共生菌群與眼部疾病關(guān)系的研究進展

任和 陳震 邢怡橋

人體主要通過空氣吸入、食物攝入和皮膚接觸等三種方式接觸暴露于來自不同環(huán)境的各種微生物。它們與我們的皮膚和黏膜表面相互作用，而形成微生物群和宿主免疫系統(tǒng)[1]。機體為了增強自身對微生物群的抵抗力而發(fā)生免疫系統(tǒng)進化，在控制微生物區(qū)系的同時保持微生物區(qū)系與宿主之間的共生，從而形成了一套微生物-宿主共生系統(tǒng)[2]。這些微生物群由細菌、病毒和真菌等微生物組成，廣泛存在于呼吸道、泌尿道、胃腸道以及其他部位的黏膜表面，其中胃腸道的菌群數(shù)量和種類最多[3-4]。因此，大多數(shù)研究者對腸道微生物充滿好奇。腸道的微生物組影響各種免疫細胞群的發(fā)育和功能，為某些介質(zhì)提供微環(huán)境，調(diào)節(jié)和刺激機體免疫系統(tǒng)的成熟[5]。相比于腸道，眼部菌群卻沒有那么豐富多樣，在大多數(shù)人眼中，眼表通常是處于無生物學活性的狀態(tài)。然而在不斷暴露的環(huán)境中，淋巴組織中的B細胞和外周產(chǎn)生的分泌型免疫球蛋白A(sIgA)，通過結(jié)合病毒、毒素、過敏原、細菌和其他潛在刺激物來防御宿主眼表感染[6]。此外，還有研究表明眼表所具有的精細結(jié)構(gòu)始終維持眼表健康[7]。有研究表明微生物動態(tài)調(diào)節(jié)著sIgA的產(chǎn)生與分泌，并且在眼部表面、腸道和眼部微生物群似乎還協(xié)同控制sIgA的分泌[8]。除了微生物對sIgA的影響，微生物還影響著眼部其他變化，如腸道菌群對年齡相關(guān)性視網(wǎng)膜病變和青光眼的影響，以及眼表菌群對于眼表面的保護機制等。從疾病到細胞因子，微生物群成了眼部疾病發(fā)展過程的必要研究方向，因此本文將著重綜述微生物群和眼部的關(guān)系進展。

1 眼表存在的菌落

皮膚、黏膜為人體的第一道屏障，對人抵抗外界病原體入侵起著重要作用。這個器官也是成千上萬的微生物的家園，它們在組織穩(wěn)態(tài)和局部免疫中起著重要的作用[9]。眼表亦屬于黏膜部位，雖然該部位存在的菌群已有報道，但是關(guān)于該菌群的具體功能仍未深入研究。有研究者發(fā)現(xiàn)，配戴角膜接觸鏡的患者眼部菌群發(fā)生了改變，更易產(chǎn)生銅綠假單胞菌引起的角膜炎[10]。這一發(fā)現(xiàn)引起了研究者們對眼部微生物作用的好奇，Kugadas等[11-12]證明相比無菌小鼠來說，正常野生型小鼠眼表的菌群可以通過刺激黏膜分泌sIgA增強眼黏膜屏障功能，進一步增強角膜抗感染性，從而減少銅綠假單胞菌的感染，但他們并未研究眼表存在何種菌群。對于眼表這個黏膜部位來說，是否存在活的微生物這一說法一直以來都存在著爭議。眼表會持續(xù)分泌淚液，而淚液中含有溶菌酶、抗菌肽、免疫球蛋A(IgA)、補體以及其他物質(zhì)的眼分泌物都有深層抗菌特性[13]。當這些分泌物的平衡被打破時，眼表的微環(huán)境是否會改變非常值得人們?nèi)ヌ接憽Ｖ钡阶罱?，有研究者證明了眼表的確存在活性常規(guī)微生物。St Leger等[14]在小鼠眼表黏膜中分離出一種常駐細菌——乳腺炎棒狀桿菌，它能刺激眼黏膜中的固有免疫功能細胞引起了共生特異性白細胞介素-17(IL-17)反應(yīng)，促使中性粒細胞募集和抗菌劑釋放到淚液中，并保護眼表免受致病性白色念珠菌或銅綠假單胞菌感染。研究發(fā)現(xiàn)，在眼部結(jié)膜上存在多種皮內(nèi)淋巴細胞群體，包括固有免疫功能細胞，αE整聯(lián)蛋白和人黏膜淋巴細胞抗原1，細胞毒性T細胞和自然殺傷細胞，還存在嗜酸性細胞、嗜堿性細胞等[15]。因此，眼部很有可能存在著其他常見的微生物菌株，刺激著不同類型的免疫細胞發(fā)揮作用。這些微生物在眼表面通過與環(huán)境相互作用而形成一系列的防御機制，限制不斷暴露于有害微生物、潛在的過敏原和毒素等環(huán)境的眼表被感染。

2 微生物與年齡相關(guān)性黃斑變性

共生菌群不僅在眼表有調(diào)節(jié)免疫和疾病方面的作用，還在神經(jīng)視網(wǎng)膜也有著重要的作用。年齡相關(guān)性黃斑變性(AMD)是一種進行性視網(wǎng)膜變性并伴隨黃斑部新生血管，導(dǎo)致中心視野喪失，最終導(dǎo)致衰弱性失明[16]。有研究表明共生菌群與AMD有很強的相關(guān)性，除了黃斑區(qū)結(jié)構(gòu)的衰老性病變，飲食不當導(dǎo)致的腸道菌群失調(diào)也會影響這種疾病的進展。Rowan等[17]發(fā)現(xiàn)高糖飲食會導(dǎo)致小鼠的許多視網(wǎng)膜功能出現(xiàn)問題，包括視網(wǎng)膜色素上皮(RPE)細胞色素沉著和萎縮，脂褐素積聚和感光細胞變性，而低糖飲食小鼠則沒有。與此同時，他們還通過計算與分析小鼠糞便的微生物群，發(fā)現(xiàn)低糖飲食小鼠的腸道菌群中的許多代謝物，特別是5-羥色胺，可以預(yù)防AMD。除此之外，Andriessen等[18]報道高脂飲食會導(dǎo)致腸道滲透脆性增加，繼而使細菌產(chǎn)物如脂多糖和其他病原體相關(guān)分子模式的分子易位增加，這些病原體相關(guān)分子模式的分子通過先天免疫系統(tǒng)的模式識別受體 (特別是Toll樣受體和Nod樣受體)影響促炎信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，引起低度全身性炎癥，加劇脈絡(luò)膜新生血管形成，最終加重病理性血管生成。由此看來，腸道微生物及其代謝物與視網(wǎng)膜之間似乎存在一個腸視網(wǎng)膜作用機制，以保護對飲食和年齡誘導(dǎo)的AMD。但是，這種腸視網(wǎng)膜作用機制具體是如何進行的，以及腸道微生物代謝物是如何調(diào)節(jié)這種疾病還需進一步研究。

3 微生物與青光眼

青光眼是最常見的失明原因，是一種多因素神經(jīng)退行性眼內(nèi)疾病，其特征是視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞損傷和視神經(jīng)變性[19]。在正常情況下，眼內(nèi)會持續(xù)產(chǎn)生房水，并且通過前房角排出。但是，在青光眼患者中，眼內(nèi)的房水無法正常全部排出，從而導(dǎo)致眼壓病理性升高。盡管這種疾病的主要原因歸于高眼壓，但也可能存在著眼壓高卻不產(chǎn)生眼部疾病的個體和眼壓正常卻有眼部疾病的個體，因此二者的關(guān)聯(lián)并非絕對。Williams等[20]認為神經(jīng)炎性病變與青光眼有極大的關(guān)聯(lián)，是青光眼發(fā)病的關(guān)鍵。在此研究基礎(chǔ)上，可以將口腔微生物組與青光眼神經(jīng)變性相關(guān)聯(lián)起來。Astafurov等[21]利用一項橫斷面的人體試驗研究發(fā)現(xiàn)，青光眼患者的細菌口腔計數(shù)更高；他們還利用青光眼的動物模型研究出，外周細菌(與眼睛無關(guān))的細菌活性和產(chǎn)物可能是通過上調(diào)Toll樣受體4信號通路和補體系統(tǒng)途徑，在受影響的組織中激活小膠質(zhì)細胞而導(dǎo)致青光眼病理生理改變。雖然這一結(jié)果并不能直接說明口腔微生物是通過這一途徑促使青光眼發(fā)生，但是由于口腔和眼部微生物群含有相似的細菌，故很容易假設(shè)眼部微生物群也可能與疾病有關(guān)，二者之間的因果關(guān)系還需要進一步進行研究。

4 微生物與自身免疫性疾病相關(guān)眼內(nèi)炎

4.1 微生物與葡萄膜炎自2005年首次鑒定出T輔助17(Th17)子集以來，研究者們已經(jīng)確定了Th17對自身免疫性疾病有著促炎和致病作用，其主要發(fā)揮作用的細胞因子是IL-17，而有研究報道產(chǎn)生IL-17的T細胞會被腸道中的微生物成分激活[22-24]。不僅如此，還有研究報道Th17的主要效應(yīng)因子IL-17可能通過靶標RPE細胞發(fā)揮作用，促進自身免疫性葡萄膜炎發(fā)生發(fā)展[25]。因此，這些研究間接暗示了腸道微生物與葡萄膜炎或許存在著某種特殊關(guān)系。葡萄膜炎為眼部的血管炎癥，同時也是虹膜、睫狀體及脈絡(luò)膜組織炎癥的總稱；但是，鄰近結(jié)構(gòu)如視網(wǎng)膜、視神經(jīng)、玻璃體和鞏膜也可能受到影響[26]。Horai等[27]利用自發(fā)性自身免疫性葡萄膜炎的R161H小鼠模型，證實了獨立于內(nèi)源性視網(wǎng)膜自身抗原的視網(wǎng)膜特異性T細胞，通過自身反應(yīng)性T細胞受體響應(yīng)腸道中非同源抗原的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)而活化，促進了腸道淋巴結(jié)中的T細胞產(chǎn)生IL-17A，從而加重了葡萄膜炎引起視網(wǎng)膜病變。另外，Nakamura等[28]發(fā)現(xiàn)，口服抗生素可以通過增加腸道和腸外組織中的Treg細胞以及減少效應(yīng)T細胞和細胞因子來調(diào)節(jié)實驗性自身免疫性葡萄膜炎的嚴重程度。在之后的研究中，他們還發(fā)現(xiàn)由膳食纖維發(fā)酵而產(chǎn)生的腸道細菌代謝產(chǎn)物短鏈脂肪酸改變腸道淋巴細胞的遷移，而部分緩解免疫介導(dǎo)的葡萄膜炎[29]。

急性前葡萄膜炎是葡萄膜炎最常見的亞型，它通常與HLA-B27和炎性風濕性疾病有關(guān)，尤其與脊椎關(guān)節(jié)炎關(guān)聯(lián)，后者本身與HLA-B27密切相關(guān)。Akkoc等[30]對HLA-B27陽性與HLA-B27陰性患者的臨床癥狀進行了回顧性研究，發(fā)現(xiàn)HLA-B27陽性患者發(fā)生急性前葡萄膜炎的風險較高。HLA-B27與多種系統(tǒng)性自身免疫性疾病，如強直性脊柱炎、反應(yīng)性關(guān)節(jié)炎、炎性腸病和銀屑病關(guān)節(jié)炎等有關(guān)，并被證明會影響腸道微生物群的組成。Taurog等[31]報道無菌狀態(tài)可防止HLA-B27轉(zhuǎn)基因大鼠出現(xiàn)腸道炎性病變和關(guān)節(jié)炎。為了進一步研究HLA-B27和急性前葡萄膜炎的關(guān)系，Rosenbaum等[32]研究常規(guī)飼養(yǎng)的HLA-B27轉(zhuǎn)基因大鼠的腸道微生物組受到HLA-B27的影響，除了有急性葡萄膜炎之外，其最早的免疫學變化之一是在結(jié)腸中的抗微生物肽如鈣防衛(wèi)蛋白等的上調(diào)，而血清中的鈣防衛(wèi)蛋白是后葡萄膜炎、幼年特發(fā)性關(guān)節(jié)炎伴葡萄膜炎和白塞病的生物標志物。因此，這些研究或為我們治療由免疫性疾病所導(dǎo)致的葡萄膜炎提供了一種新的生物療法思路。

在正常情況下，腸道的共生菌群使發(fā)育的免疫系統(tǒng)成熟并且調(diào)節(jié)其隨后的穩(wěn)態(tài)，缺乏腸道共生菌群的小鼠不能發(fā)育成熟的淋巴組織，無法分泌抗體IgA和抗菌肽，也不能正確控制細胞因子的產(chǎn)生[33-35]。在病理情況下，腸道微生物組會發(fā)生顯著改變。小柳原田綜合征是一種多系統(tǒng)性自身免疫性疾病，其特征是肉芽腫性炎性病變和葡萄膜炎。Ye等[36-37]報道小柳原田綜合征患者和白塞病患者的腸道微生物組發(fā)生了改變，并且分別把這兩種類型患者的糞便移植到實驗性葡萄膜炎小鼠模型的腸道內(nèi)，發(fā)現(xiàn)這兩種腸道微生物組加重了實驗性葡萄膜炎小鼠模型的眼內(nèi)炎。此外，眾所周知，腸道菌群與炎性腸病的發(fā)展和維持有關(guān)，異常的腸道菌群(營養(yǎng)不良)顯然與某些疾病的表型有關(guān)，并且可能是炎癥長期存在的原因或協(xié)同因素[38]。炎性腸病是包括克羅恩病和潰瘍性結(jié)腸炎的一種全身性慢性炎癥性疾病。2%～5%的炎性腸病患者伴隨著眼部癥狀表現(xiàn)，其中克羅恩病患者鞏膜炎和葡萄膜炎比潰瘍性結(jié)腸炎患者更加嚴重和頻繁[39]。這些研究暗示了葡萄膜炎的嚴重程度可能與炎性腸病中異常的腸道菌群有關(guān)。雖然，腸道微生物影響這些疾病確切的機制尚未完全清楚，但這些報道共同表明葡萄膜炎或其眼部炎癥患者的腸道微生物群可能在眼內(nèi)炎癥的發(fā)病機制中起作用。

4.2 微生物與干燥綜合征相關(guān)干眼癥乳腺棒狀桿菌會刺激黏膜產(chǎn)生一連串的炎癥反應(yīng)物質(zhì)釋放到淚液中，從而起到保護眼表的作用，但對微生物在維持眼表和淚腺免疫穩(wěn)態(tài)方面的作用卻仍知之甚少。干燥綜合征這種全身性自身免疫性疾病，主要影響外分泌腺(主要是唾液和淚腺)，從而導(dǎo)致黏膜表面嚴重干燥，主要涉及口腔和眼睛，會造成眼部干眼或炎癥[40]。許多研究者進行各個方面的研究，發(fā)現(xiàn)共生菌群與干燥綜合征導(dǎo)致的干眼息息相關(guān)。Wang等[41]和Zaheer等[42]使用了不同小鼠模型，通過觀察眼和淚腺的表型得出，無菌小鼠的角膜屏障較常規(guī)飼養(yǎng)組破壞更大，杯狀細胞丟失更多，淚腺內(nèi)總炎癥細胞和CD4T細胞浸潤更嚴重，產(chǎn)生了干燥性角結(jié)膜炎。若將來自常規(guī)小鼠的糞便菌群移植到無菌小鼠內(nèi)，那么無菌小鼠的干眼表型會得到減輕乃至恢復(fù)，從而得出共生菌群或其代謝產(chǎn)物具有免疫調(diào)節(jié)特性，可以減輕干燥綜合征所導(dǎo)致的干眼癥。De Paiva等[43]也報道了在服用了抗生素的干燥綜合征動物模型中誘導(dǎo)了更嚴重的干眼表型，且在對干燥綜合征患者的前瞻性研究中發(fā)現(xiàn)，患有最嚴重的干燥性角膜結(jié)膜炎等眼部疾病的受試者的糞便微生物群多樣性最低。此外，Li等[44]對有和無干眼癥的人群采集了結(jié)膜拭子樣本，并對樣本進行了rRNA基因高通量測序后得出，干眼癥患者眼表的優(yōu)勢菌群含量降低，這一結(jié)果表明了眼表的微生物群可能與單純的干眼癥狀的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)。干燥綜合征與微生物關(guān)系的研究為治療這種自身免疫病的生物方向療法鋪墊了基石，或許微生物療法可以極大地減輕患者的全身和眼部癥狀，改善他們的生活質(zhì)量。

5 展望與未來

共生菌群是人體免疫系統(tǒng)的重要構(gòu)成成分。從觸發(fā)、促進與調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)等方面來看，共生菌群都是人體不可或缺的一部分。就生物的多樣性來說，任何一個部位的微生物群都是一個神奇的世界。眼表微生物和腸道菌群及其代謝物直接或間接在眼部發(fā)揮著一定程度的作用。人類通過對不同疾病的動物模型的研究揭示了眼部疾病和微生物之間的一些聯(lián)系，這些結(jié)論為后續(xù)深入研究微生物群在眼部疾病中的作用以及新的基于微生物群的療法提供理論依據(jù)。微生物與眼部疾病的關(guān)系也許只被揭開了冰山一角，若能夠繼續(xù)研究二者之間的關(guān)系，那么未來就可以采取一種全新的角度去探究一些目前病因不明的疾病的起因，以及減輕那些疾病的癥狀，提高患者的生活質(zhì)量。