腸道微生物在類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎機(jī)制中的作用及對(duì)心血管風(fēng)險(xiǎn)的影響

楊金萍 桂 明

(中南大學(xué)湘雅三醫(yī)院腎病風(fēng)濕科，長(zhǎng)沙 410013)

類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis,RA)是一種慢性系統(tǒng)性的自身免疫疾病，患病率在0.24%-1%之間[1]。RA的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，涉及遺傳和環(huán)境兩方面的因素[2]。最近的研究表明，腸道微生物通過影響調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cell,Treg)和輔助性T細(xì)胞(helper T cell,Th)之間的平衡來(lái)調(diào)控促炎和抗炎反應(yīng)，增加促炎細(xì)胞因子的表達(dá)，從而影響RA的發(fā)生發(fā)展[3-5]。心血管疾病(cardiovascular disease,CVD)是導(dǎo)致RA患者死亡的主要原因，RA患者的CVD的病理生理學(xué)涉及免疫失調(diào)和慢性炎癥，近期的研究表明，腸道微生物群和其代謝產(chǎn)物的改變參與CVD的發(fā)生發(fā)展[6]。本文將介紹腸道微生物在RA機(jī)制中的作用并探討其對(duì)心血管疾病發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的影響。

1 腸道微生物

1.1腸道微生物概述 人體腸道(200～300 m2的黏膜)是10萬(wàn)億個(gè)不同共生體(50個(gè)細(xì)菌門和約100～1 000個(gè)細(xì)菌物種)的“秘密花園”，統(tǒng)稱為“微生物群”，其編碼的基因被稱為“微生物組”，比人類基因組多150倍[7]。人體大多數(shù)微生物存在于腸道中，它們?cè)诤铣蓹C(jī)體必需的維生素和營(yíng)養(yǎng)素、保護(hù)宿主免受病原體的入侵及調(diào)節(jié)免疫宿主反應(yīng)方面發(fā)揮重要作用[8]。正常情況下，腸道菌群與宿主及外部環(huán)境保持動(dòng)態(tài)平衡[9]。研究表明，新生兒的腸道幾乎是無(wú)菌的，出生后腸道微生物的組成取決于以下幾個(gè)因素，包括年齡、分娩方式、母體微生物組成、早期是否使用抗生素和喂養(yǎng)方案等[10]。每個(gè)個(gè)體都有獨(dú)特的相對(duì)穩(wěn)定的腸道微生物群模式，在一定程度上可以抵抗抗生素和病原體的干擾[11]。近期的研究表明，人類微生物群分為三種，包括：擬桿菌型、普氏菌型、瘤胃球菌型，人類腸道微生物組的個(gè)體差異大，平均遺傳率僅為1.9%～8.1%，而腸道微生物組20%以上的差異與環(huán)境因素有關(guān)[12]。

1.2腸道微生物與免疫應(yīng)答 文獻(xiàn)報(bào)道，個(gè)體腸道微生物群數(shù)量占體內(nèi)總微生物量的80%以上，與免疫系統(tǒng)的聯(lián)系最密切[13]。腸道相關(guān)淋巴組織(gut-associated lymphoid tissue,GALT)是人體最大的免疫器官，約占人體免疫系統(tǒng)總表面積的70%，所有產(chǎn)生分泌型IgA的漿細(xì)胞約有80%駐留在腸道固有層中[14]。腸道微生物在宿主免疫系統(tǒng)的發(fā)育和成熟中發(fā)揮重要作用，研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)菌小鼠的GALT的發(fā)育存在明顯的缺陷，若將無(wú)菌小鼠重新暴露于腸道微生物分離出來(lái)的肽聚糖中，受損的淋巴組織結(jié)構(gòu)能夠正常發(fā)育成熟[15]。

研究表明，腸道微生物群在人類3歲左右時(shí)趨于穩(wěn)定并維持其多樣性，與宿主免疫系統(tǒng)共同進(jìn)化，協(xié)同完成機(jī)體必需的生理過程，從而達(dá)到共生狀態(tài)。有學(xué)者指出，腸道共生菌群的組成和相對(duì)豐度影響宿主的免疫應(yīng)答[16]。在人體健康的生理情況下，腸道共生菌群維持體內(nèi)Th17/Treg細(xì)胞的平衡，可以有效防止自身免疫反應(yīng)的發(fā)生[17]。研究表明，分段絲狀細(xì)菌(segmented filamentous bacteria,SFB)，一種常見的腸道共生菌，它可以促進(jìn)腸道中Th17細(xì)胞的增殖和活化，增加促炎細(xì)胞因子的分泌，從而增強(qiáng)宿主的黏膜免疫應(yīng)答[10]。脆弱擬桿菌是另一種腸道共生菌，通過與Toll樣受體-2(Toll-like receptor,TLR2)結(jié)合，增加Treg細(xì)胞的比例，抑制Th17細(xì)胞的產(chǎn)生，從而維持免疫穩(wěn)態(tài)[18]。

2 腸道微生物與RA

研究表明，腸道微生物的改變通過影響腸道微生物與宿主免疫系統(tǒng)之間的相互作用，導(dǎo)致免疫調(diào)節(jié)失調(diào)，從而導(dǎo)致RA發(fā)病[19]。腸道微生物和免疫系統(tǒng)之間雙向調(diào)控，共同維持免疫穩(wěn)態(tài)。然而，腸道微生物和RA間的因果關(guān)系的確立仍有待進(jìn)一步研究[20]。

2.1RA腸道微生物的變化 研究表明，與健康對(duì)照組相比，RA患者的腸道微生物多樣性降低，其中放線桿菌屬和擬桿菌屬的豐度增加[21]。此外有研究發(fā)現(xiàn)，早期RA患者腸道中的擬桿菌和雙歧桿菌的分布顯著下降，而普氏菌分布呈增多趨勢(shì)[22]。有學(xué)者提出，RA患者腸道微生物中的乳酸桿菌的多樣性增加[23]。值得一提的是，蠕蟲狀闌尾，作為一個(gè)富含Treg細(xì)胞的免疫器官，其黏膜周圍存在的最豐富的共生細(xì)菌門包括厚壁菌門、擬桿菌門、放線菌門、變形菌門、梭桿菌門。流行病學(xué)研究表明，既往有闌尾切除術(shù)病史的病人患RA的風(fēng)險(xiǎn)明顯增加，研究者認(rèn)為闌尾可能有助于在腸道菌群紊亂后重新接種腸道內(nèi)的微生物，參與維持RA的腸道微生物群穩(wěn)態(tài)[24]。

2.2腸道微生物參與RA發(fā)病 RA是基因、環(huán)境因素和免疫系統(tǒng)之間的相互作用的結(jié)果，越來(lái)越多的研究表明，腸道微生物是RA發(fā)病機(jī)制中不可缺少的環(huán)境因素[25]。在20世紀(jì)提出的“毒性因子”假說(shuō)認(rèn)為腸道革蘭氏陰性細(xì)菌會(huì)增加循環(huán)內(nèi)“有毒代謝產(chǎn)物”的產(chǎn)生，促進(jìn)關(guān)節(jié)炎癥的發(fā)展[26]。KIM等[25]通過建立具有遺傳易感性的實(shí)驗(yàn)性RA模型，證實(shí)了腸道微生物在RA發(fā)病中的關(guān)鍵作用。近期的研究結(jié)果顯示，RA患者的滑膜中提取出的腸道菌群DNA以及RA患者腸道共生菌群的異常，進(jìn)一步驗(yàn)證了腸道微生物在RA的發(fā)病機(jī)制中的重要性[27]。

腸道微生物參與RA發(fā)病的機(jī)制包括分子模擬、外膜囊泡、T細(xì)胞分化、表觀遺傳修飾、免疫啟動(dòng)以及免疫衰老，其中涉及分子模擬的機(jī)制被廣泛接受[28]。研究表明，外源性細(xì)菌抗原和自身抗原之間的分子模擬可以促進(jìn)T細(xì)胞和B細(xì)胞的分化和成熟，T細(xì)胞的表位模擬可能構(gòu)成黏膜免疫與關(guān)節(jié)免疫之間的潛在聯(lián)系，特別是普氏菌屬可能與關(guān)節(jié)內(nèi)高表達(dá)蛋白的自身表位發(fā)生交叉免疫反應(yīng)，從而激活黏膜表面的T細(xì)胞，促進(jìn)關(guān)節(jié)炎癥的發(fā)生[29]。類似的研究表明，腸道微生物可通過自身抗原的分子模擬促進(jìn)RA的發(fā)病[23]，例如，有學(xué)者提出[30]，SFB通過分子模擬的機(jī)制選擇性地?cái)U(kuò)增Th17細(xì)胞表達(dá)的T細(xì)胞受體(T cell receptor,TCR)，識(shí)別SFB表位和自身抗原，從而增強(qiáng)宿主體內(nèi)的自身免疫反應(yīng)。同樣地，腸道微生物的代謝產(chǎn)物也可以發(fā)揮分子模擬的作用，包括小分子有機(jī)酸、膽汁酸、維生素、膽堿代謝物和脂質(zhì)[31]。

2.3腸道微生物影響RA的免疫應(yīng)答 在健康人的生理情況下，正常的腸道微生物群維持免疫穩(wěn)態(tài)。最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，RA患者外周血中的Treg細(xì)胞比例減少，Th17細(xì)胞比例升高，提示RA患者的Th17/Treg細(xì)胞失衡。越來(lái)越多的研究表明，腸道微生物群通過調(diào)控Th17/Treg細(xì)胞的平衡狀態(tài)來(lái)影響RA的免疫應(yīng)答[32-33]。研究表明，Treg/Th17細(xì)胞的分化和擴(kuò)增由厭氧細(xì)菌的特定成員獨(dú)立控制[34]；普氏菌通過介導(dǎo)Th細(xì)胞的分化影響Th1細(xì)胞和Th17細(xì)胞的比例[35]；脆弱類桿菌通過其表達(dá)的多糖A與TLR2相互作用，增強(qiáng)Treg細(xì)胞的抗炎作用[18]。此外，腸道代謝產(chǎn)物(如丁酸鹽)與RA的免疫應(yīng)答密切相關(guān)。研究表明，丁酸鹽通過調(diào)節(jié)Treg/IL-10/Th17軸抑制了膠原誘導(dǎo)性關(guān)節(jié)炎(CIA)小鼠模型關(guān)節(jié)炎的進(jìn)展[36]。近期的研究發(fā)現(xiàn)，RA患者的腸道微生物的組成和功能發(fā)生改變，并且與臨床指標(biāo)相關(guān)，經(jīng)過抗風(fēng)濕藥物治療后，RA患者異常的腸道微生物部分恢復(fù)，研究結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了腸道微生物參與調(diào)節(jié)RA的免疫應(yīng)答[37]。

腸道微生物群與GALT之間互相影響，共同控制RA的發(fā)生發(fā)展[38]。研究表明，普氏菌通過激活表達(dá)TLR的細(xì)胞，增加促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生，從而促進(jìn)了Th17細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)-中性粒細(xì)胞的募集[39]；此外，普氏菌還可以通過刺激RA小鼠模型的B細(xì)胞，調(diào)控Th17細(xì)胞的促炎反應(yīng)，促進(jìn)抗瓜氨酸化蛋白抗體的形成[40]。另有研究表明，SFB通過誘導(dǎo)腸濾泡輔助性T細(xì)胞向全身淋巴組織部位分化和遷移，促進(jìn)自身抗體的產(chǎn)生，從而加重關(guān)節(jié)炎的癥狀[30]。

2.4RA的免疫應(yīng)答及其對(duì)腸道微生物的影響 文獻(xiàn)報(bào)道，人體胃腸道黏膜表面由一層腸上皮細(xì)胞(intestinal epithelial cells,IECS)組成，IECS表達(dá)模式識(shí)別受體(pattern recognition receptors,PRRs)，負(fù)責(zé)識(shí)別腸道的病原體相關(guān)模式分子(pathogen-associated molecular patterns,PAMPs)[41]。在RA中，腸道微生物通過調(diào)控位于GALT上的抗原提呈細(xì)胞和PRRs激活免疫應(yīng)答[42]，TLR參與維持Th17/Treg細(xì)胞的平衡，其中Th17細(xì)胞通過產(chǎn)生促炎性細(xì)胞因子以及招募中性粒細(xì)胞促進(jìn)自身免疫反應(yīng)，而Treg細(xì)胞通過增加Th細(xì)胞的比例影響腸道炎癥反應(yīng)[14]。研究表明，RA患者位于GALT的免疫細(xì)胞處于免疫失調(diào)狀態(tài)。例如，RA患者外周血和淋巴結(jié)中的CD4+IL-10+T細(xì)胞表達(dá)減少，而外周血中的CD4+IL-17A+T細(xì)胞表達(dá)增多，這與關(guān)節(jié)炎發(fā)病密切相關(guān)[43]。

已有大量研究證明了腸道微生物群在RA發(fā)病中的作用，但目前仍不清楚腸道微生物的改變是RA的致病因素，還是RA自身的炎癥反應(yīng)影響腸道微生物群的組成[44]。以前的研究表明，宿主的免疫系統(tǒng)會(huì)影響腸道微生物的分布[4]。有研究表明，IECS的自噬功能的破壞可以改變小鼠腸道微生物的組成，降低小鼠腸道微生物的多樣性[45]。另有研究表明，TLR基因型參與調(diào)控腸道微生物群的組成，缺乏TLR5的小鼠的腸道微生物群發(fā)生改變[4]。更重要的是，有學(xué)者提出，RA的基因型決定腸道微生物群的組成，研究結(jié)果顯示，與攜帶具有遺傳抗性基因HLA DRB*0402的小鼠相比，攜帶關(guān)節(jié)炎易感基因HLA DRB*0401的小鼠具有不同的腸道微生物群，他們認(rèn)為這與腸道黏膜免疫功能的改變相關(guān)[44]。最近的研究表明，RA中腸道微生物組的變化至少部分是由于HLA-B27和HLA-DRB1對(duì)腸道微生物群的影響所致[46]。除此之外，免疫功能上的缺陷也可能影響微生物群的組成，有研究發(fā)現(xiàn)，RA患者使用免疫抑制劑后，體內(nèi)的腸道微生物群隨之發(fā)生變化[47]。

3 腸道微生物參與RA心血管風(fēng)險(xiǎn)的調(diào)控

文獻(xiàn)報(bào)道，與健康人群相比，RA患者的CVD發(fā)生率增加了兩倍，動(dòng)脈粥樣硬化(arteriosclerosis,AS)是CVD中最常見的病理改變[48]。AS是一種慢性炎癥性病變，適應(yīng)性免疫系統(tǒng)的異常激活可以加速疾病進(jìn)展，研究表明，T淋巴細(xì)胞存在于AS病變的各個(gè)階段[49]。有學(xué)者提出，Treg細(xì)胞主要通過阻斷Th1細(xì)胞的分化調(diào)節(jié)局部炎癥反應(yīng)，發(fā)揮抗AS的作用，效應(yīng)T細(xì)胞與Treg細(xì)胞比值升高可以促進(jìn)AS的進(jìn)展[50]。許多研究表明,腸道微生物和其代謝產(chǎn)物的改變通過調(diào)控宿主的慢性炎癥反應(yīng)，影響CVD的發(fā)生[51]。例如，KOREN等[52]利用16S rRNA基因測(cè)序的方法在AS斑塊中檢測(cè)到細(xì)菌DNA，證實(shí)了腸道微生物可能參與AS斑塊的形成；氧化三甲胺(Trimetlylamine oxide,TMAO)作為一種常見的腸道微生物代謝產(chǎn)物，已有研究證實(shí)TMAO可能影響斑塊和血栓的形成，與AS的形成密切相關(guān)[53]。

越來(lái)越多的證據(jù)表明，腸道微生物群的改變與RA疾病進(jìn)展間存在關(guān)聯(lián)。益生菌作為一種活的“腸道微生物”，它主要通過增強(qiáng)Treg細(xì)胞的功能，減少Th17細(xì)胞的產(chǎn)生，從而影響宿主的免疫系統(tǒng)功能。研究表明，補(bǔ)充益生菌可以降低CIA小鼠模型中RA的發(fā)生率[54]。更重要的是，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充益生菌可以改變TMAO的產(chǎn)生，以此來(lái)達(dá)到預(yù)防AS的目的[55]。此外，近期的研究表明，普氏菌比例的增加可以導(dǎo)致血漿TMAO水平的增加、TLR4過度活化、C反應(yīng)蛋白增加等。在RA患者中，普氏菌通過其表達(dá)的脂多糖與TLR4結(jié)合，可能導(dǎo)致血小板聚集、T細(xì)胞異常激活和蛋白尿的增加，從而增加心血管風(fēng)險(xiǎn)[56]。由此可見，腸道菌群的調(diào)節(jié)或許可以成為改善RA患者心血管風(fēng)險(xiǎn)的潛在治療手段。

4 小結(jié)與展望

腸道微生物群與宿主免疫系統(tǒng)共同維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)，腸道微生物對(duì)自身免疫反應(yīng)的調(diào)控有重要的影響。已經(jīng)有大量研究表明，RA患者腸道微生物發(fā)生特異性改變，腸道微生物是RA發(fā)病機(jī)制中不可缺少的環(huán)境因素，而且腸道微生物是體內(nèi)炎癥分子的來(lái)源，其多種代謝產(chǎn)物已經(jīng)被證明與心血管風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)。對(duì)于RA患者而言，腸道菌群的調(diào)控或許可以為RA患者的治療提供新的治療方向。