腸道菌群影響缺血性腦卒中預(yù)后的免疫機制研究進展

郭雙輝 張玉梅

首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院1神經(jīng)病學(xué)中心，2康復(fù)醫(yī)學(xué)科（北京100071）

腦卒中是由遺傳、環(huán)境等多種因素共同導(dǎo)致的異質(zhì)性疾病，具有高發(fā)病率、高致殘率、高病死率、高復(fù)發(fā)率、高經(jīng)濟負擔(dān)五大特點，現(xiàn)已成為我國成人致死、致殘的首要病因，我國卒中防治正面臨巨大的挑戰(zhàn)［1］。

缺血性腦卒中是最常見的卒中類型，占腦卒中的70%以上。盡早恢復(fù)缺血腦組織血流灌注，挽救缺血半暗帶是現(xiàn)今治療急性腦梗死的最根本目標(biāo)。但是靜脈溶栓和血管內(nèi)介入治療有時間限制，受益患者少［2］；并且，缺血腦組織血流恢復(fù)后所引起的缺血再灌注損傷也會使患者病情惡化［3］。腦卒中發(fā)生后，局部和全身的免疫炎癥反應(yīng)是一個持續(xù)過程，參與腦組織損傷和修復(fù)的全過程，因此，免疫調(diào)節(jié)治療可能是腦卒中治療的新方向［4］。消化道是機體最大的免疫系統(tǒng)，70%的免疫細胞都分布在消化道。腸道菌群在腸道免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)中扮演了重要角色，通過調(diào)節(jié)卒中患者腸道菌群及其代謝產(chǎn)物來調(diào)節(jié)卒中后機體免疫炎癥反應(yīng)可能是卒中治療的新方法［5］。

1 腦卒中后機體的免疫應(yīng)答

1.1 血管內(nèi)炎癥事件急性缺血性腦卒中所導(dǎo)致的血流動力學(xué)改變會使血管內(nèi)皮細胞和血小板在數(shù)分鐘內(nèi)釋放P 選擇素等黏附分子，導(dǎo)致白細胞的募集、黏附、游出，加重局部血管阻塞和腦組織的損傷。凝血級聯(lián)反應(yīng)的激活會進一步激活炎癥信號。凝血酶會誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細胞表面黏附分子的表達，破壞血管內(nèi)皮功能，激活補體系統(tǒng)［6］。補體系統(tǒng)過度激活會促進小膠質(zhì)細胞和巨噬細胞吞噬神經(jīng)元，導(dǎo)致腦卒中不良預(yù)后［7］。在血管內(nèi)炎癥反應(yīng)開始的同時，腦組織的破壞也在同步進行。死亡的腦細胞釋放損傷相關(guān)模式分子（damage?associated molecular patterns，DAMPs），DAMPs 激活小膠質(zhì)細胞，促進細胞因子，趨化因子的釋放，募集外周免疫細胞進入腦實質(zhì)［8］。

1.2 外周固有免疫應(yīng)答血管內(nèi)炎癥事件啟動后，中性粒細胞釋放金屬基質(zhì)蛋白酶破壞血腦屏障。DAMPs 和細胞因子通過破壞的血腦屏障或腦脊液進入外周循環(huán)激活外周免疫應(yīng)答引起全身炎癥反應(yīng)［9］。DAMPs 可以誘發(fā)腸道炎癥反應(yīng)和免疫細胞活化，導(dǎo)致腸道屏障功能受損。腦卒中患者外周免疫應(yīng)答激活后會出現(xiàn)免疫抑制，可能與交感神經(jīng)和下丘腦—垂體—腎上腺軸激活密切相關(guān)［10］。

1.3 外周和腦部適應(yīng)性免疫應(yīng)答卒中后受損組織和死亡的腦細胞會釋放中樞神經(jīng)系統(tǒng)隱蔽抗原，這些抗原可以被腦內(nèi)的抗原呈遞細胞識別［11］。這些抗原呈遞細胞能通過腦膜淋巴管進入外周循環(huán)，到達淋巴器官，促進T 細胞和B 細胞分化，這些分化的自身反應(yīng)性淋巴細胞返回大腦組織，導(dǎo)致卒中后遺癥［12］。

2 腦卒中對腸道功能和腸道菌群的影響

腸道菌群主要有厚壁菌門（Firmicute）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、放線菌門（Actinobacteria）、變形菌門（Proteobacterium）四個類群，其中厚壁菌門/擬桿菌門比值失調(diào)是腸道菌群失調(diào)的重要標(biāo)志［13］。雖然不同的研究關(guān)注的腸道菌群具體種類有所不同，結(jié)論存在差異，但是物種多樣性降低，厚壁菌門減少和擬桿菌門過度生長是卒中后菌群變化的主要特點［14］。腦卒中引起腸道菌群失調(diào)的機制是復(fù)雜的，交感神經(jīng)系統(tǒng)激活、免疫穩(wěn)態(tài)破壞、腸道功能障礙和菌群移位均與卒中后菌群失調(diào)密切相關(guān)。厚壁菌門與擬桿菌門可以影響T 細胞的分化方向，卒中導(dǎo)致的腸道菌群變化可以促進小腸派爾集合淋巴結(jié)內(nèi)促炎免疫細胞Th1 和Th17 的表達，惡化腦卒中結(jié)局，而通過糞菌移植改變腸道菌群組成則能改善卒中預(yù)后［14］。

2.1 卒中后自主神經(jīng)系統(tǒng)對腸道菌群的影響正常情況下，消化道迷走神經(jīng)的傳入神經(jīng)末梢能感受腸道菌群產(chǎn)生的生物活性物質(zhì)，影響大腦功能，調(diào)控腸壁通透性和外周免疫應(yīng)答［15］。腦卒中后，迷走神經(jīng)抑制，交感神經(jīng)興奮釋放的去甲腎上腺素能導(dǎo)致腸道局部炎癥反應(yīng)和腸壁通透性改變，引起腸道菌群失調(diào)［15-16］。此外，腦卒中能激活下丘腦—垂體—腎上腺軸（HPA 軸），HPA 軸分泌的促腎上腺皮質(zhì)激素釋放激素增加腸壁通透性，引起菌群移位和菌群失調(diào)［17-18］。

2.2 卒中后腸道免疫穩(wěn)態(tài)破壞對腸道菌群的影響血腦屏障破壞后，DAMPs 進入外周循環(huán)，作用于模式識別受體（pattern recognition receptor，PRR）引起腸道炎癥反應(yīng)，破壞腸道穩(wěn)態(tài)。髓樣細胞觸發(fā) 受 體?1（triggering receptors expressed on myeloid cells?1，TREM?1）是一種表達于骨髓源性細胞表面的受體，TREM?1 可以協(xié)同經(jīng)典模式識別受體（Toll 樣受體，Nod 樣受體等）增強炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致卒中不良結(jié)局。腦內(nèi)小膠質(zhì)細胞和腸道固有層內(nèi)單核/巨嗜細胞（Mo/MΦ）亞群均可表達TREM?1，TREM?1 在卒中后機體的固有免疫應(yīng)答中發(fā)揮了重要作用。腦卒中發(fā)生后，去甲腎上腺素依賴性腸壁通透性增加導(dǎo)致菌群移位，腸道固有層促炎性免疫細胞對病原體相關(guān)模式分子（pathogen?asso?ciated molecular patterns，PAMPs）做出應(yīng)答，導(dǎo)致其表面的TREM?1 表達上調(diào)，TREM?1 協(xié)同PRR，增強腸道局部對PAMPs、DAMPs 的免疫應(yīng)答，進一步加重腸道功能障礙，同時外周表達TREM?1 的促炎性細胞遷移至腦實質(zhì)，增強大腦局部炎癥反應(yīng)，惡化卒中患者預(yù)后［19-21］。

3 通過調(diào)節(jié)腸道菌群及其代謝產(chǎn)物影響卒中后機體免疫應(yīng)答

腦卒中發(fā)生后會激活小膠質(zhì)細胞、單核巨噬細胞、樹突狀細胞、中性粒細胞、固有淋巴樣細胞、T 淋巴細胞、B 淋巴細胞等一系列免疫細胞。其中促炎性的Th1、Th17 和γδT 細胞常加劇缺血性腦組織損傷導(dǎo)致不良預(yù)后，而Treg 細胞則可以通過分泌IL?10 抑制炎癥反應(yīng)，改善卒中預(yù)后。腸道菌群可以通過影響卒中后機體炎癥反應(yīng)程度，釋放神經(jīng)活性物質(zhì)，調(diào)節(jié)T 淋巴細胞向軟腦膜的轉(zhuǎn)移，進而影響患者預(yù)后［22］。BENAKIS 等［23］使用抗生素改變卒中后小鼠的腸道菌群，發(fā)現(xiàn)小鼠的缺血性腦損傷減輕，腸道菌群作用于樹突狀細胞，使腸道調(diào)節(jié)性T 細胞增加，IL?17+γδT 細胞減少。膽堿能抗炎通路在腦梗死后的抗炎反應(yīng)中起重要作用，炎性因子刺激迷走神經(jīng)，激活膽堿能抗炎通路釋放乙酰膽堿作用于全身表達α7 煙堿型乙酰膽堿受體的免疫細胞（比如小膠質(zhì)細胞），抑制炎癥因子的釋放，減輕炎性損傷［24］。李素彥等［25］通過向大鼠尾靜脈注射脂多糖制備膿毒癥大鼠模型，在制模一天后分別灌喂正常大鼠糞便稀釋液和生理鹽水，每日三次，每次2 mL，7 d 后測定各組大鼠腦電圖波形，腦皮質(zhì)α7 煙堿型乙酰膽堿受體蛋白的表達和機體炎癥因子水平，結(jié)果顯示糞菌移植可以減少膿毒癥大鼠腦電圖異常波形，上調(diào)腦皮質(zhì)α7煙堿型乙酰膽堿受體的表達并且降低機體炎癥水平，提示糞菌移植可以改善腸道菌群失衡，激活膽堿能抗炎通路，減輕腦部炎性損害。

短鏈脂肪酸是腸道菌群代謝產(chǎn)物之一。短鏈脂肪酸可以直接跨過血腦屏障，影響大腦功能［26］。在實驗性自身免疫性腦炎中，短鏈脂肪酸可以促進抗炎T 細胞亞群分化，減少軸突損傷，改善預(yù)后［27］。SADLER 等［28］研究發(fā)現(xiàn)腦卒中會導(dǎo)致血清短鏈脂肪酸水平降低，而補充短鏈脂肪酸可以改善預(yù)后。補充短鏈脂肪酸既可以減少大腦內(nèi)小膠質(zhì)細胞的激活，也可以減少外周淋巴細胞的激活，進而減少缺血腦組織淋巴細胞浸潤，改善患者預(yù)后。

腸道菌群亦可通過色氨酸代謝產(chǎn)物調(diào)節(jié)機體免疫系統(tǒng)，比如乳酸桿菌就可以產(chǎn)生吲哚?3?甲基肟激活固有樣淋巴細胞［29］。色氨酸代謝產(chǎn)物的組成是復(fù)雜的。內(nèi)源性色氨酸代謝產(chǎn)物有犬尿氨酸、5?羥色胺、褪黑素，細菌性色氨酸代謝產(chǎn)物有吲哚、吲哚酸、甲基吲哚、色氨。腸道菌群也可以直接或間接影響內(nèi)源性色氨酸的產(chǎn)生［30］。色氨酸代謝產(chǎn)物作用于芳基受體（aryl hydrocarbon receptor，AhR）調(diào)節(jié)機體免疫系統(tǒng)。既往研究顯示，機體炎癥反應(yīng)會激活犬尿氨酸代謝通路，進而誘導(dǎo)Treg細胞分化，抑制炎癥反應(yīng)［31］。在腦卒中患者中，可以觀察到血清色氨酸代謝產(chǎn)物明顯降低，但是色氨酸對腦卒中后機體炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激的影響仍需進一步研究［32］。SCHIERING 等［33］發(fā)現(xiàn)AhR配體的過度降解會破壞腸道免疫穩(wěn)態(tài)，而補充AhR 配體可以拮抗這種不利影響。這提示補充色氨酸代謝產(chǎn)物可能通過影響腸道免疫系統(tǒng)改善卒中預(yù)后。最近的研究表明強抗氧化劑褪黑素與神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)密切相關(guān)，可能是治療腦血管疾病的有益藥物［34］。小膠質(zhì)細胞表面有褪黑素受體，褪黑素作用于小膠質(zhì)細胞促進其向具有抗炎保護作用的M2 型分化，早期應(yīng)用褪黑素可以有效減輕腦組織缺血再灌注損傷，改善卒中預(yù)后［35］。

4 總結(jié)及展望

腦卒中會引起大腦局部和全身的免疫炎癥反應(yīng)，激活大量免疫細胞。腸道免疫系統(tǒng)在其中扮演了重要角色。來自腸道免疫系統(tǒng)的免疫細胞浸潤腦實質(zhì)會密切影響卒中預(yù)后［19，36］。腸道菌群在卒中后機體免疫應(yīng)答中扮演了重要角色。雖然有研究證實，卒中誘導(dǎo)的腸道菌群變化會加劇機體炎癥反應(yīng)，惡化卒中結(jié)局［14］，但是也有研究證實，缺乏分節(jié)絲狀菌（segmented filamentous bacteria）的小鼠由于Treg 細胞擴增受限，其腦梗面積明顯擴大［37］。由此看來，進一步研究哪些種類的腸道微生物在腦卒中中具有神經(jīng)保護作用，哪些具有不利作用是必要的。目前，腸道菌群影響卒中后機體免疫應(yīng)答的具體機制尚不明確，腸道菌群代謝產(chǎn)物可能是連接腸道菌群與機體免疫應(yīng)答之間的重要環(huán)節(jié)，探尋腸道菌群—代謝產(chǎn)物—炎癥免疫反應(yīng)之間的細胞分子機制，可能是以后研究腸道菌群與卒中后機體免疫應(yīng)答關(guān)系的重要方向。腦卒中對腸道菌群的影響體現(xiàn)在腸道菌群代謝產(chǎn)物的變化上，利用腸道菌群代謝產(chǎn)物調(diào)節(jié)卒中后機體免疫應(yīng)答可能是卒中治療的新路。