多發(fā)性硬化與腸道菌群關(guān)系的研究進(jìn)展▲

陶京瑞 頓玲露 盧昌均 周哲屹

(1 廣西中醫(yī)藥大學(xué)研究生院，南寧市 530000，電子郵箱：1378228239@qq.com；2 廣西中醫(yī)藥大學(xué)第三附屬醫(yī)院腦病科，柳州市 545000)

【提要】 多發(fā)性硬化(MS)是以中樞神經(jīng)系統(tǒng)白質(zhì)炎性脫髓鞘病變?yōu)橹饕攸c(diǎn)的自身免疫性疾病，具有發(fā)病率高、致殘率高、復(fù)發(fā)率高的特點(diǎn)。目前對(duì)MS的發(fā)病機(jī)制尚未完全明確，同時(shí)也缺乏有效的治療手段，但隨著社會(huì)對(duì)該病的重視，相關(guān)研究也得到很大的發(fā)展；人體腸道內(nèi)有數(shù)萬(wàn)億微生物，在維持宿主健康方面起著重要作用。近期研究發(fā)現(xiàn)，改善MS患者失調(diào)的腸道菌群可以改善機(jī)體免疫調(diào)節(jié)及免疫抑制。本文就MS與腸道菌群的關(guān)系研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

多發(fā)性硬化(multiple sclerosis,MS)可導(dǎo)致癱瘓、失明、認(rèn)知功能障礙等，是一種嚴(yán)重的終身進(jìn)行性致殘性中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病，好發(fā)于青壯年，女性多于男性，男女患病率比率為1 ∶1.5～1 ∶2[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在患病人群中，有20%的患者會(huì)喪失工作能力，13%的患者有自殺傾向，MS已成為中青年人群中僅次于創(chuàng)傷性疾病的致殘主要原因[2]。MS治療周期長(zhǎng)、難度大，每名MS患者的年醫(yī)療費(fèi)用從2011年的45 471美元增加到2015年的 62 500美元，平均年增長(zhǎng)率為 8.3%，成為繼炎性疾病、糖尿病和癌癥之后的第四大醫(yī)療費(fèi)用最昂貴的疾病，對(duì)家庭及社會(huì)造成嚴(yán)重危害[3]。目前MS的發(fā)病機(jī)制尚未完全明確，很可能是多因素綜合作用的結(jié)果。研究發(fā)現(xiàn)，MS患者攜帶的易感基因與環(huán)境中某些因素的相互影響對(duì)發(fā)病起著重要作用[4]。腸道菌群數(shù)目多、種類(lèi)繁，在人體生理活動(dòng)中扮演著重要角色，對(duì)人體各個(gè)系統(tǒng)有不同程度的影響。越來(lái)越多的研究表明，腸道菌群在MS的發(fā)病過(guò)程中起著重要作用，研究如何通過(guò)改善腸道菌群進(jìn)而防治MS，可為臨床上防治MS提供新的思路和作用靶點(diǎn)，對(duì)改善患病人群的生活質(zhì)量具有十分重要的意義。本文根據(jù)近年來(lái)的研究報(bào)告對(duì)MS與腸道菌群的關(guān)系進(jìn)行綜述，為從腸道菌群的角度防治MS提供理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 腸道菌群概述

腸道菌群是指寄居在人體腸道內(nèi)數(shù)量龐大的微生物群，由近1 000萬(wàn)億個(gè)微生物組成，腸道微生物群基因是人體基因數(shù)量的250～800倍，有“人體的第二大基因組”之稱(chēng)[5]。腸道內(nèi)數(shù)量最多的是專(zhuān)性厭氧菌，具有促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)合成及消化吸收、抗感染等作用。正常情況下，腸道菌群與宿主之間形成長(zhǎng)期共生關(guān)系，二者維持著動(dòng)態(tài)平衡，對(duì)人體免疫、代謝等都起著重要作用。當(dāng)菌群數(shù)量、種類(lèi)發(fā)生變化時(shí)，人體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)會(huì)被打破。激素、抗生素、免疫抑制劑的使用、不合理的飲食攝入等都會(huì)影響腸道菌群的平衡，其中長(zhǎng)期使用廣譜抗生素是腸道菌群失衡最常見(jiàn)的原因[6]。腸道菌群對(duì)于促進(jìn)人體發(fā)育和維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)有著重要意義。

2 腸道菌群與MS

2.1 微生物-腦-腸軸 腦-腸軸是連接大腦與胃腸并由神經(jīng)-內(nèi)分泌系統(tǒng)介導(dǎo)的雙向調(diào)節(jié)軸[7]。腦-腸軸具有調(diào)節(jié)神經(jīng)免疫和內(nèi)分泌的功能，其結(jié)構(gòu)主要包括中樞神經(jīng)系統(tǒng)、自主神經(jīng)系統(tǒng)、腸道內(nèi)神經(jīng)系統(tǒng)等，各系統(tǒng)共同調(diào)節(jié)著胃腸道和大腦的生理活動(dòng)[8]。腸道菌群可以通過(guò)多途徑協(xié)同調(diào)節(jié)神經(jīng)與胃腸功能，在大腦與腸道之間形成一個(gè)相互作用并發(fā)揮調(diào)控作用的軸，即微生物-腦-腸軸[9]。研究表明，在MS患者腸道內(nèi)有包括厚壁菌門(mén)及擬桿菌門(mén)等細(xì)菌數(shù)量和種類(lèi)的改變[10]。Ochoa-Repáraz等[11]發(fā)現(xiàn)，丁酸鹽與腸調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cell,Treg)細(xì)胞分化、加強(qiáng)腸道黏膜壁的完整性有密切關(guān)系，而MS患者腸道內(nèi)產(chǎn)丁酸鹽的糞便桿菌豐度明顯減少，因此，微生物-腦-腸軸功能紊亂與MS及多種疾病相關(guān)。

2.2 腸道菌群影響MS發(fā)生和發(fā)展的作用機(jī)制

2.2.1 腸道菌群影響Treg/Th17的平衡：在宿主的免疫調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，CD4+T淋巴細(xì)胞作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)髓鞘抗原靶點(diǎn)，被認(rèn)為與其他免疫效應(yīng)物一起在免疫穩(wěn)態(tài)維持及宿主防御中扮演著重要角色，在MS發(fā)病機(jī)制中起著關(guān)鍵作用[12]。CD4+T細(xì)胞是腸道淋巴細(xì)胞中介導(dǎo)宿主保護(hù)以及穩(wěn)態(tài)反應(yīng)的主要細(xì)胞群[13]。CD4+T細(xì)胞在腸道菌群的誘導(dǎo)下，可以分化成Treg、Th17等細(xì)胞亞群。Th17分泌的細(xì)胞因子白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-17A、IL-17F、IL-22可誘導(dǎo)腸道上皮細(xì)胞產(chǎn)生緊密連接蛋白和抗菌肽，參與機(jī)體炎癥反應(yīng)的發(fā)生。轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(transforming growth factor，TGF)-β的表達(dá)水平影響著T細(xì)胞的分化，高表達(dá)水平的TGF-β可誘導(dǎo)適應(yīng)性調(diào)節(jié)T細(xì)胞產(chǎn)生，而低表達(dá)水平的TGF-β可誘導(dǎo)T細(xì)胞向Th17分化[14]。Treg細(xì)胞可以產(chǎn)生IL-10、IL-2、IL-35等抗炎細(xì)胞因子，這些細(xì)胞因子可以與樹(shù)突狀細(xì)胞CD28配體相互作用，對(duì)腸道共生菌群起著免疫保護(hù)作用[15]。有研究證明，腸道菌群中的脆弱擬桿菌可以通過(guò)它的莢膜多糖A刺激CD4+T細(xì)胞膜表面Toll樣受體(Toll-like receptor，TLR)2表達(dá)誘導(dǎo)產(chǎn)生Treg細(xì)胞，從而促進(jìn)有利于腸道乃至人體的免疫抑制[16]。研究人員對(duì)MS患者體內(nèi)的細(xì)菌進(jìn)行分離鑒定發(fā)現(xiàn)，乙酸鈣不動(dòng)桿菌及阿克曼菌是與MS顯著相關(guān)的特異性細(xì)菌[17]。大量研究表明，腸道菌群的數(shù)量和種類(lèi)影響著Treg/Th17細(xì)胞平衡，Treg/Th17細(xì)胞平衡對(duì)人體腸道內(nèi)外環(huán)境穩(wěn)態(tài)的維持起著重要的作用，而Treg/Th17細(xì)胞失衡是MS的主要病理因素[18]。因此，腸道菌群影響著MS的發(fā)生。在MS患者體內(nèi)，Treg/Th17細(xì)胞分化明顯偏移，參與炎癥及自身免疫性疾病發(fā)生的Th17細(xì)胞比例升高，而參與自身免疫耐受調(diào)節(jié)的Treg細(xì)胞比例明顯下降[19-20]。

2.2.2 腸道菌群影響血腦屏障通透性：血腦屏障是指存在于腦毛細(xì)血管壁與神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞形成的血漿與腦細(xì)胞之間的復(fù)雜細(xì)胞系統(tǒng)，由腦和脊髓毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞和各種血管周?chē)?xì)胞構(gòu)成。Braniste等[21]發(fā)現(xiàn)，包括短鏈脂肪酸在內(nèi)的一些腸道菌群可通過(guò)上調(diào)大腦內(nèi)皮細(xì)胞緊密結(jié)合蛋白表達(dá)的方式來(lái)影響血腦屏障的通透性；他們將小鼠置于無(wú)菌環(huán)境中，發(fā)現(xiàn)其緊密連接蛋白處于低表達(dá)水平，血腦屏障通透性增加，給予一定干預(yù)措施后，在腸道菌群恢復(fù)至正常狀態(tài)下，血腦屏障的功能也恢復(fù)至正常水平。而血腦屏障作為機(jī)體的天然屏障，可以有效阻止大部分有害物質(zhì)進(jìn)入腦內(nèi)，維持中樞神經(jīng)組織內(nèi)環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定。研究表明，當(dāng)血腦屏障通透性增加時(shí)，機(jī)體內(nèi)的免疫細(xì)胞和免疫因子將會(huì)隨著血液循環(huán)到達(dá)中樞，誘發(fā)中樞免疫應(yīng)答紊亂，引發(fā)MS的病理改變[22]。因此腸道菌群也可能通過(guò)影響血腦屏障的通透性來(lái)影響MS的發(fā)生。

2.2.3 腸道菌群影響腸道屏障通透性：腸道屏障由化學(xué)屏障、機(jī)械屏障、免疫屏障、生物屏障共同構(gòu)成。在正常情況下，這些腸道屏障共同阻擋腸道內(nèi)如細(xì)菌、毒素等有害物質(zhì)穿過(guò)腸黏膜進(jìn)入宿主體內(nèi)，維持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)，以保證人體的正常生理活動(dòng)。腸道相關(guān)淋巴組織是與腸組織相關(guān)聯(lián)的淋巴組織，其所含的固有免疫細(xì)胞和獲得性免疫細(xì)胞可以通過(guò)識(shí)別微生物信號(hào)和特定抗原調(diào)節(jié)自身的抗炎以及促炎反應(yīng)[23]。有研究表明，復(fù)發(fā)緩解型MS患者的腸道屏障通透性增加[24]。腸道菌群紊亂可引發(fā)MS患者腸道屏障功能受損，在一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)人體感染沙門(mén)氏菌后，其腸道黏膜固有層血管內(nèi)皮細(xì)胞的質(zhì)膜相關(guān)蛋白1異常表達(dá)，腸道通透性也會(huì)隨之增加[25]。腸道菌群作為腸道屏障的一部分，菌群紊亂時(shí)屏障被破壞，各種毒素及其代謝產(chǎn)物穿過(guò)屏障，引起機(jī)體免疫應(yīng)答反應(yīng)，可誘發(fā)MS及多種疾病的發(fā)生。

2.3 干預(yù)腸道菌群防治MS 腸道菌群的豐度及種類(lèi)的改變影響著MS的發(fā)生和發(fā)展。益生菌是一類(lèi)具有活性的微生物，作為“無(wú)毒的免疫調(diào)節(jié)劑”，大量補(bǔ)充可以改變腸道菌群的構(gòu)成和功能，與治療MS的藥物聯(lián)用，可以提高療效[26]。有研究發(fā)現(xiàn)，將L.plantarum A7和B.animalis PTCC 1631混合制劑喂食實(shí)驗(yàn)性自身免疫性腦脊髓炎小鼠后，EAE小鼠癥狀減輕，其作用機(jī)制與益生菌誘導(dǎo)抗炎因子(IL-4、IL-10、TGF-β)的分泌，抑制促炎因子(干擾素-γ、IL-17、IL-6、T盒子轉(zhuǎn)錄因子、維甲酸相關(guān)核孤兒受體)的產(chǎn)生相關(guān)[27]。每天給予MS患者口服由乳酸菌和雙歧桿菌菌株混合而成的益生菌12周后，可明顯改善MS患者的擴(kuò)展殘疾狀況量表評(píng)分[28]。大量實(shí)驗(yàn)證明，益生菌對(duì)改善中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能，抑制MS的發(fā)生和發(fā)展有著積極作用[29]。

另外，有研究表明運(yùn)用糞菌移植(fecal microbiota transplantation，F(xiàn)MT)治療MS合并嚴(yán)重便秘，可以改善患者腸道功能[30]。Makkawi等[31]發(fā)現(xiàn)MS患者接受FMT治療后其擴(kuò)展殘疾狀況量表評(píng)分得到改善。FMT作為微生物靶向治療，有相對(duì)較高的安全性、耐受性和優(yōu)越性，對(duì)于MS的治療具有很大的潛力，采用FMT方法重建腸道菌群為MS等疾病的治療提供了新的思路[32]。

維生素D是人體重要的微量元素，在調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)功能、防治MS中發(fā)揮著重要作用。維生素D的缺乏可誘導(dǎo)腸道內(nèi)產(chǎn)生叉頭/翼狀螺旋轉(zhuǎn)錄因子3+Tregs細(xì)胞，導(dǎo)致免疫反應(yīng)改變，腸道菌群發(fā)生紊亂[33]。Munger等[34]對(duì)超過(guò)18 700例健康女性進(jìn)行前瞻性研究，結(jié)果提示維生素D攝入量可影響MS的發(fā)病率，相比于飲食中維生素D攝入量低的女性，維生素D攝入量較高的女性(約700 IU/d)MS的發(fā)病率降低了33%。因此，補(bǔ)充維生素D在預(yù)防和逆轉(zhuǎn)MS中起著重要作用，可能與其可以影響腸道菌群有關(guān)。

有研究表明，發(fā)病期間合理應(yīng)用抗生素可以調(diào)節(jié)腸道菌群，對(duì)于延緩EAE的進(jìn)展有著重要意義[35]。有研究發(fā)現(xiàn)，給予小鼠口服廣譜抗生素可以增加調(diào)節(jié)性CD5+B淋巴細(xì)胞數(shù)量，降低EAE的易感性[35]。此外，適量的運(yùn)動(dòng)、合理的飲食等均可有效維持腸道菌群的穩(wěn)定狀態(tài)，對(duì)MS的發(fā)生和發(fā)展有積極的防治作用[36]。

3 小 結(jié)

MS的發(fā)生是多因素作用的結(jié)果，感染、維生素D缺乏、吸煙、熬夜等都是影響MS發(fā)生的危險(xiǎn)因素[37]。目前MS的病因及發(fā)病機(jī)制尚未完全清楚，腸道菌群的改變可在多個(gè)層面上影響MS的發(fā)展，如影響Treg/Th17細(xì)胞平衡、血腦屏障通透性、腸道屏障通透性等。通過(guò)調(diào)節(jié)腸道菌群來(lái)防治MS，已成為研究熱點(diǎn)。腸道菌群的穩(wěn)定對(duì)于改善局部腸道功能以及調(diào)節(jié)全身內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)有重要作用。雖然干預(yù)腸道菌群類(lèi)藥物在EAE動(dòng)物模型中的運(yùn)用研究有了一定的進(jìn)展，但目前仍停留在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究上，尚缺乏大量臨床研究的證據(jù)。深入研究腸道菌群與MS的關(guān)系，有助于探索MS的防治策略，為靶向腸道菌群防治MS提供新的研究思路。