腸道菌群與自身免疫性甲狀腺疾病

赫曉晴 單忠艷

中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院內(nèi)分泌與代謝病科，沈陽(yáng) 110001

腸道內(nèi)微生物由大量需氧菌、厭氧菌、病毒等組成，約100萬億，稱為腸道菌群。腸道菌群易受年齡、遺傳、飲食、環(huán)境和感染等因素影響，在個(gè)體之間存在異質(zhì)性。腸道菌群在各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、藥物等內(nèi)、外源性物質(zhì)的消化、吸收及代謝過程中發(fā)揮重要作用。當(dāng)微生物群內(nèi)穩(wěn)態(tài)受損且發(fā)生生態(tài)失調(diào)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)消化及代謝異常。目前研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群參與宿主體內(nèi)促炎反應(yīng)和免疫調(diào)節(jié)。腸道菌群紊亂與白塞病[1]、系統(tǒng)性紅斑狼瘡[2]、炎性腸病[3]、 乳糜瀉[4]、 多發(fā)性硬化癥[5]、1型糖尿病[6]和類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎[7]等自身免疫性疾病密切相關(guān)。自身免疫性甲狀腺疾病(AITD)作為內(nèi)分泌系統(tǒng)最常見的自身免疫性疾病，其發(fā)生可能與腸道菌群紊亂有關(guān)。

1 腸道菌群

正常人體腸道中菌群主要分為4類：擬桿菌門、放線菌門、厚壁菌門、變形菌門，其中厚壁菌門和擬桿菌門豐度較高。腸道菌群在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收、免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)、內(nèi)分泌系統(tǒng)的激素代謝平衡中發(fā)揮重要作用。菌群在腸道中相互競(jìng)爭(zhēng)，既為病原體及細(xì)胞提供營(yíng)養(yǎng)，也抑制微生物的生長(zhǎng)。腸道維持人體70%的免疫功能，腸黏膜具有高濃度的T細(xì)胞，其參與調(diào)節(jié)腸道菌群并受菌群紊亂影響。腸道菌群在生命早期刺激先天性免疫系統(tǒng)，參與腸相關(guān)淋巴組織的成熟。腸道菌群及其代謝產(chǎn)物可以刺激局部或全身免疫反應(yīng)，激發(fā)獲得性免疫。同時(shí)包括菌群紊亂在內(nèi)的各種原因?qū)е碌哪c道黏膜屏障的破壞，使黏膜下層的免疫細(xì)胞暴露于細(xì)菌、飲食抗原以及自身抗原，產(chǎn)生抗原耐受異常，進(jìn)而誘發(fā)自身免疫性疾病。

腸道菌群約有300萬個(gè)基因，幾乎是人類基因組數(shù)的150倍，被稱為人類第二基因組[8]。人是具有人類及微生物的雙基因組有機(jī)體。微生物群的豐度大部分由遺傳因素決定。以最大限度地減少因環(huán)境暴露而導(dǎo)致基因變異為前提后，明確了一個(gè)與肥胖相關(guān)的基因——PID1基因附近的一個(gè)變異體與艾克曼菌屬豐度相關(guān)[9]。同時(shí)，腸道細(xì)菌也可以通過短的單鏈非編碼 RNA，影響宿主基因的表達(dá)，如調(diào)節(jié)靶mRNA穩(wěn)定性來影響轉(zhuǎn)錄后基因的表達(dá)過程[10]。隨著科學(xué)技術(shù)的更新，16s rRNA測(cè)序、代謝組學(xué)及宏基因組學(xué)等新方法可以更好地了解腸道微生物群及其具體代謝途徑，從而為探究AITD的發(fā)病機(jī)制提供新的手段。

2 腸道菌群與AITD

2.1 腸道菌群與甲狀腺激素 目前認(rèn)為，腸道菌群會(huì)影響甲狀腺激素的合成、代謝及吸收。碘是合成甲狀腺激素的重要原料之一。腸道菌群參與了碘的吸收及排泄過程。腸道內(nèi)存在 Na+-多元素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，腸道菌群通過影響碘的吸收、降解及肝-腸循環(huán)來影響甲狀腺激素的合成[11-12]。正常腸道中的菌群以革蘭陰性菌為主，其細(xì)胞壁主要成分為脂多糖。 來自嚙齒類動(dòng)物的研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)激改變腸黏膜屏障功能，使脂多糖和其他細(xì)胞因子進(jìn)入血液循環(huán)，并刺激細(xì)胞表面Toll樣受體(TLR)4和其他TLR產(chǎn)生炎性細(xì)胞因子[13]。 脂多糖不僅可以抑制T4向T3的轉(zhuǎn)化，減少生物活性T3的水平， 同時(shí)還可以減少甲狀腺激素受體在肝臟中的表達(dá)[14-15]。低劑量脂多糖(10 μg/L)可以增加脫碘酶活性而加速T4代謝[16]。 脂多糖還參與增強(qiáng)甲狀腺球蛋白(Tg)基因的表達(dá)，對(duì)其轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后修飾也有重要作用，推測(cè)腸道菌群通過脂多糖而影響甲狀腺激素水平[17]。

腸道菌群可以通過影響大腦中的神經(jīng)遞質(zhì)如多巴胺來調(diào)節(jié)下丘腦-垂體軸[18]。多巴胺可以抑制促甲狀腺激素(TSH)分泌，因此甲狀腺功能也可能受到影響。研究發(fā)現(xiàn)，無菌大鼠的TSH水平比對(duì)照組高25%[19]。另外有研究發(fā)現(xiàn)，口服甲狀腺激素需要通過腸黏膜屏障進(jìn)入循環(huán)，盡管缺乏直接證據(jù)表明腸道菌群影響甲狀腺激素的吸收，但有研究發(fā)現(xiàn)，潰瘍性結(jié)腸炎合并甲狀腺疾病或乳糖不耐受合并甲狀腺功能減退癥需要口服T4的患者，對(duì)外源性T4的需求量增加[20-21]。

2.2 腸道菌群與Graves病 Graves病作為自身免疫性疾病，是甲狀腺功能亢進(jìn)癥最常見的病因。當(dāng)前觀點(diǎn)認(rèn)為，其發(fā)病與遺傳及各種環(huán)境因素相互作用而致的自身免疫應(yīng)答異常相關(guān)。有研究通過16s rRNA測(cè)序發(fā)現(xiàn)，甲狀腺功能亢進(jìn)癥患者腸球菌增加，雙歧桿菌和乳桿菌數(shù)量減少，Graves病組腸道菌群多樣性指數(shù)低于對(duì)照組[22]。 一項(xiàng)研究分析中國(guó)西南地區(qū)漢族人群Graves病腸道菌群的改變，通過對(duì)糞便行16s rRNA及 Illumina MiSeq基因測(cè)序，發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組組比，Graves病患者放線桿菌、厚壁菌門和變形桿菌的豐度更高，厚壁菌門/擬桿菌門比值更高；Graves病組奧里桿菌、艱難桿菌、保加利亞乳桿菌和惰性嗜血桿菌的豐度升高[23]。通過觀察23只雌性Graves眼病小鼠及6只健康對(duì)照鼠，發(fā)現(xiàn)促甲狀腺激素受體刺激性抗體與脫鐵桿菌門屬呈正相關(guān)，眼眶肌肉萎縮值與乳酸桿菌、腸球菌、雙歧桿菌和大腸菌群之間呈正相關(guān)。FT4水平與乳酸桿菌和葡萄球菌呈正相關(guān)[24]。

機(jī)體在感染細(xì)菌后可以對(duì)自身產(chǎn)生免疫炎性反應(yīng)，具體形式包括分子模擬、表位擴(kuò)散、旁路激活和隱蔽抗原等。目前觀點(diǎn)認(rèn)為耶爾森菌、幽門螺桿菌和其他細(xì)菌對(duì)Graves病發(fā)病具有潛在影響[25]。幽門螺桿菌是一種在胃腸道中定植的革蘭陰性桿菌，最強(qiáng)毒力菌株可以通過細(xì)胞毒素相關(guān)基因A(Cag-A)抗原來鑒定。幽門螺桿菌特別是Cag-A陽(yáng)性的菌株與Graves病顯著相關(guān)[26]。一項(xiàng)研究納入112例Graves病患者及100名甲狀腺功能、 甲狀腺過氧化物酶抗體(TPOAb)、甲狀腺球蛋白抗體(TgAb)及促甲狀腺激素受體抗體(TRAb)均正常的試驗(yàn)對(duì)象，Graves病患者88例(78.5%)為幽門螺桿菌陽(yáng)性，對(duì)照人群僅42名(42.0%)陽(yáng)性。88例幽門螺桿菌陽(yáng)性的Graves病患者中有66例(75%)存在Cag-A抗原陽(yáng)性，對(duì)照組有20名(47.6%)抗原陽(yáng)性[27]。但另有一部分學(xué)者認(rèn)為幽門螺桿菌與AITD無關(guān)[28]。不一致的研究結(jié)果可能與菌群抗體的假陽(yáng)性、納入排除標(biāo)準(zhǔn)差異及檢測(cè)方式差異有關(guān)。

小腸結(jié)腸炎耶爾森菌為一種革蘭陰性桿菌。Guarneri等[29]發(fā)現(xiàn),耶爾森菌外膜孔蛋白OmpF與促甲狀腺激素受體的序列具有同源性。推測(cè)機(jī)體感染耶爾森菌后刺激機(jī)體對(duì)外膜孔蛋白產(chǎn)生的TRAb,可能參與Graves病的發(fā)病過程。

維生素D的主要作用是調(diào)節(jié)骨代謝和鈣磷動(dòng)態(tài)平衡。有研究發(fā)現(xiàn)，維生素D可以通過腸道菌群影響自身免疫性疾病[30]。最近的研究發(fā)現(xiàn)，Graves病患者與一般人群相比，維生素D水平較低[31]。 維生素D具有免疫調(diào)節(jié)功能，可以促進(jìn)β-防御素和導(dǎo)管素等抗微生物肽的產(chǎn)生，同時(shí)介導(dǎo)輔助性T細(xì)胞(Th)2型免疫應(yīng)答過程，保證腸道上皮屏障的完整[32]。維生素D缺乏所致菌群紊亂可影響腸道B族維生素的合成，進(jìn)一步造成機(jī)體泛酸的缺乏。泛酸在免疫系統(tǒng)中具有重要作用，泛酸缺乏可誘發(fā)自身免疫性炎性反應(yīng)[33]。目前維生素D 影響Graves病的機(jī)制及與腸道菌群的關(guān)系仍不清楚，值得進(jìn)一步探討。

2.3 腸道菌群與自身免疫性甲狀腺炎(AIT) AIT是最常見的甲狀腺炎性疾病，其發(fā)病機(jī)制由遺傳及環(huán)境等多因素參與。臨床研究發(fā)現(xiàn)，AIT發(fā)病并非僅累及甲狀腺，同時(shí)可使甲狀腺外其他臟器受累[34]。AIT由橋本甲狀腺炎(HT)、無痛性甲狀腺炎、萎縮性甲狀腺炎及產(chǎn)后甲狀腺炎等組成。臨床最常見的AIT是HT，以甲狀腺內(nèi)免疫活性細(xì)胞、特異性T淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)為特點(diǎn)。患者的血清可以檢測(cè)到TPOAb和TgAb。

目前觀點(diǎn)認(rèn)為，硒元素有降低甲狀腺自身抗體的作用[35]。硒元素可增強(qiáng)CD4+/CD25+及FOXP3調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)活性，同時(shí)抑制細(xì)胞因子分泌，保護(hù)甲狀腺濾泡，防止其凋亡[36]。硒元素?cái)z入不足可以導(dǎo)致機(jī)體氧化應(yīng)激反應(yīng)發(fā)生，與自身炎性反應(yīng)密切相關(guān)。 硒元素主要通過可變的硒蛋白，參與機(jī)體氧化還原反應(yīng)和抗炎過程。研究表明，腸道微生物群參與腸道炎性反應(yīng)調(diào)節(jié)及修復(fù)的過程依賴硒元素參與，硒元素缺乏會(huì)造成微生物參與腸道調(diào)節(jié)失調(diào)，誘發(fā)機(jī)體免疫炎性反應(yīng)[37]。

對(duì) HT患者與正常人腸道菌群進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)HT患者普氏菌屬9和小類桿菌屬的豐度下降，埃希氏菌、志賀氏菌和副薩特氏菌的豐度升高[38]。另一項(xiàng)研究對(duì)29例HT患者與12名健康人群糞便行16s rRNA測(cè)序比對(duì)，發(fā)現(xiàn)了與上述研究相似的細(xì)菌豐度的改變。進(jìn)一步區(qū)分糞便微生物群種屬差別，發(fā)現(xiàn)厚壁菌門數(shù)量與擬桿菌門數(shù)量比值增加， 布勞特氏菌屬、 羅氏菌屬、 瘤胃球菌屬、 羅母布茨菌屬、 多爾氏菌屬、 紡錘鏈桿菌屬和霍氏真菌屬在HT患者中增加。 而柔嫩梭菌屬、擬桿菌屬、普氏菌屬和毛螺旋菌屬在健康人群腸道中含量豐富，卻在HT患者腸道中含量下降[39]。不同菌屬在HT中的作用機(jī)制及AITD與其他自身免疫性疾病的菌群差異仍不明確。

目前已經(jīng)有研究探討腸道菌群參與AIT發(fā)生、發(fā)展的機(jī)制。Treg維持自身抗原耐受性并預(yù)防變態(tài)反應(yīng)發(fā)生，腸道菌群的代謝產(chǎn)物丁酸在腸腔內(nèi)濃度與Treg的數(shù)量呈正相關(guān)[40]。目前研究認(rèn)為，AIT發(fā)病與Th17/Treg失衡有關(guān)，Th17增多及Treg減少可能參與發(fā)病過程[41]。腸道內(nèi)的梭狀芽胞桿菌,尤其是Ⅳ和XIVa簇，誘導(dǎo)結(jié)腸內(nèi)Treg增多[42]。分節(jié)絲狀菌是腸黏膜固有層Th17的誘導(dǎo)劑[43]。總之腸道菌群可能通過影響Th17/Treg平衡，參與AIT的發(fā)病。通過對(duì)比30名健康人和52例 HT患者，發(fā)現(xiàn)濾泡輔助性T(Tfh)17細(xì)胞與TPOAb和TgAb水平呈正相關(guān)，PD1+Tfh細(xì)胞百分比與TgAb水平呈正相關(guān)，表明Tfh17細(xì)胞或PD1+Tfh細(xì)胞可能在 HT的發(fā)展中起作用[44]。研究發(fā)現(xiàn)，分節(jié)絲狀菌通過影響Tfh細(xì)胞的分化和釋放加劇自身免疫性關(guān)節(jié)炎[45]。腸道菌群是否通過影響Tfh細(xì)胞來誘發(fā)AIT仍不清楚。

腸道菌群穩(wěn)態(tài)失調(diào)可致機(jī)體對(duì)包括Tg在內(nèi)的自身抗原的免疫耐受減退或喪失。既往研究發(fā)現(xiàn)，雙歧桿菌791、青春雙歧桿菌94 BIM、長(zhǎng)雙歧桿菌B379 M和植物乳桿菌B-01細(xì)胞成分可以選擇性結(jié)合TPOAb和TgAb，菌體與機(jī)體甲狀腺過氧化物酶及Tg抗原發(fā)生交叉免疫反應(yīng)，刺激TPOAb和TgAb增加[46]。通過評(píng)估實(shí)驗(yàn)性自身免疫性甲狀腺炎小鼠Tg對(duì)脾淋巴細(xì)胞刺激的增殖反應(yīng)及甲狀腺組織中單核細(xì)胞浸潤(rùn)，發(fā)現(xiàn)益生菌鼠李糖乳桿菌HN001和 乳雙歧桿菌HN019持續(xù)喂養(yǎng)實(shí)驗(yàn)性自身免疫性甲狀腺炎小鼠5～9周，其自身免疫反應(yīng)不會(huì)加強(qiáng)[47]。

腸道上皮屏障可阻止致病性和非致病性物質(zhì)進(jìn)入高免疫反應(yīng)性的黏膜下層。病原體、毒素、藥物等因素作用會(huì)使腸道上皮通透性增加，此時(shí)腸道黏膜屏障喪失完整性，使黏膜下免疫細(xì)胞暴露于細(xì)菌和飲食抗原，導(dǎo)致不利的免疫活化并由此發(fā)展自身免疫性疾病。在HT患者中也發(fā)現(xiàn)了類似的變化，腸道黏膜屏障損傷參與HT的發(fā)生過程[48]。有研究對(duì)4例HT患者及9名健康人進(jìn)行研究，與對(duì)照組相比，HT患者腸黏膜結(jié)構(gòu)有明顯變化，腸道微絨毛稀疏和部分消失， 同時(shí)腸道上皮細(xì)胞的形態(tài)變化與1型糖尿病時(shí)的變化相似[49]，但具體機(jī)制仍不清楚。

隨著研究的深入，越來越多的學(xué)者重視腸道菌群在自身免疫及代謝性疾病中的作用。盡管研究證實(shí)AITD患者腸道菌群發(fā)生變化，但AITD與腸道菌群之間相互影響的機(jī)制尚不明確，需進(jìn)一步研究。 隨著技術(shù)進(jìn)步，個(gè)體化醫(yī)療不斷發(fā)展，腸道菌群可能對(duì)研究 AITD的發(fā)病機(jī)制提供新的發(fā)展方向，為AITD的預(yù)防、診斷及治療提供更有利的科學(xué)依據(jù)。