艾滋病與腸道菌群研究進(jìn)展

范錚 喻劍華

1浙江中醫(yī)藥大學(xué)第四臨床醫(yī)學(xué)院（杭州310053）；2杭州市西溪醫(yī)院（杭州310030）

艾滋病是由人類免疫缺陷病毒（human immuno-deficiency virus，HIV）引起的獲得性免疫缺陷綜合征（acquired immunodeficiency syndrome，AIDS）。許多研究顯示，HIV感染后腸道菌群發(fā)生了比例改變，且由免疫缺陷引起會(huì)引起免疫激活，使腸道免疫反應(yīng)發(fā)生異常。且免疫缺陷相關(guān)的一系列并發(fā)癥起因與腸道菌群失調(diào)密切相關(guān)。本文著重描述腸道菌群與艾滋病之間的研究進(jìn)展。

1 HIV感染后腸道菌群變化

人體胃腸道中有數(shù)目龐大的細(xì)菌，數(shù)目超過4×1013個(gè)[1]。其中主要分為4類：厚壁菌門擬桿菌門、放線菌門和變形菌門。其中厚壁菌門和擬桿菌門為優(yōu)勢菌種，數(shù)量占到99%以上，當(dāng)人體感染HIV時(shí)，MUNTSA 教授團(tuán)隊(duì)做的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明HIV感染者糞便病毒脫落增加，且持續(xù)到了慢性感染期，而高效抗逆轉(zhuǎn)錄病毒治療（highly active antiretroviral therapy，HAART）不會(huì)緩解這一癥狀。HIV感染能短暫且非特異性改變腸道菌群組成，降低其豐度，具體表現(xiàn)為Akkermansia 菌、厭氧弧菌、雙歧桿菌及梭菌屬的缺失。在慢性HIV感染者中，可觀察到與慢性炎癥相關(guān)的菌群失調(diào)，CD8+T 細(xì)胞生成與代謝紊亂[2]。SUSAN 團(tuán)隊(duì)在進(jìn)行了HIV與腸道菌群與α多樣性的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)艾滋病患者的腸道菌群其α菌種多樣性顯著降低[3]。相關(guān)研究表明，HIV感染患者感染期間腸道生態(tài)發(fā)生改變與免疫缺陷與應(yīng)答性炎癥的存在有關(guān)，艾滋病患者糞便菌群的多樣性降低與菌群易位和免疫細(xì)胞活化呈高度相關(guān)。T 細(xì)胞的活化可直接導(dǎo)致黏膜相關(guān)細(xì)菌活動(dòng)增加，而抗逆轉(zhuǎn)錄治療是獨(dú)立于HIV感染的另一大導(dǎo)致腸道菌群比例失調(diào)的元兇[4]。而對抗逆轉(zhuǎn)錄治療不同的免疫應(yīng)答也會(huì)表現(xiàn)為腸道菌群的組分變化，如相對于應(yīng)答者，不應(yīng)答者梭菌群、Subdoligranulum 菌和陪伴糞球菌富集[5]。HIV陽性患者與陰性患者相比，由于T 細(xì)胞活化標(biāo)記的改變而產(chǎn)生了普雷沃氏桿菌屬和琥珀酸菌屬富集，擬桿菌數(shù)量比例降低[6]?？鼓孓D(zhuǎn)錄治療可使脫硫弧菌科和毛螺菌科增加，梭菌科減少[7]。隨著研究的進(jìn)一步深入，VAQUEZ-CASTELLANOS 等[7]在研究HIV感染患者腸道微生物代謝途徑與腸道菌群的變化時(shí)發(fā)現(xiàn)HIV 陽性患者腸道中脂多糖合成途徑增強(qiáng)，該小組進(jìn)一步證實(shí)脂多糖可使菌群豐富度大大下降，不僅如此，他們推斷腸道菌群的組成發(fā)生變化只是表明現(xiàn)象，與之相關(guān)的代謝功能，包括營養(yǎng)物質(zhì)和分配也發(fā)生了變化。

2 HIV感染與腸道免疫變化的關(guān)系

HIV感染后外周血CD4+T淋巴細(xì)胞數(shù)減少，同時(shí)機(jī)體的免疫應(yīng)答為激活狀態(tài)，部分患者在獲得ART治療后雖然CD4+T淋巴細(xì)胞數(shù)能的得到恢復(fù)，病毒復(fù)制能力得到抑制，但依舊存在免疫重建不全這一問題。由此可引發(fā)艾滋病相關(guān)的機(jī)會(huì)感染，異常免疫激活是導(dǎo)致免疫重建不全的重要因素[8]，菌落改變通過色氨酸-犬尿酸通路、三甲胺生成通路、短鏈脂肪酸生成通路激活免疫。相關(guān)研究[9]表明，HIV感染者中病情進(jìn)展較慢者存在一個(gè)獨(dú)特的微生物群代謝譜，該微生物譜有利于脂肪酸代謝，其過氧化物酶體的增殖能激活受體-信號(hào)通路和脂質(zhì)生物合成蛋白通路，同時(shí)減少碳水化合物的代謝和次級膽汁酸合成，但HIV感染者中病情進(jìn)展較快者體內(nèi)富含一種可產(chǎn)生限速酶-吲哚胺2，3-雙加氧酶1的能力的細(xì)菌群落，這種限速酶可引起色氨酸分解，而色氨酸分解可加速艾滋病進(jìn)程。HIV感染患者即使得到ART治療其體內(nèi)炎癥激活指標(biāo)依舊較高，長期ART治療后IL-6等炎癥因子無法恢復(fù)至正常水平[10]。此外，IL-10、hsCRP 等炎癥趨化因子數(shù)量的增加與HIV 病毒載量、CD4 細(xì)胞數(shù)無關(guān)[11]。HIV感染后，HIV與細(xì)胞膜上的合成膜蛋白抗原糖蛋白120 相結(jié)合，與未感染的CD4+T淋巴細(xì)胞融合，使細(xì)胞形態(tài)發(fā)生改變，進(jìn)而凋亡、溶解，從而削弱腸道屏障防御力。因腸道屏障通透性的改變，腸道細(xì)菌由腸腔移位至循環(huán)系統(tǒng)，腸道菌群進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)后激活巨噬細(xì)胞和自然殺傷細(xì)胞，誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生高炎癥反應(yīng)。除此之外，慢性HIV感染會(huì)使腸道上皮網(wǎng)絡(luò)失調(diào)，Th17 及CD103 樹突狀細(xì)胞減少，這進(jìn)一步導(dǎo)致炎癥的發(fā)生[12]。DILLION 等[13]發(fā)現(xiàn)IFN-γ在HIV感染者內(nèi)升高，與普雷沃氏桿菌這一條件致病菌成正相關(guān)，提示炎癥性固有淋巴結(jié)使腸道黏膜遭到破壞。HIV患者腸道分泌的抗體中IgM水平相較于IgA、IgG 比率明顯升高，并發(fā)現(xiàn)了黏膜B細(xì)胞的轉(zhuǎn)換能力下降，而限制黏膜B 細(xì)胞向IgG與IgA 轉(zhuǎn)化則直接導(dǎo)致腸道易受外來病原體的侵染，易發(fā)生慢性炎癥[14]。HIV感染由于免疫系統(tǒng)的紊亂會(huì)對腸道免疫產(chǎn)生影響，而這一影響由腸道菌群的異常所引導(dǎo)，但其具體機(jī)制需要更深一步探究。

3 HIV感染后對人體各個(gè)系統(tǒng)的影響

3.1 對心血管系統(tǒng)的影響在現(xiàn)代聯(lián)合抗病毒逆轉(zhuǎn)錄治療（cART）的時(shí)代，心血管因素。飲食中膳食脂質(zhì)磷脂酰膽堿、膽堿、氧化三甲胺（Trimethylamine N-oxide，TMAO）和甜菜堿的三種代謝物位促進(jìn)和預(yù)測心血管疾病的重要因子[15]。在形成機(jī)制上來分析，氧化三甲胺通過改變鈣信號(hào)、膽固醇和膽汁酸的代謝進(jìn)而促進(jìn)炎癥通路的激活，促進(jìn)泡沫細(xì)胞的形成。推測可能是HIV 相關(guān)的眾多因素干擾了血小板活化。這也可以解釋以往的研究結(jié)果，在HIV感染男性中，TMAO水平和冠狀動(dòng)疾病仍是HIV感染死亡的首要原因。越來越多的艾滋病病毒感染和治療患者的觀察研究清晰地表明，急性心肌梗死和其他血管疾病，如冠心病，在感染人群中顯著有顯著增加的比例[16]。艾滋病心臟病發(fā)生概率有著明顯的地域差異，比如美國的HIV感染陽性和陰性的人群的血管健康狀況都比歐洲的同類人群差[17]，提示地域差異，而地域差異主要體現(xiàn)在環(huán)境和飲食差異上，這就暗示著由飲食差異導(dǎo)致的腸道菌群改變可能是誘導(dǎo)心血管疾病發(fā)生的重要所有這些都與動(dòng)脈粥樣硬化形成相關(guān)。除此之外，氧化三甲胺還會(huì)增加血小板的高反應(yīng)性，這與心臟代謝疾病和血栓形成的潛在風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)[18]。SRINIVASAS 等[19]帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)用斷層掃描血管造影術(shù)證實(shí)，HIV感染陽性患者表現(xiàn)出進(jìn)展性的鈣化動(dòng)脈粥樣硬化癥，并且血清中三甲胺（trimethylamine，TMA）與脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）水平和粥樣硬化程度呈正相關(guān)。VUJKOVIC-CVIJIN 發(fā)現(xiàn)，頸總動(dòng)脈內(nèi)膜厚度與炎癥趨化因子呈正相關(guān)，菌落失調(diào)通過犬尿酸-色氨酸代謝通路激活炎癥反應(yīng)使色氨酸分解，色氨酸的分解可加劇動(dòng)脈粥樣硬化的形成[20]。然而最近RATH 等[21]的研究表明，氧化三甲胺及其前體重大不良心血管事件的風(fēng)險(xiǎn)升高和更高的全因死亡率相關(guān)，而與傳統(tǒng)的危險(xiǎn)因素?zé)o關(guān)。最近一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)證明，氧化三甲胺水平和血小板活性之間沒有任何聯(lián)系[22]，推測可能是HIV 相關(guān)的眾多因素干擾了血小板活化。這也可以解釋以往的研究結(jié)果，在HIV感染男性中，TMAO水平和冠狀動(dòng)脈狹窄之間呈倒u型關(guān)系[23]，這項(xiàng)研究還證明了并非所有TMAO水平高的患者都會(huì)出現(xiàn)心臟并發(fā)癥這一事實(shí)，因此推翻了TMAO為心血管疾病強(qiáng)有力預(yù)測因子這一定律。因此，需要對HIV感染并發(fā)心血管疾病者和接受治療的患者進(jìn)行深入的代謝組學(xué)研究，結(jié)合微生物群多樣性，來進(jìn)一步挖掘HIV 腸道菌群改變對心血管疾病所產(chǎn)生的影響。

3.2 對骨胳系統(tǒng)的影響有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群的改變可以影響骨密度的變化。而這種變化主要依靠內(nèi)臟-免疫-骨胳軸的變化來驅(qū)動(dòng)。HIV感染患者中低骨密度（bone mineral density，BMD）的因素包括低體質(zhì)量指數(shù)、吸煙、酗酒、以及骨質(zhì)疏松等繼發(fā)因素[24]。但最近的研究表明，即使糾正這些傳統(tǒng)性的因素，HIV 仍然是一個(gè)獨(dú)立的低BMD的預(yù)測因素。骨質(zhì)穩(wěn)態(tài)是成骨細(xì)胞介導(dǎo)的骨形成與破骨細(xì)胞控制的骨吸收之間緊密調(diào)節(jié)的平衡。在慢性HIV感染等炎癥條件下，B淋巴細(xì)胞的失調(diào)導(dǎo)致B淋巴細(xì)胞RANKL表達(dá)上調(diào)，天然誘導(dǎo)受體-骨保護(hù)素（OPG）的表達(dá)減少，并向過度的破骨細(xì)胞（OCL）和骨質(zhì)吸收方向轉(zhuǎn)變[25]。此外，T細(xì)胞與破骨細(xì)胞之間直接形成相互作用，直接促進(jìn)破骨細(xì)胞的形成，而CTLA-4 下調(diào)T淋巴細(xì)胞的表達(dá)，抑制破骨細(xì)胞的形成[26]。相關(guān)研究表明，無菌腸道小鼠的骨量和骨密度相較普通小鼠有所增加，其原因?yàn)槟c道無菌情況下促炎因子減少，從而下調(diào)T淋巴細(xì)胞的活化，減緩了免疫激活途徑[27]，這一現(xiàn)象提示了骨密度的調(diào)節(jié)可能是由腸道微生物和免疫骨架通路之間的相互作用而形成的。具體的機(jī)制表現(xiàn)為分節(jié)絲狀雙歧桿菌通過誘導(dǎo)th17 t淋巴細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄因子RORyt 從而形成對IL-17的應(yīng)答加劇骨丟失，而脆弱擬桿菌和梭狀芽孢桿菌則通過誘導(dǎo)foxp3，IL-10 產(chǎn)生T 調(diào)節(jié)性CD4T淋巴細(xì)胞從而抑制炎癥進(jìn)程，減少骨破壞[28-29]。近來亦有研究表明，菌群移位與骨密度之間也存在著關(guān)系。sCD14作為菌群移位后循環(huán)中單核細(xì)胞激活的標(biāo)志物在HIV患者中有所上升，而sCD14水平升高與髖部骨密度損失增大之間存在正相關(guān)[30]。另一項(xiàng)對457例青少年男性和女性（其中354例為HIV患者）的研究發(fā)現(xiàn)，HIV患者sCD14和其他炎性細(xì)胞因子（IL-1b、IL- 6和TNF-α）水平較高，只有sCD14與HIV患者的BMD 呈負(fù)相關(guān)[31]。除此之外，研究還發(fā)現(xiàn)抗逆轉(zhuǎn)路病毒治療本身也會(huì)引起骨密度下降，其具體機(jī)制還不明確。腸道菌群的改變可以使骨量及骨密度增加，在一項(xiàng)研究中，給小鼠服用了3 周低劑量的抗生素，發(fā)現(xiàn)其中厚壁桿菌與擬桿菌菌群比例有所上升，這促進(jìn)了短鏈脂肪酸的形成，提示了一個(gè)更加活躍的腸道微生物代謝狀態(tài)[32]。關(guān)于HIV患者腸道菌群與骨胳系統(tǒng)之間的關(guān)系機(jī)制目前認(rèn)識(shí)還很局限，需要進(jìn)一步的探討。

4 益生菌對HIV感染者的影響

近年來，益生菌作為一種重要的新型戰(zhàn)略，通過改變腸道菌群的組成來提高HIV患者腸道黏膜免疫力。目前，益生菌主要用于治療腹瀉、炎癥性腸道疾病、HP 感染引起的胃潰瘍以及乳糖不耐引起的胃腸道疾病。不同的益生菌作用似乎由菌株特異性來決定，如乳酸桿菌和雙歧桿菌激發(fā)人體免疫反應(yīng)，防止致病菌和條件致病菌定植，代謝分解致癌物質(zhì)，加速短鏈脂肪酸合成以及促進(jìn)維生素B、維生素K 形成[33]。一項(xiàng)對猴免疫缺陷病毒（simian immurodeficie ncy virus，SIV）感染的獼猴的研究表明，對使用CRT治療的SIV感染猴補(bǔ)充益生菌和IL-21 后能促進(jìn)腸道th17 細(xì)胞的恢復(fù)，緩解免疫激活標(biāo)志物的活動(dòng)，通過減少潘氏細(xì)胞促炎因子的分泌使腸道上皮細(xì)胞連接蛋白恢復(fù)從而改善臨床癥狀[34]。相關(guān)研究[35]表明，使用鼠李糖乳桿菌、酵母菌、干酪乳酸桿菌的益生菌混合物后，血漿中的促炎因子如IL-6、IL-22、TGf-β、hsCRP和微生物移位標(biāo)記物均明顯減少，說明益生菌可通過減少腸道菌群的移位來抑制HIV患者的免疫激活。益生菌對腸道黏膜的完整性起到了促進(jìn)作用，在一項(xiàng)為期6個(gè)月的實(shí)驗(yàn)中，對接受多種益生菌補(bǔ)充的HIV感染者腸道黏膜活檢進(jìn)行了免疫組織學(xué)分析，顯示腸道黏膜完整性得到了恢復(fù)，特別的是，腸道中th1和th17 細(xì)胞亞群和腸道相關(guān)淋巴組織數(shù)量有所增加，同時(shí)表達(dá)CD38、HLA-DR的CD4+和CD8+T 細(xì)胞亞群的頻率降低[36]，與此同時(shí)還發(fā)現(xiàn)腸道上皮凋亡減少、淋巴細(xì)胞浸潤減少、線粒體形態(tài)恢復(fù)。一些益生菌雖未在艾滋病領(lǐng)域中獲得研究成果，但在其他領(lǐng)域的疾病中已經(jīng)得到廣泛證實(shí)，如艾克曼菌在治療肥胖和抗癌中取得的成果可以視為對免疫領(lǐng)域的啟示，事實(shí)上一些報(bào)道已經(jīng)證實(shí)了艾克曼菌影響著腸道免疫，減少腸道炎癥反應(yīng)，并且調(diào)節(jié)血糖以及脂類代謝，高濃度的sE-selectin、ICAM-1、VCAM-1、IL-6和sCD14被發(fā)現(xiàn)與圍生期HIV感染者腸道中艾克曼菌的相對優(yōu)勢有關(guān)[37]。這一創(chuàng)新之舉在于，可以食用食物，如多酚，來增加腸道黏膜中艾克曼菌的比例來提高腸道免疫，這是一種新型可行的“食療”法。此外，由于腸道并不是一個(gè)孤立的系統(tǒng)，它的代謝還影響著全身其他器官，與其他器官進(jìn)行著雙向交流，因此益生菌的提供還存在著一個(gè)“腸外效應(yīng)”。如相關(guān)實(shí)驗(yàn)證明6個(gè)月的高濃度益生菌補(bǔ)充可以通過降低腦脊液新蝶呤（一種炎性標(biāo)志物）的濃度從而改善中樞神經(jīng)系統(tǒng)認(rèn)知能力[38]。同時(shí)，通過益生菌的補(bǔ)充可以降低血液中色氨酸的濃度，提高血清素5-羥色胺水平，使CD-38和HLA-DR水平下降，探索了色氨酸的代謝對腦腸軸的影響[39]。益生菌對心血管疾病也有抑制作用，將乳桿菌和鏈球菌的混合物給HIV患者以一天兩次頻率灌服，患者體內(nèi)的CRP、sCD14 數(shù)量明顯下降[40]。類似的，向HIV患者補(bǔ)充布氏酵母菌可觀察到梭狀芽胞桿菌和脂多糖數(shù)量減少[41]，這兩者是細(xì)菌移位的標(biāo)志物，說明益生菌是通過抑制菌群移位降低心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)。益生菌對HIV 誘導(dǎo)的疾病作用的研究才進(jìn)行不久，一些關(guān)于益生菌的功效數(shù)據(jù)還不完整，還需要進(jìn)一步探明。

5 展望

在許多地方，控制HIV感染進(jìn)展及其并發(fā)癥的發(fā)病率是一個(gè)棘手難題，在發(fā)達(dá)地區(qū)治療HIV陽性患者已經(jīng)轉(zhuǎn)向慢性HIV治療和多種合并癥的長期控制。至今為止，普遍認(rèn)為炎癥和免疫激活是這些并發(fā)癥的主要誘因?，F(xiàn)今許多研究重點(diǎn)關(guān)注腸道菌群。HIV感染后腸道菌群改變和腸道菌群移位是全身免疫激活的重要原因，其中機(jī)制還不明確。今后的研究，應(yīng)深入探討腸道菌群和各個(gè)系統(tǒng)炎癥之間的關(guān)系，并且從中找到治療突破點(diǎn)，進(jìn)一步提高HIV患者生存質(zhì)量。