短鏈脂肪酸在類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎中的研究進展*

何 進，黃天生

1.上海中醫(yī)藥大學(xué)，上海 201203；2.上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬光華醫(yī)院消化內(nèi)科，上海 200052；3.上海市中醫(yī)藥研究院中西醫(yī)結(jié)合關(guān)節(jié)炎研究所，上海 200052

類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎（Rheumatoid Arthritis，RA）是一種成因復(fù)雜、慢性難愈的免疫系統(tǒng)疾病，以骨關(guān)節(jié)炎癥反應(yīng)為主要癥狀表現(xiàn)，對患者的生活狀態(tài)影響巨大并給家庭和社會帶來沉重負擔(dān)。根據(jù)數(shù)據(jù)庫和病例定義，RA 在成年群體中患病率在0.5%～1%之間，每年每10萬例新病例中有5～50 例，多發(fā)于女性和老年群體［1］，由于涉及不止單一系統(tǒng)，其研究已不再局限于骨關(guān)節(jié)及免疫系統(tǒng)，腸道微生態(tài)也深入?yún)⑴c了該病的發(fā)生與發(fā)展。宿主的免疫系統(tǒng)與腸道微生物之間構(gòu)成了一種微妙的平衡狀態(tài)，即宿主為微生物提供穩(wěn)定且有利于其生存的生長環(huán)境，而腸道微生物在共生過程中為宿主承擔(dān)一部分分解、消化功能，改變藥物，環(huán)境毒物和重金屬的代謝結(jié)果［2］，并提供代謝產(chǎn)物使之獲得必要的營養(yǎng)素，短鏈脂肪酸（Short chain fatty acids，SCFAs）作為腸道微生物的主要代謝產(chǎn)物，能調(diào)節(jié)宿主細胞免疫代謝、使血清促炎因子減少，并且各種微生物之間形成種群之間的數(shù)量平衡以維護腸道黏膜屏障，減少感染風(fēng)險。以下綜述將討論腸道微生態(tài)通過其產(chǎn)物短鏈脂肪酸對類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎形成的干預(yù)作用。

1 短鏈脂肪酸的來源及生理功能

1.1 短鏈脂肪酸的來源

微生物組這一概念最先由Joshua Lederberg 提出［3］，該觀點把人與共生微生物看成一個共生的超級生物。微生物與人體的關(guān)系可分為共存、共生或致病3 種狀態(tài)。另一種概念則認為腸道菌群是獨立于消化系統(tǒng)的器官，足夠長度的消化道為微生物提供了絕佳的生活場所。由于大腸內(nèi)生長著為數(shù)眾多的微生物群，多數(shù)與機體形成共生關(guān)系，所以這些微生物也在大腸中發(fā)揮著重要的次級發(fā)酵、分解和消化作用，蛋白質(zhì)、肽、糖蛋白等難以被人體消化的物質(zhì)進入腸道后多可由腸道微生物發(fā)酵、分解、代謝。包括SCFAs、氣體和有機酸在內(nèi)，都是由腸道微生物負責(zé)生產(chǎn)的，它們是代謝的產(chǎn)物［4-5］，生產(chǎn)者包括大腸桿菌在內(nèi)的結(jié)腸厭氧菌［6］。SCFAs 是一類碳原子數(shù)小于5 的脂肪酸，一般而言，乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽含量最高［7］。機體腸道環(huán)境，如腸道運輸速度、pH 值、溫度、神經(jīng)內(nèi)分泌以及腸道微生物種群的數(shù)量和比例都可以影響SCFAs 的含量。與人類相同，使用高纖維膳食飼養(yǎng)可以在模型動物腸道提高SCFAs含量［8］，并觀察其干預(yù)效應(yīng)。

1.2 短鏈脂肪酸的基本功能

在機體內(nèi)，SCFAs 可以降低腸道pH 值，穩(wěn)定結(jié)腸環(huán)境，控制腸內(nèi)微生物種群和數(shù)量以維護腸道黏膜屏障，使結(jié)腸免受炎癥反應(yīng)并降低有害菌的感染風(fēng)險［9］，它們是結(jié)腸細胞的能量來源之一，也可以通過門靜脈運輸?shù)酵庵苎h(huán)以作用于肝臟和外周組織并參與介導(dǎo)宿主多種生物過程［7］。同時，SCFAs 尚可作為G 蛋白的耦聯(lián)構(gòu)體，在GPR通路中發(fā)揮作用［10］，Yang 等［11］研究認為，腸道菌群在腸道白細胞介素22（IL-22）的生產(chǎn)過程中至關(guān)重要，SCFAs 通過促進AhR 和低氧誘導(dǎo)因子（HIF）1+表達來調(diào)節(jié)IL-22 的產(chǎn)生，并可減少結(jié)腸炎癥的發(fā)生。另外SCFAs 可激活Th1 細胞STAT3 和哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR），從而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子B淋巴細胞誘導(dǎo)的成熟蛋白1（Blimp-1）并調(diào)節(jié)白細胞介素（IL-10）的SCFAs誘導(dǎo)［12］。

2 短鏈脂肪酸與類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎

2.1 腸道微生態(tài)與類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)癥狀

越來越多的證據(jù)表明，腸道微生物及其代謝產(chǎn)物與各種自身免疫疾病的發(fā)病與炎癥狀態(tài)有著千絲萬縷的聯(lián)系。李培彩等［13］認為，免疫學(xué)和腸道菌群特征在最初的高峰期和關(guān)節(jié)炎復(fù)發(fā)之間是不同的，在關(guān)節(jié)炎的高峰期和復(fù)發(fā)期，膠原誘導(dǎo)型關(guān)節(jié)炎（Collagen induced arthritis，CIA）組厚壁菌的相對豐度低于對照組，類桿菌的相對豐度高于對照組。另外，已有證據(jù)顯示普氏桿菌具有與RA 患者中發(fā)現(xiàn)的兩種人類自身抗原相似的表位［14］。盡管目前并不清楚腸道屏障損傷以及微生態(tài)紊亂是慢性疾病狀態(tài)的結(jié)果還是致病因素［15］，微生物治療和膳食結(jié)構(gòu)調(diào)整對患者都具有正面的效果。一項接受益生菌治療的關(guān)于益生菌和安慰劑的隨機對照研究顯示了服用益生菌對RA 的好處［16］。特定的細菌可能參與更多的腸內(nèi)膳食營養(yǎng)的代謝和分解反應(yīng)，上調(diào)SCFAs 的產(chǎn)生，下調(diào)血漿白細胞介素6（IL-6）和T細胞17的比例，以致關(guān)節(jié)炎癥狀也隨之得到緩解［17］。

2.2 短鏈脂肪酸有益于腸道屏障的維持

不只是炎癥性腸?。?8］，包括RA 在內(nèi)的其他自身免疫疾病也常伴隨著腸道屏障功能障礙［19］。腸道表面在結(jié)構(gòu)上必然暴露于各種抗原和微生物環(huán)境中，黏膜炎癥可能導(dǎo)致耐受性降低或直接激活自身免疫［20］，腸上皮細胞和黏液層能夠強烈影響免疫反應(yīng)并塑造微生物組成［21］，因此腸上皮細胞的穩(wěn)定決定了腸道屏障的狀態(tài)，這是機體抵御微生物和抗原侵襲的重要物質(zhì)結(jié)構(gòu)，與腸道健康密切相關(guān)。上皮屏障的通透性增加預(yù)示著腸道屏障的衰退，導(dǎo)致腸漏綜合征［22］，而腸道微生態(tài)失調(diào)與結(jié)腸氧化應(yīng)激增加、腸道屏障功能障礙，炎癥反應(yīng)和全身自身免疫標志物有關(guān)［23］。Tajik 等［24］使用丁酸或腸道大麻素受體1 激動劑糾正腸道屏障的同時也觀察到了關(guān)節(jié)炎的緩解，研究認為丁酸鹽治療恢復(fù)了FITC-葡聚糖（FD4）的上皮屏障功能和胃腸道通透性并緩解關(guān)節(jié)炎癥狀，改善腸道屏障功能的治療可以減輕關(guān)節(jié)炎癥狀，丁酸鹽是微生態(tài)和腸道屏障平衡的重要介質(zhì)。

2.3 短鏈脂肪酸是腸-關(guān)節(jié)軸的重要介導(dǎo)物質(zhì)

RA 的發(fā)病過程是極為復(fù)雜的，其癥狀也不止步于關(guān)節(jié)相關(guān)癥狀，腸道環(huán)境穩(wěn)態(tài)失衡或許顯示其系統(tǒng)性損害的某一方面。Zaiss 等［25］提出，機體與腸道微生物形成并實現(xiàn)了“微生物—腸—關(guān)節(jié)軸”這一特殊的共生關(guān)系，表明腸道的健康狀態(tài)和關(guān)節(jié)炎癥可以相互影響。持續(xù)用藥也使腸道微生物發(fā)生了變化，一些具有抗風(fēng)濕作用的中草藥還能殺滅細菌，進入人體后將直接影響到腸道微生態(tài)［26］，小檗堿降低了腸道菌群的多樣性，以致產(chǎn)生丁酸鹽的細菌種類上調(diào)，促進丁酰輔酶A、乙酸-輔酶A 轉(zhuǎn)移酶（BUT）的表達和活性后，改善CIA大鼠的病理狀態(tài)［27］。中藥對腸道菌群的干預(yù)影響力度較來氟米特、甲氨喋呤更大，腸道微生物可能會影響苯丙氨酸代謝［26］，并進一步改變丙酸的水平［28］。在朝鮮白術(shù)（Nakai）干預(yù)后，小鼠關(guān)節(jié)腫脹程度得到了改善，并糾正了紊亂的腸道菌群和SCFAs，且具有劑量依賴性，使血漿中TNF-α、IL-1、IL-1β、IL-2、IL-6、hs-CRP水平下降［29］。

2.4 短鏈脂肪酸對免疫系統(tǒng)和炎癥反應(yīng)的干預(yù)

補充微生物衍生的SCFA 丁酸鹽可降低關(guān)節(jié)炎的嚴重程度，已在小鼠實驗中得到了體現(xiàn)，Rosser 等［30］發(fā)現(xiàn)RA患者及小鼠與健康對照組相比，微生物來源的SCFAs 含量降低，研究還發(fā)現(xiàn)RA 患者外周血B 細胞亞群和IL-10B 細胞頻率與糞便中乙酸鹽、丙酸鹽和丁酸鹽水平相關(guān)，補充丁酸鹽可以緩解小鼠關(guān)節(jié)炎癥狀，但B 細胞缺乏小鼠不能獲益，表明了B 細胞在丁酸鹽介導(dǎo)關(guān)節(jié)炎抑制的獨特地位。這可能是由于通過AhR 激活補充丁酸鹽控制支持Breg功能的分子程序，同時抑制生發(fā)中心（GC）B 細胞和漿細胞分化，最終減輕了關(guān)節(jié)炎癥。Hui等［31］研究表明，丁酸鹽調(diào)節(jié)介導(dǎo)了CD4+T細胞向Treg細胞的分化，其產(chǎn)生抗炎細胞因子IL-10，從而影響Th17 細胞的功能，抑制了炎癥細胞因子的表達，最終緩解了CIA 小鼠的關(guān)節(jié)炎相關(guān)癥狀，除此之外，研究發(fā)現(xiàn)丁酸酯雖能選擇性抑制IL-17A，但不能抑制IFN-γ 的表達。Bai 等［32］發(fā)現(xiàn)丙酸鹽通過促進體內(nèi)外Treg 細胞的擴增和IL-10 的升高來改善膠原誘導(dǎo)的關(guān)節(jié)炎，攝入富含抗性淀粉的高纖維飲食可以使腸道短鏈脂肪酸（SCFA）乙酸，丙酸鹽和異丁酸鹽的血清水平增加。

2.5 短鏈脂肪酸對骨代謝的干預(yù)

RA 的發(fā)生發(fā)展過程中，骨代謝的改變是其病理的一大特征［33］。破骨細胞被誘導(dǎo)、成骨細胞被抑制，原有的正常骨轉(zhuǎn)化狀態(tài)也被改變，使得RA 患者身上產(chǎn)生了不同程度的骨關(guān)節(jié)病理變化，例如軟骨損傷、骨侵蝕以及骨質(zhì)疏松［34］。丁酸鹽或其來源細菌可調(diào)節(jié)Treg 細胞分化，促進實驗動物的骨骼形成。針對這一系列現(xiàn)象，研究者們設(shè)計了實驗以探究腸道SCFAs 對骨破壞和骨形成的干預(yù)作用。Lucas［35］等在CIA 小鼠模型中研究了SCFA 和高纖維飲食對炎癥性骨質(zhì)流失的作用，丙酸鹽和丁酸鹽改善了小鼠的關(guān)節(jié)腫脹并使其握力增加，骨骼中破骨細胞特異性基因表達顯著下調(diào)，破骨細胞減少了19.55%，成骨細胞沒有顯著變化，抑制了骨質(zhì)流失。Hager等［36］研究認為，服用高纖維飲食4 周后的人群，骨侵蝕標記減少、Th1/Th17 比率顯示RA 相關(guān)結(jié)局有所好轉(zhuǎn)。Yan 等［37］認為通過干預(yù)腸道菌群可以優(yōu)化骨骼的生長和健康狀態(tài)，研究顯示，腸道微生物群誘導(dǎo)上調(diào)了胰島素樣生長因子1（IGF-1），促進骨骼生長和重塑，而且微生物分解產(chǎn)生的SCFAs 也具有相同效果，使用SCFAs 治療可以拮抗因藥物導(dǎo)致的IGF-1 下調(diào)。報道顯示，口服SCFAs 抑制了全身性自身免疫疾病，但SCFAs 仍有可能增加炎癥反應(yīng)，在抗體誘導(dǎo)型的RA 中尤為如此。丙酸酯或丁酸酯的治療引起TNF-α表達的顯著上調(diào)。丙酸和丁酸處理的小鼠中誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）的表達有增加的趨勢，可產(chǎn)生更高水平的NO 并促進破骨細胞的過度生成，導(dǎo)致關(guān)節(jié)損傷和骨量減少［38］。

3 總結(jié)

“腸—關(guān)節(jié)軸”概念的提出使科研人員和臨床醫(yī)師更加重視腸道微生物及其代謝產(chǎn)物在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎中的干預(yù)作用。各種相關(guān)研究共同說明了短鏈脂肪酸在腸道穩(wěn)態(tài)和腸道屏障的維護方面有著極重要的作用，同時在免疫、炎癥反應(yīng)以及骨代謝方面也極具科研和臨床前景，這將為類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者帶來收益。短鏈脂肪酸對類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎的影響來源于特定腸道菌群對膳食纖維的發(fā)酵分解，但目前的研究并不足以闡明腸道微生態(tài)及其產(chǎn)物短鏈脂肪酸對類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎產(chǎn)生正面效應(yīng)的機制和源頭。因此，深入研究腸道菌群、膳食纖維及短鏈脂肪酸各單體將有助于認識本病發(fā)生發(fā)展過程，并為本病的預(yù)防與治療帶來臨床和實驗證據(jù)的支撐。