具核梭桿菌與炎癥性腸病相關(guān)性的研究進(jìn)展

陸世珉 魏舒純 董衛(wèi)國

炎癥性腸病(IBD)是一種病因不明的慢性非特異性腸道炎癥性疾病，包括潰瘍性結(jié)腸炎(UC)和克羅恩病(CD)[1]。目前，IBD被認(rèn)為由腸道菌群紊亂、宿主免疫、環(huán)境、遺傳易感性等多種因素導(dǎo)致[1]。腸道菌群作為消化道免疫和代謝系統(tǒng)的重要組成部分，被證實(shí)與IBD的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[1-4]。有研究表明，與健康受試者相比，IBD患者腸道菌群的多樣性明顯降低，且潛在有害細(xì)菌的比例升高[5-6]。具核梭桿菌(F.nucleatum)是一種重要的牙周條件致病菌，近年來被發(fā)現(xiàn)可在腸道富集、定植，并參與腸黏膜屏障功能的損傷和免疫反應(yīng)的激活[7-8]。本文從F.nucleatum的概述、F.nucleatum與IBD的相關(guān)性、F.nucleatum影響IBD發(fā)生發(fā)展的機(jī)制等3個(gè)方面進(jìn)行綜述。

一、F.nucleatum概述

F.nucleatum屬于梭桿菌屬，形狀細(xì)長，是一種常見的革蘭陰性厭氧菌。F.nucleatum豐度受環(huán)境因素影響，且在吸煙人群體內(nèi)可增加[7-9]。F.nucleatum具有很強(qiáng)的定植能力，可以侵襲口腔上皮細(xì)胞并促進(jìn)促炎細(xì)胞因子釋放[7,10]。同時(shí)，由于其具有長桿狀結(jié)構(gòu)和多種表面膜蛋白，F(xiàn).nucleatum可先粘附在牙齒表面的鏈球菌上，再介導(dǎo)二次定植菌(牙齦卟啉單胞菌等)的定植，對(duì)牙菌斑生物膜的形成至關(guān)重要[6,9]。研究表明，F(xiàn).nucleatum的檢出率和定植數(shù)量與牙周組織的炎癥、破壞程度之間存在正相關(guān)性[11-12]。在過去十年間，F(xiàn).nucleatum作為條件致病菌，被證明與口腔以外的多種疾病關(guān)系密切，引起廣泛關(guān)注[7-8]。近年研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn).nucleatum可富集于腸道組織中，編碼產(chǎn)生FadA、Fap2、RadD、aid1等黏附蛋白，并可作用于多種免疫細(xì)胞[內(nèi)皮細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞(NK細(xì)胞)、單核細(xì)胞等]和(或)蛋白(免疫球蛋白、鈣黏蛋白等)，以逃避宿主防御，同時(shí)誘導(dǎo)宿主的異常免疫反應(yīng)[8-15]。其中FadA黏附蛋白僅在F.nucleatum和牙周梭桿菌中表達(dá)，故可作為檢測F.nucleatum感染的特異性生物標(biāo)志物[8,14]。此外，有研究發(fā)現(xiàn)IBD患者中牙周炎、齲齒等口腔疾病的發(fā)病率明顯高于健康對(duì)照者，提示口腔條件致病菌如F.nucleatum等可能與IBD的發(fā)生發(fā)展有關(guān)[16-17]。

二、F.nucleatum與IBD的相關(guān)性

越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn).nucleatum可能與IBD的發(fā)生發(fā)展相關(guān)。有學(xué)者從CD患者和健康對(duì)照者腸道活檢組織中分離出菌株進(jìn)行測序分析發(fā)現(xiàn)，69%的梭桿菌屬為F.nucleatum，而且在50%的病例組組織和17.6%的對(duì)照組組織中檢測到F.nucleatum[18-19]，可見IBD患者腸道F.nucleatum的檢出率明顯高于對(duì)照者。2014年，一項(xiàng)研究通過對(duì)新發(fā)且未經(jīng)治療的兒童或青少年CD患者腸道活檢組織進(jìn)行宏基因組測序結(jié)果表明，F(xiàn).nucleatum及梭桿菌科等的豐度在CD患者中明顯增加[6]。另也有研究發(fā)現(xiàn)，在IBD患者的糞便及腸道活檢組織中，F(xiàn).nucleatum的豐度上調(diào)[20-22]。由此可見，IBD的發(fā)生可能與F.nucleatum在腸黏膜組織中的定植密切相關(guān)。

此外，多項(xiàng)研究提示，F(xiàn).nucleatum與IBD的病情嚴(yán)重程度相關(guān)[18-19]。Allen-Vercoe等[19]研究發(fā)現(xiàn)，從活動(dòng)期CD患者腸道活檢組織中分離出的F.nucleatum較從健康對(duì)照者及緩解期CD患者腸道活檢中分離出的F.nucleatum具有更強(qiáng)的侵襲性。其中，從對(duì)照組中分離出的高侵襲性F.nucleatum與從CD緩解期組分離出的低侵襲性F.nucleatum相比，后者的侵襲能力有上調(diào)趨勢(shì)[18-19]。另有研究證實(shí)，F(xiàn).nucleatum豐度與Mayo評(píng)分及白細(xì)胞介素(IL)-6、C反應(yīng)蛋白(CRP)、干擾素(IFN)-γ等的表達(dá)水平呈正相關(guān)[20]。此外，CD患者糞便中的F.nucleatum豐度在CD活動(dòng)期較緩解期增加更為顯著，提示F.nucleatum感染與CD的疾病活動(dòng)度相關(guān)[21-22]。近年來，本團(tuán)隊(duì)致力于F.nucleatum與腸道免疫功能的研究，前期研究采用熒光原位雜交技術(shù)檢測UC和CD患者腸黏膜組織中的F.nucleatum水平，通過與健康對(duì)照者比較發(fā)現(xiàn)，F(xiàn).nucleatum豐度與IBD的臨床活動(dòng)度呈正相關(guān)[23-25]。上述研究結(jié)果均表明F.nucleatum與IBD的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。

三、F.nucleatum影響IBD的作用機(jī)制

IBD被認(rèn)為是由腸道菌群紊亂、宿主免疫、環(huán)境、遺傳易感性等多種因素綜合作用所致。研究表明，F(xiàn).nucleatum可能通過參與破壞腸黏膜屏障完整性、參與腸道免疫調(diào)節(jié)及與其他微生物相互作用，共同影響IBD的發(fā)生發(fā)展。

1.F.nucleatum參與破壞腸黏膜屏障完整性

研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn).nucleatum可通過表達(dá)FadA蛋白，粘附并侵襲宿主的上皮和內(nèi)皮細(xì)胞，從而破壞腸黏膜屏障完整性，加重炎癥反應(yīng)[14,26]。FadA通過與腸上皮細(xì)胞E-鈣黏蛋白(E-cadherin)的EC5域相結(jié)合，增強(qiáng)F.nucleatum對(duì)腸上皮細(xì)胞的侵襲能力[14]。另有研究表明，F(xiàn).nucleatum通過FadA與血管內(nèi)皮細(xì)胞鈣黏蛋白(VE-cadherin)結(jié)合并介導(dǎo)VE-cadherin的分布改變，破壞細(xì)胞間的緊密連接，增加血管內(nèi)皮細(xì)胞通透性，進(jìn)而引起甚至加重炎癥反應(yīng)[26]。此外，F(xiàn).nucleatum感染可顯著抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖，調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞黏附分子CD31、CD34的表達(dá)，導(dǎo)致細(xì)胞間緊密連接減少、未分化的內(nèi)皮細(xì)胞增多，同時(shí)促進(jìn)促炎細(xì)胞因子IL-1α、腫瘤壞死因子(TNF)-α等的釋放[27]。在對(duì)F.nucleatum感染的葡聚糖硫酸鈉(DSS)誘導(dǎo)UC小鼠實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ脱芯恐幸舶l(fā)現(xiàn)，促炎細(xì)胞因子表達(dá)水平明顯上調(diào)，腸道損傷加重[28]。此外，本團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果表明，F(xiàn).nucleatum可明顯下調(diào)正常腸上皮細(xì)胞間緊密連接蛋白的表達(dá)水平，且給予F.nucleatum灌胃后，DSS誘導(dǎo)的UC小鼠腸黏膜損傷加重[25]；通過對(duì)自噬相關(guān)通路的檢測，發(fā)現(xiàn)F.nucleatum感染可激活腸上皮細(xì)胞的自噬性死亡，從而加重腸道炎癥[29]。由此可見，F(xiàn).nucleatum可能通過參與破壞腸黏膜屏障完整性影響IBD的發(fā)生發(fā)展。

2.F.nucleatum參與腸道免疫調(diào)節(jié)

既往研究表明，F(xiàn).nucleatum可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞釋放促炎細(xì)胞因子，激活核因子(NF)-κB、p38絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)等信號(hào)通路，增加NK細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞(DC細(xì)胞)的數(shù)量，同時(shí)下調(diào)CD3+T細(xì)胞數(shù)量[30-33]。在F.nucleatum感染的DSS誘導(dǎo)的UC小鼠模型中也發(fā)現(xiàn)NF-κB經(jīng)典通路激活、巨噬細(xì)胞極化、促炎細(xì)胞因子表達(dá)水平上調(diào)，提示F.nucleatum可能參與UC的固有免疫調(diào)節(jié)[20,24,34]。研究證實(shí)，UC患者中的F.nucleatum豐度與外周血及腸道內(nèi)的M1型巨噬細(xì)胞水平呈顯著正相關(guān)，并在UC小鼠模型中證實(shí)F.nucleatum可通過AKT2途徑誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞的M1極化，同時(shí)促進(jìn)促炎細(xì)胞因子的釋放[20]。此外，F(xiàn).nucleatum產(chǎn)生的胞外囊泡富含脂多糖可通過內(nèi)吞作用在Toll樣受體2(TLR2)的介導(dǎo)下參與腸上皮細(xì)胞中NF-κB通路的激活[34]。而F.nucleatum感染可促進(jìn)Synbindin敲除的巨噬細(xì)胞活化，增加Synbindin敲除小鼠對(duì)DSS的敏感性，提示在結(jié)腸炎中，腸道微生物群可能是促進(jìn)巨噬細(xì)胞活化、加重腸道損傷的主要驅(qū)動(dòng)因素[35]。此外，本團(tuán)隊(duì)前期研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn).nucleatum可通過上調(diào)半胱天冬酶募集結(jié)構(gòu)域3(CARD3)表達(dá)水平激活I(lǐng)L-17F信號(hào)傳導(dǎo)至NF-κB通路，從而上調(diào)促炎細(xì)胞因子(IL-1β、IL-6、TNF-α等)的表達(dá)水平[24]。因此，F(xiàn).nucleatum可能通過參與腸道免疫調(diào)節(jié)，進(jìn)而影響IBD的發(fā)生發(fā)展。

3.F.nucleatum與其他微生物相互作用共同影響IBD的發(fā)生發(fā)展

研究表明，F(xiàn).nucleatum可以與其他許多微生物相互作用，且當(dāng)F.nucleatum與其他致病菌共同感染時(shí)可表現(xiàn)出毒力的協(xié)同作用[7,11,36]。F.nucleatum可提高大腸桿菌穿過血管內(nèi)皮細(xì)胞的效率[26]。IBD患者腸道菌群的豐富度和多樣性均降低，在條件致病菌如F.nucleatum等豐度增高的同時(shí)伴益生菌如普拉氏梭桿菌平均相對(duì)豐度的下調(diào)[22,37]。F.nucleatum的培養(yǎng)上清液對(duì)普拉氏梭桿菌、乳雙歧桿菌有明顯的抑制作用，且高濃度下可降低鼠李糖乳桿菌的活性[38]。此外，Duan等[28]研究發(fā)現(xiàn)，鼠李糖乳桿菌可顯著改善由F.nucleatum感染導(dǎo)致的腸上皮細(xì)胞損傷。多種益生菌已被證實(shí)有助于維持腸道屏障完整性，緩解或預(yù)防DSS誘導(dǎo)的UC小鼠腸道炎癥，而F.nucleatum可能通過與這些益生菌相互作用進(jìn)而影響IBD的復(fù)發(fā)[28,38-41]。上述研究均表明，F(xiàn).nucleatum可能通過與其他微生物的相互作用共同影響IBD的發(fā)生、發(fā)展，但具體作用及機(jī)制尚不明確。

四、小結(jié)

F.nucleatum廣泛分布于人體腸道內(nèi)，與IBD的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。本文從F.nucleatum參與破壞腸黏膜屏障完整性、參與腸道免疫調(diào)節(jié)、與其他微生物相互作用等方面探討了其在IBD發(fā)生發(fā)展過程中可能的作用機(jī)制，旨在為IBD發(fā)病機(jī)制的研究提供新思路，但F.nucleatum感染與IBD發(fā)生發(fā)展的因果關(guān)系及確切的致病機(jī)制仍不明確，需要進(jìn)一步探索。