腸道菌群對(duì)痛風(fēng)免疫機(jī)制的影響研究

王慧,高惠英,李小峰

(山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院風(fēng)濕免疫科，太原 030001)

痛風(fēng)是嘌呤代謝異常導(dǎo)致的一種炎癥及免疫性疾病，嚴(yán)重者可導(dǎo)致腎功能不全甚至殘疾[1]。近年來隨著人們生活水平的提高，痛風(fēng)的發(fā)病率也逐年升高，嚴(yán)重威脅人類健康，給患者家庭和社會(huì)帶來巨大負(fù)擔(dān)。隨著對(duì)痛風(fēng)免疫機(jī)制研究的深入發(fā)現(xiàn)，CD4+T細(xì)胞亞群中的輔助性T細(xì)胞17(helper T cell 17，Th17細(xì)胞)、調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cell,Treg細(xì)胞)及兩者之間的平衡在痛風(fēng)的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，并與關(guān)節(jié)癥狀的嚴(yán)重程度相關(guān)[2-5]。近年來腸道微生態(tài)已成為調(diào)控免疫系統(tǒng)的重要因素，與多種自身免疫性疾病和代謝性疾病相關(guān)。腸道菌群及其代謝物可通過影響免疫功能，進(jìn)而調(diào)控疾病進(jìn)程。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，痛風(fēng)患者的腸道菌群組成與健康體檢者不同，而給予益生菌治療可有效改善關(guān)節(jié)炎癥狀[6]，提示痛風(fēng)的發(fā)病與腸道菌群失衡有關(guān)。腸道菌群失調(diào)可影響Th17與Treg細(xì)胞的免疫平衡，通過調(diào)節(jié)腸道菌群可調(diào)控Th17與Treg細(xì)胞的免疫失衡，故有可能成為控制痛風(fēng)反復(fù)發(fā)作的新方法?，F(xiàn)就腸道菌群在痛風(fēng)中的研究進(jìn)展予以綜述，以期為痛風(fēng)的發(fā)病機(jī)制研究及治療提供新思路。

1 痛風(fēng)患者腸道菌群的分布特點(diǎn)

人的胃腸道內(nèi)寄居著種類繁多的微生物，這些微生物互相制約、互相依存，形成一種動(dòng)態(tài)平衡，并與宿主建立復(fù)雜的營養(yǎng)關(guān)系。腸道菌群在新生兒出生后即定植于腸道。有研究表明，早期人類腸道菌群組成是兒童和成人健康狀況的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)因素，在宿主的整個(gè)生命中發(fā)揮重要作用[7]。腸道菌群變化與人類和動(dòng)物的多種疾病相關(guān)，包括炎性腸病、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、多發(fā)性硬化癥、干燥綜合征等[8]。腸道菌群失衡可損壞腸道屏障，而給予益生菌治療可增強(qiáng)腸道的屏障作用，改善疾病癥狀[9]。

痛風(fēng)作為一種代謝性疾病及免疫炎癥性疾病，其發(fā)生發(fā)展也與腸道菌群有一定相關(guān)性。近年來有學(xué)者通過比較痛風(fēng)患者和健康人腸道菌群組成發(fā)現(xiàn)，痛風(fēng)患者的腸道菌群組成與健康人群有明顯區(qū)別，其中糞便擬桿菌富集，而柔嫩梭桿菌、普氏菌及雙歧桿菌缺乏，且痛風(fēng)患者腸道菌群變化要早于外周血中尿酸的變化[10]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，腸道菌群變化伴隨代謝產(chǎn)物的變化，并提出代謝產(chǎn)物的變化可能是影響痛風(fēng)的途徑[11]。Yu等[12]的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，高尿酸血癥大鼠中腸道菌群富集度較低，而給予降尿酸治療后并不會(huì)使腸道菌群富集度恢復(fù)。

2 腸道菌群參與痛風(fēng)的免疫機(jī)制

近年來隨著對(duì)痛風(fēng)免疫機(jī)制研究的深入發(fā)現(xiàn)，Th17及Treg細(xì)胞在痛風(fēng)發(fā)病的免疫機(jī)制中占重要地位，而腸道菌群對(duì)痛風(fēng)的影響可能是通過調(diào)節(jié)免疫機(jī)制實(shí)現(xiàn)。

2.1痛風(fēng)的免疫機(jī)制 痛風(fēng)患者的嘌呤代謝紊亂導(dǎo)致單鈉尿酸鹽沉積在關(guān)節(jié)腔，作為一種危險(xiǎn)信號(hào)，可以觸發(fā)先天性和獲得性免疫反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，單核細(xì)胞/巨噬細(xì)胞、肥大細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞均參與痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的發(fā)生發(fā)展[13]。單鈉尿酸鹽可以激活巨噬細(xì)胞，通過識(shí)別不同的模式識(shí)別受體，包括膜結(jié)合受體和細(xì)胞內(nèi)模式識(shí)別受體等激活核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3[14]。核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3是一種細(xì)胞內(nèi)蛋白復(fù)合物，由核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3、凋亡相關(guān)斑點(diǎn)樣蛋白和胱天蛋白酶1組成，在痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎中發(fā)揮重要作用，活化的胱天蛋白酶1可以裂解白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-1β前體與IL-18前體，從而產(chǎn)生成熟的IL-1β與IL-18[15]。有學(xué)者用單鈉尿酸鹽晶體刺激離體小鼠的腹膜巨噬細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，巨噬細(xì)胞釋放的促炎細(xì)胞因子增加，包括IL-1β、腫瘤壞死因子-α和IL-6等[16]。這些細(xì)胞因子相互作用，促進(jìn)CD4+T淋巴細(xì)胞向不同亞群分化，發(fā)揮不同的作用。

Th17和Treg細(xì)胞均屬于CD4+T淋巴細(xì)胞亞群。Th17細(xì)胞可分泌IL-17、IL-21、IL-22、IL-26、腫瘤壞死因子-α等多種細(xì)胞因子，在先天性和適應(yīng)性免疫應(yīng)答中占據(jù)重要地位。多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在多種自身免疫性疾病中Th17細(xì)胞明顯增多，其分泌的細(xì)胞因子IL-17在疾病的發(fā)展中發(fā)揮不可忽視的作用，其拮抗劑已用于某些自身免疫性疾病的治療[17-19]。給予斑塊狀銀屑病關(guān)節(jié)炎患者IL-17拮抗劑治療，其療效明顯優(yōu)于第一代腫瘤壞死因子拮抗劑[20]，提示IL-17可作為治療免疫性疾病的高效靶標(biāo)。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，給予痛風(fēng)小鼠IL-17抗體治療，小鼠關(guān)節(jié)腫脹程度明顯減輕，并呈劑量依賴性變化[2]，提示Th17細(xì)胞在關(guān)節(jié)炎的發(fā)作中發(fā)揮重要作用。

Treg細(xì)胞是一類具有抑制體內(nèi)自身免疫反應(yīng)功能的CD4+T淋巴細(xì)胞亞群，其與Th17細(xì)胞作用相反，且兩者之間可以相互轉(zhuǎn)化。Treg細(xì)胞在維持耐受性和免疫穩(wěn)態(tài)中起主導(dǎo)作用，影響許多自身免疫性疾病和自身炎癥性疾病的發(fā)生及發(fā)展，包括自身免疫性甲狀腺炎、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、多發(fā)性硬化癥以及系統(tǒng)性紅斑狼瘡等[21]，其數(shù)量減少及功能缺失均會(huì)影響疾病進(jìn)展。Treg細(xì)胞通過多種機(jī)制發(fā)揮免疫耐受作用，其中之一為通過表達(dá)表面整合素αvβ8促進(jìn)轉(zhuǎn)化生長因子-β分泌，從而發(fā)揮抗炎作用，而缺乏整合素αvβ8表達(dá)的Treg細(xì)胞激活轉(zhuǎn)化生長因子-β表達(dá)的能力下降，其抗炎能力也下降[22]。有學(xué)者通過測(cè)定急性和慢性痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎患者的Treg細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，急性痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎患者Treg細(xì)胞水平升高，而慢性痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎患者Treg細(xì)胞水平降低，且急性組轉(zhuǎn)化生長因子-β的水平明顯高于慢性組及健康組[3]。以上結(jié)果提示，Treg細(xì)胞及轉(zhuǎn)化生長因子-β的分泌可能參與了急性痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的自發(fā)緩解。

Th17與Treg細(xì)胞的平衡在疾病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。楊虹等[4]研究發(fā)現(xiàn)，痛風(fēng)患者Th17細(xì)胞表達(dá)增加而Treg表達(dá)減少，表明Th17/Treg細(xì)胞失衡在痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎中起重要作用。而另一項(xiàng)對(duì)急性痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎小鼠脾臟中Th17與Treg細(xì)胞的研究發(fā)現(xiàn)，Treg細(xì)胞在發(fā)作6 h時(shí)增高，隨后降低，48 h再次上升，提示Treg細(xì)胞與急性痛風(fēng)的自發(fā)緩解相關(guān)，而Th17細(xì)胞在24 h時(shí)達(dá)到最大值，與急性痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎癥狀1 d內(nèi)達(dá)到高峰相一致，Treg/Th17細(xì)胞比值在整個(gè)過程中均高于正常值[5]。以上研究證明了Th17與Treg細(xì)胞的平衡在調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)炎癥中的作用，通過調(diào)節(jié)Th17與Treg細(xì)胞的平衡而達(dá)到長期緩解痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的目的是治療的新突破點(diǎn)。

2.2腸道菌群及其代謝物的免疫調(diào)節(jié)作用 腸道是人體最大的免疫器官，腸道黏膜分布著豐富的淋巴組織，包括派爾集合淋巴結(jié)、闌尾、孤立淋巴濾泡、上皮內(nèi)淋巴細(xì)胞等，統(tǒng)稱為腸相關(guān)淋巴組織。腸相關(guān)淋巴組織的成熟依賴于嬰兒時(shí)期腸道共生菌的定植[23]，腸道菌群的定植不僅可作用于腸道免疫，對(duì)全身免疫系統(tǒng)也有調(diào)節(jié)作用，如腸道菌群缺失會(huì)增加腸道病原菌侵入的風(fēng)險(xiǎn)[24]。

腸道菌群最常見的代謝產(chǎn)物為短鏈脂肪酸，其在免疫調(diào)節(jié)方面發(fā)揮重要作用。短鏈脂肪酸在結(jié)腸中的水平最高[25]，可調(diào)節(jié)免疫相關(guān)基因的激活或關(guān)閉，誘導(dǎo)T淋巴細(xì)胞和B淋巴細(xì)胞活化，從而產(chǎn)生多種炎癥因子和抗體，攻擊自身組織；此外還可通過改變黏膜屏障影響免疫功能[26]，最終導(dǎo)致自身免疫性疾病的發(fā)生。丁酸鹽是腸道菌群代謝產(chǎn)物短鏈脂肪酸的一種，其可抑制組蛋白去乙?；傅淖饔?，尤其在調(diào)節(jié)腸巨噬細(xì)胞及樹突狀細(xì)胞在免疫應(yīng)答中起作用。丁酸鹽主要通過減少促炎介質(zhì)(如IL-1、IL-12)釋放，促進(jìn)Treg細(xì)胞分化，介導(dǎo)炎癥消退[25]。另外，腸道中的樹突狀細(xì)胞還可通過分泌IL-10和其他免疫調(diào)節(jié)因子誘導(dǎo)Treg細(xì)胞分化，最終發(fā)揮免疫耐受作用[27]。

腸道菌群的代謝產(chǎn)物不僅對(duì)宿主的免疫塑造發(fā)揮不可替代的作用[28]，同時(shí)在嘌呤代謝中也起著重要作用。通過對(duì)痛風(fēng)患者和健康對(duì)照人群的糞便樣品進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，痛風(fēng)患者體內(nèi)有3種腸道微生物代謝產(chǎn)物相對(duì)富集，分別為乙酸鹽、琥珀酸鹽和葡萄糖，其均可為腸道上皮細(xì)胞提供ATP，最終促進(jìn)尿酸排泄，可能參與了急性痛風(fēng)的自發(fā)緩解[7]。此外，苯丙氨酸也在促進(jìn)尿酸排泄中發(fā)揮了關(guān)鍵作用[7]。痛風(fēng)患者體內(nèi)的甘氨酸和天冬氨酸也參與嘌呤的合成[29]。

痛風(fēng)患者的腸道菌群紊亂，其中多種益生菌缺乏或豐度降低，如腸道內(nèi)柔嫩梭桿菌、普雷沃氏菌屬、雙歧桿菌等減少，進(jìn)而導(dǎo)致Th17/Treg細(xì)胞失衡[10]。柔嫩梭桿菌是腸道內(nèi)丁酸鹽的主要來源，但在痛風(fēng)患者中較健康人明顯減少，所以其介導(dǎo)的Treg細(xì)胞分化也相應(yīng)減少，抗炎作用減弱，與目前發(fā)現(xiàn)的痛風(fēng)的免疫失衡機(jī)制吻合[10]。給予無菌小鼠含有柔嫩梭桿菌的食物喂養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)，其產(chǎn)生的代謝物丁酸鹽可促進(jìn)Treg細(xì)胞分化，在保持Th17/Treg細(xì)胞平衡中發(fā)揮重要作用[30]。有研究將提取的人外周血單核細(xì)胞暴露于不同種類的短鏈脂肪酸溶液中發(fā)現(xiàn)，丁酸鹽較乙酸鹽和丙酸鹽有更強(qiáng)的促進(jìn)Treg細(xì)胞分化的作用[31]。

痛風(fēng)患者腸道中除柔嫩梭桿菌減少外，普雷沃氏菌屬也減少。普雷沃氏菌屬是一種富集于人體腸道的益生菌，通過分解膳食纖維產(chǎn)生乙酸、琥珀酸、少量的異丁酸、異戊酸和乳酸。有研究指出，腸道益生菌可通過激活Toll樣受體2導(dǎo)致IL-23和IL-1等細(xì)胞因子釋放，進(jìn)而促進(jìn)Th17細(xì)胞分化；此外還可通過刺激腸道上皮細(xì)胞產(chǎn)生IL-8、IL-6和CC亞家族趨化因子配體20，促進(jìn)黏膜Th17細(xì)胞介導(dǎo)的免疫反應(yīng)和中性白細(xì)胞募集，在慢性炎癥性疾病中發(fā)揮關(guān)鍵作用[32]。但腸道益生菌的發(fā)酵產(chǎn)物丁酸、乳酸也可促進(jìn)Treg細(xì)胞分化，介導(dǎo)免疫耐受，從而達(dá)到控制炎癥的目的，該機(jī)制可能在痛風(fēng)中發(fā)揮作用[33]。雙歧桿菌在痛風(fēng)患者腸道中的豐度也降低。雙歧桿菌作為一種益生菌，可抑制有害細(xì)菌，改善胃腸道屏障功能，并抑制促炎細(xì)胞因子釋放[34]，同時(shí)也可通過增加短鏈脂肪酸的產(chǎn)生，介導(dǎo)免疫耐受[35]。

綜上所述，腸道菌群及其代謝產(chǎn)物具有免疫調(diào)節(jié)作用。痛風(fēng)患者不僅腸道有多種益生菌減少，且也會(huì)影響Th17與Treg細(xì)胞的平衡。因此，痛風(fēng)患者腸道菌群的變化可通過免疫調(diào)節(jié)作用在痛風(fēng)的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

3 調(diào)節(jié)腸道菌群治療在痛風(fēng)中的進(jìn)展

益生菌具有預(yù)防和治療各種全身疾病的潛在作用，包括炎癥性疾病和自身免疫性疾病，如類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、潰瘍性結(jié)腸炎、多發(fā)性硬化和肝性腦病等[36]，且相應(yīng)的治療方案已開始應(yīng)用于臨床。

最早益生菌是用于胃腸道疾病的治療，尤其在炎性腸病與腸易激綜合征中有很好的療效[37]，而益生菌與益生元結(jié)合治療的療效更佳[38]。目前在自身免疫性疾病方面，益生菌治療尚處于起步階段。糞便微生物群移植一直被認(rèn)為是一種很有前景的控制疾病進(jìn)展的治療手段。有研究已經(jīng)證實(shí)通過糞便微生物群移植可激活不同的免疫途徑，減少結(jié)腸炎癥，并恢復(fù)腸內(nèi)穩(wěn)態(tài)，通過先天性和適應(yīng)性免疫細(xì)胞介導(dǎo)IL-10產(chǎn)生，最終達(dá)到控制疾病的目的[39]。

痛風(fēng)既是一種代謝性疾病，也是一種自身免疫性疾病，目前關(guān)于痛風(fēng)腸道微生物的研究相對(duì)較少，且關(guān)于益生菌治療痛風(fēng)的研究更少。人體腸道內(nèi)的微生物種類繁多，不同疾病又有不同的菌群譜，不同菌群對(duì)免疫功能的調(diào)節(jié)作用也不盡相同，故需要根據(jù)不同的疾病選擇不同的益生菌。有些傳統(tǒng)藥物具有免疫調(diào)節(jié)和調(diào)節(jié)腸道菌群的作用，如二甲雙胍可通過抑制雷帕霉素靶蛋白信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)Th17/Treg細(xì)胞的平衡，從而減輕尿酸鹽沉積引起的炎癥性改變[40]。此外，二甲雙胍還可通過改善患者的糖代謝改變腸道菌群分布，最終控制疾病[41]。因此，為了將腸道菌群更好地應(yīng)用于痛風(fēng)的治療，需深入研究痛風(fēng)患者的腸道菌群與免疫系統(tǒng)之間的調(diào)控機(jī)制。

4 小 結(jié)

腸道菌群可通過調(diào)節(jié)免疫功能達(dá)到預(yù)防及治療自身免疫性疾病的目的，并已在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床試驗(yàn)中得到證實(shí)。有學(xué)者提出，檢測(cè)痛風(fēng)患者的腸道微生物可能較單純檢測(cè)血尿酸水平能更早、更準(zhǔn)確地預(yù)知疾病的發(fā)生[10]。隨著細(xì)菌組學(xué)、代謝組學(xué)及基因組學(xué)的發(fā)展，將會(huì)更深入地了解腸道菌群調(diào)節(jié)免疫功能的機(jī)制，但腸道菌群數(shù)量龐大、種類繁多，其與人體的相互作用十分復(fù)雜，且不同種類的腸道菌群之間又相互作用，這提示不僅要研究不同種類的腸道菌群，更要關(guān)注不同腸道菌群之間的平衡對(duì)疾病的作用。雖然腸道菌群對(duì)痛風(fēng)免疫系統(tǒng)的影響尚未完全明確，還需進(jìn)行更多的探索，但現(xiàn)有的研究提供了一個(gè)研究方向：可通過探索痛風(fēng)患者腸道菌群的分布特點(diǎn)，通過靶向調(diào)控腸道菌群恢復(fù)其生態(tài)平衡，最終達(dá)到治療疾病的目的。