腸道菌群調(diào)節(jié)免疫方式研究的新進(jìn)展

李玲，盛正和，黃文

(1.廣西中醫(yī)藥大學(xué)，廣西 南寧；2. 廣西科技大學(xué)附屬柳州市人民醫(yī)院，廣西 柳州)

0 引言

人的腸道中約有4100 萬億個微生物，這些微生物被稱為腸道微生物，其中大部分存在于結(jié)腸中，其密度接近1011 至1012 個細(xì)胞/毫升。成人胃腸道包含細(xì)菌、真菌、病毒及原生動物等，細(xì)菌的細(xì)胞密度是最高的[1]。腸道菌群在人類的健康和疾病中起著重要的作用，包括代謝、營養(yǎng)和免疫等功能，也許更重要的是，其有助于腸道免疫系統(tǒng)的發(fā)育和調(diào)節(jié)[2]。研究證實(shí)，腸道菌群與多個系統(tǒng)疾病相關(guān)，在這篇綜述中，我們將具體介紹腸道常見菌與其免疫方式以及中醫(yī)藥治療疾病對腸道菌群及免疫的影響。

1 人體腸道微生態(tài)概述

近年來，特別是隨著復(fù)雜的宏基因組學(xué)研究的發(fā)展，我們對腸道菌群的研究越來越多，這從根本上改變了我們對微生物組及其與人類健康維持和疾病發(fā)展的關(guān)系的認(rèn)識。人體腸道菌群是一個復(fù)雜而動態(tài)的微生物群落，對維持人體健康和調(diào)節(jié)宿主免疫系統(tǒng)必不可少[3]。免疫系統(tǒng)不僅是一個防御系統(tǒng)，也是一個維持系統(tǒng)，維持機(jī)體和機(jī)體與特定腸道細(xì)菌的健康共生關(guān)系[4]。越來越多的證據(jù)表明，微生物群的組成或功能的永久性改變可以改變機(jī)體免疫反應(yīng)、新陳代謝、腸道通透性和消化運(yùn)動等[5]。微生物群與人的有機(jī)體建立了一種互利(共生)的動態(tài)聯(lián)系，從而維持正常的免疫、代謝和運(yùn)動功能，以及正確的營養(yǎng)消化和吸收[6,7]。

2 人體腸道內(nèi)與免疫系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)相關(guān)性大的微生物組成

健康成年人腸道微生物的總數(shù)約達(dá)1014 個[8]，與人體細(xì)胞的比率約為10：1[9]；微生物基因數(shù)量大約有300 萬個，大概為人類基因組基因數(shù)量的100 倍，包括大約30 屬1000多種微生物。腸道菌群主要由專性厭氧菌、兼性厭氧菌和好氧菌組成，其中約90%-99.9%為專性厭氧菌，僅有約0.1%-10%為兼性厭氧菌和好氧菌[10]。腸道菌群主要由厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門、變形菌門以及梭桿菌門等菌門組成，其中厚壁菌門和擬桿菌門有著絕對的優(yōu)勢。研究證明，厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門和變形菌門等主要構(gòu)成了腸道菌群的98%[11]。人體腸道內(nèi)微生物種類超過上千種，但只有一小部分構(gòu)成了99%的腸道細(xì)菌，下面主要介紹幾種具有重要意義且研究較多的腸道細(xì)菌。

2.1 梭狀芽孢桿菌

梭狀芽胞桿菌分布于人類和各種動物的腸道內(nèi)，是胃腸道中最顯著的革蘭氏陽性和孢子形成菌之一，屬厚壁菌門。XIVa 和IV 型梭狀芽孢桿菌在宿主腸道中占主導(dǎo)地位。梭狀芽孢桿菌在維持宿主的正常狀態(tài)、消除外源性病原體和控制整個微生物群方面起著重要的作用[12,13]。

一方面，在穩(wěn)定狀態(tài)下，以梭菌為條件的腸道樹突狀細(xì)胞(Dendritic cells，DCs) 產(chǎn)生RA 和其他調(diào)節(jié)分子來誘導(dǎo)Treg 細(xì)胞。另一方面，在炎癥條件下，DCs 產(chǎn)生炎性分子，如IL-23，促進(jìn)CD4+ T 細(xì)胞成為效應(yīng)T 細(xì)胞(Teff)[14]。

最近一項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)，梭狀芽胞桿菌菌群XIVa 和IV 是結(jié)腸粘膜Treg 細(xì)胞積聚的強(qiáng)誘導(dǎo)因子。梭狀芽胞桿菌XIVa和IV 菌群在GF 小鼠上的定殖誘導(dǎo)了Treg 細(xì)胞的分化表達(dá)高水平的IL-10。重要的是，在實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ托∈笾?，XIVa 和IV組梭狀芽胞桿菌豐度的增加導(dǎo)致了對過敏或腸道炎癥的抵抗[15]。此外，梭狀芽孢桿菌可介導(dǎo)調(diào)節(jié)宿主的免疫和代謝。梭狀芽胞桿菌XIVa、IV 具有將難消化的碳水化合物轉(zhuǎn)化為發(fā)酵產(chǎn)物的能力，包括SCFAs(短鏈脂肪酸)。SCFAs 可通過多種機(jī)制作用于腸道內(nèi)各種免疫細(xì)胞，抑制炎癥反應(yīng)[16]。

2.2 分葉絲狀菌

分葉絲狀細(xì)菌(SFB)是宿主特異性的腸道共生菌，在梭狀芽孢桿菌科中組成一個獨(dú)特的分支，即假絲酵母，屬厚壁菌門。SFB 介于專性和兼性胞內(nèi)細(xì)菌之間。SFB 可引起多方面的免疫反應(yīng)，使宿主免受腸道病原體的侵襲[17]。

在復(fù)雜的微生物群中，SFB 定殖增強(qiáng)了宿主對腸道致病菌定殖的抗性。SFB 的保護(hù)作用可能來自于其對腸道免疫屏障的增強(qiáng)作用、其他物種生長和適應(yīng)性的輔助作用，從而更好地抵抗病原體的競爭：(1) SFB 通過IL-22｛IL-22 由ILC3(Ⅲ型固有淋巴細(xì)胞)、CD4+T 細(xì)胞和可能的中性粒細(xì)胞產(chǎn)生｝可顯著誘導(dǎo)上皮細(xì)胞中的巖藻糖基轉(zhuǎn)移酶2 (Fut2)，允許巖藻糖基殘基向上皮糖包被的添加，促進(jìn)共生擬桿菌物種的代謝[18]。B 共培養(yǎng)的上皮細(xì)胞中SAA(淀粉樣蛋白A )轉(zhuǎn)錄本的誘導(dǎo)，SFB 在體內(nèi)對上皮細(xì)胞中SAA 的兩個亞型SAA1 和SAA2的顯著上調(diào)依賴于ILC3 細(xì)胞對IL-23 信號的反應(yīng)而產(chǎn)生IL-22 信號[19]。SFB 可能直接在上皮細(xì)胞中誘導(dǎo)SAA，也可能通過刺激樹突狀細(xì)胞亞群中IL-23 的產(chǎn)生間接誘導(dǎo)SAA，而樹突狀細(xì)胞又刺激IL-22 在ILC3 中發(fā)揮作用[20]。(2)通過SAA，SFB 還可能遠(yuǎn)作用于骨髓樹突狀細(xì)胞(BMDC)，刺激其產(chǎn)生IL-23，而IL-23 又促進(jìn)IL-17 的分泌和中性粒細(xì)胞的募集，從而增強(qiáng)宿主對溶組織內(nèi)阿米巴原蟲的腸道感染保護(hù)[21]。3.SFB 還可增強(qiáng)全身免疫反應(yīng)，從而增強(qiáng)宿主對肺部細(xì)菌感染的抵抗力，也可影響自身免疫性疾病的結(jié)局。

2.3 干酪乳桿菌

乳酸菌是最常見的益生菌屬，干酪乳桿菌是一種常用的益生菌，已被證明可以改變腸道內(nèi)的微生物群并影響宿主的免疫反應(yīng)[22]。

干酪乳桿菌對腸道PRR( 模式識別受體)、AMP( 腸道抗菌肽) 調(diào)節(jié)有影響[23]Busra Aktas 等人篩選PRR，選取TLRs(toll 樣受體)實(shí)驗(yàn)，TLRs 可誘導(dǎo)炎性細(xì)胞因子的分泌，參與腸上皮細(xì)胞間緊密連接的維持和AMPs 的產(chǎn)生[24]結(jié)果表明干酪乳桿菌具有抑制TLRs 表達(dá)的間接作用機(jī)制，對小鼠免疫系統(tǒng)具有抗炎作用。AMPs 是先天免疫系統(tǒng)的重要組成部分，是抵御腸道感染的重要防御機(jī)制之一[25]。Busra Aktas等人檢測了小鼠小腸中不同AMPs 的表達(dá)，結(jié)論顯示，大多數(shù)干酪乳桿菌菌株能夠通過增加TJP(緊密連接蛋白)基因表達(dá)來增強(qiáng)腸上皮屏障功能。干酪乳桿菌BL23(L. casei BL23)菌株小鼠可誘發(fā)地方和系統(tǒng)性FoxP3+RORγt+3 型Treg 細(xì)胞，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，L. casei BL23 在體內(nèi)外都增加了3 型Treg 細(xì)胞的頻率。這一Treg 群體的誘導(dǎo)至少在一定程度上可以解釋L. casei BL23 的免疫調(diào)節(jié)能力[26]。另一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)表明，用L. casei BL23 處理的小鼠顯示Th17 細(xì)胞輕微增加，表明L.casei BL23 觸發(fā)了Th17/Treg 混合型免疫反應(yīng)；L. casei BL23口服降低了Th17 相關(guān)細(xì)胞因子TGF-b 和IL-6 的表達(dá)，IL-23(參與Th17 分化的細(xì)胞因子)的表達(dá)保持不變，但顯著增加了IL-22 的表達(dá)(一種通常與th17 細(xì)胞相關(guān)的細(xì)胞因子)[27]。

2.4 脆弱擬桿菌

脆弱擬桿菌 (Bacteroides fragilis，BF) 是人類腸道共生菌，主要存在于結(jié)腸中，屬擬桿菌門，為革蘭陰性的專性厭氧菌[28]。

脆弱擬桿菌或者其免疫調(diào)節(jié)莢膜多糖A (PSA)可預(yù)防各種外周和中樞無菌性炎癥[29]SA 是一種具有免疫調(diào)節(jié)性的細(xì)菌分子[30]在此之前，PSA 被證明可誘導(dǎo)或激活FoxP3+CD4+Tregs(調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞)[31,32]的PSA 對無菌動物進(jìn)行腹腔內(nèi)處理足以使T 細(xì)胞擴(kuò)展到常規(guī)小鼠的水平[33]腸道漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞(pDC)和巨噬細(xì)胞結(jié)合PSA 可誘導(dǎo)分泌il -10 的調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞[34]PSA 還可糾正TH1/TH2 失衡。PSA 是第一個能糾正這種不平衡的純共生抗原的例子。樹突狀細(xì)胞/CD4+T 細(xì)胞與純PSA 在體外共培養(yǎng)，刺激TH1 細(xì)胞因子干擾素(IFN-)和IL-2 的表達(dá)，恢復(fù)TH1/TH2 細(xì)胞因子的正常平衡。這些結(jié)果表明，PSA 是誘導(dǎo)宿主免疫系統(tǒng)發(fā)育所必需的[35]脆弱擬桿菌通過調(diào)節(jié)Th1/Th2 平衡比值，以及CD4+T 細(xì)胞分化為Tregs 和Th17 的有限反應(yīng)，具有抗炎作用[36]。

2.5 雙歧桿菌

雙歧桿菌屬是雙歧桿菌科的一員，屬放線菌門，為革蘭氏陽性微生物。雙歧桿菌作為腸道益生菌的代表，具有多種生理活性，促進(jìn)機(jī)體健康[37]。益生菌與宿主免疫系統(tǒng)的相互作用發(fā)生在腸相關(guān)淋巴組織中，在位于腸粘膜的淋巴樣結(jié)構(gòu)中，腸道派氏結(jié) (PPs)是對微生物刺激的主要淋巴細(xì)胞啟動位點(diǎn)之一[38]。

雙歧桿菌BB-12 (BB-12)是一種來源于動物的過氧化氫酶陰性的雙歧桿菌。BB-12 可抑制D-半乳糖(D-gal)誘導(dǎo)的J774A.1 巨噬細(xì)胞衰老。巨噬細(xì)胞在受到不同刺激物作用后，可分化為經(jīng)典巨噬細(xì)胞(M1 巨噬細(xì)胞)和交替活化巨噬細(xì)胞(M2 巨噬細(xì)胞)兩種類型[39]其具有殺菌、產(chǎn)生促炎因子和補(bǔ)體介導(dǎo)的吞噬等功能，從而發(fā)揮抗感染及對組織的修復(fù)和重建過程產(chǎn)生影響[40,41]。

雙歧桿菌還可增強(qiáng)中性粒細(xì)胞的吞噬能力和自然殺傷細(xì)胞殺傷腫瘤的活性[42]。此外，F(xiàn)ang Zhifeng 等在特異性皮炎(AD)小鼠實(shí)驗(yàn)中證實(shí)，與2，4-二硝基氟苯(DNFB)誘導(dǎo)小鼠AD 對照組相比，口服青春雙歧桿菌AD 實(shí)驗(yàn)組顯著增加脾臟的Tregs 比率；降低血清IgE、IL-5、巨噬細(xì)胞來源的趨化因子(MDC/CCL22)的表達(dá)水平；增加IFN-γ 和IL-10 水平。青春雙歧桿菌具有提升Th1 型免疫反應(yīng)和抑制Th2 型免疫反應(yīng)的能力，恢復(fù)了與Th1 型和Th2 型免疫反應(yīng)之間的平衡[43]。

3 腸道菌群與中醫(yī)臟腑學(xué)說

中醫(yī)學(xué)與微生態(tài)學(xué)在整體觀與平衡觀上具有相似性，中醫(yī)學(xué)強(qiáng)調(diào)整體觀念，并且中醫(yī)是以整體觀和平衡觀來認(rèn)識人體結(jié)構(gòu)、功能及人體與疾病的關(guān)系。人的整體以五臟為中心，臟與腑相互表里，經(jīng)絡(luò)相通，疾病傳變時相互影響，五臟六腑與外界環(huán)境具有統(tǒng)一性[44]。然而，微生物與宿主的統(tǒng)一論也是微生態(tài)學(xué)的基本認(rèn)識原則，研究微生物與宿主環(huán)境的相互關(guān)系，從而達(dá)到微生態(tài)平衡的穩(wěn)態(tài)，這種內(nèi)在理論構(gòu)建體系與總體指導(dǎo)原則的統(tǒng)一性，使傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)與現(xiàn)代生命科學(xué)分支微生態(tài)學(xué)之間產(chǎn)生強(qiáng)烈共鳴[45]。

腸道菌群與脾：脾與“第二基因組”之稱的腸道菌群的生理功能相似，腸道菌群數(shù)量大、種類多、參與人體許多重要生理功能，脾為“后天之本”體現(xiàn)脾在五臟之中的重要之處，脾的功能與腸道菌群在保持人體健康中均發(fā)揮至關(guān)重要的作用；脾主運(yùn)化與腸道菌群在機(jī)體消化吸收中相互為用[45]；“脾為之衛(wèi)”、“脾旺不受邪”，脾功能正常，可以維護(hù)機(jī)體不受外邪侵襲或驅(qū)邪外出，防止疾病的發(fā)生發(fā)展，這與腸道菌群發(fā)揮免疫防御功能也是一致的[46]。中醫(yī)古籍未從微觀研究腸道菌群組成，但隨著中醫(yī)學(xué)的發(fā)展，借鑒西醫(yī)研究方法及成果闡釋中醫(yī)學(xué)理論機(jī)制已是目前的主要趨勢。現(xiàn)代研究中，腸道菌群的功能與中醫(yī)脾胃功能有相同之處，有學(xué)者提出，腸道菌群的部位在腸，功能屬脾胃[47]。

4 中藥治療與腸道菌群和免疫系統(tǒng)

蔣海燕等設(shè)立C57BL/6 雄性小鼠右腋下接種Lewis 肺癌細(xì)胞對照實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)健脾固腸方中藥可能通過增加肺癌小鼠腸道菌群多樣性、改善腸道菌群、調(diào)節(jié)腸道Th17/Treg 細(xì)胞平衡、維持腸道免疫平衡、改善機(jī)體免疫等進(jìn)而抑制肺癌小鼠肺癌細(xì)胞的侵襲及轉(zhuǎn)移[48]。苗斌等使用腸寧湯治療潰瘍性結(jié)腸炎(濕熱證)大鼠，得出結(jié)論，腸寧湯能有效地改善急性潰瘍性結(jié)腸炎大鼠的病理反應(yīng)，提高免疫功能，減少細(xì)胞炎癥因子反應(yīng)，改善腸道菌群[49]。中藥亦能改善微生物的代謝、減輕代謝性炎癥，以及抑制產(chǎn)生大腸桿菌的體外和體內(nèi)基因毒性，中草藥的藥效成分經(jīng)腸道微生物轉(zhuǎn)化后發(fā)揮抗炎、鎮(zhèn)痛和抗腫瘤等藥理作用[50]。中藥具有多成分、多作用靶點(diǎn)的特點(diǎn)，其治療疾病的作用機(jī)制一直是中醫(yī)藥領(lǐng)域的研究的熱點(diǎn)[51]，在部分疾病的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用，調(diào)節(jié)腸道菌群、調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能是中醫(yī)藥防治疾病的重要靶標(biāo)。

5 結(jié)語

不同腸道菌群有著不同的免疫方式，雖然我們目前已初識大多數(shù)腸道細(xì)菌，但其中只有少數(shù)菌種的免疫機(jī)制和功能被闡明，所以對腸道菌群的研究仍然任重而道遠(yuǎn)。深入了解腸道菌群與機(jī)體的免疫方式，從免疫細(xì)胞、免疫分子層面了解腸道菌群在免疫方面的作用，將為腸道菌群在治療、甚至預(yù)后方面作出鋪墊。中醫(yī)學(xué)具有多成分、多作用靶點(diǎn)優(yōu)勢，中藥及其有效成分對腸道菌群、免疫系統(tǒng)具有廣泛調(diào)節(jié)作用從而治療疾病，將中醫(yī)藥療效機(jī)制與腸道菌群交互融合，有助于推動中醫(yī)藥發(fā)展。我們期待腸道菌群在疾病中發(fā)揮更大的作用。