糞菌移植治療炎癥性腸病：從免疫應(yīng)答到機(jī)制*

陳曉翠 孫 楊 繆應(yīng)雷

昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院消化內(nèi)科(650032)

炎癥性腸病(IBD)主要表現(xiàn)為腹痛、腹瀉、黏液膿血便等癥狀，常伴有出血、穿孔、梗阻、瘺管、肛裂甚至癌變等嚴(yán)重并發(fā)癥。21世紀(jì)以來(lái)，IBD在發(fā)展中國(guó)家越來(lái)越普遍，已成為全球性的公共衛(wèi)生挑戰(zhàn)[1]?，F(xiàn)有觀點(diǎn)認(rèn)為，環(huán)境因素作用于遺傳易感者并在腸道致病菌的參與下，引發(fā)了腸道的異常免疫應(yīng)答，啟動(dòng)腸黏膜炎癥反應(yīng)，從而導(dǎo)致了IBD的發(fā)生[2]。諸多研究結(jié)果表明腸道菌群變化對(duì)免疫介導(dǎo)的腸道炎癥有因果作用，其機(jī)制涉及宿主免疫與腸道微生態(tài)失調(diào)的多個(gè)方面[3]。目前的研究致力于從菌群-免疫互相作用以及腸道菌群療法方面逐步揭示其因果關(guān)系和關(guān)鍵機(jī)制，并尋找IBD的新的治療靶點(diǎn)[4]。糞菌移植(FMT)是一種新興的微生物靶向治療方法，可有效治療艱難梭菌感染(Clostridiumdifficileinfection, CDI)，治愈率超過(guò)90%[5]。目前FMT已用于IBD、腸易激綜合征、肥胖、自閉癥、急性移植物抗宿主病等多種疾病的治療[6]。本文就FMT治療IBD的研究進(jìn)展作一綜述。

一、FMT在IBD中的應(yīng)用現(xiàn)狀

迄今已有5項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)(RCT)評(píng)估了FMT在UC中的有效性，但結(jié)果不一[7]。一項(xiàng)meta分析結(jié)果表明，IBD患者接受FMT治療后臨床緩解率為33%[8]。一項(xiàng)對(duì)生物制劑、托法替尼和FMT治療UC的系統(tǒng)綜述和meta分析表明，F(xiàn)MT的療效與生物制劑和托法替尼相當(dāng)，且FMT和生物制劑不良事件的發(fā)生率無(wú)明顯差異[9]。白細(xì)胞介素(IL)-18是IBD中重要的促炎細(xì)胞因子，最近一項(xiàng)研究[10]發(fā)現(xiàn)，利用二甲雙胍處理小鼠糞便后進(jìn)行FMT可上調(diào)模式識(shí)別受體TLR1和TLR4表達(dá)，并下調(diào)炎癥因子IL-18表達(dá)。結(jié)腸炎相關(guān)結(jié)腸癌(colitis-associated cancer, CAC)是IBD最嚴(yán)重的并發(fā)癥。有研究[11]給予CAC小鼠FMT處理后，CD4+CD25+Foxp3+調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg細(xì)胞)表達(dá)明顯增加，而Th1/Th2/Th17細(xì)胞表達(dá)不明顯，并提出FMT可通過(guò)抑制NF-κB活性和細(xì)胞增殖來(lái)減少促炎因子、增加抗炎因子。但目前仍未明確FMT治療IBD的潛在微生物基礎(chǔ)、發(fā)揮療效的活性成分以及可預(yù)測(cè)療效的因子，因此，總結(jié)FMT治療IBD后產(chǎn)生的免疫應(yīng)答并探索其作用機(jī)制，對(duì)于發(fā)現(xiàn)新的生物標(biāo)志物、開(kāi)展靶向治療、預(yù)后評(píng)估具有重要意義。

二、FMT治療IBD后產(chǎn)生的免疫應(yīng)答

目前部分已發(fā)表的RCT支持使用FMT治療IBD，并提出臨床緩解與腸道微生態(tài)組成和功能恢復(fù)正?；姆€(wěn)定改變相關(guān)，這種改變導(dǎo)致固有免疫和適應(yīng)性免疫細(xì)胞頻率的變化，影響抗原呈遞細(xì)胞(antigen presenting cell, APC)的抗原呈遞能力，減少I(mǎi)FN-γ、IL-1β、TNF等促炎細(xì)胞因子的分泌，上調(diào)TGF-β、IL-10等抗炎細(xì)胞因子的表達(dá)，同時(shí)誘發(fā)體液免疫應(yīng)答，起到減輕炎癥的作用。

1. 固有免疫應(yīng)答：巨噬細(xì)胞、樹(shù)突細(xì)胞(dendritic cell, DC)、中性粒細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞(NK細(xì)胞)、天然淋巴細(xì)胞(innate lymphoid cells, ILCs)等以非特異性方式迅速識(shí)別病原體，其中巨噬細(xì)胞和DC作為APC連接固有免疫與適應(yīng)性免疫，通過(guò)分泌細(xì)胞因子刺激固有免疫細(xì)胞，并在MHCⅡ類(lèi)分子的作用下向T細(xì)胞呈遞抗原，從而參與IBD的炎癥過(guò)程[12]。有研究[13]發(fā)現(xiàn)，接受FMT治療后上述固有免疫細(xì)胞的表型、數(shù)量以及分泌的細(xì)胞因子譜產(chǎn)生了變化。

Costello等[14]給予UC患者FMT治療，未發(fā)現(xiàn)腸黏膜固有層單核細(xì)胞中NK細(xì)胞比例發(fā)生明顯變化。Landy等[15]亦未在8例慢性貯袋炎患者接受FMT治療后發(fā)現(xiàn)DC表型和細(xì)胞因子譜的改變。Burrello等[13]認(rèn)為FMT后腸道微生物組修飾可引起免疫細(xì)胞頻率的變化，增加抗菌肽和黏蛋白，減少APC對(duì)細(xì)菌抗原的呈遞，從而起到減輕炎癥的作用。有趣的是，Burrello等[13]還發(fā)現(xiàn)FMT能減少DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠ILC2和ILC3的炎癥驅(qū)動(dòng)；維持和傳播腸道炎癥的APC則呈現(xiàn)出F4/80+巨噬細(xì)胞和CD11b+Ly6G+中性粒細(xì)胞頻率下降，部分絕對(duì)數(shù)量下降；FMT衍生的微生物群使產(chǎn)生TNF的DC和巨噬細(xì)胞頻率顯著降低，增加產(chǎn)生IL-10的腸道DC和單核細(xì)胞的頻率；而且結(jié)腸中表達(dá)MHCⅡ的專(zhuān)職APC數(shù)量和APC上MHCⅡ表達(dá)均明顯減少。由此可見(jiàn)，F(xiàn)MT可能對(duì)固有免疫細(xì)胞的數(shù)量、頻率和表型有特定的影響，提示FMT可能直接作用于專(zhuān)職APC的抗原呈遞能力，影響DC和巨噬細(xì)胞的數(shù)量以及促炎因子表達(dá)，從而起到減輕炎癥的作用，但尚需大樣本研究對(duì)免疫學(xué)結(jié)果行進(jìn)一步探討。

2. 適應(yīng)性免疫應(yīng)答：適應(yīng)性免疫依賴(lài)于通過(guò)B細(xì)胞或T細(xì)胞受體精確識(shí)別抗原，導(dǎo)致大量促炎細(xì)胞因子和趨化因子的產(chǎn)生，從而引發(fā)針對(duì)腸道微生物群的級(jí)聯(lián)反應(yīng)。

①免疫細(xì)胞的數(shù)量和表型變化：目前關(guān)于接受FMT治療后免疫細(xì)胞數(shù)量和表型變化的研究結(jié)果間存在差異。Costello等[14]并未發(fā)現(xiàn)腸黏膜固有層單核細(xì)胞中γδT細(xì)胞、T細(xì)胞(包括記憶細(xì)胞、CD4、CD8、Treg細(xì)胞)比例發(fā)生顯著變化，在調(diào)整臨床疾病活動(dòng)性評(píng)分后CD4+T細(xì)胞增加顯著，而Treg細(xì)胞無(wú)明顯改變。Burrello等[13]發(fā)現(xiàn)DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠接受FMT治療后，iNKT細(xì)胞頻率增加，但絕對(duì)數(shù)量并未增加；CD4+T細(xì)胞頻率和數(shù)量均減少；而結(jié)腸CD8+T細(xì)胞頻率和表型不受影響；值得注意的是，F(xiàn)MT衍生的微生物群可略微增加Foxp3+Treg細(xì)胞頻率。已有研究[16]表明FMT可使IBD體內(nèi)厚壁菌門(mén)增加。Natividad等[17]則指出富含厚壁菌門(mén)的生態(tài)療法可降低小鼠對(duì)結(jié)腸炎的敏感性，UC中厚壁菌門(mén)減少，Th17相關(guān)基因表達(dá)增加，表達(dá)IL-17A的CD4+細(xì)胞增加，而添加了厚壁菌門(mén)的細(xì)菌分離物可在體外消除增強(qiáng)的Th17反應(yīng)。由此推測(cè)FMT治療IBD過(guò)程中增加的厚壁菌門(mén)可減輕Th17反應(yīng)，從而達(dá)到抗炎的目的。兩項(xiàng)小樣本研究[18-19]亦發(fā)現(xiàn)單次FMT后IBD結(jié)腸黏膜Treg細(xì)胞增加，Th1細(xì)胞減少。Tian等[20]的研究發(fā)現(xiàn)，DSS可顯著增加結(jié)腸炎小鼠調(diào)節(jié)性B細(xì)胞數(shù)量；給予FMT治療5 d后，調(diào)節(jié)性B細(xì)胞比例與正常對(duì)照相比無(wú)明顯差異，而Treg細(xì)胞比例顯著增加。Burrello等[21]發(fā)現(xiàn)，與結(jié)腸炎小鼠相比，F(xiàn)MT治療小鼠分離出來(lái)的T細(xì)胞增殖能力下降，在表型上CD8+T和CD4+T細(xì)胞比例更低，這兩種細(xì)胞表達(dá)細(xì)胞毒性相關(guān)分子CD107a，進(jìn)一步說(shuō)明FMT可使小鼠結(jié)腸T細(xì)胞促炎表型減少。

②細(xì)胞因子的變化

a. 促炎細(xì)胞因子：Burrello等[13]的研究發(fā)現(xiàn)FMT治療可使IFN-γ、TNF、IL-1β、IL-17和IL-6表達(dá)顯著下降。有研究指出，供體的腸道菌群可限制腸道通透性，抑制腸上皮細(xì)胞凋亡，重建腸道屏障的功能，并減輕促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生[22]。在一項(xiàng)單中心、前瞻性、開(kāi)放標(biāo)簽研究[18]中，對(duì)FMT治療前后黏膜活檢進(jìn)行免疫細(xì)胞譜分析，發(fā)現(xiàn)Treg細(xì)胞在第4周時(shí)分泌IFN-γ明顯減少，但I(xiàn)L-4、IL-17、IL-22或Th17的分泌無(wú)明顯差異。Tian等[20]發(fā)現(xiàn)FMT通過(guò)調(diào)節(jié)促炎因子如IFN-γ、TNF、IL-1β、IL-17和IL-6的表達(dá)，穩(wěn)定地減輕結(jié)腸炎癥；同時(shí)該研究還分析了參與遠(yuǎn)端結(jié)腸炎癥的5種關(guān)鍵細(xì)胞因子的mRNA轉(zhuǎn)錄水平，結(jié)腸炎組IL-6、IL-1和IFN-γ轉(zhuǎn)錄水平顯著升高，而FMT可顯著降低IL-1和IFN-γ轉(zhuǎn)錄水平。表明FMT改善小鼠炎癥可能不僅與免疫增殖能力的降低有關(guān)，而且與黏膜免疫細(xì)胞整體的促炎潛能降低有關(guān)。

b. 抗炎細(xì)胞因子：一項(xiàng)對(duì)19例中重度UC患者的研究[23]顯示，接受單次上消化道FMT后，大量血清細(xì)胞因子如IL-10和IL-17等均未出現(xiàn)變化。Wei等[24]發(fā)現(xiàn)FMT不僅會(huì)導(dǎo)致結(jié)腸組織中芳香烴受體(AhR)的上調(diào)，還會(huì)導(dǎo)致TGF-β和IL-10的上調(diào)，從而緩解DSS小鼠結(jié)腸炎。IL-10是IBD重要的抗炎細(xì)胞因子，Burrello等[13]發(fā)現(xiàn)DSS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎小鼠單獨(dú)接受FMT治療后，IL-10分泌增加，而同時(shí)給予FMT和IL-10受體(IL-10R)阻斷后，結(jié)腸IFN-γ、IL-1β和TNF表達(dá)增加。表明微生物群在IL-10介導(dǎo)的炎癥控制中有直接作用。由此推測(cè)FMT誘導(dǎo)產(chǎn)生的IL-10微生物群落變化以及黏膜適應(yīng)性細(xì)胞亞群耐受IL-10的變化有助于共同緩解炎癥。

c. 其他細(xì)胞因子：除上述細(xì)胞因子外，其他一些趨化因子、黏附分子等亦參與IBD的發(fā)病。Wang等[25]對(duì)活動(dòng)性UC患者的研究結(jié)果顯示，與FMT治療前相比，第二次FMT治療后血清IL-1Ra、上皮中性粒細(xì)胞激活肽(ENA)-78、干擾素誘導(dǎo)蛋白(IP)-10水平顯著降低，血清血管細(xì)胞黏附分子(VCAM)-1、粒細(xì)胞集落刺激因子(G-CSF)和黏膜相關(guān)上皮趨化因子(MEC)在第一次和第二次FMT后均顯著降低，血清IL-1Ra、VCAM-1水平與CRP、ESR均呈顯著正相關(guān)。說(shuō)明IL-1Ra、IP-10、VCAM-1和G-CSF等可能是評(píng)價(jià)FMT對(duì)UC影響的生物標(biāo)志物。

總之，F(xiàn)MT有可能通過(guò)增加抗炎細(xì)胞因子和減少促炎細(xì)胞因子來(lái)緩解IBD，其中一些重要且變化顯著的細(xì)胞因子可能可作為評(píng)價(jià)FMT治療IBD的生物標(biāo)志物。

3. 體液免疫應(yīng)答：sIgA是腸道黏液中最豐富的免疫球蛋白，對(duì)腸道屏障功能起有重要作用。一項(xiàng)針對(duì)FMT治療CDI后IgA靶向菌群變化的研究[26]表明，接受FMT治療后受者的IgA靶向模式與供者的IgA靶向模式非常相似，提示FMT植入的菌群可能誘發(fā)了某些體液免疫應(yīng)答。有研究[27]顯示抗菌藥物誘導(dǎo)的菌群失調(diào)可能導(dǎo)致腸內(nèi)sIgA水平降低，而FMT能有效恢復(fù)sIgA的分泌。Hevia等[28]在CD和UC患者中均觀察到黏膜漿細(xì)胞浸潤(rùn)增加，腸黏膜IgG水平增加，但目前FMT對(duì)腸黏膜IgG影響的報(bào)道較少。

三、FMT治療IBD的免疫學(xué)機(jī)制

FMT可能通過(guò)調(diào)整腸道菌群來(lái)調(diào)節(jié)微生物代謝、促進(jìn)腸黏膜屏障修復(fù)、與真菌和病毒相互作用等途徑改善IBD的急慢性炎癥[22,29-30]。

1. 調(diào)節(jié)微生物代謝：Ricciuto等[31]發(fā)現(xiàn)FMT應(yīng)答者的腸道微生物群不斷向產(chǎn)生丁酸鹽的微生物(如梭菌簇Ⅳ和ⅪVa)轉(zhuǎn)移。也有證據(jù)表明FMT通過(guò)增加短鏈脂肪酸(short chain fatty acid, SCFA)尤其是丁酸的產(chǎn)生來(lái)降低腸道通透性，從而緩解UC的嚴(yán)重程度，反過(guò)來(lái)有助于維持上皮屏障的完整性，并抑制Th1細(xì)胞分化、T細(xì)胞活性、白細(xì)胞黏附和炎癥因子恢復(fù)免疫失調(diào)[32]。Alam等[33]對(duì)小鼠模型的研究發(fā)現(xiàn)，Akkermansiamuciniphila(屬于疣微菌門(mén))是一種有助于腸道黏膜修復(fù)的益生菌，且與IL-10、SCFA的產(chǎn)生有關(guān)。一項(xiàng)研究[34]結(jié)果表明難治性UC患者在接受FMT治療后Akkermansiamuciniphila的相對(duì)豐度顯著升高。一項(xiàng)針對(duì)仔豬的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，給予FMT后菌群衍生的色氨酸分解代謝物吲哚-3-乙酸顯著增加，并伴隨AhR活化增強(qiáng)和IL-22上調(diào)[35]。綜上所述，推測(cè)FMT植入的某些特定菌群可通過(guò)改善微生物代謝促進(jìn)黏膜愈合并產(chǎn)生重要的抗炎細(xì)胞因子。

2. 影響腸黏膜屏障的功能：Burrello等[13]發(fā)現(xiàn)FMT處理組結(jié)腸中緊密連接蛋白ZO-1表達(dá)不受影響，而在急性腸炎中起抗炎作用的兩種抗菌肽Camp和S100A8、兩種黏蛋白Muc1和Muc4表達(dá)均在接受FMT治療后上調(diào)。由此推測(cè)健康供體引入的腸道菌群能維持患者腸上皮的完整性，限制腸道通透性，重建腸黏膜屏障功能。腸道氧化應(yīng)激在IBD發(fā)病中也具有重要意義，活性氧超載會(huì)破壞細(xì)胞骨架蛋白，導(dǎo)致腸上皮細(xì)胞的緊密連接和上皮通透性的改變，最終導(dǎo)致屏障破壞[36]。Zhang等[37]發(fā)現(xiàn)給予FMT干預(yù)后，過(guò)氧化氫酶、超氧化物歧化酶、總抗氧化力等氧化應(yīng)激參數(shù)水平顯著改善，提示FMT可能改善氧化應(yīng)激。

3. 與真菌和病毒介導(dǎo)的免疫反應(yīng)有關(guān)：Zuo等[38]認(rèn)為噬菌體轉(zhuǎn)移與FMT治療CDI的療效有關(guān)。Concei??o-Neto等[39]認(rèn)為FMT成功治療UC患者的原因與低真核病毒豐富度相關(guān)。一項(xiàng)關(guān)于FMT的開(kāi)創(chuàng)性研究[40]探索了噬菌體在改變黏膜免疫反應(yīng)中的作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CD4+T細(xì)胞產(chǎn)生的IFN-γ與腸道病毒的相對(duì)豐度呈正相關(guān)，特別是噬菌體Caudiovirales，其在對(duì)FMT無(wú)效的患者中顯著富集。因此，F(xiàn)MT對(duì)宿主的作用可能與腸道病毒介導(dǎo)的免疫有關(guān)，在接受FMT前對(duì)UC患者進(jìn)行病毒體篩查可能是一種有價(jià)值的預(yù)測(cè)療效的手段。白念珠菌在腸道中可能誘發(fā)強(qiáng)烈的促炎免疫反應(yīng)，Leonardi等[41]通過(guò)檢測(cè)血清白念珠菌IgG水平來(lái)評(píng)估FMT對(duì)誘導(dǎo)抗白念珠菌免疫應(yīng)答的影響，發(fā)現(xiàn)8周后安慰劑組抗白念珠菌IgG反應(yīng)顯著增加，而同期FMT受體中抗白念珠菌IgG滴度穩(wěn)定。由此表明FMT可能通過(guò)減少白念珠菌豐度和影響腸道真菌誘導(dǎo)的促炎免疫反應(yīng)來(lái)發(fā)揮作用。一項(xiàng)評(píng)估FMT誘導(dǎo)UC緩解的隨機(jī)雙盲安慰劑對(duì)照臨床試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在FMT療效為陰性的患者中，薩特菌屬豐富度較高[42]。而有研究指出，薩特菌屬中的一些細(xì)菌有IgA蛋白酶的基因，可降解IgA，降低腸道中IgA水平，從而損害腸道免疫反應(yīng)[43]。說(shuō)明行FMT時(shí)選擇薩特菌屬豐度低的患者可能提高療效。

四、小結(jié)與展望

目前對(duì)FMT的作用機(jī)制研究較少，IBD患者在接受FMT治療時(shí)，是否存在涉及微生物正常生長(zhǎng)、變化、與免疫系統(tǒng)相互作用的調(diào)節(jié)軸，從而闡明菌群-免疫互作的機(jī)制。同時(shí)隨著大量IBD新療法的出現(xiàn)，如何根據(jù)患者的血清學(xué)標(biāo)志、免疫學(xué)特征開(kāi)展FMT個(gè)體化治療是亟待解決的問(wèn)題。因此，迫切需要針對(duì)作用通路的精準(zhǔn)干預(yù)療法以及能預(yù)測(cè)FMT療效的生物標(biāo)志物，以便減少不必要的低效治療和不良事件，為IBD患者帶來(lái)福音。