀遺傳使免疫穩(wěn)態(tài)失衡，從而引起風(fēng)濕性疾病的發(fā)生發(fā)展[5]。越來越多的證據(jù)表明，腸道微生物的組成和功能變化與自身免疫性疾病的關(guān)系密切，并與RA發(fā)病密切相關(guān)[6-11]。研究表明，腸道菌群失調(diào)可導(dǎo)致RA等一系列風(fēng)濕性疾病的發(fā)生發(fā)展，其機(jī)制可能是腸道微生物及其代謝產(chǎn)物通過調(diào)節(jié)自身免疫性疾病的免疫功能所致[7,12-13]?，F(xiàn)對(duì)腸道微生物與RA的相關(guān)研究進(jìn)展予以綜述。

1 RA發(fā)病與腸道微生物變化的相關(guān)性

RA以關(guān)節(jié)畸形和功能障礙為主要臨床表現(xiàn)，早期僅出現(xiàn)血清相關(guān)自身抗體升高，無明顯臨床滑膜炎表現(xiàn)，故認(rèn)為RA早期病變可能起源于關(guān)節(jié)外[14]。對(duì)小鼠的實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，無菌條件下K/BxN關(guān)節(jié)炎小鼠的自身免疫性關(guān)節(jié)炎明顯減輕；并發(fā)現(xiàn)導(dǎo)入腸道分節(jié)絲狀菌的無菌小鼠的關(guān)節(jié)炎癥狀加重，不僅恢復(fù)了固有層輔助性T細(xì)胞17的數(shù)量，還誘發(fā)了血清自身抗體的產(chǎn)生，表明腸道共生微生物在自身免疫性疾病的發(fā)生中起重要作用，但應(yīng)重視人類與小鼠胃腸環(huán)境的物種差異[15]。隨著高溫超導(dǎo)技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)腸道菌群組成和功能的研究進(jìn)展也不斷深入。Chen等[8]通過元組獵槍測(cè)序和元組關(guān)聯(lián)研究對(duì)治療初期RA患者的糞便、牙齒和唾液樣本進(jìn)行測(cè)試發(fā)現(xiàn)，RA患者腸道和口腔菌群均存在菌群失調(diào)，且兩者差異一致；RA患者口腔和腸道中嗜血桿菌較健康對(duì)照組明顯減少，并與血清自身抗體滴度呈負(fù)相關(guān)；唾液乳酸菌的比例升高與疾病活動(dòng)度顯著相關(guān)。利用16S核糖體RNA基因測(cè)序技術(shù)的研究發(fā)現(xiàn)，未治療的初發(fā)RA患者腸道普氏菌顯著高于健康對(duì)照組，且治療后RA患者腸道普氏菌的分布水平與健康對(duì)照組基本接近，可見，腸道菌群變化與RA發(fā)病及疾病活動(dòng)具有強(qiáng)相關(guān)性[16-18]。此外，Maeda等[9]的研究表明，早期RA患者攜帶以普氏菌為主的腸道菌群。普氏菌的增加與早期RA患者體內(nèi)擬桿菌和有益菌的減少有關(guān)[8]。由此可見，腸道微生物在RA發(fā)病中起重要作用。

2 腸道微生物參與RA的發(fā)病機(jī)制

免疫功能紊亂與RA發(fā)病相關(guān)，但具體發(fā)病機(jī)制尚不明確。調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cells，Treg細(xì)胞)和輔助性T細(xì)胞的失衡與RA的發(fā)生發(fā)展以及疾病活動(dòng)密切相關(guān)[5]。有研究顯示，腸道有大量Treg細(xì)胞富集[19]。約1014個(gè)微生物定殖于成人消化道，重達(dá)1～1.5 kg，其數(shù)量是人體體細(xì)胞數(shù)量的10倍，編碼約330萬個(gè)基因，是人類基因數(shù)的150多倍，可見人體中的微生物具有重要的生理功能[20]。研究發(fā)現(xiàn)，腸道微生物及其代謝產(chǎn)物可影響Treg細(xì)胞的形成及分化，腸道菌群可能通過影響免疫細(xì)胞分化干擾機(jī)體的免疫功能，進(jìn)而誘發(fā)RA等多種自身免疫性疾病[5,8]。另有研究表明，腸道微生物可通過分子模擬、抗原交叉反應(yīng)、破壞黏膜屏障等機(jī)制影響自身免疫性疾病的發(fā)生[21]。綜上所述，腸道微生物可通過調(diào)節(jié)機(jī)體免疫細(xì)胞分化、利用分子模擬機(jī)制或誘導(dǎo)炎癥介質(zhì)產(chǎn)生影響宿主的免疫功能，誘導(dǎo)自身免疫性疾病。腸道微生物主要通過改變微生物成分或微生物代謝物兩種方式影響宿主免疫系統(tǒng)[5]。

2.1腸道微生物對(duì)機(jī)體免疫功能的調(diào)節(jié) 腸道微生物在調(diào)節(jié)機(jī)體免疫中發(fā)揮重要作用。正常腸道微生物通過產(chǎn)生白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-1β和IL-6 促進(jìn)脾臟和腸系膜淋巴結(jié)中調(diào)節(jié)性B細(xì)胞的分化，調(diào)節(jié)性B細(xì)胞通過分泌IL-10抑制過度炎癥；誘導(dǎo)關(guān)節(jié)炎后，IL-1β和IL-6僅在常規(guī)飼養(yǎng)小鼠中產(chǎn)生，并直接促進(jìn)調(diào)節(jié)性B細(xì)胞分化和IL-10的產(chǎn)生；與常規(guī)飼養(yǎng)對(duì)照組小鼠相比，使用抗生素治療或無菌飼養(yǎng)環(huán)境小鼠誘導(dǎo)關(guān)節(jié)炎后產(chǎn)生的調(diào)節(jié)性B細(xì)胞的數(shù)量和功能均較弱，導(dǎo)致關(guān)節(jié)炎繼續(xù)進(jìn)展并加重，提示腸道菌群可通過誘導(dǎo)調(diào)節(jié)性B細(xì)胞在內(nèi)的免疫細(xì)胞的產(chǎn)生抑制機(jī)體的過度炎癥反應(yīng)[22]。另有研究發(fā)現(xiàn)，給予常規(guī)飼養(yǎng)幼年小鼠口服接種梭菌可明顯降低其成年后結(jié)腸炎的發(fā)病率，并可對(duì)全身免疫球蛋白E應(yīng)答產(chǎn)生明顯抵抗，故可將口服梭菌作為治療自身免疫和變態(tài)反應(yīng)的新方法[19]。Chen等[8]對(duì)比無菌小鼠和特異性無菌小鼠免疫系統(tǒng)的差異發(fā)現(xiàn)，無菌小鼠有較小的獨(dú)立淋巴濾泡和集合淋巴結(jié)，且腸分泌IgA和漿細(xì)胞減少，而無菌小鼠腸道和肺組織中穩(wěn)定的自然殺傷T細(xì)胞顯著增加，此研究揭示了共生菌對(duì)免疫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的影響。此外，在無菌小鼠結(jié)腸固有層中輔助性T細(xì)胞17和Treg細(xì)胞均被調(diào)整到較低的水平，表明共生微生物的存在對(duì)建立獲得性免疫耐受至關(guān)重要[23]。

腸道微生物不僅參與免疫細(xì)胞的分化過程，還對(duì)維持免疫平衡起重要作用[24-25]。以莢膜多糖A為例，將含有莢膜多糖A的細(xì)菌脆弱類桿菌引入無菌小鼠，可以糾正原已存在的輔助性T細(xì)胞1/輔助性T細(xì)胞2失衡，同時(shí)還可通過與Toll樣受體2的相互作用直接促進(jìn)Treg細(xì)胞的分化和進(jìn)一步的免疫耐受[26]。研究發(fā)現(xiàn)，腸道分節(jié)絲狀菌可增強(qiáng)宿主黏膜免疫反應(yīng)，主要通過上調(diào)血清淀粉樣蛋白的表達(dá)促進(jìn)固有層樹突狀細(xì)胞發(fā)育，分泌IL-6、IL-22等炎癥因子，活化輔助性T細(xì)胞17，促進(jìn)IL-17產(chǎn)生，同時(shí)促進(jìn)破骨細(xì)胞形成，最終誘導(dǎo)關(guān)節(jié)破壞[27]。干酪乳桿菌可以顯著降低RA患者血清IL-1、IL-2、IL-6和IL-17，提高IL-10等抗炎因子水平，從而改善RA患者的病情，可見腸道菌群可通過調(diào)節(jié)細(xì)胞因子影響免疫細(xì)胞分化，干擾機(jī)體的免疫功能，進(jìn)而誘發(fā)自身免疫性疾病[28]。

Rombouts等[29]的體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，腸道菌群持續(xù)刺激可誘導(dǎo)RA患者體內(nèi)類風(fēng)濕因子的分泌，表明腸道微生物可通過分子模擬影響人類免疫系統(tǒng)，進(jìn)而誘發(fā)自身免疫性疾病。另有研究發(fā)現(xiàn)，RA患者血清及關(guān)節(jié)液中耶爾森菌屬(Yersinia)和沙門菌屬(Salmonella)的抗體滴度明顯高于健康人群，提示腸道菌群可能通過抗原交叉反應(yīng)參與自身免疫性疾病的發(fā)生發(fā)展[30]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，大腸埃希菌、肺炎克雷伯菌、草綠色鏈球菌等機(jī)會(huì)致病菌和難辨梭菌分泌的腸毒素均可誘導(dǎo)產(chǎn)生多種炎癥細(xì)胞及炎癥因子，攻擊自身組織，引起腸黏膜通透性增加，導(dǎo)致腸道條件致病菌侵襲，破壞腸上皮完整性，引起機(jī)體對(duì)外源性抗原的免疫應(yīng)答，增加RA的患病風(fēng)險(xiǎn)[31-32]。由此可見，微生物及其代謝產(chǎn)物不僅影響機(jī)體的免疫穩(wěn)態(tài)，還可影響宿主對(duì)多種免疫介導(dǎo)疾病的易感性。

2.2腸道菌群代謝物對(duì)RA患者免疫功能的調(diào)節(jié) 短鏈脂肪酸(short chain fatty acids，SCFAs)是參與機(jī)體免疫細(xì)胞分化的最常見的腸道代謝物[33]。SCFAs 是腸道菌群影響機(jī)體免疫細(xì)胞的重要信號(hào)傳遞介質(zhì)，主要由結(jié)腸寄居的微生物群對(duì)未消化復(fù)合碳水化合物的分解產(chǎn)生[34]。SCFAs不僅是人類腸道上皮細(xì)胞和微生物的關(guān)鍵能源，還參與細(xì)胞分化、凋亡、抗炎反應(yīng)等多種重要的生理功能[35]。有研究表明，SCFAs可通過招募中性粒細(xì)胞加重炎癥，對(duì)RA等自身免疫性疾病發(fā)揮重要的免疫調(diào)節(jié)作用[36]。在炎癥初期，SCFAs主要通過作用于腸上皮細(xì)胞表面的G蛋白偶聯(lián)受體41和G蛋白偶聯(lián)受體43將信號(hào)傳輸給免疫細(xì)胞，從而抑制炎癥產(chǎn)生；此外，SCFAs還可通過激活細(xì)胞內(nèi)的激活蛋白-1通路，促進(jìn)細(xì)胞因子和趨化因子釋放，增強(qiáng)機(jī)體免疫應(yīng)答[37]。

SCFAs是重要的組蛋白去乙?；敢种苿?，可通過表觀修飾調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的分化。丁酸作為SCFAs的代表，具有廣泛的組蛋白去乙酰化酶抑制作用，可通過抑制組蛋白去乙酰化酶影響外周血單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞的功能來抑制機(jī)體炎癥反應(yīng)，還可通過抑制Treg細(xì)胞中組蛋白去乙?；?6和組蛋白去乙?；?9的表達(dá)促進(jìn)Treg細(xì)胞的分化,并實(shí)現(xiàn)Treg細(xì)胞的免疫抑制功能，進(jìn)而維持結(jié)腸的免疫穩(wěn)態(tài)[6,34]。此外，丁酸鹽能夠促進(jìn)腸道上皮細(xì)胞增生和黏蛋白合成，對(duì)保持腸道上皮細(xì)胞完整性起重要作用[38]。

葉酸和膽堿都是重要的甲基供體，在DNA和組蛋白甲基化中起重要作用。除攝入葉酸外，腸道菌群產(chǎn)生的葉酸被寄主結(jié)腸吸收，通過對(duì)宿主葉酸水平的調(diào)節(jié)影響包括Treg細(xì)胞在內(nèi)的多種免疫細(xì)胞的分化。此外，其他能夠影響宿主免疫系統(tǒng)的細(xì)菌代謝物還包括芳基烴受體配體和多胺等多種物質(zhì)[39]。綜上所述，微生物及其代謝產(chǎn)物可通過誘導(dǎo)免疫細(xì)胞分化、激發(fā)RA相關(guān)抗原的產(chǎn)生及增加宿主的疾病易感性誘發(fā)自身免疫性疾病，可能成為治療自身免疫性疾病的新方法。

3 調(diào)節(jié)腸道微生物在RA治療中的應(yīng)用

腸道益生菌可能對(duì)RA患者的治療有輔助作用。對(duì)吲哚美辛治療的關(guān)節(jié)炎誘導(dǎo)大鼠的研究發(fā)現(xiàn)，干酪乳桿菌干預(yù)大鼠的血管翳形成、滑膜浸潤(rùn)、骨破壞等較非菌群干預(yù)大鼠明顯減少[40]?？诜股囟髁_沙星的膠原誘導(dǎo)關(guān)節(jié)炎小鼠上的在部分腸道共生細(xì)菌減少，并出現(xiàn)更嚴(yán)重的關(guān)節(jié)炎癥狀[41]。此外，將雙歧桿菌等益生菌定值于使用非甾體抗炎藥治療的動(dòng)物模型的研究表明，雙歧桿菌可有效緩解藥物的胃腸道影響，對(duì)腸黏膜有明顯的保護(hù)作用[42]。由此可見，腸道微生物干預(yù)將有助于改善某些治療自身免疫性疾病藥物所引起的胃腸道不良反應(yīng)。

臨床研究表明，口服益生菌干酪乳桿菌1周后，RA患者的疾病活動(dòng)度評(píng)分明顯降低；與健康對(duì)照組相比，益生菌組血清促炎細(xì)胞因子腫瘤壞死因子-1和IL-6顯著降低，而血清調(diào)節(jié)細(xì)胞因子IL-10顯著升高[28,43]。此外，將含有嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌和雙歧桿菌的益生菌膠囊引入RA患者，與安慰劑組相比，益生菌組疾病活動(dòng)度評(píng)分較低，B細(xì)胞功能、血清高敏C反應(yīng)蛋白水平也顯著降低[12]。

綜上所述，通過調(diào)節(jié)腸道微生物可影響機(jī)體的免疫功能，進(jìn)而改變RA等自身免疫性疾病的病情；使用益生菌可影響機(jī)體免疫系統(tǒng)，明顯改善RA患者的病情[44]。然而，不同菌株腸道微生物對(duì)免疫系統(tǒng)功能的調(diào)節(jié)作用不同，有些菌株可刺激免疫反應(yīng)，對(duì)免疫缺陷患者有利，有些菌株可抑制免疫反應(yīng)，對(duì)RA患者的免疫活化有利[44-47]。隨著益生菌在關(guān)節(jié)炎動(dòng)物模型研究的逐漸增多，有望將其轉(zhuǎn)化為臨床實(shí)踐，但現(xiàn)有補(bǔ)充益生菌的RA患者管理的數(shù)據(jù)很少，無法提供確切的療效證據(jù)，仍需對(duì)腸道微生物的進(jìn)一步探索[12]。

4 小 結(jié)

人類腸道微生物與宿主免疫系統(tǒng)密切相關(guān)，在RA等自身免疫性疾病的發(fā)生發(fā)展中起重要作用，可能通過分子模擬機(jī)制、抗原交叉反應(yīng)等多種途徑影響機(jī)體免疫穩(wěn)態(tài)，但具體機(jī)制仍不明確，尚有待進(jìn)一步探索。某些腸道菌群可預(yù)測(cè)RA患者的易感性，對(duì)特定菌群的檢測(cè)成為臨床醫(yī)師預(yù)測(cè)并控制患者發(fā)生自身免疫性疾病的可能方法[9-10]。此外，腸道菌群對(duì)RA發(fā)病的影響不僅與菌株種類和數(shù)量的差異有關(guān)，其分布位置的差異也與機(jī)體諸多疾病密切相關(guān)。因此，對(duì)腸道菌群種類及功能的探索十分必要，由于腸道菌群種類繁多、數(shù)量龐大，故需要長(zhǎng)期大規(guī)模的研究。

隨著科技的進(jìn)步，可結(jié)合微生物群與基因、蛋白等多組學(xué)分析探索人類免疫系統(tǒng)和微生物群之間的相互作用，加深對(duì)腸道菌群的認(rèn)識(shí)，有望發(fā)現(xiàn)用于RA診斷以及預(yù)后評(píng)估的新的生物標(biāo)志物。探索RA患者腸道微生物群的改變可為RA患者分層治療提供新的參考手段。通過靶向調(diào)控腸道微生物恢復(fù)其生態(tài)平衡的新藥可能成為基于微生物層面RA患者的精準(zhǔn)靶向治療。